Brevet FR2643298A1 — publié le 19900824

La présente invention concerne un procédé pour le soudage continu de corps cylindriques en forme de boite et la machine pour la mise en oeuvre de ce procèd,é. Dans le dromaine du soudage continu de corps-botte * en tôle, on connait depuis longtemps la technique de replier sous fo-rme tubulaire un troncon, ou bande de tôle, jusqu' à quand ses deux bords longitudiinaux non parfaite de la ligne la plus ex -souder, tel qu'il est par exemple illustré dans la publication allemande DE-OS 21 02 783. et dans le brevet des Etats Units n 4.73--2.026,. Selon une solution particulière connue, illustre dans le brevet italien n= 1.080.728, en vue de résoudre certains problemes de soudage, tels qu'une soudure non- correcte des bords, le repliement vers l 'ex.:térieur des bords non soudes (effet papillon), la colnformation irrégulière de la lentille de soudage, les tensions de soudure, on a étudié d'effectuer le soudage ec superposant les bords à souder d'une quantité au- moins égale &. 3 (ttrois) fois et jusqu'à 6 (six force d'entrainerment du fil. En e):ploitant les solutions techniques illustrées ci-dessus on a atteint des conditions de travail assez satisfaisantes, valables jusqu'à des vitesses de E60 m par minute. La demanderesse, sur la base des études des améliorations technologiques introduites dans la mécanique et 1 'électronique et dans les riateriauwen 3: général, a compris qu'en adoptant. une mét.hode de t-ravaCil differenl-e de celle apprise palr le brevet -- 3 -- italien n' 1 080 728 et en utilisant un fil électrode qui, après le roulage à froid pour obtenir son aplatissement, possède des caractéristiques mécaniques qui n'ont pas une influence déterminante sur sa ductilité, on aurait pu atteindre des vitesses de travail de m par minute au minimum, avec une économie remarquable d'énergie utilisée pour le soudage et en obtenant en même temps une réduction de. l'usure des organes de travail de la machine destinés au guidage et au renvoi du fil utilisé en tant qu'électrode, tout en réalisant des cordons de soudure de qualité excellente même à des vitesse de production élevées. Partant de cette intuition, la demanderesse a mis au point le procédé pour le soudage continu de corps cylindriques en forme de boite faisant l'objet de la présente invention du type o il y a le repliement d'une bande de tôle ou corps-boite, pendant son avance vers des moyens de soudage, jusqu'à la superposition de ses deux bords longitudinaux, l'utilisation d'un élément de guidage en 'Z' pour le guidage de ces bords entre un couple de rouleaux porte-électrode sur lesquels est partiellement enroulé un seul fil-électrode plat constituant ledits moyens de soudage et le maintien desdits bords en contact avec les gorges de l'élément de guidage en "Z' à travers des moyens de pré-calibrage du corps en forme de boite à réaliser, qui agit en combinaison avec ledit élément de guidage en 'Z', caractérisé en ce que la superposition des bords à souder soit sur l'élément de guidage en "Z' soit entre les rouleaux porte-électrode n'est pas supérieure au double de l'épaisseur de la tôle et est obtenue en maintenant lesdits bords toujours parallèles à la directrice d'avance du corps-boite vers la zone de soudage; que ladite superposition est de préférence symétrique par rapport à la ligne médiane de la section du fil électrode normale à ladite directrice d'avance, ledit fil électrode présentant un rapport entre la hauteur et la largeur égal à 1/2 (0,5) et o ladite largeur est 4 (quatre) à six (6) fois plus grande que la quantité de ladite superposition; que le guidage desdits bords en contact avec les gorges de l'élément de guidage en ZV est obtenu par un dispositif de pré-calibrage du corps en forme de boite en cours de formation lequel agit en correspondance et en combinaison avec ledit élément de guidage en "Z" et exerce une pression de l'extérieur sur le manteau dudit corps en forme de boite par des moyens non élastiquement souples qui sont en contact par des points de tangence avec ledit manteau, lesdits moyens étant distribués autour du périmètre du corps en forme de boite en cours de formation et espacés les uns des autres d'une distance angulaire et intercalés par des espaces permettant l'expansion libre dudit manteau. Ce procédé, tout en offrant la possibilité d'avoir une superposition minimum des bords à souder par rapport à l'épaisseur de la tôle, permet d'obtenir un cordon optimal de soudure (grâce à une distribution homogène du courant électrique) et une économie de l'énergie électrique appliquée. En outre, le procédé en question permet d'exercer une force peu élevée pour presser l'un contre l'autre les bords à souder, et pour presser le fil électrode sur ces derniers, ce qui réduit les allongements du fil. En plus, par effet d'un chauffage plus réduit du fil grâce à la zone très petite de contact avec les bords de la tôle à souder, on contribue davantage à réduire l'allongement du fil. Cette caractéristique offre l'avantage qu'en utilisant un fil électrode plat ayant de bonnes caractéristiques de ductilité par rapport aux systèmes traditionnels de soudage et de largeur bien supérieure à la superposition des bords à souder, les zones les 43298 plus extérieures du cordon de soudure ont des bords arrondis et parfaitement soudés de telle sorte que ce cordon présente une section transversale comparable à celle d'une soudure en bout desdits bords. En outre le fil électrode peut être enroulé plus facilement tant autour des rouleaux porte-électrode qu'autour des galets et des poulies de renvoi qui permettent son arrivée au premier et au deuxième rouleau porteélectrode, ce qui entraîne une usure plus faible de ces éléments. Un autre avantage encore offert par le procédé suivant l'invention est représenté par le fait qu'en évitant des variations de la superposition des bords à souder qui avancent vers la zone de soudage et en gardant lesdits bords constamment parallèles l'un à l'autre, leur avance pourra être plus linéaire et leur mise en place entre les rouleaux porte- électrode plus correcte, même à une vitesse de travail élevée. Pour permettre une mise en oeuvre optimale du procédé de travail décrit ci- dessus, la demanderesse a mis au point une machine dans laquelle on prévoit, en amont de la zone o sont situés les rouleaux porte-électrode, un élément de guidage en 4Z" pourvu de deux gorges O opposées et parallèles par rapport à la directrice d'avance du corps en forme de boite vers la zone de soudage, réciproquement espacées d'une distance suffisante à permettre la superposition des bords à souder dudit corps en forme de boite d'une mesure non supérieure au double de l'épaisseur de la tôle de ce corps, ledit élément de guidage en 'Z' étant disposé au moins partiellement à l'intérieur d'un dispositif de pré-calibrage dudit corps en forme de boite, présentant une série de rouleaux à manteau cylindrique ou convenablement conformé, de rayon supérieur au rayon du corps en forme de boite, distribués à l'extérieur et sur le périmètre de ce corps, espacés les uns des autres d'une distance angulaire et intercalés par des espaces vides pour la libre expansion dudit corps en forme de boite, lesdits rouleaux ayant une position réglable mais non élastiquement souple par rapport au point de réglage. De préférence, cette machine, o lesdits rouleaux porte-électrode b sont disposés à la hauteur de-la ligne d'avance des bords superposés du corps en forme de boite en sortie de l'élément de guidage en 'Z" de maniére à recevoir entre eux lesdits bords, et ou le plan médian desdlts rouleaux normal à l'axe de ceux-ci constitue le plan de symétrie de la superposition desdits bords, est caractérisée er. ce que 3?9 ie5Fits rouleaux pcrte-électrode s..t p:,urvuS d'une gorge cirzonférientieile et périphérique capable de recevoir et guider un fil électrode plat de largeur 4 (quatre) à 6 (six) fois la mesure de cette superposltior. et dont la section présente un rapport entre la hauteur et la largeur égal à 1/2 (0,5). De préfeérence, cette machine prévoit, en combinaison avec ledit élément de guidage en 'Z' et lesdits rouleaux porte-électrode, en aval dudit dispositif de pré-calibrage et en correspondance desdits rouleaux porteélectrode, un dispositif de calibrage du corps en forme de boite comportant une série de rouleaux de contenance du même corps en forme de boite pourvus sur leur périphérie de dents qui s'engrènent les uns dans les autres, lesquels sont disposés dans une circonférence de contenance du même corps en forme de boite et sont mobiles à une vitesse périphérique égale à la vitesse de soudage. Lesdits rouleaux de contenance sont avantageusement entrainés par un moteur à ladite vitesse de soudage. Avantageusement, cette machine permet d'éviter que, par effet de la superposition minimum des bords à souder et par conséquent de la force plu réduite nécessaire pour le soudage, des glissements puissent se produire de la part de la tôle par rapport à l'entrainement effectué F:a ie fi électrode lui-même pendant le soudage. Er. outre, grâce à la combinaison et aux caractéristiques r.--tculieres de l'élément de guidage en "Z" et du dispositif de pre-calibrage, on a la certitude que d'éventuelles différences entre des corps subséquents en forme de boite, et en tout cas des dé:r+matsr.sn éverntueles de ceux-ci, ne compromettront pas le contact parfait de ces rêmes corps avec les gorges du guidage en "Z". Ces différences et/ou diformiations sont "rattrapêes" grâce aux points de contact individuels offerts par les rouleaux du dispositif de pré-calibrage lesquels, entre un point et l'autre, laissent. à la tôle la possibilité de se fléchir vers l'eextérieur gardant lesdits bords toujours parfaitement en contact avec lesdites gorges, L'invention sera illustrée plus en détail par la suite à l'aide des dessins schématiques annexés qui représentent un exemple d'exécution des principales caract.ristiques du proceédé et de la mrachine en question, données à. simple titre d'exemple non limitatif, 'Sur les dessins: lE. - la figure 1 illustre schémmtiquement le parcours du fil électrode dans une machine pour la mise en oeuvre du procédé de soudange en question. o on a mis en évidence les rouleaux porte- @lectrode et un corps-boite pendant l'étape de soudage; - la figure 2 illustre schématiquement' en coupe l'élément de guidage en "Z" qui permet la superposition des bords & souder et leur guidage vers et entre les rouleaux porte--électrode; - la figure illustre schématiquement et hors échelle 2.5 par rapport & la figure 2 une coupe partielle des rouleaux porte-electrode, no on a rmis en évidence les caractéristiques relatives aux dimensions et aux proportions entre le degré de superposition des bords & souder et les dimensions de la section du fil électrode; - la figure 4 illustre schématiquement et de face le dispositif de précalibrage du corps en forme de boite qui agit en combinaison avec l'élérment de guidage en 3S - la figure S. illustre schematiquement en perspective, du c'té de sortie des corps-boite soudes, le dispositif de calibrae utilis eri corbinaiso'n avec ledit dispositif de guidage en "Z" et avec ledit dispositif de pré-cal ibrage. En se référant à la figure l, le fil-êlectr-ode F continu, provenant d'une bobine non représentée, passe sur une poulie de freinage 1 et, immédiatement apr-és, entre un couple de rouleaux de laminage 2 et 3 qui aplatissent sa section pour qu'il puisse atteindre les conditions illustrêes par lae suite. A la sortie des= rouleaux.: :ercant un couple M qu. mesure la tension 1du fil et règle. par r-apport à celle-ci, la vitesse des rol,,eaux 1 de laminaoe 2 et S a travers un réigulateur R, LE vitesse,es roulea uL4- d l.rai1n.ó_ 2 et J e t 1 'a.cti, r',,],- la p,:,ulie,de freinag 'i d eterminent la tensio-n du f ii et clantiennent cette tensicnl coristante. Le fil F ensuite s'enroule partiellement sur un prermier rouleau porteilectr-cde 7, de maniére constituer l 'électrode inférieure utile au souda'ge. A la sortie du rouleau porte-électrode 7, le fil F passe sur une pluralité de galets et poulies de renvoi E: et s'enroule ensuite partiellement autour- d' urn deu:oime rouleau porte-êlectrode 9, placé au- dessus du premier de manier-e à cionst-itu.er l'électrode supérieure. Les rouleau:. porte-électrode 7 et 9 sont disposés avec leurs aé:es parallèles et normrau... à. la directrice d'avance du corps en forme de boIte à définir, vers la zone de soudage. Dans le cas représenté, mieux: illustré sur la figure::, les rouleaux. porte-électrode 7 et 9 sont pourvus d'une gorge circonf erencielle 6 de contenance pzrtielle et.,de guidage du fil F, laquelle permet de r.aintenir les deu:::: électrodes parfaitereeni-. en :5 regard l1 'une ide 1 'autre. Selco la pr-serinte nven.C-i'li le=,,gores,des 'oulieau-: porte-élect.rode 7 et. 9 -9 permettent le guidage d' un fil F dont la largeur L est 4 (quatre) à 6 (st.ix) fois la mesure de la superposition S des bords 14a et 14b & souder, et dont la hauteur H & un rapport de 1/2 (0,S) vis-&-vis de ladite largeur *5 L, Des deu rouleau port.e-lectrode infrérieur 7 est fou. Dans] 'usalie courant le rouleau porlte-élect.rode su'pe1ie Lur 9 est. press= vers le bas contre ile rouleau 1.5 infrlieur 7 par un ressort 29 ayant potur fonction de maintenirl constante la pou. ss_ et donc la pr. ession de soudLe; on pourr'a êventue.tlement prévo1ir un dispositif mor. tisseur, lindqu- genéralement en 30, de=tiné & amortirl les oscillations du ressoprt 29, - surtout o des vitesses elevées de prLoduction, A la sortie du rouleau porte-électrode supérieur 9, le fil électrode F passe sur une autre série de galets et poulies de renvoi 10 et arrive ensuite & un autre couple de rouleaux 11 et. 12 supportes. bascule par 2$, un levier 1:'3 assujetti &. un couple M', sous la tension du fil F, L'oscillation du levier 1:3, causes par la variation de la tension du fil en aval des rcouleaux - qui met en mouvement les rouleaux 1la et 1lb. Relativement à ce qui préc,êde, on peut remar-quer tout de suite que le réglage de la tension du fil F est. maintenu constant tant eni amr'ont du premier r-ouleau porte-âlectr-odde- 7 qu'en aval du deU.x.êirte -rouleau porte- 3:- électr-iode 9 et que la tension du fil F,. sur la portion sépa-rant les eiu>:- i rouleaux poprte-électrode. dpendi desdites tensions en amont et en aval et des coulissererents du fi dalns la zcIne de soudage. En se référant aux figures 1 et 2, en amont des rouleaux 7 et 9 et pour obtenir la superposition des bords 14a et 14b & souder du corps en forme de boite 14, selon la presente invention, on utilise un élément de guidage en I"Z" 1-5 formé d'une barre présentant sur deux cotes opposés et paralleles deux gorges 16 et 17 opposées et ouvertes latéralement vers l'extérieur. Les gorges liE. et 17 sont parallêles l'une é l'autre et dans des plans différents pour permettre la superposition des bords- 14a et 14b d'une quantité nor, supérieure au double de 1 'e ëraisseur F' SP de la tle du corps ren forme de boite 14. 1S En tenant compte de cette car-actéristique, si l',on prend enr considération le r apport dimiensionnel particulie-r avec la section Ou fil F. ainsi que ce qu'on a precise c propos des caractéristiques de ductilite du fil F, il est évident que, sous la pression de soudage et aux conditions 'le soudage, les bords 14a, 14b, sont assujettis a une action opticmale de pression ruerte sur les parties les plus extérieures, et que la superposition minimum diesdits bords offre une correspondnante surface minimum de contact avec le fil 2_ électrodie, ce qui permet d'atteindre les conditions de soudage en utilisant une quantité limitée d'énergie électrique. Avantageusement, en exploitant les caractéristiques du fil F, l'introduction des bords à souder entre les électrodes fournies par le fil F apparait d'adaptation facile, surtout en présence d'une possible pression relative sur le rouleau porte-électrode superieur 9; pratiquement il y a un adoucissement du choc d'entrée et du coup de sortie respectivement au commencemient et à la fin du soudage. Ceci se traduit par une déformation plus taible de l'entrée et de la sortie des bords soudê5, ce qui enitraine un avantage pour les bordures subséquentes des t.tes du corps enr f o-rme de boite en cours de r.alisation, Dans le but de pouvoir opérer à une vitesse élevée, S il faut que les bords 14a et 14b soient superposes et maintenus par f aitement superposés sans aucune possibilité de déplacements relatifs et & cet effet ils doivent ét. re maintenus constamrinent presses en butée contre les -arges de l'élément de guidage en "Z" 15s sans la création de frotteinents de glissement sur Ie manteau du corps en forrme de boi:,te, En vue d'atteindre ce but, la demanderesse a fait recours 1 ' uti lisationd'unr dispositif de pré-calibraae 1 qui est situé en amont de la zone de iS soudaLe de maniére &. opérer erL col laboratiorn avec l'érleément de guidage en "Z". Ledit dispositif de pre-calibraoe (vo'ir la f gure 4. pr-- voit plusieui-s séries en succession 'de rouleaux: 19 (dont une seule est visible sur la f igure 4) distribués dans une circonférence Jde contellnance du corps en forme de boite 14 et disposés de maniére & fournir, par lteur manteau, un égal nombre aie points de contact tanrgeritiel pour le corps en forme de boite 14. Les rouleaux: 19, qui sont réglables radialement au moyeln des vis 19a seulement en ce qui concerne leur adaptatiion aux - 1Z - voulues de ladite banle, Pratiquerient par ce dispositif die contenance. points discrets on exploite l'élasticité propre de la tôle pour maintenir presses les bords à souder & l'intérieur des gorges 16 et 17, ce qui entraine l'élimination de tout risque d'erreur due à I'lntervention de moyens de pression suspendus, destinés expressement & ex corps en forme de boite. 1 0 En dernier lieu, pour favoriser l'avance du corps en forrme de boite pendant l'étape de soudage, en évitant des glisser.ents par rapport au fil électrode F, la demandieresse a étudie -l 'utilisation, en combinaison avec l'elément de guidage en "S" décrit et avec ledit 1S dispositif de pré-calibra'e 1:, d'un dispositif de calibra'e e rouleau. dentés qui s'enirênent les uns dinn les autres et forment une couronne synchronisée en rotation laquelie, 'de préférence, en cas d'exigences particulière= (vitesseS élevees), sera entrainée à. la mr,,e- vitesse 'ie souoage, Le dispositif est illustré sur li. figure *5 et il prevoit essentieliement une série de rouleaux 20 conformes de manlere &à copier, par leur manteau, le manriteau du corps en forme de boite 14, disposes sur une circonference contenant ledit corps et directement en engrènement entre eu:; &. travers des couronnes dentêes coniques formées sur leur périphérie. Le rouleau 20a de ladite série est entraîné par un moteur au moyen d'une courrodie 21 qui à son tour est reliéee cinérmiatiquement à 0 un moteur auxiliaire qui prend lae. rêférance de la vitesse de soudage du moteur de la machine à. souder. Ladiite courrodie fournit également l'élérmient d'ecartenment de la station de soudgae des corps-boïte 14 sortant ide ladite station. 2:. La couronne de calibrage, ctomposée de rouleaux qui s'enorènent les uns dans les autres, of f re 1'avantage que l'élément en forme de boite, pendant l 'opératio-n de soudage, a tous les points d'avance qui ont la méme vitesse; en outre, cette couronne, étant dépourvue d'interruptions entre un rouleau et l'autre, évite de rayer les corps en forme de boîte pendant leur passage. L'invention ainsi concue est susceptible de nombreuses modifications et variantes qui rentrent toutes dans le cadre du concept inventif-, En outre, tous les détails peuvent être remplacés par des IO éléments techniquement équivalents. R E V F: D7 T C: r T T O N S 1 F.Procë Fd pour le souig.a_-e c ontinu je corps cylindriques en forre Cie boite, idu tYpe oiU il y a. le repliement di'une band3e de trle ou corps-boite (14), pendant son avance vers des moyens de soudage, jusqu'e. la superposition de ses:eu:: bo'rds l1n4git. udinau:; Ote pré-calibr.a ge (!:E: CL -orp- _ = e 1 U oi-rẻ die- boi te. l, raéaliser, qui agit a co'r.'riaiso-n avec ledi. lerent d.e uida;ge en "_", scaracte.is en ce ue 1a sLperposit:-ior! -S) des bouds: soLUoeC S.- t su r eitnent *de guidage en "Z" ( 1.S s,:i entret ie= : r.-.lieau:..: porte-iecrtrode (7, '-i n'est paEs supeL.ieuC'e au d _Oubte *de 1 'ep. isseur (_F.i de la tole et est obtenuee ern raientens.nt lesd2ts bords (14a, 14b) to.ujours Paraaleles à le directrice d'avance du co-rps-bi:,te vers- ia zone,-d-e SouJdagne; rsuqe l ad i te supe-rposl tion (E;) est,e p r.fé er nce syrmétr iioue p.ar rapport 1a. liwnE midianre de *i-_ sectioci'idu 2' fil électrode norb-ale ladite direectrice d'avance, ledit fil electrode' Ptasentant un rapport entre 1a hauteur (H.) et le laEr9eur (L) al '1/2 (0,.-.) et ou ladite largeur (L) eC-s 4 (.qu,:.tre) - S c. si::)J fois plus m.rande que la quantit-e e ladite superposition; que le À) guidage desdits bo-ro_. en contact avec les gorges de l'elerment de aui dacle en "Z" est obtenu par un dispositif de pre-cal{bdage du gcorps en forme de boite en cours *de format1iork leqJel ea.lit en correspondance et en combinaîson ave le at ledte.leient de guidage en "_" et - e:.::erce une press'ion de 'e:i et.erieur sur' le rant.cau Judi. c-orp-= en fo:rrue de boi te pr,de- r:oyen_ ( 1'9) nor, élastiquerient souples qui sont en coilt.ac t pa.r ides points de tangence avec ledit m. arnteau.. lesdjits mïoyevY (19) étant distribués autour- du périmètre du corps en forme de boite ( 14) en cours de formation et espacés *5 les uns des autres d'une distance an,]ulaire et interce.alés par des espaces perwmettiant l'e:'parsion libre dudit manteau, 2. Machirne pour la mise en oeuvre du procédé de 1la revend i c a t i. on 1, caract.érisée en ce qu'on prévoit, enr amont die lia zone oit sont situes les rouleau:x porteélectrode (7, 9), un élément de guidage en " " ( 1 i i ppourvu de,deU-:: ' gcges ( E6, 17) "pposées et parallèles pa-r rappor-t. la directrice d'avance du corps en forr,-e die b:oi te ('14) vers l- zone de soudage, 1 réc iproquenient espacees d'une dist.a.ce suf f isante e_ permettre la super'ositîcn bes bords- à souder dudit corps ern forme de boit.e d'uneimesurie (S) noïr supérieure au double de l'épaisseur (SF) de 1la t.6le de ce corps, ledit élérment de guidage en "Z" ('I. ét.ant disposé au mnoins partiellement. &. I'intérieur,''un dispositil,de pr-ca-1libraoe ( 1o) dudit corps en forme 'de boîte, pr-sentant une série,de rouleaux (19) & rmanteau cylind-rique ou convenablement co:nfor-Im,: de ra-.yontr supérieur au ravyon du corps en forrme de boit.e, diistribues e' l'ex:térieun'r et -sur le pêrirmêtre de ce cor'ps. espacés les uns des autres d'une distance angulaire et interc.alés par,des espaces vides pour la libre expansion dudit corps en f-rine de boit.e, lesdits r-,uleau:..: ayant Une position réglable maeis non :3-0 élastiquement souple par rapport au point de ré,glage, 3, Machine selon la revendication 2, o lesdiits rouleau-- port.e-lert':"ie (7, 9) sont disposés à la hauteur 'je la]ig'ne d'avance des bor'ds superposés du corps en forrfe de boite en sortie de 1 'élément de À:3 guidage er, "2" de me.anière à. recevoir entre eux lesdits bo-'-js, e@. 'oU le plarn,jiediay-, desdits rouleau,--: rlorlrt'-:l. - 16 - 1'a 1/2 (O,.' 4. Machine selon la revendication 2 ou, caractérisée en ce que qu'elle prêvoi t, en combinaison avec ledi t élément de guidage -- "Z" et lesdits rouleau::-. porte--lectrode, en aval dudit dispositif de pre-cal ibrage (1CE 3 et en correspondance desdiits 1 ro-uleau:.: po-rte-électrode (7, 9) , un dispositif de cclibrage du corps en fo'rme de boite comport.nt Lune serede -oulea::: (2031 de contenance du n',nme coI'ps efi forr,,e de to.; te pourvus sur leur pe-iphSr-ie de dents qui s'engrenent les uns dans les autres: lesquels sont disposés dans une circornférence de contenance du raenime corps en formhe de boite et sont mobiles à. une vitesse periphérique égale à la vitesse de soudage, S, Machine selon la revelndicatiorn 4. cara ctérisée eri ce que lesdit.s roul1eau.-: (20'" de contenance sont entraines par- un moteur-. ladite vitesse de soudaige,