Brevet FR2669569A1 — publié le 19920529

i Procédé pour réduire la consommation d'énergie et minimiser la formation de martensite lors de l'union d'une pièce métallique de connexion avec une surface métallique par soudo-brasage à l'aide d'une mèche de brasure et système pour mettre en oeuvre ce procédé. La présente invention concerne un procédé pour énonomiser de l'énergie lors de l'union d'une pièce métallique de connexion avec une surface métallique par soudo-brasage à l'aide d'une mèche de brasure quand la chaleur nécessaire est engendrée par un arc de soudo-brasage électronique, l'énergie nécessaire pour l'opération étant soigneusement supervisée et commandée et une réduction à un minimum des variations structurales (formation de martensite) étant obtenue sous le site de soudo-brasage, par exemple dans le cas des rails d'une voie ferrée ou des oléoducs La présente invention se rapporte également au système pour mettre en oeuvre ce procédé. Le procédé utilisé de nos jours pour réaliser les connexions mentionnées ci-dessus est décrit dans le brevet suédois 129 849 et dans la demande de brevet suédois 8404050-0. Un des problèmes qui se posent lorsque l'on utilise les procédés actuels sur les voies ferrées, est le dégagement considérable de chaleur sous le site de la brasure, ce dégagement de chaleur entraînant une formation considérable de martensite en proportion, ce qui est défavorable si l'on considère la formation de fissures. Un autre problème est la consommation importante d'énergie nécessitée par les procédés actuels, ceci étant dû, entre autre, à l'utilisation de mèches de brasure fournies avec un fil de minutage (fil fusible) Ce fil formé de cuivre intervient dans l'opération par une fusion après un certain temps, cette fusion entraînant l'interruption de l'alimentation en courant En outre, de nombreux contacts sont présents dans ce matériel et sont la source d'un consommation importante d'énergie Tout ceci se traduit par un nombre plus faible de soudures pour chaque unité de courant. Il existe également avec les procédés actuels un problème dû au fait qu'au moment o commence l'opération de soudo-brasage, la mèche de brasure est soulevée de la pièce sur une distance d'environ 2 mm Il est nécessaire actuellement d'ajuster manuellement la distance avec précision et de la contrôler visuellement dans le cas d'un système comportant un pistolet de soudo-brasage, cela dans chaque situation de soudo-brasage afin d'éviter tout défaut de soudure ou toute formation importante de martensite. Un autre problème encore avec le soudo- brasage actuel par mèche de brasure réside dans le fait que le courant provenant des sources de courant normalement utilisées n'est pas constant Le courant provient habituellement d'une source consistant en des batteries électriques Le courant utilisé pendant le soudo- brasage n'est pas constant mais varie selon la batterie, les câbles, le fil fusible, la traversée des contacts dans le pistolet de soudage ainsi qu'en fonction de la longueur de l'arc de soudage Ces variables entraînent un soudo-brasage défectueux et des variations de structure importantes dans la matière des pièces à souder De plus, la distance entre la mèche de brasure se trouvant dans le pistolet de soudage et la pièce à souder augmente au fur et à mesure que la mèche de brasure fond, ce qui influence le courant. Un autre problème actuel est que la pièce à souder est habituellement insuffisamment mise à la masse et, par conséquent, le soudo-brasage ne réussit pas et de la soudure est consommée. La présente invention concerne un procédé et un système pour mettre en oeuvre ce procédé o les problèmes mentionnés ci-dessus n'existent pas. Un objet de la présente invention est de minimiser la formation de martensite, c'est-à-dire les variations de structure, sous la brasure dans la pièce à souder Avec le présent procédé, on utilise une intensité de courant qui est inférieure de 30 %-40 % et qui se traduit par une montée de température plus faible dans la pièce à souder et, par conséquent, une formation moins importante de martensite. Un autre objet de l'invention est que la consommation d'énergie se trouve considérablement réduite lors de l'opération de soudo-brasage par mèche de brasure et qu'une circulation de courant plus régulière et plus sûre est reçue pendant l'opération globale On obtient une plus grande quantité de brasures pour chaque unité de courant d'alimentation. Un autre objet est que l'on obtient un réglage automatique de la distance de soulèvement du pistolet de soudage au moment du démarrage et que l'on peut maintenir constante cette distance de soulèvement lors des démarrages dans les différentes conditions de soudo-brasage à l'aide d'un mécanisme qui maintient constante sur une graduation le préréglage automatique de la distance de soulèvement. Un autre objet de l'invention est de maintenir constante la distance (la longueur de l'arc de soudage) entre la mèche de brasure se trouvant dans le pistolet de soudage et la pièce à souder pendant l'opération de soudo-brasage N est également possible, avec la présente invention, de contrôler la mise à la masse en faisant circuler un courant de faible intensité sans commencer l'opération de soudo- brasage et, de ce fait, sans endommager la mèche de brasure. Un avantage réside également dans la réduction à un minimum des coûts de l'opération de soudo-brasage car on n'utilise aucune mèche de brasure comportant un fil fusible et, de ce fait, le nombre des brasures défectueuses est moindre On obtient ce résultat en mesurant et en réglant l'intensité du courant Pendant l'opération de soudo-brasage par mèche de brasure, la longueur de l'arc de soudage augmente à mesure que la mèche de brasure fond, ce qui entraîne une réduction de l'intensité du courant, tandis qu'un réglage continu de la longueur de l'arc de soudage sur une valeur constante est obtenu pendant toute l'opération de soudo-brasage. On va maintenant décrire la présente invention de façon détaillée en se référant aux dessins annexés, qui représentent un mode de réalisation préféré et sur lesquels: la figure 1 est un graphique montrant la courbe générale du courant en fonction du temps pendant le soudo-brasage; la figure 2 est une représentation schématique générale d'un soudo- brasage de connexions à braser sur de l'acier par mèche de brasure; la figure 3 est un schéma synoptique du système de commande pour un soudo- brasage par mèche de brasure; et la figure 4 montre le pistolet de soudage utilisé dans le procédé. La figure 1 est un graphique montrant la courbe du courant en fonction du temps pendant l'opération de soudo-brasage Deux courbes ont été tracées La première montre l'opération de soudage à l'aide d'un procédé actuel utilisé dans l'industrie D'après cette courbe, il est possible de voir que l'opération est irrégulière et incontrôlée Ceci est dû partiellement au fait que l'opération globale se trouve sous la commande d'un fil qui doit fondre. La courbe située en-dessous montre l'opération effectuée à l'aide du procédé selon la présente invention et il est évident que l'on obtient une opération régulière, ceci étant dû au fait qu'une quantité d'énergie est fournie en avance dans l'opération et ne présente pas les caractéristiques irrégulières de la fusion d'un fil. La figure 2 est un schéma schématique général pour une opération o un pistolet de soudage 2 est relié à un pôle positif et la pièce à souder, par exemple un rail ou un tuyau, au pôle négatif, la pièce de connexion, par exemple une cosse de câble, étant placée contre le site de soudage Une mèche de brasure 3 que l'on enfonce dans le pistolet de soudage, est introduite dans le trou de la cosse de câble et pressée contre le rail 4 avec une certaine force exercée par un ressort mécanique 33 se trouvant dans le pistolet de soudage Quand le circuit est fermé par un contact 1 de relais se trouvant dans le pistolet de soudage, il se produit un court-circuit entre la mèche de brasure 3 et le rail La mèche de brasure 3 constitue l'électrode dans le processus En même temps, un électro-aimant 16 est excité, cet électro-aimant étant dimensionné pour surmonter la force du ressort mécanique 33 et il soulève la mèche de brasure 3 en l'éloignant du rail jusqu'à une position prédéterminée, par exemple 2 mm, tandis qu'un arc de soudage 5 est formé entre la mèche de brasure 3 et la pièce 4 La matière de soudage et le flux fixé sur la mèche de brasure 3 commencent à fondre dans le trou de la cosse du câble. La quantité exacte d'énergie, qui est nécessaire pour faire fondre toute la matière de soudage de la mèche de brasure 3, a traversé le dispositif 6 de commande d'énergie, et ce dispositif 6 de commande d'énergie arrête l'arrivée de l'énergie En même temps, la partie restante de la mèche de soudage 3 est poussée dans le bain de fusion par une force qui est adaptée et qui peut être réglée à l'aide du ressort mécanique 33 Le dispositif 6 de commande d'énergie mesure et calcule l'énergie en multipliant le carré de l'intensité par le temps selon la formule E = I 2 t Le résultat de cette opération est qu'une quantité exacte d'énergie sera fournie pour faire fondre la matière de soudage Sur le dispositif 6 de commande d'énergie, se trouve également un moyen de commande manuelle pour régler différentes quantités d'énergie en fonction de la dimension de la mèche de brasure 3 et/ou de la quantité différente d'argent se trouvant dans la matière de soudage La distance de soulèvement en ce qui concerne la mèche de brasure 3 est réglée à l'aide d'une graduation 34 se trouvant sur le pistolet de soudage La distance entre la mèche de brasure 3 et la pièce 4 fluctue d'une condition de soudage à une autre, cela en fonction de la forme des cosses de câble Avec le mécanisme se trouvant dans le pistolet de soudage, le préréglage de la distance de soulèvement en ce qui concerne la mèche de brasure 3 est maintenu exactement le même pendant les différentes conditions de soudage La distance entre la soudure ou matière de soudage sur la mèche de brasure 3 dans le pistolet de soudage et la pièce 4, est constante pendant l'opération de soudage par suite de l'avancement automatique de la mèche de brasure 3, au fur et à mesure que le plomb fond. La figure 3 représente un schéma synoptique du système de commande d'opération dans lequel le dispositif 6 de commande d'énergie pilote les différents ensembles et est relié avec le pistolet de soudage 2 et une source de courant 7 Le pistolet de soudage 2 est représenté avec une matière de soudage en cours de fusion sur la mèche de brasure 3 Quand le contact 1 du pistolet de soudage 2 est fermé, il se produit un court-circuit A partir de la source 7 de courant, le courant parvient dans le dispositif 6 de commande d'énergie et la quantité I 2 t y est mesurée et, par l'intermédiaire des comparateurs 8, 9 et 10, cette quantité d'énergie est comparée avec une quantité basée sur une source de référence 11 et sur un temps maximal préétabli 12 ainsi que sur un temps minimal préétabli 13 L'opération de soudage commence par l'intermédiaire de l'étage d'entrée 14 Le circuit alimentant en courant le pistolet de soudage 2 est fermé par l'intermédiaire de l'étage de sortie 15 La source de référence 11 est préréglée manuellement sur une valeur Cette valeur est ajustée en fonction des dimensions de la mèche de brasure 3 et de la teneur en argent de la brasure Le courant est interrompu par l'étage de sortie 15 lorsque la valeur de référence 11 est obtenue et lorsque le temps minimal 12 s'est écoulé ou lorsque le temps maximal 12 est dépassé. Avant de commencer l'opération de soudo-brasage, il est possible de contrôler si la pièce 4 est mise à la masse de façon appropriée Ce contrôle peut être effectué en faisant passer un courant de faible intensité dans le dispositif de commande 30 et en effectuant une mesure sans commencer l'opération de soudage Pour maintenir constante la distance, c'est-à-dire la longueur de l'arc de soudage entre la mèche de brasure 3 et la pièce 4, pendant l'opération de soudage, un dispositif de commande 31 commande l'opération en fonction de la formule I = k/a, o I est l'intensité du courant, k est une constante déterminée de façon empirique et a est la longueur de l'arc de soudage (la distance entre la mèche de brasure 3 de la pièce 4) Au fur et à mesure que la brasure fond, la distance (longueur arc de soudage) tend à augmenter mais, grâce à un réglage de l'intensité I du courant, la distance reste constante pendant toute l'opération de soudo-brasage. La figure 4 représente le pistolet de soudage dans lequel le porte- mèche 21 est relié à un électro-aimant 16 dans le but de soulever la mèche de brasure 3 de la pièce 4 au moment du démarrage de l'opération La distance de soulèvement est réglée manuellement à l'aide d'un dispositif 17 Un mécanisme de commande 18 règle et maintient avec précision la plage préétablie de soulèvement pendant chaque opération de soudage La distance entre la mèche de brasure 3 et la pièce 4 est maintenue constante pendant tout le temps o la matière de soudage chauffe et fond. Le concept de l'invention est basé sur le fait qu'il est possible, grâce au dispositif 6 de commande d'énergie, de mesurer la quantité exacte d'énergie 12 t qui est nécessaire pour faire fondre le plomb et que l'opération est interrompue lorsque la quantité nécessaire d'énergie a été fournie En outre, si la soudure n'a pas été effectuée dans les limites d'un certain temps, l'opération est automatiquement interrompue par une chute du courant dans le dispositif 6 de commande d'énergie. Le concept réside également dans le fait que le site de soudure ne reçoit jamais une trop grande quantité d'énergie pendant l'opération de soudage et que la distance entre la mèche de brasure 3 et la pièce 4 reste constante pendant l'opération. Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes et des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 Procédé pour réduire la consommation d'énergie et pour réduire à un minimum la formation de martensite lors de l'union d'une pièce métallique de connexion avec une surface métallique par soudo- brasage à l'aide d'une mèche de brasure, caractérisé par le fait que l'on effectue une mesure et une commande exactes de l'énergie (i 2 t) nécessaire pour faire fondre une certaine quantité de matière de soudage contre une certaine surface de pièce à souder et que l'on obtient un déroulement du processus de soudage plus régulier et plus sûr pendant l'opération grâce à une commande de l'intensité du courant et à une interruption de l'énergie fournie lorsque la quantité exacte d'énergie nécessaire pour faire fondre une certaine quantité définie de matière de soudage a été obtenue et que l'on maintient constante la longueur de l'arc de soudage (distance entre la brasure en fusion et la pièce) pendant l'opération de soudage en avançant automatiquement la matière de soudage en cours de fusion par l'intermédiaire d'un dispositif de commande au fur et à mesure que cette matière de soudage fond et on interrompt automatiquement l'opération après un certain temps défini. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on établit préalablement et automatiquement la distance de soulèvement entre la matière de soudage en cours de fusion et la pièce et que l'on règle cette distance en poussant mécaniquement la matière de soudage d'une mèche de brasure fixée dans le pistolet de soudage contre la surface de la pièce. 3 Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est possible de laisser passer un courant de faible intensité à travers le dispositif de commande pour contrôler si la pièce est mise à la masse de façon appropriée sans pour autant commencer l'opération de soudage. 4 Système pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, afin de réduire la consommation d'énergie et de minimiser la formation de martensite lors de l'union d'une pièce métallique de connexion avec une surface métallique par soudage par mèche de brasure, caractérisé par le fait qu'un courant en provenance d'une source de courant ( 7) traverse un dispositif ( 6) de commande d'énergie o la quantité d'énergie exacte requise pour l'opération de soudage, telle que donnée par la formule ( 92 t), est mesurée et commandée par comparaison dans des comparateurs ( 8,9, 10) avec une source de référence ( 11) et est ensuite introduite par l'intermédiaire d'un étage d'entrée ( 14) dans un pistolet de soudage ( 2) et amène, par l'intermédiaire d'une mèche de brasure ( 3) la matière de soudage à fondre, un interrupteur ( 1) fermant le circuit et coupant le courant lorsque la quantité correcte exacte d'énergie pour faire fondre la matière de soudage a été fournie ou après un certain temps défini, la distance entre la pièce ( 4) et la mèche de brasure ( 3) restant constante pendant l'opération grâce à un réglage de l'intensité I du courant dans un dispositif de réglage ( 31) selon la formule (a = k/a), o k est une constante et a est la longueur de l'arc de soudage (distance entre la mèche de brasure ( 3) et la pièce ( 4)), la mèche de brasure ( 3) étant avancée automatiquement par l'intermédiaire d'un dispositif de commande ( 35) contre la pièce ( 4) au fur et à mesure que la matière de soudage fond. Système selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la distance de soulèvement entre la mèche de brasure ( 3) se trouvant sur le pistolet de soudage ( 2) et la pièce ( 4) est établie automatiquement par pressage du pistolet de soudage ( 2) avec la mèche de brasure ( 3) contre la pièce ( 4) et un mécanisme ( 18) de commande automatique de la distance de soulèvement enregistre la hauteur et maintient cette hauteur. 6 Système selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'un courant de faible intensité passe dans un dispositif de commande ( 18) sans que commence l'opération de soudage et qu'un contrôle automatique de la mise à la masse de la pièce ( 4) soit ainsi effectué.