Brevet FR2678535A1 — publié le 19930108

1. APPAREIL POUR LE SOUDAGE AUTOMATIQUE La présente invention concerne un appareil pour le soudage automatique utilisable dans le soudage de tuyaux et autres éléments de grandes dimensions en matériaux métalliques divers, grâce à un soudage à l'arc du type à électrodes réutilisables (soudage à l'arc TIG et soudage avec transfert de plasma) et à un soudage à l'arc du type à électrodes jetables (soudage à l'arc du métal au gaz). Le TIG et le plasma sont des sources d'arc typiques conventionnelles du type à électrodes réutilisables Dans des appareils à souder conventionnels utilisant ces sources d'arc, le soudage est généralement réalisé à l'aide d'un seul fil de métal d'apport Cette pratique est également utilisée avec un appareil à souder du type à électrodes jetables, tel que le soudage à l'arc du métal au gaz. Bien que la soudure produite soit de grande qualité, les appareils à souder à l'arc conventionnels, que ce soit du type à électrodes réutilisables ou du type à électrodes jetables, peuvent difficilement être considérés comme satisfaisants du point de vue de la capacité de production Ceci est particulièrement vrai du fait que des changements de positions de soudage sont nécessaires, ce qui handicape l'obtention du niveau de qualité et de capacité de production requis. Alors qu'il ne se pose pas de problèmes particuliers dans le cas de soudages en position plate, lorsque la soudure concerne des conduites fixes ou structures de grandes dimensions et comporte des changements de Positions de soudage (c'est-à-dire une position renversée), la quantité de métal fondu devient plus importante et peut occasionner des bavures, ce qui handicape le gain de capacité de production. La présente invention a donc pour objet de prévenir le phénomène de bavure, ce qui permet ainsi d'obtenir une amélioration en termes de capacité de production et de maintenir un niveau de productivité élevé pour le soudage. Pour réaliser l'objectif ci-dessus, conformément à la présente invention, on fournit un appareil à souder pour le soudage à l'arc automatique du type à électrodes réutilisables, grâce auquel le soudage est réalisé en faisant osciller un chalumeau et un fil de métal d'apport (ci-après désigné comme le "premier fil") dans une direction perpendiculaire à la ligne de soudure et selon une amplitude et une durée prédéterminées, l'appareil comprenant un mécanisme adapté pour amener au métal fondu un deuxième fil qui est différent du premier fil mentionné ci-dessus, dans la même direction que la ligne de soudure et du côté opposé au premier fil, ledit appareil étant adapté pour faire osciller le deuxième fil de manière synchrone avec l'oscillation du chalumeau et du premier fil et à l'endroit o les deux fils sont opposés l'un à l'autre selon un axe perpendiculaire à la ligne de soudure. Conformément à la présente invention, on fournit en outre un appareil à souder pour le soudage à l'arc automatique du type à électrodes jetables, grâce auquel le soudage est réalisé en alimentant en continu un fil (ci- après désigné comme le "premier fil") tout en faisant osciller un chalumeau dans une direction perpendiculaire à la ligne de soudure et selon une amplitude et une durée prédéterminées, l'appareil se composant d'un mécanisme adapté pour alimenter un deuxième fil dans le métal en fusion, dans la même direction que la ligne de soudure, et étant adapté pour faire osciller le deuxième fil de manière synchrone avec l'oscillation du chalumeau et à l'endroit ou les deux fils sont opposés l'un à l'autre selon un axe perpendiculaire à la ligne de soudure. A l'aide de l'appareil à souder ci-dessus pour le soudage à l'arc automatique du type à électrodes réutilisables, le deuxième fil est amené au métal en fusion et y est fondu en utilisant l'énergie latente du métal en fusion, c'est-à-dire sa température élevée La fusion de ce deuxième fil provoque une perte d'énergie du métal en fusion, ce qui lui permet de se refroidir. A l'aide de l'appareil à souder ci-dessus pour le soudage à l'arc automatique du type à électrodes jetables, le deuxième fil est, de la même manière, amené au métal en fusion et y est fondu en utilisant l'énergie latente du métal en fusion La fusion de ce deuxième fil provoque une perte d'énergie du métal en fusion, ce qui lui permet de se refroidir. En outre, que ce soit dans l'appareil à souder pour le soudage à l'arc du type à électrodes réutilisables ou du type à électrodes jetables, on fait osciller le chalumeau de manière synchrone par rapport au deuxième fil, ce qui réduit ainsi la contrainte résiduelle de travail due à la distorsion thermique de la soudure. Ainsi, on peut éviter le phénomène de "bavure du métal fondu", ce qui permet d'améliorer la capacité de production et de maintenir un niveau de productivité élevé Cet effet est particulièrement notable lorsque le matériau de travail est un matériau à faible conductivité thermique tel que l'inconel ou l'acier inoxydable. L'invention sera décrite à présent en regard des figures annexées dans lesquelles: La figure 1 est une vue générale d'un appareil à souder pour le soudage automatique obtenu en ajoutant, conformément à la présente invention, un deuxième fil de métal d'apport à un appareil à souder conventionnel pour le soudage à l'arc du type à électrodes réutilisables; La figure 2 illustre le procédé de commande du soudage selon la présente invention par comparaison avec un procédé conventionnel de commande du soudage; La figure 3 est une vue en perspective illustrant un mode de réalisation de la présente invention; La figure 4 illustre le changement de vitesse de dépôt de la soudure en fonction du courant de soudage, selon la présente invention et selon l'art antérieur; et La figure 5 illustre la commande temporelle du soudage à l'arc du type à électrodes réutilisables conformément à la présente invention. On va maintenant décrire un mode de réalisation de la présente invention en se référant aux dessins joints. La figure 1 est une vue générale d'un appareil à souder pour le soudage automatique obtenu en ajoutant, conformément à la présente invention, un deuxième fil de métal d'apport à un appareil à souder conventionnel pour le soudage à l'arc du type à électrodes réutilisables. Dans l'appareil à souder conventionnel pour le soudage automatique, on fait osciller un chalumeau 2 et un premier injecteur 3 pour un premier fil de métal d'apport dans une direction perpendiculaire à la ligne de soudure 6 et selon une amplitude prédéterminée 5, à l'aide d'un premier mécanisme d'oscillation 4 pendant la réalisation du soudage, grâce à un chariot 1 qui se déplace sur un rail 7 dans la direction indiquée par la flèche. Pour aider à la réalisation de l'objectif de la présente invention, un premier fil de métal d'apport 8 est amené à l'endroit se trouvant sous l'arc par un conduit d'alimentation 10 et par l'injecteur de métal 3, à l'aide d'un moteur d'alimentation 9 de premier fil d'apport. Simultanément, le premier fil 8 et le chalumeau 2 se voient imprimer une oscillation grâce au premier mécanisme d'oscillation 4 entraîné par un premier moteur à oscillation 11 L'amplitude de l'oscillation est détectée et corrigée au moyen d'un premier détecteur d'amplitude d'oscillation 12 conçu pour détecter et vérifier une amplitude prédéterminée. Le dispositif de commande conventionnel du soudage fonctionne comme illustré dans la partie inférieure de la figure 2 séparée par les flèches L'axe horizontal représente le temps Le courant de soudage, la tension de soudage et la vitesse d'alimentation du premier fil de métal d'apport sont synchronisés avec le premier mouvement pendulaire, et différentes valeurs sont contrôlées par rapport à la position du chalumeau dans la première oscillation. Ceci signifie que, des deux c 8 tés de la rainure de joint (ses parois gauche et droite), l'alimentation en fil de métal d'apport se fait avec un courant et une tension de soudage élevés et à grande vitesse et, à travers la rainure de joint, l'alimentation en fil de métal d'apport se fait avec un courant et une tension de soudage faibles et à petite vitesse Ce contrôle est prévu pour maintenir constante la relation entre le courant de soudage, la tension de soudage et la vitesse d'alimentation du fil de métal d'apport, afin de conserver constante l'énergie de soudage en permettant ainsi au métal fondu de se répandre sur toute la largeur de la rainure de joint Cependant, ce procédé conventionnel de contrôle du soudage permet difficilement de contrôler le refroidissement, ce qui provoque le phénomène de bavure. Ce procédé conventionnel de contrôle permet de réaliser le refroidissement du métal fondu à un degré limité uniquement, et la vitesse d'alimentation du fil de métal d'apport a été indiquée comme égale au maximum à g/min. La présente invention se caractérise par l'ajout d'un deuxième fil de métal d'apport 13 et d'un deuxième mécanisme d'oscillation 14, tel qu'illustré dans la figure 1 et dans la partie supérieure de la figure 2 séparée par les flèches. Comme le montre la figure 1, le deuxième mécanisme d'oscillation 14 est fixé au premier mécanisme d'oscillation 4, et est entraîné par une commande transmise à un deuxième moteur d'oscillation 15, de telle sorte que son mouvement est complètement inversé par rapport à celui du premier mécanisme d'oscillation 4 Par exemple, il se déplace vers la droite lorsqu'un signal commande au premier mécanisme d'oscillation 4 de se déplacer vers la gauche. Ce deuxième mécanisme d'oscillation 14 oscille selon une amplitude prédéterminée 16, qui est détectée et corrigée précisément par un deuxième détecteur d'amplitude d'oscillation 17, et la position d'un deuxième fil de métal d'apport 13 est contrôlée Le deuxième fil de métal d'apport 13 est amené au métal en fusion, par un deuxième moteur d'alimentation 19 de deuxième fil de métal d'apport. Ces opérations sont illustrées en trois dimensions dans la figure 3. Le contrôle de la base temporelle est réalisé comme illustré dans la figure 2. Lorsque le chalumeau 2 et le premier fil 8 sont déplacés vers la droite, le deuxième fil 13, déplacé vers la gauche par le deuxième mécanisme d'oscillation 14, est amené au métal fondu, qui n'est pas encore refroidi et se trouve encore à l'état fondu Lorsque ce deuxième fil 13 est fondu, l'énergie latente (chaleur) du métal fondu est réduite, ce qui accélère le refroidissement du métal fondu. En outre, dans la présente invention, le deuxième fil 13 est synchronisé avec le mouvement du chalumeau conventionnel 2 et du premier fil 8, et effectue un mouvement totalement inverse selon un axe perpendiculaire à la ligne de soudure. La figure 4 illustre des modifications de la vitesse de dépôt de la soudure par rapport au courant de soudage. L'abscisse représente le courant de soudage et l'ordonnée représente la vitesse de dépôt de la soudure Cette figure indique que la vitesse de dépôt de la soudure, selon la présente invention, est trois fois supérieure à celle obtenue selon l'art antérieur, c'est-à-dire qu'on peut obtenir une vitesse de dépôt de la soudure égale à 60 g/min contre 20 g/min seulement dans l'art antérieur. La description ci-dessus a été donnée pour le soudage à l'arc du type à électrodes réutilisables, mais elle s'applique également au soudage à l'arc du type à électrodes jetables La figure 5 illustre un exemple du contrôle temporel du soudage à l'arc du type à électrodes jetables conformément à la présente invention. Dans le soudage à l'arc conventionnel du type à électrodes jetables, le courant de soudage est commandé selon les changements de la vitesse d'alimentation du fil de métal d'apport, de sorte que le métal fondu est encore plus difficile à contrôler que pour le soudage à l'arc du type à électrodes réutilisables. Cependant, conformément à la présente invention, la productivité élevée inhérente au soudage à l'arc du type à électrodes jetables peut être conservée grâce à l'alimentation en deuxième fil de métal d'apport dans le métal fondu afin de réaliser un contrôle du refroidissement du métal fondu à un degré suffisant, ce qui réduit ainsi substantiellement le temps requis pour la soudure de conduites ou de structures de grandes dimensions. Grâce au dispositif décrit ci-dessus, la présente invention peut éviter le phénomène de bavure du métal fondu provoqué par la rupture d'équilibre entre la gravité et la tension de surface du métal fondu lorsque la position de soudage (soudage renversé) change En outre, en synchronisant l'oscillation du deuxième fil de métal d'apport avec l'oscillation du chalumeau, on peut réduire la contrainte résiduelle en travail due à la distorsion thermique de la soudure, et on peut obtenir une amélioration de la productivité ainsi que des joints bien soudés Ces effets sont particulièrement notables lorsque le matériau de travail est un métal à faible conductivité thermique tel que l'inconel ou l'acier inoxydable. REVENDICATIONS 1 Appareil à souder pour le soudage à l'arc du type à électrodes réutilisables o le soudage est réalisé tout en faisant osciller un chalumeau ( 2) et un premier fil de métal d'apport ( 8) dans une direction perpendiculaire à la ligne de soudure ( 6) et selon une amplitude et une durée prédéterminées, caractérisé en ce qu'il comprend un mécanisme ( 14) conçu pour amener un deuxième fil de métal d'apport ( 13) dans le métal fondu, dans la même direction que la ligne de soudure ( 6) et depuis le côté opposé audit premier fil de métal d'apport ( 8), ledit mécanisme étant adapté pour faire osciller ledit deuxième fil de métal d'apport de manière synchrone avec l'oscillation du chalumeau et dudit premier fil de métal d'apport et en un endroit o les deux fils de métal d'apport sont opposés l'un à l'autre selon un axe perpendiculaire à la ligne de soudure.