Brevet FR2790462A1 — publié le 20000908

L'invention concerne une bobine de fil métallique, en particulier de fil fusible de soudage, à cavité centrale et à débobinage par l'intérieur, ainsi que son procédé de fabrication. Il est d'usage de conditionner les fils métalliques, en particulier les fils fusibles de soudage, sous forme de bobines de fils ou sous forme de fûts. Habituellement, les bobines de fils sont obtenues par bobinage du fil sur le noyau central, en général de forme cylindrique, comportant deux joues latérales fixées aux extrémités de ce noyau central; le noyau central et les joues latérales étant classiquement en matière plastique ou en métal. Le plus souvent, le bobinage se fait par enroulement à spires jointives, du fil métallique sur le noyau central, les spires étant réparties en plusieurs couches superposées les unes aux autres. De telles bobines de fils pèsent habituellement environ 15 kg. Lors du débobinage, l'extraction du fil débobiné, c'est-à-dire de l'utilisation du fil dans une opération de soudage par exemple, se fait par traction du fil par un système dérouleur motorisé, ce qui engendre une mise en rotation de la bobine autour de son axe central pour dérouler le fil. En d'autres termes, plus précisément, le système dérouleur motorisé exerce une force de traction sur l'extrémité de débobinage du fil, c'est-à-dire sur l'extrémité du fil située à l'extérieur de la bobine, ce qui engendre le débobinage du fil. Dans ce cas, les spires situées vers l'extérieur de la bobine sont débobinées en premier étant donné que ces spires ont été bobinées après les spires situées plus à l'intérieur, c'est-à-dire le centre de la bobine. Or, ce type de bobinage nécessite de mettre la bobine en rotation autour de son axe central pour pouvoir procéder au débobinage du dit fil, ce qui a pour inconvénient de rendre obligatoire l'utilisation d'un support-dévidoir à bobine, sur lequel doit être positionnée la bobine avant son débobinage, et nécessite - donc des manipulations par l'opérateur de la bobine préalablement à son débobinage. Le supportdévidoir doit compter un moyen de freinage pour éviter que les spires ne s'écartent les unes des autres à l'arrêt du dévidage (inertie de la bobine). Par ailleurs, si l'on souhaite débobiner ce type de bobine sans mise en rotation, il est alors nécessaire de procéder à un débobinage par traction latérale. Cependant, réaliser un débobinage par traction latérale de ce type de bobine présente un problème majeur, à savoir celui de conduire à la formation du phénomène de "noeuds", résultant d'une torsion du fil ainsi déroulé. En effet, lorsqu'on débobine par traction latérale les spires d'une bobine d'un fil quelconque, celui-ci subit, lors du débobinage, une torsion d'un tour par spire dévidée conduisant à la formation des "noeuds". Afin de tenter de résoudre les problèmes et inconvénients précités, un type de conditionnement particulier des fils métalliques a été développé, à savoir le conditionnement en fûts ou en tonneaux. Pour ce faire, lors de son conditionnement, le fil métallique est acheminé à travers un tube en équerre animé d'un mouvement de rotation, tout en étant introduit à l'intérieur du fût. Ce mouvement de rotation du tube en équerre engendre une contre-torsion dans le fil qui tend à s'opposer à la torsion néfaste suscitée lors du débobinage. De plus, afin d'assurer une répartition correcte du fil sur toute la hauteur du fût, il est nécessaire de conférer au fût à la fois un mouvement de rotation et de translation de haut en bas, et réciproquement. Ce procédé de bobinage permet de pallier le problème de formation de "noeuds" en rendant possible un débobinage du fil par l'intérieur de la bobine, c'est-à- dire que, dans ce cas, les spires enroulées en premier sont déroulées les premières, à l'inverse du débobinage des bobines à spires jointives susmentionnées. Toutefois, ce procédé n'est pas entièrement satisfaisant car il est limité à la fabrication de bobines conditionnées en fûts, donc de bobines d'un poids en général, de l'ordre de 300 kg, et ne peut pas être facilement adapté aux bobines de plus petites dimensions, par exemple aux bobines de l'ordre de 15 kg. En outre, ce procédé de bobinage ne permet pas de bobiner les bobines à spires jointives. Enfin, le conditionnement du fil métallique en fût présente l'inconvénient d'accroître les problèmes de manutention, notamment la manipulation et le stockage sur le site d'utilisation du fil. En effet, on comprend aisément qu'un fût de fil de soudage de 300 kg ne peut pas être facilement transporté pour l'opération de soudage directement à l'endroit o le soudage doit être réalisé, par exemple sur un chantier de construction, et oblige donc l'opérateur soit à pré- découper la longueur de fil nécessaire au soudage, soit à reconditionner le fil sur une petite bobine de fil plus facilement transportable, par exemple une bobine de 15 Kg mais, dans ce cas, les problèmes susmentionnés réapparaissent, notamment le phénomène de "noeuds" au débobinage. La présente invention vise donc de résoudre les problèmes et inconvénients suscités en proposant une bobine de fil métallique: - à spires jointives, - permettant d'obtenir un débobinage du fil sans apparition du phénomène de "noeuds", - de dimensions quelconques, notamment de dimensions réduites compatibles avec une manipulation facile par un opérateur, - dont le débobinage ne requière pas l'utilisation d'un support-dévidoir et ne nécessite pas de mise en rotation de la bobine, - qui puisse être débobinée directement à l'intérieur de l'emballage de protection ou de conditionnement dans lequel elle est livrée, - qui évite tous les inconvénients liés à l'inertie de la bobine (frein, effort dans les phases transitoires d'accélération....), et - qui permette éventuellement de doter l'emballage contenant la bobine de fonctions nouvelles comme expliqué ci-après. La présente invention concerne alors une bobine de fil métallique comportant un fil métallique bobiné autour d'un axe central (A-A) selon des spires sensiblement jointives axialement les unes aux autres, les spires étant réparties en plusieurs couches radiales de spires, au moins une partie desdites couches radiales de spires étant au moins partiellement superposée radialement les unes aux autres, caractérisée en ce que l'extrémité de débobinage dudit fil métallique est constituée par l'extrémité du fil reliée aux spires constituant la couche de spires située radialement vers l'intérieur de la bobine, c'est-à-dire vers la cavité centrale de la bobine. En d'autres termes, l'extrémité de débobinage est l'extrémité du fil bobinée en premier lors du bobinage du fil. Dès lors, en opérant une traction latérale sur cette extrémité de débobinage, l'opérateur obtient un déroulement des couches radiales de spires de la bobine en commençant par celles situées vers l'intérieur de la bobine, c'est-à-dire des couches de spires les plus centrales, en regard de la cavité centrale. Comme expliqué ci-après, ce type de bobine à spires jointives et à débobinage par l'intérieur porte un fil métallique enroulé en étant soumis à une force de contre- torsion comprise entre 0.5 tour et 1,20 tour par spire bobinée, de préférence, d'environ un tour par spire bobinée. De cette manière, lors du débobinage du fil, la force de contre torsion appliquée au fil va s'opposer à la force de torsion qui engendre le phénomène de rectiligne et sans noeud. De préférence, le fil métallique a une limite élastique (Rs) telle que: (G. dext5) / (Db.(dext - dint4)) 4 4 4 _ avec ( dext4 / (dext - dint4)) = 1 pour un fil plein, et o: - G est le module d'élasticité transversale du fil, - dext est le diamètre extérieur du fil, - Db est le diamètre de la bobine de fil, - dint est le diamètre intérieur du fil. En effet, lors du bobinage du fil, il convient que celui-ci soit contraint d'environ un tour sur lui-même pour chaque spire de bobine, mais sans que cette contrainte ne dépasse la limite élastique du fil. De là, si l'on compare le fil à un ressort travaillant en torsion (cf. "Formule technique de mécanique générale", J. Muller, 16e édition, page 242, figure 252) alors on obtient,: PR = (7.G. dext4) / (16.Db) o - PR est le couple de torsion du fil, - G, dext et Db étant donnés ci-dessus. De là, pour un fil plein, on obtient, après simplification (cf. "Formule technique de mécanique générale"): (G.dext) / Db quotient du diamètre du fil sur le diamètre de bobinage. Toutefois, pour un fil tubulaire (fil non plein), du type fil fourré de soudage, il faut tenir compte du moment d'inertie qui est dans le rapport de (1/d3) à (dext / (dext4 - dint4)), o dext et dint sont donnés ci-dessus. De là, la formule (I) ci-dessus devient: (G. dext5) / (Db.(dext4 - dint4)) bobinage Db de 300 mm. La bobine selon l'invention peut, en outre, comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - l'extrémité de fil débobinée est sensiblement rectiligne et sans "sans noeud"; - le fil métallique est un fil de soudage, de préférence un fil plein de soudage, - le fil a une longueur de fil (LF) d'au moins 500 m, de préférence d'au moins 1 km, et/ou a un diamètre de fil (DF) compris entre 0.7 mm et 1.7 mm, - elle comporte de 50 à 300 spires par couche axiale et/ou de 2 à 100 couches radiales de spires par bobine, de préférence de 10 à 50 couches radiales, - elle ne comporte pas de noyau central ou de moyen support de bobinage. L'invention concerne aussi un emballage, de préférence cartonné ou en matière plastique, frettant les spires extérieurs, contenant une bobine de fil métallique selon l'invention, ledit emballage comprenant, en outre, au moins un orifice de passage de l'extrémité de débobinage du fil métallique. Par ailleurs, l'invention a également trait à une installation de fabrication d'une bobine de fil selon l'invention, elle comporte: - des moyens d'alimentation en un fil métallique issu d'une source de fil métallique, - des moyens de torsion permettant d'appliquer au fil métallique une force de contre-torsion contrôlée comprise entre 0. 5 tour et 1,20 tour par spire bobinée, de préférence d'approximativement 1 tour par spire, - des moyens d'entraiment du fil, - des moyens de redressement du fil métallique agencés en aval des moyens de torsion, - des moyens de bobinage comprenant au moins un mandrin de bobinage, au moins un mandrin étant susceptible d'être mis en rotation autour de son axe central par des moyens rotatifs. Selon le cas, l'installation peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - des moyens de torsion comprennent au moins une broche de torsion; - les moyens de redressement du fil comportent au moins un dresse-fil permettant de redresser le fil et participant à la mise en contre-torsion dudit fil; - le mandrin de bobinage est rétractable; - elle comporte, en outre, des moyens de conditionnement permettant l'insertion de la bobine dans un moyen d'emballage. En outre, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une bobine de fil selon l'invention, il comporte au moins les étapes suivantes: (a) on amène un fil métallique provenant d'une source de fil métallique, (b) on applique au fil au fil métallique une force de contre-torsion contrôlée comprise entre 0.5 tour et 1,20 tour par spire bobinée, de préférence équivalent à approximativement un tour par spire bobinée, et (c) on opère un bobinage du fil métallique à spires jointives et en plusieurs couches de spires au moins partiellement superposées sur un mandrin de bobinage. De préférence, les étapes (a) à (c) sont réalisées sensiblement en continu. Avantageusement, on redresse le fil métallique entre les étapes (b) et (c). Préférentiellement, la vitesse de bobinage est d'au moins 5 m.s-1, de préférence de 15 m.s-1 à 30 m.s1 L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide des figures ci-annexées données à titre illustratif mais non limitatif. La figure 1 représente une vue schématique d'une installation de fabrication de bobine 1 selon l'invention. Plus précisément, un fil F métallique issu d'une source 2 de fil métallique, telle une bobine débitrice, est soumis à une force de contre-torsion dans des moyens de torsion 3, telle une broche de torsion, de manière à conférer au fil une force de contre-torsion équivalent à approximativement 1 tour par spire enroulée. La torsion du fil est obtenue grâce au dresseur de fil F qui est lié en rotation à la broche de torsion. Le fil est entraîné en rotation par la traction de la bobine réceptrice 1 comportant un mandrin 6 rétractable d'axe (A.A), le fil F étant guidé par des moyens de convoyage 5, tels des galets d'entrainement ou analogues, Dans ce cas, la vitesse WA de rotation de l'axe de bobinage (A.A) et la vitesse WB de rotation de l'axe de la broche de torsion 3 sont telles que: WA = 2.WB. Il est à préciser que la bobine débitrice 2 est préférentiellement liée en rotation à la broche 3 de torsion et tourne à la vitesse WB, de manière à ne pas faire subir au fil F de torsion en amont de la broche 3 de torsion. En outre, après son passage dans le système d'entraînement en torsion comprenant les moyens de redressement 4 de fil et les moyens de convoyage 5, le fil F est bobiné sur le mandrin 6 rétractable, ce qui permet, après bobinage, d'avoir accès aux spires internes de la bobine 1 qui pourront alors être débobinées les premières en évitant ainsi l'apparition des "noeuds". Le fil F subit donc, entre les moyens dresseur de fil et les mandrin 6 de bobinage, une contre torsion contrôlée équivalent à approximativement un tour par spire bobinée sur la bobine 1. Le système précédent s'applique particulièrement bien aux bobines de petites dimensions, c'est-à-dire de 5 à 25 kg, mais peut aussi être mis en oeuvre pour réaliser des bobines de taille supérieure, par exemples des bobines de 100 à 300 kg. En outre, ce système permet de fabriquer des bobines à spires jointives ce qui permet de réduire la taille du conditionnement, c'est-à-dire de l'emballage protecteur, de chaque bobine ainsi produite. La figure 2 est un schéma d'une installation selon l'invention analogue à celle de la figure 1, laquelle peut être utilisée pour réaliser des bobines selon l'invention, par exemple des bobines de 300 kg. Comme détaillé sur la figure 2, la bobine 2 débitrice est portée par un support 12 de bobine, lequel support 12 est animé d'un mouvement de rotation de vitesse WC, alors que la bobine 2 débitrice est animée d'un mouvement de rotation autour de son axe (D.D) de vitesse WD. Le fil F animé d'un mouvement rotatoire de vitesse de rotation WB passe successivement dans la broche de torsion 3 puis dans le système redresseur 4 et 5, avant d'être bobiné, c'est-à-dire enroulé, sur le mandrin de bobinage 6 rétractable. Le mandrin 6 de bobinage est, quant à lui, animé d'un mouvement rotatoire de vitesse WA autour de son axe (A.A). A titre indicatif, on choisit WA, WB et WC telles que: WA = 2 WB et WC = WB. Le mandrin 6 est, dans ce cas, porté par un chariot 7 de bobinage qui est mobile en translation et est muni d'un palier 9 rabattable pour permettre l'introduction de la bobine 1, après bobinage complet, à l'intérieur de son conditionnement 8, par exemple un emballage cartonné. En pratique, lorsque le bobinage de la bobine 1 est achevé, le palier 9 se rabat, de manière à permettre d'amener le conditionnement 8 auteur de la bobine 1. Ensuite, le mandrin 6 peut être rétracté et l'ensemble constitué par l'emballage 8 et la bobine 1 peut alors être évacué. L'installation de bobinage selon l'invention permet de fabriquer des bobines de toutes dimensions à spires jointives et à débobinage par l'intérieur sans apparition du phénomène de "noeuds" et sans inertie. En fait, le bobinage du fil F sur le mandrin 6 rétractable se fait en commençant par l'intérieur de la bobine et en finissant par les spires situées le plus à l'extérieur, c'est-à-dire à la périphérie de la bobine 1, alors que le débobinage de la bobine 1 se fait, lui aussi, par l'intérieur de la bobine. Les figures 3 à 5 représentent, respectivement, une bobine B de fil F de soudage selon l'art antérieur (Fig. 3) et selon la présente invention (Fig. 4 et 5), schématisée en cours de débobinage. Sur la figure 3, on voit que, selon l'art antérieur, le débobinage de la bobine se fait par traction latérale du fil porté par la bobine B, laquelle est habituellement placée sur un support dévidoir nonreprésenté, les spires S situées à l'extérieur de la bobine B se déroulant les premières, ce qui conduit à la formation intempestive de boucles ou "noeuds" N sur le fil F débobiné par traction latérale. A l'inverse, comme représenté sur les figures 4 et , le débobinage d'une bobine B de fil selon l'invention ne nécessite pas de support dévidoir et se fait de manière statique, étant donné que la bobine B n'est pas mise en rotation. En effet, la bobine B selon l'invention se déroule par l'intérieur, c'est-à-dire par sa cavité centrale CC; les spires S qui se débobinant d'abord sont celles situées le plus vers l'intérieur de la bobine B, laquelle ne comporte ni âme centrale, ni joues latérales. Le fil F ayant été soumis à une contre-torsion d'environ un tour par spire enroulée, lors de son bobinage, celui-ci se déroule en restant sensiblement rectiligne et sans engendrer de boucle ou de noeud. Ceci permet, en outre, de laisser la bobine B dans son conditionnement C dans la paroi duquel est aménagé un orifice 0 de passage du fil F. Comme on le voit sur la figure 5, qui est un schéma en coupe longitudinale d'une partie de la bobine de la figure 4, le fil F qui se déroule en premier et qui constitue donc l'extrémité de débobinage provient du débobinage de la couche de spires SP1 situé en regard de la cavité centrale CC de la bobine B d'axe central (A'- A'). En d'autres termes, le débobinage se fait par l'intérieur de la bobine B, la couche de spires SP1 se débobinant avant la couche de spires SP2, laquelle se déroule avant la couche de spires SP3.... Les bobines 1 de fil réalisées selon l'invention présentent de nombreux avantages, à savoir notamment: - elles peuvent être débobinées statiquement, c'est- à-dire sans avoir à être placées sur un support-dévidoir et il n'est donc plus nécessaire de prévoir un frein de bobine dont le réglage pose souvent problème; - l'effort de dévidage exercé par l'opérateur est constant quel que soit le diamètre de la bobine, en particulier le phénomène d'inertie en début et en fin de dévidage n'existe plus; - grâce à la contre-torsion appliquée au fil durant son bobinage, le débobinage dudit fil conduit immédiatement à un fil sensiblement rectiligne et sans boucle ou noeud; l'absence de boucle en expansion permet d'améliorer la sécurité de l'opérateur et diminue le risque de blessures; - la mise en oeuvre des bobines est facilitée car celles-ci peuvent rester dans leur emballage ou conditionnement, étant donné qu'il n'est plus nécessaire de les placer sur des supports dévidoirs. Toutes les informations relatives au fil sont donc lisibles à tout instant, par exemple grâce à une ouverture ou une fenêtre aménagée sur l'emballage. Cela permet à l'opérateur d'éviter toute confusion de fil. - elles peuvent exister en des dimensions et tailles variées; - elles restent protégées par leur emballage durant leur utilisation et il est dès lors possible, voire souhaitable, dans certaines applications de soumettre l'intérieur de l'emballage à un flux de gaz de soudage ou à un balayage au moyen d'un gaz inerte ou non; - l'emballage peut être doté d'un moyen de codage, tel un circuit imprimé établissant un contact entre plusieurs pointes pour identifier des paramètres de fil, notamment le diamètre ou la nature du fil contenu dans l'emballage, ou pour appeler automatiquement un affichage donné ou un programme de soudage grâce à une liaison entre ledit emballage et un générateur de courant de soudage; et - elles peuvent être facilement munies d'un dispositif de contact électrique pour détecter la fin de bobine. L'invention concerne aussi l'utilisation d'une bobine de fil selon l'invention, éventuellement contenue dans un emballage, dans une opération de soudage, en particulier une opération de soudage à l'arc électrique, notamment en soudage MAG (Metal Active Gas) ou à l'arc submergé. Revendications 1. Bobine de fil métallique comportant un fil métallique bobiné autour d'un axe central, selon des spires sensiblement jointives axialement les unes aux autres, les spires étant réparties en plusieurs couches radiales de spires, au moins une partie desdites couches radiales de spires étant au moins partiellement superposées radialement les unes aux autres, caractérisée en ce que ladite bobine comporte une cavité centrale et en ce que l'extrémité de débobinage dudit fil métallique est constituée par l'extrémité du fil reliée aux spires constituant la couche de spires située radialement vers ladite cavité centrale de la bobine. 2. Bobine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fil métallique bobiné est soumis à une force de contre-torsion comprise entre 0.5 tour et 1.2 tour par spire bobinée, de préférence égale ou équivalent à environ 1 tour par spire bobinée. 3. Bobine selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le fil métallique a une limite élastique (Rs) telle que: Rs 2 (G. dext5) / (Db. (dext4 - dint4)) avec ( dext4 / (dext4 dint4)) = 1 pour un fil plein, et o: - G est le module d'élasticité transversale du fil, - dext est le diamètre extérieur du fil, - Db est le diamètre de la bobine de fil, - dint est le diamètre intérieur du fil. 4. Bobine selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'extrémité de fil débobinée est sensiblement rectiligne et sans "sans noeud". 5. Bobine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le fil métallique est un fil de soudage, plein ou tubulaire, en ce que le fil a une longueur de fil (LF) d'au moins 500 m, et/ou a un diamètre de fil (DF) compris entre 0.7 mm et 1.7 mm. 6. Bobine selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte de 50 à 30 spires par couche axiale et/ou de 2 à 100 couches radiales de spires par bobine. 7. Emballage, de préférence cartonné ou en matière plastique, contenant une bobine de fil métallique selon l'une des revendications 1 à 6, ledit emballage comprenant, en outre, au moins un orifice de passage de l'extrémité de débobinage du fil métallique 8. Installation de fabrication d'une bobine de fil selon d'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte: - des moyens d'alimentation en un fil métallique issu d'une source de fil métallique, - des moyens de torsion permettant d'appliquer au fil métallique une force de contre torsion contrôlée comprise entre 0.5 tour et 1.2 tour par spire, de préférence d'approximativement un tour par spire, - des moyens d'entraiment du fil, des moyens de redressement du fil métallique agencés en aval des moyens de torsion, - des moyens de bobinage comprenant un mandrin de bobinage, au moins ledit mandrin étant susceptible d'être mis en rotation autour de son axe central par des moyens rotatifs. 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens de torsion comprennent au moins une broche de torsion et/ou en ce que les moyens de redressement du fil comportent au moins un dresse-fil et/ou en ce que le mandrin de bobinage est rétractable et/ou en ce qu'elle comporte, en outre, des moyens de conditionnement permettant l'insertion de la bobine dans un moyen d'emballage. 10. Procédé de fabrication d'une bobine de fil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes, de préférence réalisées sensiblement en continu: (a) on amène un fil métallique provenant d'une source de fil métallique, (b) on applique au fil métallique une force de contre torsion contrôlée comprise entre 0.5 tour et 1.2 tour par spire, de préférence équivalent à approximativement un tour par spire bobinée, et (c) on opère un bobinage autour d'un axe central du fil métallique à spires jointives axialement et en plusieurs couches radiales de spires au moins partiellement superposées sur un mandrin de bobinage.