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La présente invention est relative à un procédé de
soudage bout à bout sans métal d'apport, de baguettes métalliques
cylindriques de révolution, permettant d'éviter la formation de
bourrelet dans la zone soudée et la présence d'une flèche entre
les baguettes raboutées. Ce procédé est destiné, en particulier
au soudage bout ~ bout de baguettes d'alliage de rechargement dur.
Les baguettes de rechargement dur sont constituées par
des alliages base fer, nickel ou cobalt, généralement chargés
en carbone ou en bore, qui ont un faible allongement à chaud et
ne sont donc pratiquement pas forgeables.
Ces baguettes cylindriques, de diamètre compris entre
2 et 15 mm et de longueur habituellement inf~rieure à l 000 mm,
sont généralement réalisées par coulée discontinue et, de ce fait,
n'ont pas une longueur constante. Les utilisateurs, en particulier
ceux disposant de machines de déposition automatique (par exemple,
les fabricants de soupapes ou de clapets) souhaitent avoir des
baguettes de la plus grande longueur possible de façon à diminuer
les chutes inévitables dues aux mégots, et même à les supprimer
totalement en raboutant les baguettes in situ, c'est-à-dire
directement sur la machine ~ recharger.
De plus, les dispositifs d'alimentation en baguettes
de ces machines de déposition n'admettent pas de bourrelets.
D~autre part, certains utilisateurs exigent des baguettes de
longueur constante, dans le cas par exemple d'enrobage d'élec-
trodes par extrusion ou tout simplement pour des raisons de
présentation.
Pour ces deux raisons, on est donc amené à souder bout
à bout des baguettes de longueur variable, en recoupant éventuelle-
ment la barre continue ainsi formée à une longueur donnée.
Les procédés utilisés habituellement pour souder les
baguettes tels que le soudage par résistance ou par étincelage,
le soudage au chalumeau à gaz ou le soudage par friction comportent
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~:
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tous une phase d'échauffement et une pha-~e déforgeage au cours de
laquelle on écrase l'une contre l'autre les ~eux extrémités
préchauffées de mani~re à assurer la soudure, c'est-à-dire la
continuité de l'état solide.
Cette déformation en compression entraîne toujours
l'apparition d'un bourrelet qui, dans le cas des baguettes de
rechargement, est inacceptable. En effet, ce bourrelet est
déchiqueté et présente des fissures à cause de la mauvaise
aptitude à la déformation à chaud, ce qui rend incertaine la
qualité de la soudure. De plus, les dispositifs d'alimentation
des machines de déposition et les filières d'extrusion pour l'enro-
bage des électrodes interdisent la présence de ce bourrelet. On
est donc conduit à éliminer le bourrelet en le meulant ou en
rectifiant la totalité de la baguette sur machine centerless, ce
qui entraîne une augmentation importante du prix de revient et
une perte de matière et interdit le raboutage in situ sur les
machines de déposition automatiques.
Par ailleurs, les différents procédés cités donnent,
lorsque les coupes ne sont pas parfaitement orthogonales, des
flèches ~ hauteur des raboutures. En effet, la source d'énergie
de soudage ne présentant généralement pas de symétrie de révolution
et l'alliage étant très mauvais conducteur de la chaleur (environ
30 fois moins que le cuivre) lors du refroidissement, lequel peut
durer plusieurs minutes, le côté le plus chauffé se contracte
davantage et entraîne une flèche pour la partie raboutée. Or, ~
ce moment, la baguette n'est plus serrée entre les mors, sauf à ad-
mettre une cadence de soudage dérisoire, et rien ne vient s'oppo-
- ser ~ la déformation.
L'invention se propose de remédier à ces inconvénients
puisqu'elle permet de souder des baguettes cylindriques sans qu'il
y ait formation de bourrelet, ce qui supprime la nécessité d'une
rectification ultérieure et sans risque de flèchage résiduel à
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. ~ .~ ~- . . ;. ......... . .
. : : . .
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hauteur de la soudure, t:out en permettant des cadences de soudage
élevées et une grande facilité d'automatisation due en particulier
à la suppression de la phase de Eorgeage. De plus, la composi-
tion de la baguette n'est pas altérée et les propriétés mécaniques
de la zone soudée sont très voisines de celles de la baguette
elle-même.
Selon la présente invention, il est prévu un procédé
pour souder bout à bout, sans métal d'apportr des baguettes
métalliques cylindriques de révolution de même diamètre, sans
formation de bourrelet dans la zone soudée et sans flèche,
caractérisé en ce que les deux extrémités à souder sont amenées
au contact l'une de l'autre sans effort de compression et que,
pendant l'apport d'énergie nécessaire au soudage et le début au
moins du refroidissement, oncrée un mouvement relatlf entre les
deux baguettes au contact autour de leur axe de révolution et
une source d'énergie de soudage, le mouvement relatif, et le
nombre de tour, qui doit être plus d'un tour complet, étant
tels qu'il se forme dans la zone soudée un anneau liquide de
révolution qui progresse dans le sens radial jusqu'à atteindre
toute la section transversale des baguettes.
L'énergie nécessaire à la soudure est fournie par une
source concentrée amorçable, placée à hauteur du plan de contact
des deux extrémités à souder. Cette source peut être un arc
TIG, un arc plasma, une boucle haute fréquence, un canon à
electrons permettant une soudure par bombardement électronique,
un canon laser ou toute autre source d'énergie concentrée per-
mettant la fusion à coeur, de la baguette. Pour des alliages
de rechargement dur, l'arc TIG est suffisant pour des baguettes
cylindriques d'e diamètre de l'ordre de ~ mm. Par contre, pour
des baguette de diamètre 8 mm, il peut être nécessaire de recou-
rir à un arc plasma et pour un diamètre 12 mm, à un bombardement
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., .
. .
.,
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électronique.
Pour obtenir le mouvement relatiE de deux baguettes à
rabouter par rapport à la source d'énergie de soudage, on peut
soit maintenir la source fixe et faire tourner les baguettes
autour de leur axe de révolution commun, ou bien, au contraire,
maintenir les baguettes fixes et faire tourner la source d'énergie
autour de l'axe de révolution des baguettes. Cette dernière
solution s'avère nécessaire dans le cas par exemple du raboutage
in situ sur les machin~s de déposition automatiques (recharge-
ment des soupapes, des clapets de robinetterie, etc) qui permet-
tent difficilement une rotation propre de la baguette.
~ans le premier cas, chacune des deux baguettes à souder
est serrée concentriquement dans des pinces tournantes coaxiales,
animées d'un même mouvement de rotation sans qu'il y ait la
moindre compression dans le sens longitudinal.
Le mouvement de rotation des pinces tournantes peut 8tre
continu, l'essentiel étant que, pour une soudure donnée, le
mouvement de rotation de deux baguettes à souder soit de plus
d'un tour complet.
Dans le deuxième cas, où c'est la source d'énergie qui
tourne autour des baguettes, il est nécessaire, à cause des fils
d'amenée de courant, que la rotation se Easse alternativement
dans un sens puis dans l'autre pourvu qu'il y ait plus d'un tour
complet pour chaque soudure.
Comme il y a, dans les deux cas, mouvement relatif
des baguettes sous la source de chaleur, il se crée progressive-
ment dans la zone chauffée un anneau liquide qui grandit jusqu'à
atteindre toute la section transversale des baguettes. Cet
anneau grâce à~ la rotation relative garde une forme circulaire/
ne tombe pas et ne prend pas une forme de goutte car il est main-
tenu en place par la tension superficielle du liquide.
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~ , .
- . ~. . .
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Il suffit, alors d'éteindre en douceur la source
d'energie lorsque la phase liquide attein~ l'axe, c'est-à-dire
au bout d'un temps préréglé pour un matériau donné et de laisser
solidifier tout en maintenant la rotation pendant un certain
temps.
Dans la mesure où les baguettes font plus d'un tour
par rapport à la source de chaleur, la symétrie de révolution
est conservée pendant toute la durée de l'opération. Il suffit
généralement de deux ou trois tours pour obtenir un excellent
résultat. Quant à la vitesse angulaire du mouvement de rotation
relatif, elle doit être d'autant plus grande que le matériau à
souder est d'autant plus conducteur.
La symétrie de révolution de la zone soudée étant
maintenue, il n'y a aucun risque de voir apparaltre une flèche
entre les deux parties raboutées et on peut ainsi relâcher les
pinces au bout de quelques secondes.
On constate enfin qu'il ne se forme aucun bourrelet.
Il peut au contraire apparaltre un léger creux correspondant
au volume laissé vide par une éventuelle coupe un peu biaisée
ou par un léger écartement des extrémités avant soudure.
Selon l'invention, il est aussi prévu un dispositif
pour souder bout à bout, sans métal d'apport, des baguettes
métalliques cylindriques de révolution de même diamètre sans
formation de bourrelet dans la zone soudée et sans flèche~com-
prenant, des moyens d'avance des baguettes le long de leur axe
de révolution commun pour que deux extrémités à souder soient
amenées au contact l'une del'autre sans effort de compression,
une source d'énergie de soudage et deux pinces coaxiales autour
de l'axe commu,n des baguettes susceptibles de serrer les baguet-
tes par un effort uniquement axial, des moyens pour créer unmouvement relatif entre les deux baguettes au contact et la source
d'éner~ie de soudage de fa~on à ce que le mouvement relatif et
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': . : . : . . .
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le nomhre de tours, qui doit être p]us d'un tour complet, soient
tels qu'il se ~orme dans ]a zone soudée un anneau liquide de
révolution qui progresse dans le sens radial jusqu'à atteindre
toute la section transversale des baguettes.
Une variante pré~érentielle va être maintenant décrite,
de racon non limitative, en faisant reférence à :la figure unique.
En se réEérant à cette figure on voit des baguettes
cylindriques 1 et 2 qui sont mise en contact sur l'une
de leurs extrémités en section orthogonale par rapport à leur
axe de révolution commun, La source d'énergie de soudage, un
arc TIG 4, est placée au voisinage des baguettes dans le plan
défini par la section de contact.
Chacune des baguettes est serrée, par un effort unique-
m~nt radial, dans une pince, 5 et 6, ces deux pinces identiques
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étant coaxiales de révolution autour de l'axe 3 et pouvant à
volonté serrer ou libérer les baguettes 1 et 2. Ccs pinces sont
animées en permanence d'un même mouvement de rotation uniforme
autour de l'axe 3 aussi bien ~ l'état serré que desserré. Dans
le cas de l'arc TIG ou de l'arc plasma, pour qu'il n'y ait ni
rupture du circuit électrique, ni établissement préférentiel de
l'arc sur un côté à souder plutôt que sur l'autre, les pinces 5
~t 6 sont munies chacune d'un point électrique tournant 7 qui
peut être par exemple une tresse en cuivre, de telle manière que
les résistances électriques de circuits de retour du courant
de chaque pince soient identiques~
L~opération de soudage se passe de la manière suivante :
on suppose qu'une baguette 0 a déj~ été raboutée à la baguette 1
dans une opération antérieure. Les pinces 5 et 6 étant desserrées,
la baguette 1 est poussée longitudinalement le long de l'axe 3
jusqu'à ce que son extrémité non soudée se trouve en face de la
source 4. La pince 6 est alors fermée et, par une nouvelle
poussée longitudinale, une baguette 2 est amenée en butée sur
l'extrémité de la baguette 1 maintenue fixe er~ translation par
la pince 6. La pince 5 est alors fermée et le plan de rabouture
positionné au droit de la source 4, les deux baguettes tournant
à la même vitesse angulaire et dans le même sens. L'arc est
alors amorcé pendant le temps nécessaire pour que la zone fondue
atteigne l'axe. On éteint ensuite progressive~ent l'arc et
l'ensemble ayant fait quelques tours, on desserre les pinces et
les baguettes 1 et 2 ainsi soudées sont poussées pour faire la
soudurc suivantc, au droit dc l'cxtr~mitC non soud~c dc la b~a(~uotto
2. Les opérations d'avance des baguettes, d'amorcage et d'extinc-
tion de l'arc peuvent être aisément automatisées par un système
d'asservissement approprié.
Le procédé, selon l'invention, peut être illustré par
les deux exemples suivants qui décrivent des cas particuliers de
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mise en oeuvre, non limitatifs :
EXEMPLE 1
Des baguettes cylindriques de diamètre 4 mm et de
composition suivante (en % en poids) C = 1 , W = 4,5; Cr = 26 ,
Si = 1 , Co = 67,5 sont raboutées dans les conditions sui~antes :
- vitesse de rotation des baguettes : 150 tours/minute,
- source d'énergie arc TIG - 30V - 50 A
- temps de maintien d'arc de 3 secondes comportant une montée
en intensité rapide ( Cls) et une descente progressive en 2s.
La machine de raboutage fonctionne en cycle automatique
à la cadence efficace de 5 soudures par minute, temps de refroi-
dissement et de transfert inclus.
Les baguettes obtenues sont exemptes de flèche et de
bourrelet.
EXEMPLE 2
- Des baguettes cylindriques de diamètre 8 mm et de compo-
sition (% en poids) C = 2,5 ; W = 13, Cr = 33 ; Si = 1 ; Co = 50,5
sont raboutées dans les conditions suivantes :
- préécartement de 0,3 mm
- vitesse de rotation : 300 tours/minute
- source d'énergie : arc plasma - 30 v - 125 A
- temps de maintien d'arc de 6 secondes comportant une montée
en intensité quasi intantanée, un maintien de 3 secondes à 125 A
et de 3 secondes à 40 A.
Les baguettes obtenues sont droites et exemptes de
bourrelet. A l'essai de rupture par flexion entre deux appuis
simplcs, la rupturc sc faiL cn dchors du plan dc soudurc.
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