BE1017908A3 - Dispositif de soudage de goujons tubulaires. - Google Patents

Abstract

Dans un dispositif de soudage . l'arc 'lectrique de goujons tubulaires sur un support (2), qui comporte une t^te de soudage (1) pr'sentant un axe longitudinal (1), une extr'mit' aval c"t' support et une extr'mit' amont oppos'e . celle-ci, la t^te de soudage comprend une bobine (6) coaxiale audit axe longitudinal, un noyau magn'tique (7) coaxial log' . l'int'rieur de ladite bobine, une enveloppe magn'tique (3) coaxiale ext'rieure entourant la bobine (6), dont l'extr'mit' amont est en contact magn'tique avec la r'gion amont du noyau man'tique (7) au moyen d'une bague magn'tique (10) et dont l'extr'mit' aval est form'e par une paroi transversale (12) espac'e de l'extr'mit' aval du noyau magn'tique, cette paroi transversale (12) 'tant perc'e d'une ouverture (13), de pr'f'rence circulaire,permettant le passage d'un goujon tubulaire (15) . souder sur le support (2), et un 'l'ment coaxial 'lectriquement isolant (11) dispos' entre le moyau magn'tique (7) et la bague magn'tique (10).

Description

  Dispositif de soudage de goujons tubulaires 

  
La présente invention concerne un dispositif de soudage de goujons tubulaires sur des supports, en particulier sur des supports plats perforés tels que des plaques perforées. 

  
Comme cela est bien connu dans la technique, un goujon est une tige pleine, filetée ou lisse, de faible longueur, qui est fixée perpendiculairement sur un support en vue de servir d'élément d'assemblage avec une autre pièce. Par exemple, on utilise de tels goujons soudés sur une paroi pour y assembler une paroi perpendiculaire. 

  
Dans certaines applications, on utilise aussi des goujons creux, ou tubulaires, que l'on fixe par exemple à l'emplacement d'un trou dans le support. 

  
D'une manière générale, les goujons peuvent être soudés sur le support par un procédé de soudage à l'arc. Ce procédé convient bien pour le soudage de goujons pleins sur des supports également pleins. 

  
Dans ce cas, le goujon est maintenu à une certaine distance du support sur lequel il doit être soudé, et on établit une tension électrique initiale entre le goujon et le support. La première étape du procédé consiste à mettre le goujon en contact avec le support, de façon à fermer le circuit électrique. Un courant électrique circule entre le goujon et le support, et provoque réchauffement de la zone de contact. Le goujon est ensuite légèrement écarté du support, de façon à faire jaillir un arc électrique entre les deux éléments. On maintient le goujon à distance du support pendant un temps suffisant pour que l'arc se développe sur toute la section du goujon, afin de provoquer la fusion de l'extrémité du goujon et de créer un bain de fusion localisé dans la surface du support.

   Le goujon est alors plongé dans le bain de fusion, où il est maintenu sous un effort axial. Pendant cette dernière étape, le circuit électrique est ouvert, afin de permettre le refroidissement et la solidification de la zone fondue, réalisant ainsi l'assemblage. Ces opérations peuvent être exécutées avec ou sans protection gazeuse.  Théoriquement, ce procédé pourrait également être utilisé pour le soudage de goujons tubulaires sur des substrats pleins ou perforés. Ceci impliquerait cependant que les matériaux utilisés soient parfaitement homogènes et que le goujon soit parfaitement perpendiculaire au support, afin de créer un arc électrique uniformément réparti sur la section annulaire du goujon. 

  
En pratique cependant, on constate que l'arc s'établit entre des points préférentiels du goujon tubulaire et du support, et que de ce fait le soudage ne se réalise qu'en un point, et pas sur toute la section du goujon. Un tel assemblage ne présente dès lors pas la résistance et éventuellement pas l'étanchéité requises. 

  
Par ailleurs, on sait par la physique qu'un champ magnétique orienté de manière appropriée exerce, non seulement sur un conducteur parcouru par un courant électrique mais aussi sur un arc électrique, une force qui provoque le déplacement du conducteur ou de l'arc. Ce principe est notamment appliqué dans les moteurs électriques. 

  
Le but de la présente invention est de procurer un dispositif de soudage de goujons tubulaires, qui permet de réaliser l'assemblage soudé sur toute la section du goujon tubulaire avec un support plein ou perforé. 

  
Dans son principe, l'invention est basée sur l'utilisation d'un champ magnétique en vue de provoquer la rotation de l'arc sur toute la section annulaire du goujon tubulaire à souder. 

  
A cet effet, un dispositif de soudage à l'arc électrique d'un goujon tubulaire sur un support, qui comporte une tête de soudage présentant un axe longitudinal, une extrémité aval côté support et une extrémité amont opposée à celle-ci, est caractérisé en ce que la tête de soudage comprend une bobine magnétique coaxiale audit axe longitudinal, un noyau magnétique coaxial logé à l'intérieur de ladite bobine, une enveloppe magnétique coaxiale extérieure entourant la bobine, dont l'extrémité amont est en contact magnétique avec la région amont du noyau magnétique au moyen d'une bague magnétique et dont l'extrémité aval est formée par une paroi transversale espacée de l'extrémité aval du noyau magnétique, cette paroi transversale étant percée d'une ouverture, de préférence circulaire, permettant le passage d'un goujon tubulaire à souder,

   et un élément coaxial électriquement  isolant disposé entre le noyau magnétique central et ladite bague magnétique de jonction avec l'enveloppe magnétique. 

  
L'enveloppe peut de préférence avoir la forme d'une douille, coaxiale à l'axe longitudinal de la tête de soudage. 

  
Selon une forme de réalisation avantageuse, un logement pour le goujon tubulaire à souder est prévu dans la région de l'extrémité aval du noyau magnétique. 

  
De préférence, le noyau magnétique comporte un canal, avantageusement central, débouchant dans le logement prévu pour le goujon tubulaire, afin d'amener un gaz de protection dans l'espace intérieur du goujon tubulaire. Ce canal peut être raccordé à une source extérieure de gaz de protection par tout moyen approprié connu en soi. 

  
Selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse, la paroi transversale formée à l'extrémité aval de l'enveloppe magnétique est de forme conique, convergente en direction de l'extrémité aval de la tête de soudage. Cette forme favorise la distribution des lignes de force du champ magnétique sur tout le périmètre de l'ouverture de l'enveloppe d'une part et sur tout le périmètre du goujon tubulaire à souder d'autre part. Elle favorise également la convergence des lignes de force vers le centre du goujon tubulaire à souder afin d'obtenir une importante composante radiale du champ magnétique agissant sur l'arc électrique formé entre le goujon et le support et une faible composante radiale de ce champ magnétique. 

  
A cet égard, l'angle d'inclinaison de ladite paroi conique par rapport à l'axe longitudinal de la tête de soudage est avantageusement compris entre 10[deg.] et 80[deg.], de préférence entre 20[deg.] et 70[deg.], et vaut de préférence encore au moins environ 60[deg.]. 

  
D'une manière particulièrement avantageuse, les pièces constituant le circuit magnétique, à savoir l'enveloppe, le noyau et la bague de jonction sont composées d'un acier à haute perméabilité magnétique. 

  
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un exemple de réalisation, en faisant référence aux dessins annexés, dans lesquels  La Fig. 1 est une représentation, en coupe axiale, d'une tête de soudage selon l'invention; et La Fig. 2 est une vue en coupe axiale montrant l'assemblage d'un goujon tubulaire sur une tôle perforée. 

  
La Figure 1 représente partiellement une coupe axiale à travers une tête de soudage selon l'invention, à monter sur un pistolet de soudage conventionnel. La tête de soudage présente de préférence une section circulaire, en correspondance avec la forme circulaire des goujons tubulaires à souder. De ce fait, elle possède un axe longitudinal I. 

  
Dans la Figure 1, le dispositif de soudage est symbolisé par un canon P, bien connu de l'homme du métier, qui ne sera dès lors pas décrit ou illustré plus en détail ici. 

  
Une tête de soudage de goujons tubulaires, désignée globalement par le repère 1, présente une première extrémité, dite extrémité amont, du côté du canon P, et une deuxième extrémité, dite extrémité aval, proche d'un support, tel qu'une pièce 2, sur lequel un goujon doit être soudé. 

  
La tête de soudage 1 comprend une enveloppe magnétique 3, de préférence une douille en acier, disposée coaxialement dans le prolongement du canon P. Elle est reliée au canon P par l'intermédiaire d'un couvercle de fixation annulaire 4, qui est à son tour attaché au canon par des moyens appropriés, par exemple par des vis de fixation 5. Une bobine électromagnétique 6 est disposée coaxialement à l'intérieur de la enveloppe 3, et présente un espace intérieur dans lequel est logé un noyau magnétique 7. Le noyau 7 se prolonge au-delà de la bobine 6 en direction du canon P, par une partie de plus grand diamètre 8 menée à travers le couvercle de fixation 4. Ce prolongement s'étend en direction axiale jusqu'à une pièce adaptatrice 9, reliée à l'alimentation électrique du pistolet de soudage d'une manière connue. 

  
A son extrémité opposée au canon P, le noyau magnétique 6 présente une cavité axiale destinée à recevoir un goujon tubulaire à souder. 

  
A son extrémité amont, l'enveloppe magnétique 3 est pourvue intérieurement d'une bague métallique de jonction 10, entourant le prolongement 8 du noyau magnétique 7. Cette bague 10 s'applique sur ce prolongement 8 par l'intermédiaire  d'un manchon électriquement isolant 11, de préférence en PTFE (Teflon(R)). Ce manchon permet le coulissement axial du noyau 7, 8 ainsi guidé dans la bague 10. De cette manière, le courant de soudage circulant dans la pièce adaptatrice 9 et le noyau 7 n'est pas transmis à l'enveloppe 3. 

  
A son extrémité aval, l'enveloppe 3 se prolonge au-delà de la bobine 6, et se termine par une paroi conique convergente 12, qui présente une ouverture centrale 

  
13 permettant le passage du goujon à souder. La conicité de cette paroi 12 par rapport à l'axe longitudinal I de la tête de soudage 1 est ici de 60[deg.]. Elle n'est cependant pas limitée à cette valeur. 

  
La tête de soudage 1 se termine à son extrémité aval par une pièce annulaire 14, disposée essentiellement autour de la région d'extrémité conique de l'enveloppe 3. Cette pièce 14 forme une base d'appui de la tête de soudage 1 sur la pièce 2. 

  
Le noyau magnétique 7 présente un canal 16 permettant l'arrivée de gaz protecteur dans la zone de soudage. Le canal 16 comporte avantageusement des branches d'entrée et de sortie, inclinées dans le sens de circulation du gaz afin de favoriser son écoulement à travers le noyau magnétique 7 en direction de l'extrémité aval de la tête de soudage. 

  
La tête de soudage selon l'invention fonctionne de la manière suivante. A titre d'exemple, on se réfère au soudage d'un goujon tubulaire en acier sur une pièce d'acier 2. 

  
Un goujon tubulaire 15 est placé dans le logement prévu à cet effet dans le noyau magnétique 7, et la tête de soudage 1 est appliquée perpendiculairement sur la pièce 2 par la base 13. Une tension de soudage est appliquée au goujon 15, via la pièce adaptatrice 9 et le noyau magnétique 7. Le noyau 7 est ensuite déplacé en direction de la pièce 2, afin de mettre le goujon 15 en contact avec la pièce 2 et fermer ainsi le circuit électrique. On écarte alors le goujon 15 de la pièce 2 en déplaçant le noyau 7 en direction du canon P, de façon à faire jaillir un arc électrique entre le goujon 15 et la pièce 2. 

  
Jusqu'à ce stade, le procédé correspond au soudage conventionnel d'un goujon sur une pièce.  Selon l'invention, on crée dans la tête de soudage un champ magnétique, au moyen d'un circuit dérivé comprenant la bobine magnétique 6, le noyau magnétique 7, la bague 10, l'enveloppe 3 et le goujon 15 placé dans le logement du noyau 7. Ce circuit magnétique présente un entrefer entre les deux pôles magnétiques constitués par le goujon et la région du bord de l'ouverture 13 formée dans la paroi conique 12. 

  
En raison de la configuration de l'extrémité de l'enveloppe 3, le champ magnétique présente dans cet entrefer une importante composante radiale, très uniforme, et une composante axiale très faible. 

  
La bobine 6 produit ainsi des lignes de force magnétiques qui circulent dans le noyau 7 et dans le goujon 15. Le flux magnétique quittant le goujon 15 est canalisé sous la forme d'une nappe de lignes de force en raison de la forme de l'autre pôle magnétique, c'est-à-dire de la paroi conique 12, et circulent ensuite dans la paroi de l'enveloppe 3 pour retourner dans le noyau 7 par la bague de jonction 10, qui ferme le circuit magnétique. 

  
Le champ magnétique essentiellement radial créé dans l'entrefer provoque la rotation de l'arc électrique sur la périphérie de la face d'extrémité du goujon, qui est ainsi chauffée et fondue uniformément sur toute sa surface. Le goujon peut alors être poussé par des moyens appropriés présents dans le pistolet de soudage, afin d'être plongé dans le bain de fusion également formé par l'arc électrique dans la surface de la pièce 2. 

  
La Figure 2 représente, en coupe axiale, l'assemblage d'un goujon tubulaire 15 sur une tôle percée 2, réalisé au moyen de la tête de soudage selon l'invention. 

  
La soudure 17 est réalisée correctement sur toute la périphérie du goujon, et assure un assemblage très résistant de ces deux éléments. 

  
L'invention n'est bien entendu pas limitée à la forme de réalisation particulière qui a été décrite et illustrée ici. Elle englobe en fait toutes les modifications et améliorations qui pourraient y être apportées dans le cadre des revendications qui suivent.

Claims (6)

Revendications

1. Dispositif de soudage à l'arc électrique de goujons tubulaires sur un support (2), qui comporte une tête de soudage (1) présentant un axe longitudinal (I), une extrémité aval côté support et une extrémité amont opposée à celle-ci, caractérisé en ce que la tête de soudage comprend une bobine (6) coaxiale audit axe longitudinal, un noyau magnétique (7) coaxial logé à l'intérieur de ladite bobine, une enveloppe magnétique (3) coaxiale extérieure entourant la bobine (6), dont l'extrémité amont est en contact magnétique avec la région amont du noyau magnétique (7) au moyen d'une bague magnétique (10) et dont l'extrémité aval est formée par une paroi transversale (12) espacée de l'extrémité aval du noyau magnétique, cette paroi transversale (12) étant percée d'une ouverture (13), de préférence circulaire,

permettant le passage d'un goujon tubulaire (15) à souder sur le support (2), et un élément coaxial électriquement isolant (11) disposé entre le noyau magnétique (7) et la bague magnétique (10).

2. Dispositif de soudage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un logement pour le goujon tubulaire à souder est prévu dans la région de l'extrémité aval du noyau magnétique (7).

3. Dispositif de soudage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le noyau magnétique comporte un canal (16), avantageusement central, débouchant dans le logement prévu pour le goujon tubulaire.

4. Dispositif de soudage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la paroi transversale (12) formée à l'extrémité aval de l'enveloppe magnétique (3) est de forme conique, convergente en direction de l'extrémité avant de la tête de soudage.

5. Dispositif de soudage selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison de ladite paroi conique (12) par rapport à l'axe longitudinal (I) de la tête de soudage est compris entre 10[deg.] et 80[deg.], de préférence entre 20[deg.] et 70[deg.], et vaut de préférence encore au moins environ 60[deg.].

6. Dispositif de soudage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pièces constituant le circuit magnétique, à savoir la enveloppe (3), le noyau (7) et la bague de jonction (10) sont composées d'un acier à haute perméabilité magnétique.