Suivant les conventions internationales, la priorité du brevet luxembourgeois
déposé le 28 juin 1974 est revendiquée.
CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -
CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE,
Association sans but lucratif -
Vereniging zonder winstoogmerk à Bruxelles, (Belgique).
Procédé pour le contrôle de la soudure de barres en acier.
La présente invention se rapporte à un procédé pour le contrôle de la soudure par résistance, de barres en acier, placées en croisillon.
Les assemblages réalisés à partir de barres métalliques et plus spécialement de ronds en acier, sont utilisés depuis longtemps dans de nombreuses braches de l'industrie.
A l'heure actuelle, outre leur application maintenant classique dans les bâtiments d'habitations en béton, on
les utilise notamment dans la construction des routes en béton armé, du type continu. Ces routes comportent, enrobés dans la masse du béton, des treillis ou grillages continus composés de .deux réseaux plans l'un longitudinal et l'autre transversal constitués chacun de barres en acier, parallèles entre elles; les deux réseaux sont soudés l'un sur l'autre, de façon à ce que les barres de l'un forment un angle déterminé avec les barres de l'autre; chaque barre d'un des réseaux étant soudée par résistance avec chacune des barres de l'autre réseau.
Pour des raisons économiques évidentes, ces soudures exécutées en usine doivent l'être à la vitesse la plus
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le lieu d'utilisation.
La détermination de la qualité d'un lot de treillis réalisé comme décrit ci-dessus est ordinairement basée sur les résultats de quatre essais auxquels sont soumises un nombre déterminé de soudures constitutives de ces treillis ; un essai d' arrachement tangentiel, un essai de pliage, un essai de traction et un essai de manipulation; ces quatre types d'essais
sont résumés brièvement ci-après :
Dans l'essai de traction, la limite d'élasticité, mesurée sur tronçon d'un élément longitudinal ou transversal comportant en son milieu un noeud de soudure avec un tronçon de l'autre élément de 4 à 8 cm de longueur, symétriquement disposé par rapport au tronçon à essayer, doit Etre au moins égale à
la limite d'élasticité garantie pour cette même armature lors
de la livraison avant mise en oeuvre dans le treillis. L'allongement de rupture est mesuré sur une base de 10 0 centrée sur le noeud soudé.
Dans l'essai d'arrachement tangentiel du noeud, la traction est effectuée sur l'armature de plus gros diamètre; l'effort d'arrachement doit être de 30 % au moins du produit de la limite d'élasticité garantie par la section conventionnelle
de l'armature de plus faible diamètre.
Dans l'essai de manipulation, le panneau posé à
même le sol avec les armatures transversales en dessous est agrippé successivement : - à une extrémité de la longueur, en deux points, et soulevé de 4 m en cet endroit;
- le long d'un côté latéral, en au moins trois points, et soulevé jusqu'à être suspendu entièrement.
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éprouvette est effectué de manière à ce que la soudure soit située sur la face en traction.
Le rayon de courbure de la fibre moyenne de l'armature doit
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angle de pliage atteint 45[deg.]..
S'ils ne sont pas satisfaisants, ces essais effectués sur un nombre déterminé de croisillons appartenant à tout un lot de treillis, peuvent conduire soit au rebut de la totalité du lot,-soit à des manipulations très onéreuses pour recommencer ou renforcer les soudures mal faites.
Il importe donc de disposer d'un procédé permettant d'une part, le contrôle de la qualité d'une soudure au cours même de son exécution et d'autre part, si le résultat de ce contrôle n'est pas satisfaisant, permettant l'adaptation immédiate des conditions opérationnelles de soudage de manière à améliorer, dans la proportion souhaitée, la qualité d'une soudure reconnue défectueuse sur la base du procédé de l'invention.
A la connaissance du demandeur, il n'existe pas à ce jour de procédé rendant possible au cours de l'opération même du soudage, le contrôle de la qualité des soudures ainsi que l'adaptation immédiate des conditions opérationnelles de soudage avec toute garantie de sécurité en ce qui concerne les essais destructifs axuquels ces soudures doivent résister.
La présente invention a précisément pour obiet
un tel procédé.
Ce procédé est basé sur l'analyse de la courbe donnant l'évolution au cours du temps de la pénétration des barres l'une dans l'autre ou cours du soudage. Cette courbe peut par exemple être obtenue par l'enregistrement du signal électrique issu d'un capteur inductif de déplacement, solidaire des électrodes de la machine à souder.
Cette courbe permet de calculer plusieurs paramètres relatifs à l'opération de soudage et notamment, la pénétration finale des deux barres l'une dans l'autre et la vitesse moyenne de cette pénétration.
Des essais systématiques ont mis en lumière de façon inattendue, qu'il existe une relation importante entre d'une part cas deux paramètres, à savoir la pénétration finale des deux barres l'une dans l'autre, et la vitesse moyenne de cette pénétration, et d'autre part la qualité de la soudure effectuée.
Ces essais ont notamment permis de montrer que, pour obtenir une soudure satisfaisante de façon certaine aux quatre essais cités ci-dessus, la pénétration devait atteindre une valeur minima, et la vitesse de pénétration ne pouvait pas dépasser une valeur maxima, ces deux valeurs étant connues par voie expérimentale, à partir d'essais systématiques susmentionnés. On a-ainsi pu déterminer une courbe considérée comme idéale de l'évolution temporelle de la pénétration et ce sont les deux conditions indiquées ci--dessus qui doivent être vérifiées par la courbe. Si ce n'est pas le cas, on modifie dans
le sens voulu une ou plusieurs des conditions opérationnelles du soudage et on recommence l'opération de soudage sur le noeud défectueux. On comprend aisément comment ce mode opératoire comporte un contrôle immédiat de la soudure effectuée
et permet des corrections aux moindres frais.
La pénétration des deux barres peut être définie de plusieurs façons, mais il est commode de la caractériser par le rapport
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formule dans laquelle d et d représentent les diamètres des deux barres avant soudage et "x" l'épaisseur de l'ensemble des deux barres à la partie écrasée, c'est-à-dire à l'endroit de
la soudure.
La vitesse moyenne A de cette pénétration est considérée comme étant le rapport, à une unité de temps déterminée, de préférence la durée du passage du courant de soudage, de la pénétration existant à la fin de l'essai.
Le procédé, objet-de la présente invention, dans lequel on effectue le soudage par résistance de deux barres disposées en croisillon, est essentiellement caractérisé en ce que, d'une part, on mesure la pénétration finale des deux barres l'une dans l'autre, par exemple au moyen de capteurs de déplacement des électrodes de la machine à souder, et d'autre part on détermine la vitesse moyenne de cette pénétration, en ce que l'on compare ces deux vale rs à deux autres valeurs, considérées l'une comme une pénétration minima, l'autre comme une vitesse de pénétration maxima, ce qui permet de savoir si ces deux conditions sont vérifiées, et par conséquent si la soudure peut être considérée comme bonne, et en ce que, dans le cas où au moins une de ces deux conditions n'est pas vérifiée, on modifie, dans le sens approprié,
les conditions opérationnelles du soudage pour que ces deux conditions soient vérifiées. De cette façon, on améliore, dans la proportion souhaitée, la qualité d'une soudure reconnue défectueuse sur la base du procédé de l'invention.
Suivant l'invention, parmi les facteurs opérationnels susceptibles de modifier la pénétration finale des barres er la vitesse moyenne ae cette pénétration, on peut citer les diamètres des barres, la force appliquée aux barres, l'intensité du courant de soudage et sa durée.
La réalisation de ces conditions ne doit plus donner lieu à tâtonnement, puisqu'elles ont été déterminées à partir des essais systématiques préalables sur les échantillons.
Le diagramme de la figure 1 donné ci-après à titre d'exemple, et en unités conventionnelles, permet de se rendre compte du déroulement des opérations au cours d'un processus
de soudure conforme au procédé de l'invention.
Ce diagramme représente en fonction du temps :
- la pénétration des deux barres (courbe I, en trait continu)
- la charge appliquée (courbe II, en traits interrompus)
- le courant de soudage (courbe III, en traits mixtes).
La courbe I se compose de cinq parties successives :
1) une partie (1) dite d'accostage, pendant laquelle les deux
barres sont mises en contact l'une avec l'autre, sans application de charge,
2) une phase (2) de mise en charge "à froid" des deux barres
l'une sur l'autre,.
3) une phase (3) d'écrasement rauide des barres, sous l'effet
du passage du courant. L'ordonnée de la courbe indique le déplacement relatif correspondant des deux barres.
4) une phase (4) d'écrasement des barres, également due au passage du courant; le passage de la phase 3 à la phase 4 s' observe par un changement brusque dans la pente de la courbe I.
5) une dernière phase (5) d'écrasement due à la charge seule,
le courant de chauffage étant supprimé.
La somme des trois ordonnées, dues aux phases 3 à 5 du processus, permet de calculer la pénétration finale des deux barres. C'est la valeur minimum de cette pénétration finale qui est un des critères à respecter pour se conformer au procédé de la demande. A noter que la longueur représentée par l'expression (d- + d2 - x), dont la signification physique est indiquée à la fig.2, peut se retrouver sur la fig.l sous la forme de la différence d'ordonnée indiquée en 6.
La courbe II représente en fonction du temps, la charge P appliquée sur le contact des barres, elle peut perdurer un certain temps au-delà de la fin du passage du courant. Cette charge est le plus souvent constante lors d'une opération de soudage, niais il n'est pas exclu de la faire varier au cours du temps. La durée totale de son application et son intensité sont aussi deux des éléments déterminants de l'évolution au cours du temps de la pénétration et donc notamment de sa valeur finale ainsi que de sa vitesse moyenne. A remarquer que cette pénétration ne commence qu'au moment où le courant de soudage est démarré.
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intensité I du courant de soudage en fonction du temps. L'ordonnée indique généralement la valeur efficace moyenne du courant. L'intensité du courant de soudage, et sa durée d'application sont également, comme déjà dit plus haut, deux des éléments déterminants de l'évolution au cours du temps, de la pénétration, et donc notamment de sa valeur finale, ainsi que
de sa vitesse moyenne.
Dans le cas où le'courant d'alimentation est alternatif et présente une fréquence de 50 Hz, la vitesse moyenne de
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leur finale de pénétration et NP le nombre de périodes de passage du courant de soudage.
Suivant l'invention, le courant de soudage peut être continu, alternatif, sinusoïdal, pulsant, rectangulaire, à front d'attaque plus ou moins raide, etc...
Il ne sert pas de cadre de l'invention de faire précéder la période de soudage d'une période de préchauffage ni de faire suivre la période de soudage d'une période de réchauffage, pendant lesquelles la charge peut être maintenue.
According to international conventions, the priority of the Luxembourg patent
filed June 28, 1974 is claimed.
METALLURGICAL RESEARCH CENTER -
CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE,
Nonprofit organization -
Vereniging zonder winstoogmerk in Brussels, (Belgium).
Process for checking the welding of steel bars.
The present invention relates to a method for the control of resistance welding of steel bars placed in a cross.
The assemblies made from metal bars and more especially steel rounds have long been used in many branches of industry.
At present, in addition to their now classic application in concrete residential buildings, we
used in particular in the construction of reinforced concrete roads, of the continuous type. These roads comprise, coated in the mass of concrete, continuous trellises or grids composed of two flat networks, one longitudinal and the other transverse, each made up of steel bars, parallel to each other; the two networks are welded one on the other, so that the bars of one form a determined angle with the bars of the other; each bar of one of the networks being welded by resistance with each of the bars of the other network.
For obvious economic reasons, these welds carried out in the factory must be carried out at the fastest speed.
<EMI ID = 1.1>
the place of use.
The determination of the quality of a batch of mesh produced as described above is usually based on the results of four tests to which a determined number of welds constituting these mesh are subjected; a tangential pullout test, a bending test, a tensile test and a handling test; these four types of tests
are briefly summarized below:
In the tensile test, the elastic limit, measured on a section of a longitudinal or transverse element comprising in its middle a weld node with a section of the other element 4 to 8 cm in length, symmetrically arranged by in relation to the section to be tested, must be at least equal to
the elastic limit guaranteed for this same reinforcement during
delivery before installation in the trellis. Elongation at break is measured on a basis of 100 centered on the welded knot.
In the tangential tearing of the knot test, traction is carried out on the reinforcement of larger diameter; the pullout force must be at least 30% of the product of the yield strength guaranteed by the conventional section
of the smaller diameter reinforcement.
In the handling test, the panel placed at
even the ground with the transverse reinforcements underneath is gripped successively: - at one end of the length, at two points, and lifted by 4 m at this point;
- along a lateral side, in at least three points, and lifted until it is fully suspended.
<EMI ID = 2.1>
specimen is made so that the weld is located on the tensile face.
The radius of curvature of the average fiber of the reinforcement must
<EMI ID = 3.1>
bending angle reached 45 [deg.] ..
If they are not satisfactory, these tests carried out on a determined number of cross members belonging to a whole lot of trellises, can lead either to the rejection of the whole lot, or to very expensive manipulations to start again or to reinforce the poorly welded do.
It is therefore important to have a process allowing, on the one hand, the quality control of a weld during its execution and, on the other hand, if the result of this control is not satisfactory, allowing the immediate adaptation of the welding operational conditions so as to improve, in the desired proportion, the quality of a weld recognized as defective on the basis of the method of the invention.
To the knowledge of the applicant, to date there is no process making it possible, during the welding operation itself, to control the quality of the welds as well as the immediate adaptation of the welding operational conditions with any guarantee of safety as regards the destructive tests which these welds must withstand.
The present invention has precisely for obiet
such a process.
This process is based on the analysis of the curve giving the evolution over time of the penetration of the bars into each other or during welding. This curve can for example be obtained by recording the electrical signal from an inductive displacement sensor, integral with the electrodes of the welding machine.
This curve makes it possible to calculate several parameters relating to the welding operation and in particular, the final penetration of the two bars one into the other and the average speed of this penetration.
Systematic tests have unexpectedly revealed that there is an important relationship between, on the one hand, two parameters, namely the final penetration of the two bars one into the other, and the average speed of this penetration. , and secondly the quality of the weld performed.
These tests made it possible in particular to show that, in order to obtain a weld that was certainly satisfactory for the four tests mentioned above, the penetration had to reach a minimum value, and the penetration speed could not exceed a maximum value, these two values being known experimentally, from the aforementioned systematic tests. It was thus possible to determine a curve considered as ideal of the temporal evolution of the penetration and it is the two conditions indicated above which must be verified by the curve. If this is not the case, we modify in
the desired direction one or more of the operational conditions of the welding and the welding operation is restarted on the defective node. It is easy to understand how this operating mode involves immediate control of the weld performed
and allows cost-effective corrections.
The penetration of the two bars can be defined in several ways, but it is convenient to characterize it by the ratio
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formula in which d and d represent the diameters of the two bars before welding and "x" the thickness of the assembly of the two bars at the crushed part, that is to say at the location of
the welding.
The average speed A of this penetration is considered to be the ratio, at a determined unit of time, preferably the duration of the passage of the welding current, of the penetration existing at the end of the test.
The method, object of the present invention, in which the resistance welding of two bars arranged in a spider is carried out, is essentially characterized in that, on the one hand, the final penetration of the two bars is measured one into the l 'other, for example by means of displacement sensors of the electrodes of the welding machine, and on the other hand the average speed of this penetration is determined, in that these two values are compared with two other values, considered one as a minimum penetration, the other as a maximum penetration speed, which makes it possible to know if these two conditions are satisfied, and consequently if the weld can be considered as good, and in that, in the case where at least one of these two conditions is not verified, one modifies, in the appropriate direction,
the operational conditions of the welding for these two conditions to be verified. In this way, the quality of a weld recognized as defective on the basis of the method of the invention is improved, in the desired proportion.
According to the invention, among the operational factors capable of modifying the final penetration of the bars and the average speed of this penetration, there may be mentioned the diameters of the bars, the force applied to the bars, the intensity of the welding current and its duration.
The fulfillment of these conditions should no longer give rise to trial and error, since they were determined from systematic preliminary tests on the samples.
The diagram in figure 1 given below by way of example, and in conventional units, makes it possible to see the flow of operations during a process.
welding according to the method of the invention.
This diagram represents as a function of time:
- the penetration of the two bars (curve I, in continuous line)
- the applied load (curve II, in broken lines)
- the welding current (curve III, in phantom lines).
Curve I is made up of five successive parts:
1) a part (1) called docking, during which the two
bars are brought into contact with each other, without load application,
2) a phase (2) of "cold" loading of the two bars
one over the other,.
3) a phase (3) of rough crushing of the bars, under the effect
the passage of current. The ordinate of the curve indicates the corresponding relative displacement of the two bars.
4) a phase (4) of crushing of the bars, also due to the passage of current; the passage from phase 3 to phase 4 is observed by a sudden change in the slope of curve I.
5) a last phase (5) of crushing due to the load alone,
the heating current being removed.
The sum of the three ordinates, due to phases 3 to 5 of the process, makes it possible to calculate the final penetration of the two bars. It is the minimum value of this final penetration which is one of the criteria to be respected in order to comply with the process of the request. Note that the length represented by the expression (d- + d2 - x), the physical meaning of which is indicated in fig. 2, can be found in fig. 1 in the form of the ordinate difference indicated in 6.
Curve II represents, as a function of time, the load P applied to the contact of the bars; it can last for a certain time beyond the end of the current flow. This load is most often constant during a welding operation, but it is not excluded to vary it over time. The total duration of its application and its intensity are also two of the determining elements of the evolution over time of the penetration and therefore in particular of its final value as well as of its average speed. Note that this penetration does not start until the welding current is started.
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welding current intensity I as a function of time. The ordinate generally indicates the mean rms value of the current. The intensity of the welding current, and its duration of application are also, as already mentioned above, two of the determining elements of the evolution over time, of the penetration, and therefore in particular of its final value, as well as
of its average speed.
In the case where the supply current is alternating and has a frequency of 50 Hz, the average speed of
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their final penetration and NP the number of periods of passage of the welding current.
According to the invention, the welding current can be direct, alternating, sinusoidal, pulsating, rectangular, with a more or less steep leading edge, etc.
It is not within the scope of the invention to precede the welding period with a preheating period or to follow the welding period with a reheating period, during which the load can be maintained.