CH617615A5

CH617615A5 -

Info

Publication number: CH617615A5
Application number: CH1125177A
Authority: CH
Inventors: David A Corbett; Frederick E Clark
Original assignee: Pemtec Inc
Priority date: 1976-10-14
Filing date: 1977-09-14
Publication date: 1980-06-13
Also published as: JPS5348957A; CA1092392A; GB1556314A; BE859237A; NL7711319A; US4087036A; FR2381590B1; FR2381590A1; DE2742788A1; SE7711531L; LU78285A1

Description

La présente invention concerne un procédé et une machine de soudage par friction, et plus particulièrement la surveillance de la qualité des soudures par mesure de l'apport d'énergie thermique dans les zones de soudage. Pour mesurer la température atteinte par ces zones, l'invention utilise un capteur pyrométrique, tel qu'une cellule photo-électrique sensible à l'émission lumineuse des zones échauffées par la friction.

Dans les procédés et les machines de soudage par friction, il est généralement nécessaire de surveiller un ou plusieurs des paramètres qui influencent la température atteinte par les zones à souder. Ainsi, dans le brevet des EUA N° 3678566, la qualité des soudures est déterminée d'après le taux de raccourcissement axial des pièces sous l'effet de la fusion provoquée par la rotation relative et la pression axiale des pièces. Dans certaines applications du soudage par friction, l'importance des zones affectées par réchauffement est extrêmement critique. C'est notamment le cas dans les opérations de forgeage des boulons indicateurs de tension pour les cintres de soutènement utilisés dans les mines et les galeries.

La présente invention a pour objet un procédé et une machine de soudage par friction mesurant l'apport d'énergie de soudage d'après la température, le temps et la position des pièces soudées pour assurer une qualité uniformément élevée des soudures obtenues dans des applications de ce genre.

Le procédé est défini dans la revendication 1 et la machine pour la mise en œuvre du procédé dans la revendication 8.

Les dessins annexés représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'objet de l'invention.

Les fig. 1A et 1B, assemblées côte à côte, représentent schéma-tiquement les circuits électriques et pneumatiques d'une machine de l'invention.

Les fig. 2 et 3 sont des vues en élévation latérale et en plan de l'ensemble de soudage par friction.

La fig. 4 est une vue en élévation latérale à plus grande échelle et plus détaillée de l'ensemble de soudage.

La fig. 5 est une vue isométrique partielle avec coupe axiale de la broche rotative, du mandrin et de son dispositif de verrouillage.

La fig. 6 est une coupe transversale dans le plan 6-6 de la fig. 2.

La fig. 7 est une coupe de détail dans le plan 7-7 de la fig. 4.

Sur les dessins, et particulièrement sur les fig. 2 à 6, l'ensemble de soudage par friction comprend un bâti rigide 10 formant une table de montage 12 sur laquelle est fixée une poupée d'entraînement 14. La poupée 14 contient une broche rotative 16 tournant dans des paliers espacés 18. La broche 16 est mise en rotation par un moteur 22 par l'intermédiaire d'une courroie de transmission 26 dont les poulies 24 et 28 sont respectivement montées sur l'arbre du moteur et sur la broche. Un embrayage à commande pneumatique 25 est associé à la poulie 24 et un frein à commande pneumatique 30 est monté sur le prolongement arrière de la broche 16.

L'autre extrémité de la broche 16 porte un mandrin 20 ayant un évidement diamétral rectangulaire 36. Deux mâchoires 34 sont articulées sur des axes transversaux 38 dans la cavité rectangulaire 36. Les mors des mâchoires 34 forment des gorges semi-cylindriques 42 qui délimitent en position fermée un trou 44 centré sur l'axe de la broche 16. Vers l'intérieur, le trou 44 débouche dans un évidement carré 40 qui est formé transversalement dans l'épaisseur des mâchoires. Comme on le verra plus loin, cette configuration des mâchoires leur permet de recevoir coaxialement la tête et la tige d'un boulon. A l'arrière, les mâchoires 34 comportent des surfaces obliques 46 qui forment un évidement triangulaire en position fermée.

Un coin 48 monté dans un logement rectangulaire 62 est mobile axialement et vient s'encastrer entre les surfaces obliques 46 des mâchoires, de façon à les verrouiller en position fermée. Le coin 48 est fixé à l'extrémité avant d'une tige 52 solidaire d'un piston 54 qui est monté coulissant dans un alésage cylindrique 56 de la broche 16. Par un passage 64 débouchant dans le fond de l'alésage cylindrique 56, on peut injecter de l'air ou un autre fluide sous pression pour faire avancer le piston 54 de façon à engager le coin 48 en position de verrouillage. Un ressort hélicoïdal 65 est interposé entre le piston 54 et l'extrémité avant 58 de l'alésage 56 pour rappeler le coin 48 en position de. déverrouillage des mâchoires.

La machine comprend également un chariot 68 monté sur une plaque 69 qui est guidée longitudinalement par deux profilés en U 70 soudés ou fixés de toute autre manière sur la table 12. Le chariot comprend également deux éléments longitudinaux espacés 71 parallèles entre eux et perpendiculaires à la plaque 69. Les éléments 71 dépassent de l'arrière du chariot et servent de points d'articulation à un levier vertical oscillant 100. L'extrémité supérieure du levier 100 forme une barre transversale qui porte deux chapes articulées par des axes 104 sur les extrémités des éléments 71.

Un cylindre double 106 est monté en arrière du chariot et sa tige de piston 107 est reliée au levier vertical 100 par l'intermédiaire d'une chape 108 et d'un axe 110. L'extrémité inférieure du levier 100 comporte un trou allongé qui est articulé sur un pivot fixe du bâti de la machine. Sur le levier 100, le point d'articulation de la tige 107 du cylindre 106 est relativement proche des axes d'articulation 104. Lorsque de l'air comprimé est introduit dans la chambre arrière du cylindre 106, sa tige 107 se déplace vers la gauche (sur la fig. 4) en faisant tourner le levier 100 en sens inverse des aiguilles d'une montre pour pousser le chariot 68 en direction de la broche 16.

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Un élément transversal 73 (fig. 3) est fixé entre les éléments longitudinaux 71 du chariot et son bord supérieur forme un V central servant d'appui pour le blocage de la pièce à souder,

comme on le verra plus loin. Une ouverture rectangulaire 75 est découpée dans le bord avant de la plaque 69, à l'opposé du 5

levier 100. Deux éléments espacés 76 sont soudés parallèlement en travers de l'ouverture 75 et sont encochés en leurs centres pour recevoir un bloc longitudinal 72 formant une rainure en V alignée avec le V de l'élément arrière 73. Les éléments 72 et 73 constituent les supports avant et arrière de la pièce à souder qui peut être une tige filetée 79 visible sur la fig. 2.

Deux leviers de blocage 74 sont articulés sur des axes 78 entre les éléments 76. Les leviers 74 occupent normalement des positions sensiblement verticales et leurs extrémités inférieures sont disposées de manière à être écartées simultanément par un souf- 15 flet 80 monté entre deux plaques 82. Les extrémités supérieures des leviers 74 comportent des surfaces moletées venant s'appliquer sur la tige filetée 79, qui repose sur le support 72, lorsque le soufflet 80 est gonflé.

Pour que le pivotement des leviers 74 soit parfaitement symé- 20 trique, ils sont reliés par une paire de biellettes 84 articulées sur des pivots 92. Les deux biellettes sont reliées au centre du soufflet 80 par un axe qui porte un galet libre 86 d'un côté du plan des biellettes. Le galet 86 se déplace dans une fente verticale 88 qui est formée dans un élément de guidage 90. L'élément 90 peut être une 25 cornière fixée transversalement sous la plaque 69 du chariot. Il va de soi que le soufflet 80 et les leviers 74 sont reliés à la plaque 69 et se déplacent avec le chariot.

On voit sur les fig. 2 et 3 que le cylindre pneumatique 106 est articulé sur une patte 112 fixée au bâti 10 de la machine par un 30 axe horizontal 114. Lorsque de l'air comprimé est introduit dans la chambre arrière (à droite sur les fig. 2 et 3) du cylindre 106, son piston fait avancer le chariot 68 sur lequel la tige 79 est immobilisée par le mécanisme de blocage précédemment décrit. La tige 79 est ainsi appliquée en bout de l'autre élément à souder qui peut 35 être un boulon à tête carrée 118 serré dans les mâchoires 34 du mandrin 20. Comme on le verra en détail dans la suite, le mouvement d'avance commandé par le cylindre 106 amène le chariot dans une première position caractéristique appelée position de libération arrière sur la fig. 1B, puis dans une seconde position 40 caractéristique appelée position de chargement.

Les fig. 1A et 1B représentent, sous une forme schématisée, les circuits électriques et pneumatiques de la machine. Dans ce qui suit, les indications gauche et droite désigneront respectivement la gauche et la droite sur les fig. 1A et 1B. De plus, le terme clapet 45 sera utilisé pour désigner un clapet de retenue pneumatique.

Le système électrique 125 délimité par un rectangle en trait mixte est alimenté en courant triphasé industriel. Le moteur électrique 22 est commandé par un contacteur 150 à boutons marche et arrêt. Sur le schéma des fig. 1A et 1B, les liaisons 50

électriques sont figurées par des traits mixtes.

La machine de l'invention comprend en outre une cellule pyrométrique 122 de type approprié pour détecter la température de la zone de soudage des pièces 118 et 79. On peut par exemple utiliser une cellule Warner MCS 628 équipée d'une lentille auxi- 55 liaire 8099-007. (Pour plus de détails, consulter la publication «P-241-30 Rev.», 7/75, de Warner Electric Brake and Clutch Co.

Beloit, Wisconsin 53511.)

Le système électrique 125 comprend également un transformateur d'alimentation 215, un amplificateur 152 (Warner Visolux 60 MCS 148) et un relais 216 (Warner MCS 814). La cellule pyrométrique 122 est reliée à l'amplificateur 152 et, lorsqu'elle enregistre une température de soudage prédéterminée, le relais 216 se ferme pour actionner une électrovanne 194 à deux positions dont le rôle sera expliqué plus loin. 65

D'autres éléments du système de commande seront décrits dans le cadre du fonctionnement de la machine. Initialement, le système électrique 125 est mis sous tension par la fermeture d'un interrupteur général et le système pneumatique est relié à une source 126 de fluide sous pression, généralement d'air comprimé. Lorsque l'opérateur appuie sur le bouton marche du contacteur 150, le moteur 122 démarre et la cellule pyrométrique 122 est mise sous tension.

Le cylindre pneumatique 106 n'étant pas alimenté, le chariot 68 est initialement en position rétractée. De plus, comme on le verra en détail plus loin, le frein 30 est serré pour immobiliser la broche 16 et l'embrayage 25 désaccouple la poulie 24 du moteur 22, ces deux dispositifs étant commandés par une même servovanne à deux positions 182. On voit que la vanne 182 est alimentée en air comprimé de la source 126 à travers un régulateur 126a qui établit une pression de l'ordre de 7 bars. Cette pression est appliquée au frein 30. Dans cette même position, la vanne 182 purge l'air comprimé de l'embrayage 25 pour désaccou-pler la poulie 24. Dans ces conditions initiales, le moteur 22 tourne sans entraîner la broche 16.

Au début du cycle, l'opérateur engage entre les mâchoires du mandrin 20 un boulon dont la tête est reçue à l'intérieur du mandrin et dont la tige dépasse du trou axial 44. Pour permettre l'ouverture des mâchoires 34, l'air comprimé du cylindre 56 est coupé et le coin de verrouillage 48 est rétracté.

L'opérateur appuie ensuite sur la commande de cycle 154 qui est une soupape normalement fermée dont l'ouverture est commandée par un poussoir actionné à la main ou au pied. La soupape 154 est alimentée en air comprimé du régulateur 126a par une ligne de distribution 127 et une dérivation 128 traversant une servovanne 204. L'ouverture de la soupape 154 admet cet air comprimé dans une ligne 189 qui traverse une servovanne à deux positions 158 pour aboutir à la chambre de commande gauche d'une servovanne 160 à tiroir flottant à deux positions. Le tiroir de cette vanne se déplace vers l'une de ses positions et y reste sous l'effet d'une pression momentanée ou permanente appliquée à la chambre de commande opposée.

Ainsi, le tiroir de la vanne 160 étant dans sa position de droite, de l'air comprimé de la ligne 127 est appliqué à une servovanne 162. La vanne 162 comporte un tiroir à deux positions rappelé vers la droite par un ressort et déplacé vers la gauche par l'application d'une pression à sa chambre de commande. Lorsque le tiroir est dans sa position normale, de l'air comprimé de la ligne 127 passe vers le point de jonction de deux doubles clapets 170 et 164 montés symétriquement.

Cet air comprimé passe à travers le clapet 164 et aboutit à ime servovanne 166 qui, dans sa position normale, le dirige vers la chambre droite d'un distributeur directionnel asservi 168 commandant l'alimentation du cylindre à double effet 106. Le tiroir du distributeur 168 est rappelé vers une position centrale par des ressorts opposés et se déplace vers des positions extrêmes à droite ou à gauche lorsqu'une pression est appliquée à la chambre de commande opposée. Ainsi, lorsqu'une pression est appliquée à la chambre de commande droite du distributeur 168, son tiroir se déplace vers sa position extrême gauche pour admettre de l'air comprimé de la source 126 dans la chambre de droite du cylindre à double effet 106. L'air de la source 126 est amené au distributeur 168 par une ligne 130 qui comporte un servorégulateur 174 et un lubrificateur d'air 175.

Du point de jonction précédemment décrit, l'air comprimé passe également dans l'autre double clapet 170 et, de là, à un troisième double clapet 172 dont la sortie est reliée à la chambre de commande du servorégulateur, qui est d'un modèle fournissant de l'air à une pression correspondant à celle qui est appliquée à sa chambre de commande. Ainsi, avant d'être appliqué au distributeur 168, l'air comprimé de la ligne d'alimentation 130 traverse le servorégulateur 174 qui maintient sa pression à une valeur égale à celle de la ligne 127 qui est fixée par le régulateur 126a, soit environ 7 bars.

Le tiroir du distributeur directionnel 168 étant maintenu dans sa position extrême gauche par la pression qui est appliquée à la

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chambre de commande droite, l'air comprimé délivré par le servorégulateur 174 est dirigé dans la chambre arrière (droite) du cylindre pneumatique 106.

La ligne qui relie le distributeur 168 au cylindre 106 contient un ensemble 106a constitué d'un clapet et d'un limiteur de débit réglable montés en parallèle. Le limiteur de débit permet de freiner l'échappement de l'air de la chambre associée pendant la course de retour du piston de façon à réduire la brutalité du mouvement. Le clapet s'ouvre et court-circuite le limiteur de débit pendant l'admission d'air dans la chambre" associée du cylindre 106.

La chambre opposée du cylindre 106 est, de même, alimentée en air comprimé par le distributeur 108 à travers un ensemble clapet/limiteur de débit 106b qui fonctionne exactement comme l'ensemble 106a.

Lorsque le piston du cylindre 106 se déplace vers la gauche sous l'action d'une pression fournie par le distributeur 168, il déplace le chariot 68 vers la gauche par l'intermédiaire du levier 100. Au cours de son mouvement angulaire, le levier 100 actionne successivement deux soupapes commandées par levier 178 et 186 (fig. 1B).

Chacune de ces soupapes est normalement fermée et son ouverture est commandée en déplaçant latéralement un levier oscillant. On voit sur la fig. 7 que le levier de commande de chacune des soupapes porte un galet dépassant de la trajectoire du levier 100 qui déclenche successivement l'ouverture des soupapes 178 et 186.

L'ouverture de la soupape 178 ne déclenche aucune action immédiate, mais l'ouverture de la soupape 186 admet de l'air comprimé de la ligne 127 dans une ligne 186a qui est reliée aux chambres de commande de trois servovannes 162,158 et 188. Ces servovannes sont d'un modèle identique comportant un tiroir à deux positions qui est rappelé dans sa position normale par un ressort et qui est déplacé vers sa seconde position par une pression d'air appliquée à la chambre de commande (à droite sur la fig. 1A) de la vanne.

L'actionnement de la vanne 162 coupe la pression de commande de la vanne 160, et cette dernière purge la pression qui était précédemment appliquée au point de jonction des clapets 164 et 170. De ce fait, les pressions de commande du servodistribu-teur 168 et du servorégulateur 174 sont supprimées. Le tiroir du distributeur 168 revient donc automatiquement en position centrale en coupant l'alimentation du cylindre pneumatique 106 et en purgeant sa chambre de droite à l'air libre.

On peut résumer cette succession d'actions en disant que le mouvement du piston du cylindre 106 cesse dès que le levier 100 déclenche la soupape 186.

La vanne 158 est également actionnée par la pression appliquée à sa chambre de commande et purge la chambre de commande gauche de la vanne 160. En même temps, la vanne 188 est actionnée par la pression appliquée à sa chambre de commande et son tiroir se déplace vers la gauche. Cependant, la ligne 189 n'est plus alimentée en air comprimé, car l'opérateur n'a appuyé que momentanément sur le poussoir de la soupape 154. Le mouvement de la soupape 188 n'a donc pas de conséquence immédiate, mais on notera cependant qu'elle met en communication la ligne 189 qui part delà soupape 154, et la chambre de commande droite de la vanne 160, pour une raison qui apparaîtra dans la suite de la description.

Dans sa position actuelle (à droite), le tiroir de la vanne 160 purge l'air comprimé de la ligne 193 qui est reliée à la chambre de commande de la vanne 190. La vanne 190 revient automatiquement à sa position normale et purge le cylindre 56 pour rétracter le coin de verrouillage 48 des mâchoires du mandrin 20.

A ce moment, le chariot 68 étant immobilisé dans sa position de chargement, l'opérateur place une tige filetée 79 sur les supports prévus à cet effet de manière qu'elle soit bout à bout avec le boulon 18, puis il appuie de nouveau pendant un bref instant sur le poussoir de la soupape de départ 154.

L'ouverture momentanée de la soupape 154 admet de l'air comprimé des lignes 127 et 128 dans la ligne 189 qui est en communication avec la chambre de commande droite de la vanne 160 à travers la vanne 188 (on a vu plus haut que la vanne 188 était maintenue dans sa position de gauche par une pression d'air appliquée par la soupape 186 et la ligne 186a). En conséquence, le tiroir de la vanne 160 se déplace vers sa position de gauche (la chambre de commande gauche étant mise à l'air libre par la vanne 158) et de l'air comprimé de la ligne 127 est admis dans la ligne 193. Cet air comprimé est appliqué aux chambres de commande des vannes 190 et 173, et à l'entrée de la soupape 178.

Le tiroir de la vanne 190 se déplace vers la gauche pour admettre de l'air comprimé de la ligne 127 à travers une vanne ouverte 190a dans le cylindre 56 qui commande l'engagement du coin de verrouillage 48 entre les mâchoires 34 du mandrin 20 pour y verrouiller le boulon 118. En même temps, la soupape 178, qui est ouverte, admet de l'air comprimé de la ligne 193 dans une ligne 193a qui est reliée aux chambres de commande de trois vannes 212, 217 et 218, ainsi qu'à celle de la vanne 182 (à travers la vanne 180). Pour ime raison qui apparaîtra plus loin, un clapet double 219 est interposé dans la branche de la ligne 193a qui est reliée à la chambre de commande de la vanne 212.

Les vannes 212,217 et 218 sont du même type et comportent un tiroir à deux positions qui est rappelé par un ressort vers une position normale (à droite) et qui est déplacé vers sa seconde position par une pression d'air appliquée à la chambre de commande.

Dans sa position de gauche, la vanne 212 admet de l'air de la source 126 à une pression déterminée par un régulateur 195 dans le soufflet 80 du chariot 68. Le gonflement du soufflet 80 provoque le pivotement des leviers 74 dont les bords viennent s'appliquer sur la tige filetée 79 pour l'immobiliser dans l'axe du boulon 118.

La vanne 218 dans sa position gauche admet de l'air comprimé de la ligne 127, par un branchement 127a dans une ligne 197 qui aboutit à un orifice fermé d'une vanne 210. La vanne 210 est du type précédemment décrit et s'ouvre sous l'effet d'une pression d'air appliquée à sa chambre de commande de droite. Pour le moment, son tiroir reste en position normale fermée.

L'ouverture de la vanne 217 par la pression de la ligne 193a établit une communication entre une ligne 201 (qui n'est pas sous pression pour le moment) et une ligne 202 aboutissant à la chambre de commande d'une vanne 211 qui sera décrite plus loin.

L'air comprimé de la ligne 193a est également appliqué à travers la vanne 180 à la chambre de commande de la vanne 182 dont le tiroir se déplace vers la gauche pour purger l'air comprimé du frein 30 de la broche 16 et pour engager l'embrayage 25 du moteur 22. La broche 16 portant le boulon 118 dans son mandrin 20 est donc instantanément mise en rotation à une vitesse correspondant à celle du moteur 22.

L'air comprimé de la ligne 193a circule également dans la partie inférieure du double clapet 164 et traverse la vanne 166 pour aboutir à la chambre de commande droite du distributeur directionnel 168. Le tiroir du distributeur se déplace donc vers sa position de gauche pour admettre de l'air comprimé du servorégulateur 174 dans la chambre droite du cylindre 106. Dans les conditions présentes, le régulateur 174 est commandé pour fournir une pression dite de surfaçage au cylindre 106. La force correspondante exercée sur le chariot 68 applique l'extrémité de la tige filetée 79 contre celle du boulon 118 pour dresser les plans de contact des deux éléments à souder.

Les vannes 173 et 211 sont du même type comportant un tiroir qui est normalement maintenu dans sa position de gauche par un ressort et qui est déplacé vers une seconde position par une pression d'air appliquée à une chambre de commande. Chaque vanne

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comporte en outre un clapet à bille et un limiteur de débit incorporés en parallèle à son entrée de commande et représentés séparément en 173a et 211a pour la clarté de l'illustration. Lorsque la pression de commande est appliquée, le clapet se ferme et le limiteur de débit ralentit l'établissement de la pression dans la chambre de commande. Les vannes 173 et 211 sont donc actionnées avec un retard réglable. Le retard T-4 (fig. 1A) de la vanne 173 correspond au temps nécessaire au gonflement du soufflet 80 pour appliquer les leviers de blocage 74. Le retard T-5 de la vanne 211 doit être un peu plus long, comme on le verra plus loin.

On peut se procurer les vannes 173 et 211 dans le commerce, par exemple auprès de la société Festo (publication 4407/704/155 BD).

Comme on l'a vu précédemment, la vanne 160 admet de l'air comprimé dans la ligne 193 qui aboutit à la chambre de commande de la vanne retardée 173. Lorsque le retard T-4 s'achève, les leviers 74 ont eu le temps de venir serrer la tige filetée 79 et le tiroir de la vanne 173 se déplace vers la gauche. Dans cette position, la vanne 173 laisse passer de l'air de la ligne 127 à une pression déterminée par un régulateur 205 dans le double clapet 176, puis dans le double clapet 172 qui est relié à la chambre de commande du servorégulateur 174. En bref, le régulateur 205 permet de régler la pression de surfaçage qui est délivrée par le régulateur 174 au cylindre 106. Cette pression est relativement basse et peut être de l'ordre de 2,1 bars.

Dans cette position, la vanne 173 fournit également de l'air à la pression de surfaçage à la chambre de commande d'une vanne 192. La vanne 192 est du même type que les vannes 173 et 211 précédemment décrites et comprend un dispositif de retard incorporé constitué d'un clapet à bille et d'un limiteur de débit réglable représentés séparément pour la clarté du dessin. A la fin du temps de retard T-l, le tiroir de la vanne 192 se déplace vers la gauche et admet de l'air de la ligne 127 à une pression fixée par un régulateur 206, par exemple 3,5 bars, dans une ligne 201a, puis une ligne 201. Cette pression sera appelée pression d'échauffement dans la suite de la description.

La vanne 217 étant en position active, l'air comprimé de la ligne 201 passe dans la ligne 202 et aboutit à la chambre de commande de la vanne à retard 211. Comme on l'a vu précédemment, la vanne 211 ne réagit pas instantanément mais avec un retard T-5.

De la ligne 201, l'air comprimé à la pression d'échauffement passe dans la partie supérieure du double clapet 176 (en surmontant la pression de surfaçage qui est appliquée à la partie inférieure du clapet), puis dans la partie supérieure du double clapet 172 pour arriver à la chambre de commande du servorégulateur 174. En réponse à cette augmentation de pression, le servorégulateur 174 fournit maintenant de l'air à la pression d'échauffement au cylindre 106. La force avec laquelle la tige filetée 79 est appliquée contre l'extrémité du boulon 118 augmente sensiblement et provoque réchauffement nécessaire des zones à souder.

En même temps, l'air comprimé de la ligne 201a passe dans une ligne 201b qui aboutit à la chambre de commande de la vanne 190a dont le tiroir se déplace vers la gauche et purge l'air comprimé du cylindre 56 qui maintient en position le coin de verrouillage 48. Il est à noter que les mâchoires 34 ne s'ouvrent pas à ce moment, mais qu'elles pourront libérer ultérieurement le boulon et la tête à la fin de l'opération de soudage.

Si la cellule pyrométrique 122, qui surveille la zone de soudage mutuelle des pièces 118 et 79, détecte une certaine température qui permet un soudage correct, un signal est transmis au système électrique 125 et l'amplificateur 152 actionne le relais 216 qui excite l'électrovanne 194.

Lorsque l'électrovanne 194 est excitée, son tiroir se déplace vers la gauche et laisse passer l'air comprimé de la ligne 127 vers une ligne 220.

L'air comprimé de la ligne 220 passe dans la partie inférieure d'un double clapet 198 pour aboutir à la chambre de commande d'une vanne 196. Comme les autres vannes à deux positions précédemment décrites, la vanne 196 comporte un tiroir normalement sollicité vers la droite et déplacé vers la gauche par une pression dans sa chambre de commande. Ainsi, la vanne 196 s établit une communication entre deux autres vannes 200 et 204 sans autre résultat pour le moment. A la sortie du double clapet 198, l'air comprimé de la ligne 220 passe également dans la partie inférieure d'un double clapet 230 et aboutit à un point de jonction 221 où l'écoulement se divise. Une partie de l'air est io dirigée vers les chambres de commande de deux vannes à retard 200 et 202. Ces vannes sont semblables aux vannes 173 et 211 précédemment décrites et comportent chacune un dispositif de retard 200a et 202a comprenant un clapet en parallèle avec un limiteur de débit. Dans l'immédiat, il n'y a pas d'autre action et 15 les rôles des vannes 200 et 202 seront décrits plus loin.

Au point de jonction 221, une autre partie de l'air comprimé passe dans une ligne 222 et aboutit à la chambre de commande de la vanne 180 dont le tiroir se déplace vers la gauche. A ce moment, la chambre de commande de la vanne 182 est isolée et 20 purgée, ce qui permet le retour de son tiroir à sa position normale. Dans ces conditions, la vanne 182 cesse d'alimenter l'embrayage 25 et dirige de l'air vers le frein pneumatique 30. La rotation de la broche 16 est donc rapidement freinée jusqu'à l'arrêt complet.

25 En même temps que la broche 16 s'immobilise, de l'air comprimé de la ligne 222 circule successivement dans la partie supérieure du double clapet 170 et dans la partie inférieure du double clapet 172 pour aboutir à la chambre de commande du servorégulateur 174. La pression de la ligne 127 fixée par le régulateur 126a 30 étant beaucoup plus élevée (7 bars) que la pression d'échauffement (3,5 bars), le régulateur 174 fournit de l'air sous une pression plus forte au cylindre 106 pour augmenter proportionnellement la force qui s'exerce sur la tige filetée 79 de façon à assurer son soudage par forgeage au boulon 118.

35 Simultanément, l'air comprimé de la ligne 222 agit sur le tiroir de la vanne 210 qui se déplace vers la gauche. Dans cette position, la vanne 210 établit une communication entre la ligne 197 qui reçoit l'air comprimé de la ligne 127 à travers la vanne 218, et la ligne 222 pour réaliser une auto-alimentation de la vanne 210 40 permettant de maintenir la pression de forgeage (7 bars) dans la chambre de commande du servorégulateur 174.

Les vannes à retard 200 et 202 changent d'état avec des retards respectifs T-2 et T-3 par rapport au déclenchement de l'électrovanne 194 en réponse à un signal de la cellule pyrométrique 122. « Si la température de soudage détectée par la cellule 122 se maintient pendant un certain temps à la valeur optimale, puis diminue avant la fin du temps de retard T-2 de la vanne 200, l'électrovanne 194 cesse d'être excitée. Dans ce cas, l'air comprimé de la ligne 220 est purgé par l'électrovanne 194 et la vanne 196 50 revient à sa position normale, car l'air de sa chambre de commande s'échappe à travers le clapet 198. Cependant, à la fin du temps de retard T-3, la vanne 202 change d'état et applique l'air comprimé de la ligne 127 à la chambre de commande de la vanne 166. En réponse, la vanne 166 isole et purge la chambre de ss commande droite du distributeur 168 dont la chambre de commande gauche reçoit simultanément de l'air comprimé.

Le tiroir du distributeur 168 s'étant déplacé vers sa position extrême droite, la chambre de droite du cylindre 106 est mise à l'air libre et de l'air comprimé est admis dans sa chambre de 60 gauche pour ramener le chariot 68 à sa position de libération arrière. Pendant cette course de rétraction, les soupapes 186 et 178 se referment l'une après l'autre.

La fermeture de la soupape 178 purge les chambres de commande des vannes 212, 218, 217 et isole la chambre de commande 65 gauche du distributeur 168 par l'intermédiaire de la vanne 166. Le tiroir du distributeur 168 revient rapidement en position centrale et purge la chambre de gauche du cylindre 106 pour immobiliser le chariot 68 dans sa position de libération arrière.

Le retour de la vanne 212 à sa position normale purge l'air comprimé du soufflet 80, ce qui libère les leviers de blocage 74 qui maintenaient la tige filetée 79. Le mandrin 80 ayant déjà été déverrouillé, l'opérateur n'a plus qu'à décharger du chariot 68 les deux pièces soudées. Les mâchoires 34 du mandrin 20 pivotent librement pour laisser sortir la tête du boulon.

Le retour de la vanne 218 à sa position normale isole la ligne 222 qui maintenait la vanne 210 en position actionnée. L'air comprimé contenu dans la ligne 222, les clapets doubles 170, 172 et la chambre de commande du servorégulateur 174 est alors purgé par la vanne 210. La vanne 210 purge également les chambres de commande des vannes 200 et 202.

Le retour de la vanne 217 à sa position normale isole la ligne 201 de la source d'air comprimé et purge la chambre de commande de la vanne 211 qui revient à sa position normale et purge l'air de la ligne 226. Les vannes 200 et 202 reviennent en position normale dès que la ligne 222 est purgée, ce qui permet également le retour de la vanne 180 à sa position normale. Cependant, du fait que la ligne 193a a déjà été purgée au moment de la fermeture de la soupape 178, la vanne 182 reste dans sa position normale dans laquelle elle maintient l'embrayage 25 désaccouplé et le frein 30 serré.

Dans le cas d'un déroulement anormal du processus de soudage se traduisant par un échauffement excessif de l'interface des pièces, le système réagit de la manière suivante. La cellule pyrométrique 122 détecte la température prévue pendant une période trop longue et le temps de retard T-2 s'achève alors que l'électrovanne 194 est encore excitée. Le changement d'état de la vanne 200 à la fin du temps de retard T-2 admet de l'air comprimé de la ligne 127 à travers la vanne 196 (qui est maintenue actionnée par la pression de la ligne 220) dans la chambre de commande gauche de la vanne 204. La vanne 204 comporte un tiroir flottant qui reste dans la dernière position vers laquelle il a été poussé par l'une des chambres de commande.

Dans sa position de droite, le tiroir de la vanne 204 isole la ligne 127 de la soupape de départ 154 et dirige de l'air comprimé dans une ligne 225 qui aboutit à un manocontact allumant un voyant de défaut 214 à l'intention de l'opérateur. L'air de la ligne 225 passe également dans la partie inférieure du double clapet 219 et actionne la vanne 212 qui admet dans le soufflet 80 de l'air à une pression fixée par le régulateur 195. Dans ces conditions, la tige filetée 79 reste bloquée sur le chariot 68 et l'opérateur doit effectuer une manœuvre manuelle pour décharger les pièces soudées.

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Pour desserrer les leviers 74 et pour éteindre le voyant de défaut 214 après une opération de soudage défectueuse, l'opérateur doit appuyer sur une soupape à poussoir 213. L'ouverture de la soupape 213 laisse passer de l'air comprimé des lignes 127 et 127b vers la chambre de commande droite de la vanne 204. Le tiroir de la vanne 204 se déplace vers la gauche en purgeant la ligne 225 et en rétablissant la communication avec la soupape de départ 154. La disparition de la pression de la ligne 225 provoque le dégonflage du soufflet 80 et l'extinction du voyant de défaut 214. Les leviers 74 s'écartent pour permettre le déchargement des pièces soudées.

Un autre cas de défaut est celui où la température de soudage désirée n'est pas atteinte au cours du cycle opératoire, de sorte que la cellule pyrométrique 122 ne fournit pas le signal nécessaire à l'excitation de l'électrovanne 194 dans la période T-5 de retard de la vanne 211. Dans ces conditions, la vanne 194 ne fournit pas la pression d'actionnement des vannes 200 et 202, alors que la vanne 211 est actionnée à la fin de son temps de retard T-5. Dans cette position, la vanne 211 laisse passer de l'air comprimé de la ligne 127 à une ligne 126 qui aboutit à l'orifice supérieur du double clapet 198 et fournit de l'air comprimé aux chambres de commande des vannes 200, 202 et 196.

Au bout d'un temps T-3, la vanne 202 change d'état et actionne la vanne 166 qui commande le distributeur directionnel 168 dans le sens de la rétraction complète du chariot 68.

Au bout d'un temps T-2, la vanne 200 change d'état et envoie de l'air comprimé dans la chambre de commande gauche de la vanne 204 à travers la vanne 196 qui est actionnée. Le tiroir de la vanne 204 revient vers la droite et introduit de l'air comprimé dans la ligne 225 pour allumer le voyant 214 et pour actionner la vanne 212 qui commande le gonflage du soufflet 80.

Ainsi, si la température nécessaire n'est pas atteinte au cours du cycle de soudage, le voyant de défaut 214 s'allume et les leviers 74 restent serrés sur la tige filetée. En appuyant sur le poussoir de la soupape 213, l'opérateur ramène vers la gauche le tiroir de la vanne 204 pour éteindre le voyant 214 et pour couper la pression du soufflet 80 de façon à libérer les leviers 74.

En résumé, le procédé et la machine de l'invention conviennent parfaitement pour le soudage de boulons indicateurs de tension à des tiges filetées du fait de l'étroite surveillance de la température de soudage. De plus, toute soudure défectueuse est immédiatement signalée par l'allumage d'un voyant de défaut et l'opérateur ne peut décharger les pièces soudées qu'en effectuant une opération manuelle particulière. De ce fait, les risques de mise en circulation de produits défectueux sont aussi réduits que possible.

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4 feuilles dessins

Claims

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REVENDICATIONS

1. Procédé de soudage par friction de deux éléments, caractérisé en ce qu'il consiste:

a) à entraîner l'un des éléments en rotation par rapport à l'autre et à les appliquer l'un contre l'autre sous une première pression pour dresser les faces à souder,

b) à entraîner l'élément en rotation par rapport à l'autre sous une seconde pression plus forte que la première pour porter les zones adjacentes aux faces de contact à une température assurant une bonne qualité de soudure,

c) à mesurer réchauffement desdites zones pendant irne première période prédéterminée, puis pendant une seconde période prédéterminée débutant au moment où la température de soudage est atteinte,

d) à arrêter la rotation relative des deux éléments lorsque la température de soudage est atteinte, et e) à appliquer les éléments l'un contre l'autre sous une troisième pression supérieure à la seconde pour réaliser une soudure mutuelle de leurs zones chauffées.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à signaler un défaut si la température desdites zones n'atteint pas la température de soudage au cours de la première période.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à signaler un défaut si une température égale ou supérieure à la température de soudage persiste dans lesdites zones au-delà de la seconde période.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste préalablement:

a) à disposer les deux éléments immobiles en contact bout à bout, puis à entraîner un premier élément en rotation par rapport au second,

b) à appliquer le second élément contre le premier avec la première pression pendant une période prédéterminée pour dresser leurs faces à souder,

c) à entraîner le second élément contre le premier à la fin de la période prédéterminée sous la deuxième pression pour produire réchauffement des zones adjacentes aux faces à souder,

d) à interrompre la rotation du premier élément lorsque la température mesurée desdites zones atteint la température de soudage et à réaliser la troisième pression du second élément contre le premier pour réaliser leur soudage mutuel,

e) à maintenir la troisième pression pendant une période prédéterminée, et f) à signaler un défaut si la température desdites zones n'atteint pas la valeur appropriée pour le soudage.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en cas de défaut signalé, les pièces soudées sont maintenues bloquées dans les positions qu'elles occupent au cours du processus de soudage.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en cas de défaut signalé, les pièces soudées sont maintenues bloquées dans les positions qu'elles occupent au cours du processus de soudage et en ce qu'elles ne peuvent être déchargées qu'après une intervention supplémentaire de l'opérateur.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la température desdites zones est mesurée en continu.
8. Machine de soudage par friction pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant un dispositif d'entraînement en rotation qui fait tourner l'un des éléments à souder par rapport à l'autre, et un dispositif d'application des deux éléments l'un contre l'autre, initialement avec une première pression pour dresser leurs faces à souder, puis avec une seconde pression plus forte que la première, alors que le premier élément continue d'être entraîné en rotation, pour produire un échauffe-ment dans les zones adjacentes aux faces de contact pour réaliser le soudage mutuel des deux éléments, ladite machine étant caractérisée en ce qu'elle comprend:

a) un dispositif de mesure de la température des zones chauffées au cours d'ime première période, puis au cours d'une seconde période débutant au moment où la température de soudage est atteinte,

b) un dispositif interrompant la rotation relative du premier élément lorsque les zones chauffées ont atteint la température de soudage,

c) un dispositif appliquant les deux éléments l'un contre l'autre avec une troisième pression supérieure à la seconde lorsque les zones chauffées ont atteint la température de soudage.
9. Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un dispositif signalant un défaut si la température appropriée pour le soudage n'a pas été atteinte au cours de la première période.
10. Machine selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un dispositif signalant un défaut si la température des zones chauffées reste égale ou supérieure à la température appropriée pour le soudage à la fin de la seconde période prédéterminée.
11. Machine selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que le dispositif appliquant les deux éléments l'un contre l'autre comprend un système commandé par le dispositif de mesure de température.
12. Machine selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisée en ce qu'elle comprend une broche rotative équipée d'un mandrin pour saisir l'un des éléments à souder, un dispositif d'entraînement en rotation de la broche, un chariot portant l'autre élément à souder, un dispositif de blocage du second élément sur le chariot, un dispositif à fluide actionnant le chariot en translation dans les deux sens par rapport à la broche, un dispositif de commande du dispositif d'actionnement à fluide pour amener le second élément en contact coaxial avec le premier, la broche étant mise en rotation pour dégager de la chaleur par friction entre les faces de contact des deux éléments, et un dispositif commandé par le mouvement du chariot vers la broche pour actionner le dispositif de blocage de façon à maintenir le second élément dans ime position fixe sur le chariot.
13. Machine selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'un dispositif commandé par la course de retour du chariot à sa position de départ actionne le dispositif de blocage pour le faire passer de sa position fermée à sa position ouverte.
14. Machine selon la revendication 13, caractérisée en ce que le dispositif commandé par le mouvement de retour du chariot vers sa position de départ commande à son tour l'ouverture du dispositif de blocage et en ce que le dispositif qui signale un défaut inhibe l'ouverture normale du dispositif de blocage.
15. Machine selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de verrouillage du mandrin en position fermée pour y maintenir le premier élément pendant l'opération de soudage, et un dispositif de verrouillage du mandrin à la fin de l'opération de soudage pour permettre l'enlèvement du premier élément.
16. Machine selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un embrayage interposé entre la broche rotative et son dispositif d'entraînement en rotation, et un frein associé à la broche, un dispositif déclenché par l'avance du chariot commandant l'embrayage et le frein de façon à mettre la broche en rotation au moment voulu, et un dispositif sensible à la température atteinte par la zone d'interface de soudage arrêtant la rotation de la broche lorsque ladite température atteint une valeur prédéterminée.
17. Machine selon la revendication 12, caractérisée en ce que la broche comprend un arbre tubulaire formant un alésage coaxial borgne, un mandrin criculaire fixé à l'extrémité ouverte dudit arbre et ayant un évidement rectangulaire formé diamétralement devant l'extrémité ouverte de l'alésage, une paire de mâchoires

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complémentaires montées dans ledit évidement et articulées, les mâchoires ayant des surfaces de contact planes qui se rencontrent dans un plan contenant sensiblement l'axe de rotation de la broche, des gorges complémentaires étant formées dans lesdites surfaces de contact pour recevoir la pièce en position fermée, et un dispositif de verrouillage immobilisant les mâchoires en position fermée de part et d'autre de la pièce.
18. Machine selon la revendication 17, caractérisée en ce que le dispositif de verrouillage comprend des surfaces obliques symétriques formées, les mâchoires pour délimiter une cavité triangulaire ouverte dans l'alésage de l'arbre, un coin mobile s'adaptant exactement dans ladite cavité pour bloquer le mouvement d'ouverture des mâchoires, un élément élastique sollicitant le coin à l'opposé de la cavité, et un moyen d'actionnement à fluide contenu dans l'alésage de l'arbre pour engager le coin dans la cavité de verrouillage des mâchoires contre la force de l'élément élastique.
19. Machine selon la revendication 12, dans laquelle le chariot comporte des supports de centrage d'une pièce parallèlement à la direction de son mouvement, caractérisée en ce qu'un dispositif de blocage immobilise la pièce sur les supports de centrage longitudinal, le dispositif de blocage étant constitué de deux leviers coopérants articulés sur le chariot en des points espacés latéralement de manière que les extrémités supérieures des leviers se rapprochent l'une de l'autre pour serrer la pièce sur les supports de centrage lorsque leurs extrémités inférieures sont écartées l'une de l'autre par un moyen d'actionnement à fluide.
20. Machine selon la revendication 19, caractérisée en ce que le moyen d'actionnement à fluide comprend un soufflet disposé entre les extrémités inférieures des deux leviers, un disque étant interposé entre chaque extrémité du soufflet et le levier correspondant, deux biellettes étant articulées, d'un côté, sur les disques et, de l'autre, sur un axe commun qui porte un galet libre, le galet roulant dans une fente linéaire pour rendre symétriques les mouvements des extrémités inférieures des leviers lorsque le soufflet se gonfle et se dégonfle.