Soudo-brasage TIG avec transfert de métal par gouttes à fréquence contrôlée TIG weld-brazing with frequency controlled droplet metal transfer
La présente invention concerne un procédé de soudage ou soudo-brasage, préférentiellement robotisé, avec torche TIG et métal d'apport sous forme d'un ou plusieurs fils fusibles, en particulier d'une ou plusieurs pièces en acier revêtu ou en aluminium ou en alliage d'aluminium, dans lequel le transfert du métal depuis le ou les fds vers le bain de soudure se fait par gouttes successives à fréquence contrôlée.The present invention relates to a method of welding or welding, preferably robotized, with TIG torch and filler metal in the form of one or more fusible wires, in particular one or more pieces of coated steel or aluminum or aluminum. aluminum alloy, in which the transfer of the metal from or to the solder bath is by successive drops at a controlled frequency.
Il est connu des documents US-A-5512726 et DE-A-3542984, une configuration conventionnelle de torche TIG avec apport de fil fusible, dans laquelle l'amenée du fil fusible dans le bain de fusion est opérée de manière horizontale ou quasi-horizontale de manière à obtenir un transfert de métal fondu par gouttes depuis l'extrémité fondue du fil fusible vers le bain de fusion, c'est-à-dire vers la zone de soudage sur les pièces à souder ou à soudo-braser.It is known from US-A-5512726 and DE-A-3542984, a conventional configuration of fused-wire TIG torch, in which the supply of the fusible wire into the melt is operated horizontally or substantially. horizontal so as to obtain a molten transfer of molten metal from the molten end of the fuse wire to the melt, that is to say to the welding zone on the parts to be welded or solder-brazing.
Toutefois, avec une telle torche, le sixième axe du robot portant la torche TIG est bloqué et ses degrés de liberté sont limités étant donné qu'une certaine directivité est nécessaire pour orienter l'amenée de fil dans l'axe du joint à souder du fait de l'arrivée horizontale du fil.However, with such a torch, the sixth axis of the robot carrying the TIG torch is blocked and its degrees of freedom are limited since a certain directivity is necessary to guide the supply of wire in the axis of the weld joint of the makes the horizontal arrival of the wire.
De plus, avec ce type de configuration, la productivité du procédé est affectée par une vitesse de fusion de fil limitée et donc une vitesse de soudage limitée.In addition, with this type of configuration, the productivity of the process is affected by a limited wire melting speed and therefore a limited welding speed.
Le document EP-A-1459831 propose un procédé de soudage à l'arc ne posant pas les problèmes susmentionnés. Dans ce cas, l'amenée de fil fusible est opérée selon un angle inférieur à 50° par rapport à l'axe de l'électrode, de préférence un angle entre 15 et 35°, et l'extrémité du fil fusible est guidée et maintenue en permanence à une distance inférieure à 2 mm par rapport à l'extrémité de l'électrode en tungstène.EP-A-1459831 proposes an arc welding method not posing the aforementioned problems. In this case, the supply of fusible wire is operated at an angle less than 50 ° relative to the axis of the electrode, preferably an angle between 15 and 35 °, and the end of the fuse wire is guided and kept permanently at a distance of less than 2 mm from the end of the tungsten electrode.
Un tel procédé permet d'obtenir de bons résultats dans la majorité des applications. Cependant, on a observé que, lors du soudage ou soudo-brasage de certains matériaux particuliers, en particulier les aciers revêtus, par exemple galvanisés ou électro-zingués, et l'aluminium et ses alliages, se posaient des problèmes de qualité de la soudure, en particulier des problèmes de compacité de cordons et/ou de microstructure à gros grains du métal fondu.Such a method makes it possible to obtain good results in the majority of applications. However, it has been observed that during the welding or brazing of certain particular materials, particularly coated steels, for example galvanized or electro-galvanized, and aluminum and its alloys, problems of quality of the weld , in particular problems of compactness of cords and / or large-grain microstructure of the molten metal.
De plus, sur l'aluminium, il n'était pas possible d'obtenir une qualité des cordons équivalente, notamment d'aspect et d'esthétique, à celle obtenue en soudage manuel.
Un but de la présente invention est dès lors d'améliorer le procédé décrit par le document EP-A-1459831 de manière à obtenir un soudage ou un soudo-brasage efficace en particulier de matériaux spécifiques, notamment les aciers revêtus et l'aluminium et ses alliages, de manière à pallier, minimiser ou au moins atténuer les problèmes de qualité susmentionnés.Moreover, on aluminum, it was not possible to obtain an equivalent quality of cords, in particular of appearance and aesthetics, to that obtained by manual welding. An object of the present invention is therefore to improve the process described in document EP-A-1459831 so as to obtain an effective welding or brazing-welding especially of specific materials, in particular coated steels and aluminum, and its alloys, so as to mitigate, minimize or at least mitigate the aforementioned quality problems.
La solution de l'invention est un procédé de soudo-brasage ou de soudage à l'arc mettant en œuvre une torche TIG munie d'une électrode non fusible et un fil d'apport fusible de diamètre donné, dans lequel :The solution of the invention is a brazing or arc welding process using a TIG torch provided with a non-fuse electrode and a fuse wire of given diameter, in which:
a) on alimente la torche TIG avec ledit fil fusible de manière telle que l'amenée de fil fusible soit opérée selon un angle inférieur à 50° par rapport à l'axe de l'électrode, c'est-à-dire que l'axe de l'extrémité du fil au niveau de l'électrode non fusible et l'axe de ladite électrode forment un angle inférieur à 50°,a) the TIG torch is fed with said fuse wire in such a way that the supply of fusible wire is operated at an angle less than 50 ° with respect to the axis of the electrode, that is to say that the axis of the end of the wire at the non-fusible electrode and the axis of said electrode form an angle less than 50 °,
b) on guide et on maintient l'extrémité du fil fusible en permanence a une distance inférieure à 2 mm, de préférence à 1 mm au minimum (environ 1.5 fois le diamètre du fil), par rapport à l'extrémité de l'électrode en tungstène de la torche TIG,b) the end of the fuse wire is permanently guided and maintained at a distance of less than 2 mm, preferably at least 1 mm (about 1.5 times the diameter of the wire), with respect to the end of the electrode tungsten torch TIG,
c) on opère une fusion progressive de l'extrémité du fil fusible par l'arc électrique généré entre l'électrode non fusible et au moins une pièce à souder de manière à réaliser un transfert de métal fondu depuis l'extrémité du fil vers ladite au moins une pièce et obtenir ainsi un joint de soudure ou de soudo-brasage,c) a progressive fusion of the end of the fuse wire by the electric arc generated between the non-fuse electrode and at least one part to be welded so as to carry out a transfer of molten metal from the end of the wire to said at least one part and thus obtain a weld or weld-solder joint,
caractérisé en ce que le transfert de métal vers le joint de soudure est opéré par gouttelettes de métal fondu successives, lesdites gouttelettes étant déposées à une fréquence comprise entre 20 Hz et 90 Hz, et la taille des gouttes étant égale, pour ces fréquences respectivement, de 1,5 à 4 fois le diamètre du fil fusible.characterized in that the transfer of metal to the weld joint is effected by successive molten metal droplets, said droplets being deposited at a frequency of between 20 Hz and 90 Hz, and the size of the drops being equal, for these frequencies respectively, 1.5 to 4 times the diameter of the fuse wire.
Par transfert par gouttelettes, on entend que le transfert de métal depuis l'extrémité du fil vers le bain de soudage ou de brasage se fait par gouttelettes successives, dissociées les unes des autres et donc sans contact permanent entre le fil d'apport et le métal fondu.By droplet transfer, it is meant that the transfer of metal from the end of the wire to the solder bath or brazing is by successive droplets, dissociated from each other and therefore without permanent contact between the filler wire and the molten metal.
La solution de l'invention repose donc sur le fait de réaliser un transfert de métal fondu sous forme de gouttes dont la fréquence et la taille dépendent de la vitesse de fil, de la distance fil électrode et de la distance électrode pièce. Ces tendances et variations sont présentées dans les Tableaux 1 et 2 ci-après.
Tableau 1 : Influence de la variation de la distance fil-électrodeThe solution of the invention is therefore based on the fact of making a transfer of molten metal in the form of drops whose frequency and size depend on the wire speed, the wire electrode distance and the coin electrode distance. These trends and variations are presented in Tables 1 and 2 below. Table 1: Influence of the variation of the wire-electrode distance
Comme visible dans le Tableau 1 , pour une vitesse fil (Vfil) et une distance électrode- pièce constantes : - lorsque la distance fil-électrode augmente, on s'écarte de la zone la plus chaude de l'arc pour se situer dans la zone comprise entre 2000 et 50000K, la taille des gouttes augmente et la fréquence diminue en fonction des lois énoncées ci-après dans la description.As shown in Table 1, for constant wire speed (Vfil) and electrode-to-room distance: - as the wire-electrode distance increases, one deviates from the hottest area of the arc to lie within the zone between 2000 and 5000 0 K, the size of the drops increases and the frequency decreases according to the laws set out below in the description.
- à l'inverse, lorsque la distance fil électrode diminue, le fil transfère dans la zone chaude de l'arc, à savoir entre environ 5000 et 100000K, la taille des gouttes diminue et la fréquence de transfert augmente. On peut alors accélérer la vitesse de soudage. Tableau 2 : Influence de la variation de la distance électrode-pièce- Conversely, when the wire electrode distance decreases, the wire transfers into the hot zone of the arc, namely between about 5000 and 10000 0 K, the drop size decreases and the transfer frequency increases. We can then accelerate the welding speed. Table 2: Influence of the variation of the electrode-room distance
Comme montré dans le Tableau 2, pour une vitesse fil (Vfil) et une distance fil électrode pièce constantes :
- lorsque la distance électrode pièce augmente, la taille des gouttes augmente et la fréquence diminue en fonction des lois énoncées ci-après, jusqu'à obtenir des grosses gouttes capables d'endommager la partie active de l'électrode.As shown in Table 2, for a wire speed (Vfil) and a constant coin wire electrode distance: when the coin electrode distance increases, the size of the drops increases and the frequency decreases according to the laws set out below, until large drops are obtained capable of damaging the active part of the electrode.
- à l'inverse, lorsque la distance électrode-pièce diminue, les gouttes évoluent vers un mode de transfert dans lequel elles sont presque simultanément en liaison avec le fil et le bain de fusion pour passer les seuils du transfert par pont liquide.- Conversely, when the electrode-room distance decreases, the drops evolve to a transfer mode in which they are almost simultaneously in connection with the wire and the melt to pass the thresholds of the transfer by liquid bridge.
Les données consignées dans les Tableaux 1 et 2 ont été schématisées sur la Figure 2 ci-jointe qui représente un transfert par gouttes selon la présente invention obtenu avec un fil de nuance d'acier inoxydable ER308LSi et de diamètre 1.2 mm déterminé par : - une plage assez ouverte de vitesse fil (diamètre égale à 1.2 mm) allant d'environThe data recorded in Tables 1 and 2 have been schematized in the attached FIG. 2 which represents a drop transfer according to the present invention obtained with a stainless steel grade wire ER308LSi and a diameter of 1.2 mm determined by: fairly open range of wire speed (diameter equal to 1.2 mm) ranging from
0.5m/mn à environ 3.5 à 4.m/min pour laquelle on conserve un régime de transfert par gouttes caractérisé par une vitesse de fil (Vfil) minimale pour laquelle une taille de goutte moyenne de 3,5 fois le diamètre du fil est associée à une fréquence de transfert de 20 Hz et par une vitesse fil maximale de 3 m/mn pour laquelle une taille de goutte de 1.2 diamètre du fil est associée à une fréquence de transfert de 90 Hz.0.5 m / min at about 3.5 to 4.m / min for which a drop transfer regime is maintained characterized by a minimum wire speed (Vfil) for which an average drop size of 3.5 times the diameter of the wire is associated with a transfer frequency of 20 Hz and a maximum wire speed of 3 m / min for which a drop size of 1.2 wire diameter is associated with a transfer frequency of 90 Hz.
- entre ces deux bornes, la variation de taille de gouttes (TG) et de fréquence de transfert (FT) est linéaire et peut être associée aux lois de type :between these two terminals, the variation in drop size (TG) and transfer frequency (FT) is linear and can be associated with the laws of type:
FT (en Hz) = 28 . Vfil (m/mn) + 6 TG (en mm) = k . diamètre fil = - 0,6 . Vfil (m/mn) + 3,3 Pour un couple fil-gaz donné, ces courbes de transfert sont à associer à une distance fil électrode et une distance électrode pièce préalablement définies et fixes.FT (in Hz) = 28. Vfil (m / min) + 6 TG (in mm) = k. wire diameter = - 0.6. Vfil (m / min) + 3.3 For a given wire-gas pair, these transfer curves are to be associated with a distance wire electrode and a distance electrode part previously defined and fixed.
On peut par exemple procéder comme indiqué dans le Tableau 3 ci-après pour choisir la fréquence et la taille des gouttes, lors d'un soudage d'éprouvettes en alliage d'aluminium d'épaisseur égale à 2 mm, en 2 nuances différentes d'aluminium, à savoir les nuances 6061 et 5083, pour des configurations de joint de type à clin, en angle et bout à bout.
One can for example proceed as indicated in Table 3 below to choose the frequency and the size of the drops, when welding aluminum alloy test specimens of thickness equal to 2 mm, in 2 different shades of aluminum, namely 6061 and 5083, for clinch, angled and butt joint configurations.
Tableau 3 : Transfert par gouttes sur aluminiumTable 3: Transfer by drops on aluminum
Dce = distance ; G = goutteDce = distance; G = drop
Le Tableau 3 précédent montre une manière d'adapter le transfert par gouttes selon l'invention pour différentes configurations de joints et deux types d'alliages d'aluminium.The above Table 3 shows a way to adapt the drop transfer according to the invention for different configurations of joints and two types of aluminum alloys.
Comme on le voit, pour le matériau 6061, il convient de mettre en œuvre des vitesses de fil plus faibles en soudage à clin qu'en soudage en angle avec des distances électrode fil associées réduites, c'est-à-dire de l'ordre de 1 à 2 fois le diamètre du fil, pour avoir une taille
de goutte réduite et une fréquence plus élevée, ce qui permet de mieux maîtriser la directivité du transfert dans le clin.As can be seen, for the 6061 material, lower wire speeds in both clinching and angle welding with reduced associated wire electrode distances, i.e. order of 1 to 2 times the diameter of the wire, to have a size reduced drop and higher frequency, which allows to better control the directivity of the transfer in the blink.
Pour le matériau 5183, la démarche reste identique entre soudage à clm et soudage bout à bout avec une latitude de réglages plus grande en soudage bout à bout vis à vis de la distance électrode/fil et de la vitesse fil généralement plus élevée.For the material 5183, the gait remains the same between clm welding and butt welding with a greater adjustment latitude in butt welding with respect to the electrode / wire distance and the generally higher wire speed.
Ces réglages pour les basses vitesses fil, c'est-à-dire inférieures ou égales à 1.5 m/min environ, notamment pour les fils de diamètres importants, c'est-à-dire d'au moins 1.2 mm environ, nécessitent un dévidage approprié, par exemple de type avance/recul (« push pull » en anglais), dans lequel la platine galets du dévidoir assure le déroulement du fil et les galets de la torche la régulation du dévidage.These settings for low wire speeds, that is to say less than or equal to about 1.5 m / min, especially for wires of large diameter, that is to say at least about 1.2 mm, require a appropriate unwinding, for example type of advance / recoil ("push pull" in English), in which the roller platen of the reel ensures the unwinding of the wire and the rollers of the torch regulating the unwinding.
Le transfert par gouttelettes à une fréquence particulière selon l'invention permet la réalisation de cordons dont la qualité esthétique s'apparente à ceux réalisés en soudage manuel, en particulier sur l'aluminium, permettant avec ce procédé une reproduction de « vagues de solidification » en surface.The transfer by droplets at a particular frequency according to the invention allows the production of cords whose aesthetic quality is similar to those achieved by manual welding, in particular on aluminum, allowing with this process a reproduction of "solidification waves" surface.
Par ailleurs, il permet également de résoudre des problèmes de compacité de cordons et microstructure du métal fondu à gros grains rencontrés avec les procédés connus.Moreover, it also makes it possible to solve problems of compactness of cords and microstructure of the coarse-grained molten metal encountered with the known processes.
Dans le cas de l'acier inoxydable austénitique, les conditions d'obtention du transfert par gouttes avec un fil de nuance 308LSi sont données comparativement dans le Tableau 4.In the case of austenitic stainless steel, the conditions for obtaining drop transfer with a 308LSi grade yarn are given comparatively in Table 4.
Tableau 4 : Soudage d'acier inoxydable austénitiqueTable 4: Austenitic Stainless Steel Welding
Vf : vitesse fil - Vs : vitesse de soudage Vf: speed wire - Vs: welding speed
ARCAL™ 15 est un mélange gazeux commercial de L'Air Liquide formé d'argon et de 5% en volume d'hydrogène.ARCAL ™ 15 is a commercial gas mixture of L'Air Liquide formed from argon and 5% by volume of hydrogen.
Ce tableau 4 met en évidence l'intérêt du transfert par goutte de l'invention par rapport au soudage TIG conventionnel de l'art antérieur, dans lequel la fusion du fil ne se fait que par conduction au contact du bain de fusion.This table 4 demonstrates the advantage of the drop transfer of the invention compared to conventional TIG welding of the prior art, wherein the fusion of the wire is only by conduction in contact with the melt.
En effet, un transfert selon l'invention permet d'augmenter notablement la vitesse de
soudage (Vs) puisque, avec un transfert par gouttes selon l'invention, la fusion du fil est accélérée par son passage dans la zone de température comprise entre environ 5000 et 100000K qui impose une augmentation de 40% de la vitesse fil et, par conséquent, une augmentation de 66% de la vitesse de soudage.Indeed, a transfer according to the invention makes it possible to significantly increase the speed of welding (Vs) since, with a transfer by drops according to the invention, the fusion of the wire is accelerated by its passage in the temperature zone of between about 5000 and 10000 0 K which imposes a 40% increase in the wire speed and therefore, a 66% increase in welding speed.
Dans le cas du soudo-brasage des aciers carbone galvanisés comme on peut le constater dans le tableau 5 suivant, la plage opératoire d'obtention du transfert par gouttes reste étroitement liée à la nature du fil utilisée Cu Al ou Cu Si .In the case of the brazing of galvanized carbon steels as can be seen in the following Table 5, the operating range for obtaining the drop transfer remains closely related to the nature of the wire used Cu Al or Cu Si.
Dans ce type de transfert, pour une épaisseur de matériau de 1 mm, les vitesses maxi de dévidage de fil autorisent des vitesses de soudage de l 'ordre de 1 à 1.2 m/mn.In this type of transfer, for a material thickness of 1 mm, the maximum wire feed speeds allow welding speeds of the order of 1 to 1.2 m / min.
Tableau 5 : soudobrasage des aciers carbone galvanisésTable 5: Braze-welding of galvanized carbon steels
ARCAL™ 1 est de l'argon gazeux commercialisé par L'Air Liquide et ARCAL™ 10 est un mélange gazeux commercial de L'Air Liquide formé de 2,5 % en volume d'hydrogène et d'argon pour le reste.ARCAL ™ 1 is gaseous argon marketed by L'Air Liquide and ARCAL ™ 10 is a commercial gas mixture of L'Air Liquide formed by 2.5% by volume of hydrogen and argon for the remainder.
Dans les deux cas d'applications, c'est-à-dire à clin et lignes de fusion, les plages opératoires de vitesse de fil restent suffisantes, avec respectivement 2 à 5.5m/min et 1 à 3.2 m/min, pour être exploitables industriellement.In both cases of applications, that is to say at clin and melting lines, the yarn speed operating ranges remain sufficient, with respectively 2 to 5.5m / min and 1 to 3.2 m / min, to be industrially exploitable.
Ces différences ont pour origine la nature différente des alliages des métaux d'apport qui ont des températures liquidus solidus différentes, ainsi que le revêtement de 10 μm pour le soudage à clin qui impose des conditions différentes de dégazage du zinc de l'interface obligeant à opérer selon une vitesse de soudage la plus élevée possible.
Dans le cas du fil CuSi, le gaz Arcal™ 10 a été utilisé pour ralentir la formation de silicates sur la surface des cordons.These differences are due to the different nature of the alloys of the filler metals with different liquidus solidus temperatures, as well as the 10 μm coating for spot welding which imposes different zinc degassing conditions from the interface requiring operate at the highest possible welding speed. In the case of CuSi wire, Arcal ™ 10 gas has been used to slow the formation of silicates on the surface of cords.
Par ailleurs, selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :Furthermore, as the case may be, the method of the invention may comprise one or more of the following characteristics:
- la fréquence de transfert des gouttelettes est préférentiellement comprise entre 30 Hz et 80 Hz.the droplet transfer frequency is preferably between 30 Hz and 80 Hz.
- la taille des gouttes est égale à 1,5 à 3 fois le diamètre du fil fusible.- The size of the drops is equal to 1.5 to 3 times the diameter of the fuse wire.
- la fréquence de transfert des gouttelettes est comprise entre 20 Hz et 40 Hz et la taille des gouttes est comprise entre 3 et 4 fois le diamètre du fil fusible, de préférence la fréquence est de l'ordre de 30 Hz.the droplet transfer frequency is between 20 Hz and 40 Hz and the size of the drops is between 3 and 4 times the diameter of the fusible wire, preferably the frequency is of the order of 30 Hz.
- la fréquence de transfert des gouttelettes est le résultat d'une fréquence de pulsation du fil combinée à une fréquence de pulsation du courant continu ou alternatif dans le cas de l'aluminium et des ses alliages (ou de type à polarité variable) qui permet un pilotage plus précis des phases soudage et décapage. - la fréquence de transfert des gouttelettes est comprise entre 70 Hz et 90 Hz et la taille des gouttes est comprise entre 1 ,2 et 1 ,5 fois le diamètre du fil fusible, de préférence de l'ordre de 80 Hz.the droplet transfer frequency is the result of a pulse frequency of the wire combined with a pulsating frequency of the direct or alternating current in the case of aluminum and its alloys (or of variable polarity type) which allows more precise control of the welding and stripping phases. the droplet transfer frequency is between 70 Hz and 90 Hz and the size of the drops is between 1, 2 and 1.5 times the diameter of the fusible wire, preferably of the order of 80 Hz.
- on soude avec une vitesse de fil allant jusqu'à 20 m/min, en particulier entre 1 et 10 m/min. On choisit la vitesse de fil en fonction du diamètre dudit fil. - l'amenée de fil fusible est opérée selon un angle entre 10 et 30° par rapport à l'axe de l'électrode, de préférence entre 10 et 20°.it is welded with a wire speed of up to 20 m / min, in particular between 1 and 10 m / min. The wire speed is chosen according to the diameter of said wire. the supply of fusible wire is operated at an angle between 10 and 30 ° relative to the axis of the electrode, preferably between 10 and 20 °.
- on guide et on maintient en permanence l'extrémité du fil fusible à une distance inférieure à 1,5 mm par rapport à l'extrémité de l'électrode en tungstène de la torche TIG, de préférence à une distance minimum de 1 mm. Toutefois, dans tous les cas, la surface de l'extrémité du fil ne doit pas venir en contact avec l'électrode en tungstène.the end of the fuse wire is permanently guided and maintained at a distance of less than 1.5 mm from the end of the tungsten electrode of the TIG torch, preferably at a minimum distance of 1 mm. However, in all cases, the surface of the end of the wire should not come into contact with the tungsten electrode.
- pendant le soudage, on opère une protection gazeuse de l'électrode, du fil et du métal fondu .during welding, a gaseous protection is applied to the electrode, the wire and the molten metal.
- on opère une protection gazeuse avec un gaz choisi parmi l'argon, l'hélium et les mélanges argon/hélium avec ou sans micro-additions d'azote, et les mélanges d'argon et d'hydrogène.
- le procédé est mis en œuvre sur un bras de soudage robotisé portant une torche TIG à électrode non fusible et des moyens d'amenée de fil de soudage fusible ou en soudage manuel ou automatique.a gaseous protection is carried out with a gas chosen from argon, helium and argon / helium mixtures with or without micro-additions of nitrogen, and mixtures of argon and hydrogen. the method is implemented on a robotic welding arm carrying a TIG torch with a non-fuse electrode and fuse welding wire feeding means or in manual or automatic welding.
- le procédé est mis en œuvre pour souder ou braser une ou plusieurs pièces - les pièces sont en acier revêtu, en particulier en acier galvanisé ou électro-zingué , en acier inoxydable austémtique ou ferritique , en nickel et alliages de nickel, titane et alliages de titane, ainsi qu'en aluminium ou alliages d'aluminium.- the process is used to weld or braze one or more parts - the parts are in coated steel, in particular in galvanized or electro-galvanized steel, in austenitic or ferritic stainless steel, in nickel and nickel alloys, titanium and alloys titanium, as well as aluminum or aluminum alloys.
- l'intensité du courant continu alimentant la torche TIG est comprise entre 10 A et 400 A Maxi, et la tension est comprise entre 10 V et 20 V. - le fil a un diamètre compris entre 0 6 mm et 1.6 mm, de préférence entre 1 mm et 1.2 mm.the intensity of the direct current supplying the TIG torch is between 10 A and 400 A Max, and the voltage is between 10 V and 20 V. The wire has a diameter between 0 6 mm and 1.6 mm, preferably between 1 mm and 1.2 mm.
- le fil est en alliage de cupro-sihcium (Q1S13) ou cupro-alummium (CuA18).- The wire is cupro-sihcium alloy (Q1S1 3 ) or cupro-alummium (CuA18).
- le fil est également en aluminium pur ou en alliage d'aluminium, par exemple des séries 2000, 4000 ou 5000. Selon la présente invention, une partie de l'énergie de l'arc est utilisée pour la fusion de l'extrémité du fil à des vitesses de fil assez faibles, typiquement de l'ordre de 1 à 10 m/min, ce qui explique que par unité de temps, cette énergie va intéresser une longueur de fil plus importante et donc donner naissance à la formation de gouttes qui seront d'autant plus grosses que la vitesse de fil est faible et dont la fréquence de transfert sera également basse ; et vice versa, pour une vitesse fil plus élevée mais inférieure à celle de l'apparition d'un pont liquide, la taille des gouttes va diminuer et la fréquence de transfert va augmenter. Les paramètres, pour un diamètre de fil donné, sont liés par la relation :the wire is also made of pure aluminum or aluminum alloy, for example 2000, 4000 or 5000 series. According to the present invention, part of the energy of the arc is used for the melting of the end of the wire at fairly low wire speeds, typically of the order of 1 to 10 m / min, which explains that per unit of time, this energy will interest a longer wire length and thus give rise to the formation of drops which will be larger when the wire speed is low and the transfer frequency is also low; and vice versa, for a wire speed higher but lower than that of the appearance of a liquid bridge, the size of the drops will decrease and the transfer frequency will increase. The parameters, for a given wire diameter, are linked by the relation:
Vfil . section du fil = fréquence de gouttes . volume de gouttes avec : (mm/s) . (mm2) = (nombre de gouttes/s) . (mm 3) On peut donc aisément, via un réglage de la vitesse fil et pour un régime d'arc donnéVfil. section of the wire = frequency of drops. volume of drops with: (mm / s). (mm 2 ) = (number of drops / s). (mm 3 ) So we can easily, via a wire speed setting and for a given arc speed
(paramètres électriques et gaz associé), maîtriser/régler le diamètre et la fréquence des gouttes. Ces différents paramètres peuvent être évalues et contrôlés d'une manière très précise à la l'aide d'une caméra vidéo à grande vitesse, î.e. par exemple de 10000 images par seconde. Visuellement, l'effet est directement perceptible sur la surface du cordon, par la présence de vagues régulières, appelées stries de solidification.(electrical parameters and associated gas), control / adjust the diameter and frequency of the drops. These different parameters can be evaluated and controlled in a very precise manner using a high-speed video camera, e.e. for example 10000 frames per second. Visually, the effect is directly perceptible on the surface of the bead, by the presence of regular waves, called striations of solidification.
Ce transfert par gouttes est différent de ceux connus dans l'état de l'art du procédé TIG automatique conventionnel, dans lequel le fil est fondu par conduction thermique directe
du bain de fusion et non, comme dans le cas présent, par une partie de l'énergie de l'arc de soudage qui accroît la vitesse de fusion du dit fil et la productivité du procédé.This drop transfer is different from those known in the state of the art of the conventional automatic TIG process, in which the wire is melted by direct thermal conduction melting bath and not, as in the present case, by a portion of the energy of the welding arc which increases the melting speed of said wire and the productivity of the process.
En effet, des résultats comparatifs montrent que pour une même configuration d'assemblage clin ou angle et mêmes paramètres électriques l'accroissement du taux de dépôt est de l'ordre de 40%.Indeed, comparative results show that for the same configuration of clin assembly or angle and same electrical parameters the increase in the deposition rate is of the order of 40%.
Le procédé de l' invention avec transfert par gouttelettes peut être appliqué au soudage ou soudo-brasage de tout assemblage de pièces en acier revêtu, en acier inoxydable austénitique ou ferritique, en nickel et alliages de nickel, en titane et alliages de titane, en aluminium ou ses alliages, pour lequel on recherche ou on privilégie des conditions d'esthétique, notamment des stries régulières en surface de cordons ou pour lesquels on doit compenser des tolérances de préparation importantesThe method of the invention with droplet transfer can be applied to the welding or brazing of any assembly of coated steel, austenitic or ferritic stainless steel parts, nickel and nickel alloys, titanium and titanium alloys, aluminum or its alloys, for which aesthetic conditions are sought or favored, in particular regular striations on the surface of cords or for which important preparation tolerances must be compensated
Ce transfert par goutte engendre un cycle thermique cadencé du bam de fusion qui peut avoir des effets sur la microstructure du bain de fusion mais également sur la compacité du métal fondu par effet mécanique d'impact de la goutte sur le bain de fusion provoquant une agitation du bam et favorisant ainsi son dégazage. Ce phénomène est également visible et quantifiable comme précédemment par caméra vidéo à grande vitesse.This drop transfer gives rise to a cyclic thermal cycle of the melting bam, which may have effects on the microstructure of the melt but also on the compactness of the molten metal by the mechanical effect of the drop on the melt causing stirring. bam and thus promoting its degassing. This phenomenon is also visible and quantifiable as previously by high speed video camera.
Le procédé de l'invention est particulièrement intéressant en soudage de tôles très fines galvanisées, par exemple de moins de 1 mm, pour favoriser le dégazage des vapeurs de ZnO, ou en soudage de l'aluminium ou de ses alliages pour favoriser le dégazage de H2. Le procédé de l'invention est préférentiellement mis en œuvre avec une torche avec fil fusible traversant la paroi de la buse selon un angle de moins de 50°, notamment la torche décrite dans le document EP-A-1459831. En effet, dans une telle torche, l'amenée de fil, qui est intégrée à la torche, se fait selon un angle de l'ordre de généralement 10° à 20°, par exemple de l'ordre de 15°, par rapport à l'axe de l'électrode non fusible et ce, en maintenant une distance faible entre l'extrémité du fil et l'extrémité du cône de l'électrode en tungstène, par exemple lmm minimum ou au diamètre de fil d'apportThe method of the invention is particularly advantageous for welding very thin galvanized sheets, for example less than 1 mm, to promote degassing of ZnO vapors, or welding aluminum or its alloys to promote degassing of H 2 . The method of the invention is preferably implemented with a torch with fusible wire passing through the wall of the nozzle at an angle of less than 50 °, in particular the torch described in EP-A-1459831. Indeed, in such a torch, the wire feed, which is integrated in the torch, is at an angle of the order of generally 10 ° to 20 °, for example of the order of 15 °, compared to the axis of the non-fusible electrode and this, by maintaining a small distance between the end of the wire and the cone end of the tungsten electrode, for example 1 mm minimum or the diameter of the filler wire
Dans tous les cas, pour obtenir un transfert de métal par gouttes tel que précédemment cité, l'extrémité du fil fusible est guidée et également maintenue en permanence à une distance inférieure à 2 mm environ par rapport à l'extrémité de l'électrode en tungstène, c'est- à-dire que la distance entre la surface externe du fil fusible et l'électrode ne doit pas excéder 2 mm environ, de préférence supérieure à 1 mm.In all cases, to obtain a dropwise metal transfer as mentioned above, the end of the fuse wire is guided and also maintained permanently at a distance of less than about 2 mm from the end of the electrode. tungsten, that is to say that the distance between the outer surface of the fuse wire and the electrode should not exceed 2 mm, preferably greater than 1 mm.
Le transfert par gouttes selon l'invention présente les avantages suivants :The drop transfer according to the invention has the following advantages:
- un point d'impact en dessous de l'arc, ce qui facilite le positionnement de la torche
- un transfert maîtrisé par gouttes successives de métal bien dirigé dans le bain.- a point of impact below the arc, which facilitates the positioning of the torch - Transfer controlled by successive drops of metal well directed in the bath.
- un aspect esthétique du cordon de soudage correspondant à des préconisations particulières recherchées.- An aesthetic appearance of the welding bead corresponding to particular recommendations sought.
- un transfert par gravité et tensions de surface facilite le travail en position. - un réglage et un contrôle de la fréquence et de la taille des gouttes par liés par la relation précédente à la vitesse fil pour un diamètre de fil donné.- Gravity transfer and surface tension facilitates working in position. - Adjustment and control of the frequency and size of the drops by linked by the previous relationship to the wire speed for a given wire diameter.
- une réalisation de cordons de soudage multi-directionnels sans changement d'orientation du fil au niveau de la torche TIG.- A realization of multi-directional welding cords without changing the orientation of the wire at the TIG torch.
- une possibilité de réaliser des synergies de soudage, comme pour le procédé de soudage MIG/MAG. La vitesse de fil préférée est donnée en fonction des différents paramètres choisis par l'opérateur : matière à assembler, nature et diamètre du fil d'apport, intensité, gaz de protection, vitesse de soudage....- a possibility to achieve welding synergies, as for the MIG / MAG welding process. The preferred wire speed is given according to the various parameters chosen by the operator: material to assemble, nature and diameter of the filler wire, intensity, shielding gas, welding speed ....
L'invention est illustrée sur la figure annexée qui schématise un transfert par gouttes selon l'invention.The invention is illustrated in the attached figure which schematizes a transfer by drops according to the invention.
Plus précisément, on a représenté une torche de soudage TIG avec électrode 1 non fusible alimentée avec un fil 2 fusible. Comme on le voit, la partie la plus chaude de l'arc électrique 6 qui se forme à la pointe 7 de l'électrode 1 permet d'obtenir une fusion progressivement de l'extrémité 3 du fil 2 dans la zone d'arc 5. Le transfert du métal fondu depuis l'extrémité 3 du fil 2 vers le bain de soudure 8 formant le cordon soudé sur la pièce 10 se fait par gouttes 4 successives dont le diamètre de goutte est compris entre 1,2 et 4 fois le diamètre du fil 2. Le fil a typiquement un diamètre compris entre 0,6 et 1,6 mm. La fréquence des gouttes est comprise entre 20 et 90 Hz. La fréquence des gouttelettes est générée par une pulsation du fil combinée avec une pulsation de courant.More specifically, there is shown a TIG welding torch with non-fusible electrode 1 fed with a fuse wire 2. As can be seen, the hottest part of the electric arc 6 which forms at the tip 7 of the electrode 1 makes it possible to obtain a progressive melting of the end 3 of the wire 2 in the arc zone 5 The transfer of the molten metal from the end 3 of the wire 2 to the solder bath 8 forming the welded bead on the part 10 is done by successive drops 4 whose drop diameter is between 1.2 and 4 times the diameter. The yarn typically has a diameter of between 0.6 and 1.6 mm. The frequency of the drops is between 20 and 90 Hz. The frequency of the droplets is generated by a pulsation of the wire combined with a pulsation of current.
Par ailleurs, la distance D entre la pointe de l'électrode 1 et la surface des pièces à souder est comprise entre 2 mm et 3 mm environ. Par ailleurs, la distance minimale d entre le fil 2 et la surface de l'électrode 1, y compris au niveau de sa pointe 7, est maintenue inférieure à 2 mm mais préférentiellement supérieure à 1 mm.Moreover, the distance D between the tip of the electrode 1 and the surface of the parts to be welded is between 2 mm and 3 mm approximately. Moreover, the minimum distance d between the wire 2 and the surface of the electrode 1, including at its point 7, is kept less than 2 mm but preferably greater than 1 mm.
Quel que soit le type de matériau soudé, on constate que la plage de vitesse fil pour l'obtention du transfert par gouttes est large et flexible vis à vis de la fréquence et de la taille des gouttes correspondantes.
Les vitesses de fil minimale (Vf mini) et maximale (Vf maxi) sont celles à appliquer pour rester dans un transfert par gouttes. Au-delà de la valeur maxi, on atteint un transfert par pont liquide.Whatever the type of welded material, it is found that the wire speed range for obtaining drop transfer is wide and flexible with respect to the frequency and the size of the corresponding drops. The minimum wire speed (min Vf) and maximum wire speed (max Vf) are those to be applied to remain in a drop transfer. Above the maximum value, a liquid bridge transfer is achieved.
Le procédé de l'invention avec transfert par gouttes peut être appliqué à différentes configurations de joint : soudage bout à bout, à clin, angle et bords tombés, pour des conditions de préparation dégradées, tel que jeux ou mésalignements, que ce type de transfert peut absorber plus spécifiquement , et enfin pour des opérations de rechargement puisque l'on contrôle l'énergie apportée respectivement au fil d'apport et au matériau support.
The drop transfer method of the invention can be applied to a variety of joint configurations: butt, lap, angle, and flanged welding, for degraded preparation conditions, such as games or misalignments, as this type of transfer. can absorb more specifically, and finally for reloading operations since it controls the energy provided respectively to the filler wire and the support material.