FR3001165A1

FR3001165A1 - Crayon a souder permettant le chargement automatique de billes

Info

Publication number: FR3001165A1
Application number: FR1350620A
Authority: FR
Inventors: Frederic Isaac; Catherine Sanjeu
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2014-07-25
Anticipated expiration: 2033-01-24
Also published as: FR3001165B1

Abstract

L'invention concerne un dispositif de soudage de billes (100) comprenant un corps (4) et une électrode (10) à l'extrémité de laquelle une bille est destinée à être maintenue avant son soudage. L'électrode est montée mobile dans un canal (8) du corps de manière à pouvoir être déplacée entre une position extraite de soudage, et une position rentrée de chargement d'une bille sur l'extrémité (12) de l'électrode (10), par un orifice d'alimentation en billes (56) débouchant dans le canal (8).

Description

CRAYON A SOUDER PERMETTANT LE CHARGEMENT AUTOMATIQUE DE BILLES DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine du soudage de billes et, plus généralement, au domaine du positionnement et de la dépose de billes. Un tel soudage de billes est généralement mis en oeuvre pour maintenir provisoirement plusieurs pièces ensemble, avant d'effectuer une étape de fixation plus rigide, par exemple par soudage ou brasage. L'invention concerne en particulier l'assemblage de pièces d'une turbomachine d'aéronef, par exemple d'un turboréacteur ou d'un turbopropulseur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE De l'art antérieur, il est connu d'utiliser un crayon de soudage de billes pour le maintien provisoire de plusieurs pièces. Le crayon présente habituellement un corps portant une électrode à l'extrémité de laquelle une bille peut être maintenue avant son soudage, le maintien en place de la bille sur l'extrémité de l'électrode étant généralement obtenu par aspiration. Après chaque soudage de bille, l'opérateur effectue une étape de rechargement du crayon en allant aspirer une nouvelle bille stockée dans un contenant séparé, par exemple un pot renfermant un grand nombre de billes.

Ce mode de fonctionnement, bien que largement répandu, présente néanmoins des inconvénients, comme celui de nécessiter des mouvements spécifiques de l'opérateur pour aller recharger le crayon. Les mouvements de va-et-vient répétés visant à déplacer manuellement le crayon entre la zone de soudage et le pot de billes impactent non seulement le temps et les coûts de fabrication, mais favorisent également l'apparition de troubles musculo-squelettiques sur les opérateurs. De plus, lors de ces mouvements, l'opérateur doit quitter des yeux la zone de soudage pour effectuer le rechargement de bille, ce qui est susceptible de perturber son attention et engendre des risques d'erreurs de soudage. Enfin, durant ces mêmes mouvements de va-et-vient, l'opérateur augmente les risques de perte de billes et/ou de collision avec d'autres éléments environnants de la zone de travail. Il risque également des problèmes de vue à force de refocaliser à répétition sur les éléments de faible dimension, les billes, en allant les chercher dans le pot et en les ramenant dans la zone à souder. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a donc pour but de remédier au moins partiellement aux inconvénients mentionnés ci-dessus, relatifs aux réalisations de l'art antérieur. Pour ce faire, l'invention a tout d'abord pour objet un dispositif de soudage de billes comprenant un corps et une électrode à l'extrémité de laquelle une bille est destinée à être maintenue avant son soudage, l'électrode étant montée mobile dans un canal du corps de manière à pouvoir être déplacée entre une position extraite de soudage, et une position rentrée de chargement d'une bille sur l'extrémité de l'électrode, par un orifice d'alimentation en billes débouchant dans ledit canal.

L'invention est remarquable en ce qu'elle prévoit une alimentation en billes par le corps du dispositif, le chargement sur l'extrémité de l'électrode pouvant alors s'effectuer en déplaçant l'électrode en position rentrée. L'automatisation du chargement de billes, permise par une telle conception, engendre une suppression des mouvements de va-et-vient observés avec les crayons de soudage de l'art antérieur, entre ce même crayon et un pot de stockage de billes. Il en découle une réduction du temps et des coûts de fabrication, mais également une baisse du risque de troubles musculo-squelettiques sur les opérateurs. De plus, dans le cas préférentiel où le dispositif est manipulé par un opérateur, ce dernier n'est plus obligé de quitter des yeux la zone de soudage lors du rechargement de bille. Il en découle une meilleure attention ainsi qu'une baisse du risque d'erreur dans le soudage des billes. Enfin, les risques de problèmes de vue sont largement atténués par rapport à ceux rencontrés avec les dispositifs de l'art antérieur. De préférence, ledit corps du dispositif est équipé d'un réservoir de billes communiquant avec ledit orifice d'alimentation en billes. Alternativement, le réservoir peut être déporté, et relié au dispositif par des moyens appropriés permettant l'acheminement des billes jusqu'à l'orifice d'alimentation, ces moyens pouvant par exemple être un flexible raccordé au dispositif et au réservoir de billes déporté. De préférence, ladite électrode forme un obturateur coulissant de l'orifice d'alimentation en billes. Dans cette configuration, c'est donc l'électrode elle- même qui commande l'ouverture et la fermeture de l'orifice d'alimentation, suivant sa position dans le canal du corps du dispositif. La conception est alors avantageusement très simplifiée, et la masse globale du dispositif s'en trouve réduite. Alternativement, des moyens spécifiques pour assurer l'obturation et la libération séquencées de l'orifice d'alimentation peuvent être prévus sur le dispositif, sans sortir du cadre de l'invention. Le séquencement d'ouverture / de fermeture de l'orifice serait alors corrélé à celui du déplacement de l'électrode dans le canal. De préférence, le dispositif est conçu de sorte que lorsque l'électrode se trouve en position rentrée de chargement, avec une bille chargée à son extrémité dans le canal, cette bille chargée empêche une bille adjacente à son contact de pénétrer dans ledit canal par l'orifice d'alimentation. De cette manière, les billes ne peuvent pas s'échapper accidentellement par le canal du corps du dispositif. De préférence, le dispositif est conçu de sorte que l'introduction d'une bille dans le canal, par l'orifice d'alimentation lorsque l'électrode occupe sa position rentrée de chargement, s'effectue par gravité. La gravité peut être seulement l'une des composantes assurant l'introduction d'une bille dans le canal, par exemple couplée à une aspiration de la bille par l'électrode. D'autres moyens conventionnels peuvent être employés pour assurer une telle introduction, sans sortir du cadre de l'invention. De préférence, le dispositif est conçu de sorte que le maintien d'une bille sur l'extrémité de l'électrode s'effectue par aspiration. D'autres moyens conventionnels peuvent être employés pour assurer le maintien de la bille, sans sortir du cadre de l'invention. Il peut par exemple s'agir d'un électro-aimant si la bille est en acier. De préférence, l'électrode est portée par le piston d'un vérin, par exemple un vérin pneumatique. Cela permet d'obtenir un déplacement automatique de l'électrode entre ses deux positions extrêmes, même si d'autres moyens susceptibles d'assurer un tel déplacement automatique pourraient être retenus. Alternativement, ce déplacement pourrait aussi être mis en oeuvre manuellement par l'opérateur, par exemple à l'aide d'un bouton poussoir prévu sur le dispositif. De préférence, le dispositif prend la forme d'un crayon à souder, ou de tout autre outillage portable, tel qu'un pistolet de soudage de billes, également dénommé pistolet de billage. Il peut alternativement être monté sur un robot ou un bras robotisé. L'invention a également pour objet une installation de soudage de billes comprenant un tel dispositif, un générateur alimentant électriquement ladite électrode du dispositif, et des moyens de commande du déplacement de ladite électrode. Dans le cas d'un crayon de soudage formant le dispositif, le générateur et les moyens de commande du déplacement de l'électrode sont préférentiellement déportés du crayon. Enfin, l'invention a aussi pour objet un procédé de soudage de billes à l'aide d'une telle installation comprenant les étapes successives suivantes : (a) lorsqu'une bille est détectée à l'extrémité de l'électrode occupant sa position rentrée de chargement, déplacement de l'électrode dans sa position extraite de soudage ; (b) soudage de la bille ; (c) dégagement du dispositif de soudage de manière à retirer la bille soudée de l'extrémité de l'électrode ; et (d) lorsque le retrait de la bille soudée est détecté, déplacement de l'électrode dans sa position rentrée de chargement, la succession d'étapes (a) à (d) étant réitérée autant de fois qu'il y a de billes à souder.

Les détections de présence / d'absence de bille peuvent être effectuées de toutes manières réputées appropriées par l'homme du métier. Lorsque le déplacement de l'électrode est mis en oeuvre par un vérin, ces détections peuvent s'opérer par le suivi de la pression du fluide pilotant le vérin. Le / les capteurs de pression peuvent alors être intégrés au dispositif, ou déportés dans un boîtier de commande. Des capteurs de présence conventionnels peuvent également être envisagés, sans sortir du cadre de l'invention. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ; - la figure 1 représente une vue en perspective d'une installation pour le soudage de billes, comprenant un crayon de soudage selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; - la figure 2 représente une vue en coupe longitudinale du crayon montré sur la figure 1; - les figures 3a à 3d représentent différentes étapes d'un procédé de soudage de billes à l'aide du crayon montré sur les figures précédentes ; - la figure 4 représente un assemblage de pièces à l'aide de billes soudées, déposées à l'aide du crayon de soudage montré sur les figures précédentes ; et - la figure 5 représente une vue similaire à celle de la figure 2, selon une alternative de réalisation, avec l'électrode en position rentrée. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS En référence tout d'abord à la figure 1, il est montré une installation pour le soudage de billes, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention. L'installation 1 comprend un crayon de soudage 100, ainsi qu'un générateur électrique 2 et un boîtier de commande 3, le générateur 2 et le boîtier 3 étant tous les deux reliés au crayon 100, dont une vue en coupe longitudinale est montrée sur la figure 2. Le crayon de soudage de billes 100 présente un corps 4 s'étendant d'un bout à l'autre de celui-ci, et formant une enveloppe extérieure du crayon destinée à être agrippée par un opérateur réalisant des opérations de soudage / dépose de billes. Le corps 4 peut être réalisé en plusieurs parties montées l'une sur l'autre, par exemple une partie inférieure 4a se terminant par un nez 6, et une partie supérieure 4b montée par exemple de façon vissée sur l'extrémité supérieure de la partie inférieure 4a. Le nez 6 est percé en son centre d'un canal longitudinal 8 traversé de façon mobile à translation par une électrode 10. Cette électrode 10 peut comporter une embase 10a formant la partie principale de cette électrode, ainsi qu'un embout amovible 10b monté sur l'embase 10a. L'embout amovible 10b, qui définit l'extrémité de l'électrode au niveau de laquelle une bille est destinée à être maintenue avant son soudage, est une partie consommable de l'électrode qui est amenée à être changée régulièrement. Pour faciliter ce changement, l'assemblage de l'embout 10b sur l'embase 10a peut par exemple s'effectuer à force, par une liaison conique. Sur la figure 2, l'électrode 10 est représentée dans une position extraite de soudage dans laquelle l'extrémité 12 de l'électrode fait saillie à la fois du nez 6, mais également d'un tube de protection de l'électrode 14 fixé à l'extrémité de ce nez 6. Le tube de protection 14 prend ici la forme d'un cylindre d'axe sensiblement confondu à un axe longitudinal 16 du crayon, et est réalisé dans un matériau électriquement isolant. Pour assurer un déplacement longitudinal de l'électrode 10, celle-ci est montée à sa base 18 sur l'extrémité d'une tige de piston 20 d'un vérin 22 dont la chambre est ici délimitée par la partie supérieure creuse 4b du corps du crayon. Il s'agit ici d'un vérin pneumatique 22 à double effet, alimenté par deux entrées d'air 24 communiquant respectivement avec les deux volumes variables situés de part et d'autre du piston 26. Dans ce mode de réalisation préféré, l'électrode 10, la tige de piston 20 et le piston 26 forment un ensemble solidaire capable de se déplacer en translation selon la direction de l'axe longitudinal 16 du crayon 100. La partie supérieure 4b du corps 4 est également équipée d'un ensemble intérieur présentant un bouchon de fermeture 29 formant butée haute pour le piston 26, et comprenant également une tige fixe 32 centrée sur l'axe 16 et pénétrant à l'intérieur du piston 26 et de sa tige 20. Le crayon 100 est conçu de manière à ce qu'une bille soit maintenue par aspiration à l'extrémité 12 de l'électrode 10, avant son soudage. Pour ce faire, l'électrode 10 est creuse, à savoir traversée par un conduit autorisant la circulation de l'air. Ce conduit 30a débouche dans un conduit 30b de la tige 20, lui-même débouchant dans un conduit 30c de la tige fixe 32 de la partie supérieure 4b du corps du crayon. Le conduit 30c se poursuit par un raccord 30d, ce raccord 30d étant destiné à être raccordé par un flexible au boîtier 3, et plus précisément à des moyens d'aspiration 34 reliés à une unité électronique de commande 36 de ce même boîtier. De préférence, les moyens 34 sont une pompe d'aspiration continue pour maintenir la bille en bout d'électrode. De manière analogue, les entrées d'air 24 du vérin 22 sont raccordées par flexibles à des moyens 38 de commande du déplacement de l'électrode 10, ces moyens 38 étant assimilables à un pré-actionneur de type distributeur couplé à l'unité électronique 36 formant automate. Il est noté que les moyens 34 sont également équipés d'un ou plusieurs capteurs de pression 40 permettant de suivre le niveau de pression dans le circuit d'air assurant l'aspiration de billes à l'extrémité 12 de l'électrode 10. Par ailleurs, la partie inférieure 4a du corps du crayon est également équipée d'un bouton 42 de déclenchement d'un arc électrique, permettant le soudage d'une bille sur les pièces appropriées. L'alimentation électrique permettant le déclenchement de l'arc se fait à l'aide du générateur 2, relié électriquement à une borne d'entrée 46 solidaire du corps 4. A cet égard, la borne électrique d'entrée 46 schématisée sur la figure 1 est couplée à une rondelle de contact électrique 48 montrée sur la figure 2, qui permet le déclenchement de l'arc uniquement lorsque l'ensemble comprenant le piston 26 et l'électrode 10 se trouve en position extraite telle que montrée sur cette même figure 2, dans laquelle le piston 26 est en appui sur cette même rondelle 48. L'une des particularités de la présente invention réside dans le fait que le crayon 100 est conçu de manière à permettre un chargement automatique des billes à souder. Dans le mode de réalisation représenté, le corps 4 est équipé en partie inférieure 4a d'un réservoir de billes 50, dans lequel il est possible de stocker un nombre important de billes, par exemple plusieurs milliers. Le réservoir 50 se trouve dans l'épaisseur de la partie inférieure 4a, et prend par exemple la forme d'un espace annulaire centré sur l'axe longitudinal 16 du crayon. En partie basse, le réservoir débouche dans un conduit d'alimentation en billes 54 pratiqué dans l'épaisseur du nez 6. A l'extrémité de ce conduit 54, il est prévu un orifice d'alimentation en billes 56 qui débouche dans le canal 8 dans lequel l'électrode 10 est montée à coulissement. C'est donc par cet orifice d'alimentation que l'extrémité 12 de l'électrode 10 peut être chargée d'une bille, et ce de manière automatique, sans action particulière de la part de l'opérateur effectuant des opérations de soudage. En référence à présent aux figures 3a à 3d, il va être décrit un procédé de soudage de billes réalisé à l'aide de l'installation montrée sur la figure 1. Ce procédé vise à assurer la fixation de plusieurs pièces à l'aide de billes, comme cela est montré sur la figure 4. Plus précisément, chaque bille 60 est prévue pour être soudée / déposée sur chacune des pièces 62a, 62b à assembler, et ce de manière à assurer une fixation provisoire avant la mise en oeuvre d'une fixation définitive, par exemple par soudage au brasage le long de la périphérie des pièces 62b. Il s'agit en particulier de pièces de turbomachine d'aéronef, par exemple des pièces constitutives d'un redresseur de compresseur.

Les billes destinées à être utilisées avec l'installation 1 peuvent présenter un diamètre de l'ordre de 1 mm à 8 mm, et être réalisées dans des matériaux de différentes natures, de préférence métalliques aimantables ou non aimantables. Il peut s'agir de particules en acide oxydable, ces particules pouvant être parfaitement sphériques, ou plus généralement de forme sphéroïde, désignant indifféremment des particules de forme sphérique ou de forme légèrement différente, par exemple ovoïdes. En référence tout d'abord à la figure 3a, il est montré le nez 6 du crayon pendant une phase de recul de l'électrode 10 assurée par les moyens 38 provoquant le mouvement du piston 26 vers le haut. Durant ce recul de l'électrode, qui coulisse donc dans le canal 8 selon la direction de l'axe 16, les moyens 34 continuent d'assurer une aspiration à travers l'ensemble mobile, avec l'extrémité de l'électrode 10 non chargée. Le recul de celle-ci a précisément pour objet d'aller assurer son chargement automatique, comme cela sera mentionné ci-après. Pendant la phase de recul, les billes sont empêchées de pénétrer dans le canal 8 par l'orifice 56, étant donné que l'électrode remplit la fonction d'obturateur de cet orifice 56. Néanmoins, quand l'électrode atteint une position rentrée de chargement telle que montrée sur la figure 3b, l'orifice 56 est libéré par cet électrode formant obturateur, et une bille 70 peut pénétrer dans le canal 8 par simple gravité. Dès qu'elle pénètre dans le canal 8, la bille 70 chargée depuis l'orifice 56 est directement aspirée par l'électrode 10, et se voit alors plaquée et maintenue contre son extrémité 12. Le capteur de pression 40 détecte donc la présence d'une bille à l'extrémité de l'électrode par une variation de la pression de l'air dans le circuit assurant l'aspiration. Lors de cette détection, l'unité de commande 36 ordonne aux moyens 38 le déplacement de l'électrode de sa position rentrée de chargement tel que montré sur les figures 3b et 3c, à sa position extraite telle que montrée sur les figures 1 et 2. En référence plus spécifiquement à la figure 3c, il est montré qu'en position rentrée de chargement de l'électrode 10, la bille 70 chargée à l'extrémité 12 dans le canal 8 empêche la bille 70 adjacente située à proximité de l'orifice d'alimentation 56, dans le conduit 54, de pénétrer dans le canal 8 de coulissement de l'électrode. Cette retenue s'effectue judicieusement par simple contact entre les billes. Lorsque le mouvement de sortie de l'électrode est amorcé, celle-ci remplit à nouveau sa fonction d'obturateur, de sorte que les billes continuent à rester confinées dans le conduit 54 et le réservoir 50. Cela est par exemple montré sur la figure 3d, montrant l'électrode 10 animée d'un mouvement de sortie en direction de sa position extraite, avec une bille 70 maintenue à son extrémité par inspiration, et les autres billes 70 maintenues par l'électrode dans le conduit 54 et le réservoir 50 grâce à l'obturation de l'orifice d'alimentation 56 par cette même électrode. Ensuite, lorsque l'électrode se situe en position extraite, celle-ci est amenée à proximité des pièces à fixer, et l'opération de soudage est réalisée en déclenchant l'arc électrique à l'aide du bouton dédié 42, avec la bille 70 mise en pression sur les pièces à assembler. A cet égard, il n'est pas nécessaire de prévoir un appui de forte intensité, mais un simple appui est suffisant pour que le courant passe. De plus, si la bille au bout du crayon à souder est trop éloignée de la pièce, la soudure ne peut avoir lieu. Une fois la dépose de la bille assurée, il est opéré un dégagement du crayon de manière à retirer la bille soudée de l'extrémité de l'électrode. Cela conduit à la détection d'un retrait de la bille par le capteur 40 mesurant une variation de pression dans le circuit d'aspiration. L'unité de commande 36 déclenche alors la remontée de l'électrode grâce au déplacement du piston, opéré par les moyens de commande 38. Le cycle initié à la figure 3 est ensuite répété autant de fois qu'il y a de billes à souder. Selon une alternative de réalisation montrée sur la figure 5, il est prévu un réservoir tampon 102 destiné à améliorer l'écoulement des billes. Ce réservoir tampon 102 est prévu au niveau du conduit d'alimentation en billes 54, et se trouve donc à forte proximité de l'extrémité basse du canal 8. Il se trouve ainsi dans la partie conique du nez 6, sous le réservoir 50. Il peut par exemple être d'une contenance d'une centaine de billes, permettant d'équiper une pièce complète. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs. 20

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de soudage de billes (100) comprenant un corps (4) et une électrode (10) à l'extrémité de laquelle une bille (70) est destinée à être maintenue avant son soudage, caractérisé en ce que ladite électrode est montée mobile dans un canal (8) du corps de manière à pouvoir être déplacée entre une position extraite de soudage, et une position rentrée de chargement d'une bille sur l'extrémité (12) de l'électrode (10), par un orifice d'alimentation en billes (56) débouchant dans ledit canal (8).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps (4) du dispositif est équipé d'un réservoir de billes (50) communiquant avec ledit orifice d'alimentation en billes (56).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ladite électrode (10) forme un obturateur coulissant de l'orifice d'alimentation en billes (56).
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est conçu de sorte que lorsque l'électrode (10) se trouve en position rentrée de chargement, avec une bille (70) chargée à son extrémité dans le canal (8), cette bille chargée empêche une bille adjacente (70) à son contact de pénétrer dans ledit canal (8) par l'orifice d'alimentation (56).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est conçu de sorte que l'introduction d'une bille (70) dans le canal, par l'orifice d'alimentation lorsque l'électrode (10) occupe sa position rentrée de chargement, s'effectue par gravité.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est conçu de sorte que le maintien d'une bille (70) sur l'extrémité (12) de l'électrode (10) s'effectue par aspiration.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'électrode (10) est portée par le piston (26) d'un vérin (22), de préférence pneumatique.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est un crayon à souder.
9. Installation (1) pour le soudage de billes comprenant un dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, un générateur (2) alimentant électriquement ladite électrode (10) du dispositif, et des moyens de commande (38) du déplacement de ladite électrode.
10. Procédé de soudage de billes à l'aide d'une installation (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes : (a) lorsqu'une bille (70) est détectée à l'extrémité (12) de l'électrode occupant sa position rentrée de chargement, déplacement de l'électrode (10) dans sa position extraite de soudage ; (b) soudage de la bille (70) ; (c) dégagement du dispositif de soudage (100) de manière à retirer la bille soudée de l'extrémité (12) de l'électrode ; et (d) lorsque le retrait de la bille soudée (70) est détecté, déplacement de l'électrode (10) dans sa position rentrée de chargement, la succession d'étapes (a) à (d) étant réitérée autant de fois qu'il y a de billes à souder.