FR3062078A1 - METHOD AND DEVICE FOR LOW DISTORTION WELDING - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de soudage à faible distorsion comportant : un chariot de support (2) mobile destiné à être déplacé selon une trajectoire d'avance par rapport à deux pièces métalliques à assembler et portant : une torche de soudage (3) pour réaliser un cordon de soudure entre les deux pièces métalliques, un applicateur de refroidissement (8) agencé derrière la torche de soudage par rapport à la trajectoire d'avance pour refroidir le cordon de soudure par contact avec une surface extérieure du cordon de soudure, l'applicateur de refroidissement étant constitué d'un coussin de fibres minérales, et une tête de distribution (15) agencée pour distribuer un liquide de refroidissement sur l'applicateur de refroidissement (8) pour imbiber le coussin de fibres minérales avec le liquide de refroidissement.The invention relates to a low distortion welding device comprising: a movable support carriage (2) intended to be moved in a path of advance with respect to two metal parts to be assembled and carrying: a welding torch (3) for making a weld bead between the two metal parts, a cooling applicator (8) arranged behind the welding torch with respect to the feed path for cooling the weld bead by contact with an outer surface of the weld bead, cooling applicator consisting of a cushion of mineral fibers, and a dispensing head (15) arranged to dispense a coolant on the cooling applicator (8) to soak the mineral fiber cushion with the coolant .
Description
© Titulaire(s) : GAZTRANSPORT ET TECHNIGAZ Société anonyme.© Holder (s): GAZTRANSPORT ET TECHNIGAZ Société anonyme.
O Demande(s) d’extension :O Extension request (s):
© Mandataire(s) : LOYER ET ABELLO.© Agent (s): RENT AND ABELLO.
© PROCEDE ET DISPOSITIF DE SOUDAGE A FAIBLE DISTORSION.© LOW DISTORTION WELDING PROCESS AND DEVICE.
FR 3 062 078 - A1 (© L'invention concerne un dispositif de soudage à faible distorsion comportant:FR 3,062,078 - A1 (© The invention relates to a low-distortion welding device comprising:
un chariot de support (2) mobile destiné à être déplacé selon une trajectoire d'avance par rapport à deux pièces métalliques à assembler et portant:a mobile support carriage (2) intended to be moved along an advance path relative to two metal parts to be assembled and carrying:
une torche de soudage (3) pour réaliser un cordon de soudure entre les deux pièces métalliques, un applicateur de refroidissement (8) agencé derrière la torche de soudage par rapport à la trajectoire d'avance pour refroidir le cordon de soudure par contact avec une surface extérieure du cordon de soudure, l'applicateur de refroidissement étant constitué d'un coussin de fibres minérales, et une tête de distribution (15) agencée pour distribuer un liquide de refroidissement sur l'applicateur de refroidissement (8) pour imbiber le coussin de fibres minérales avec le liquide de refroidissement.a welding torch (3) for producing a weld bead between the two metal parts, a cooling applicator (8) arranged behind the welding torch relative to the advance path for cooling the weld bead by contact with a outer surface of the weld bead, the cooling applicator consisting of a cushion of mineral fibers, and a dispensing head (15) arranged to distribute a coolant on the cooling applicator (8) to soak the cushion mineral fiber with coolant.
Domaine techniqueTechnical area
L’invention se rapporte au domaine des procédés et dispositifs de soudage à faible distorsion, en particulier pour l’assemblage de tôles métalliques par des soudures étanches.The invention relates to the field of low distortion welding methods and devices, in particular for the assembly of metal sheets by leaktight welds.
Arrière-plan technologiqueTechnological background
On connaît par FR-A-2701415 une machine de soudage l’arc électrique pour souder à clin deux tôles métalliques d’une membrane d’un réservoir de confinement de fluide. Toutefois, il a été constaté que, lorsque l’on cherche à réduire l’épaisseur des tôles utilisées, les effets de déformation thermique des tôles augmentent et rendent plus difficile l’obtention d’un assemblage de très haute qualité, notamment quant à la tenue mécanique et/ou l’étanchéité.FR-A-2701415 discloses an electric arc welding machine for winking two metal sheets of a membrane of a fluid confinement tank. However, it has been observed that, when it is sought to reduce the thickness of the sheets used, the effects of thermal deformation of the sheets increase and make it more difficult to obtain a very high quality assembly, in particular as regards the mechanical strength and / or tightness.
Résumésummary
Une idée à la base de l’invention est de proposer des procédés et dispositifs permettant de réduire les effets de déformation thermique des tôles lors du soudage. Une idée à la base de l’invention est de proposer des procédés et dispositifs adaptés à être utilisés sur diverses parois d’un réservoir de confinement de fluide, quelle que soit l’orientation de la paroi.An idea underlying the invention is to propose methods and devices making it possible to reduce the effects of thermal deformation of the sheets during welding. An idea underlying the invention is to provide methods and devices suitable for use on various walls of a fluid containment tank, regardless of the orientation of the wall.
Pour cela, l’invention fournit un procédé de soudage à faible distorsion comportant :For this, the invention provides a low distortion welding process comprising:
- réaliser un cordon de soudure pour assembler deux pièces métalliques, le cordon de soudure étant réalisé en déplaçant une torche de soudage le long d’une trajectoire du cordon de soudure,- make a weld bead to assemble two metal parts, the weld bead being produced by moving a welding torch along a trajectory of the weld bead,
- faire passer un applicateur de refroidissement sur une surface extérieure du cordon de soudure immédiatement derrière la torche de soudage pour refroidir le cordon de soudure, l’applicateur de refroidissement étant constitué d’un coussin de fibres minérales imbibé d’un liquide de refroidissement.- pass a cooling applicator over an outer surface of the weld bead immediately behind the welding torch to cool the weld bead, the cooling applicator consists of a cushion of mineral fibers soaked in coolant.
Grâce à l’emploi d’un tel applicateur de refroidissement en fibres minérales, il est possible de retenir le liquide de refroidissement par capillarité et ainsi d’appliquer le liquide de refroidissement localement aux emplacements souhaités, notamment sur le cordon de soudure et/ou sur des zones immédiatement adjacentes à celui-ci. Le risque de produire des accumulations et/ou écoulements incontrôlés du liquide de refroidissement sont donc considérablement réduits par rapport à une projection directe de liquide de refroidissement sur les pièces à refroidir, ce qui réduit les risques de corrosion.Thanks to the use of such a mineral fiber cooling applicator, it is possible to retain the coolant by capillary action and thus to apply the coolant locally to the desired locations, in particular on the weld bead and / or on areas immediately adjacent to it. The risk of producing uncontrolled accumulations and / or flows of coolant are therefore considerably reduced compared to direct spraying of coolant onto the parts to be cooled, which reduces the risk of corrosion.
De plus, la localisation du liquide de refroidissement étant maîtrisée, la quantité de liquide de refroidissement appliquée sur les emplacements souhaités peut être contrôlée plus facilement et de manière plus précise.In addition, the location of the coolant being controlled, the amount of coolant applied to the desired locations can be controlled more easily and more precisely.
Selon un mode de réalisation, l’applicateur de refroidissement est alimenté en liquide de refroidissement pendant le passage de l’applicateur de refroidissement sur le cordon de soudure. Il est ainsi possible d’obtenir un fonctionnement continu et relativement uniforme de l’applicateur de refroidissement pendant la réalisation de la soudure.According to one embodiment, the cooling applicator is supplied with coolant during the passage of the cooling applicator over the weld bead. It is thus possible to obtain continuous and relatively uniform operation of the cooling applicator during the production of the weld.
L’invention fournit également un dispositif de soudage à faible distorsion comportant un chariot de support mobile destiné à être déplacé selon une trajectoire d’avance par rapport à deux pièces métalliques à assembler, te chariot de support mobile portant :The invention also provides a low-distortion welding device comprising a mobile support carriage intended to be moved along an advance path relative to two metal parts to be assembled, the mobile support carriage carrying:
- une torche de soudage pour réaliser un cordon de soudure entre tes deux pièces métalliques,- a welding torch to make a weld bead between your two metal parts,
- un applicateur de refroidissement agencé derrière la torche de soudage par rapport à la trajectoire d’avance pour refroidir le cordon de soudure par contact avec une surface extérieure du cordon de soudure, l’applicateur de refroidissement étant constitué d’un coussin de fibres minérales, et- a cooling applicator arranged behind the welding torch with respect to the advance path for cooling the weld bead by contact with an external surface of the weld bead, the cooling applicator consisting of a cushion of mineral fibers , and
- une tête de distribution agencée pour distribuer un liquide de refroidissement sur l’applicateur de refroidissement pour imbiber te coussin de fibres minérales avec te liquide de refroidissement.- a dispensing head arranged to dispense coolant on the coolant applicator to soak the cushion of mineral fibers with the coolant.
Selon des modes de réalisation avantageux, ces procédés et dispositifs de soudage peuvent présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.According to advantageous embodiments, these welding methods and devices can have one or more of the following characteristics.
Les fibres minérales sont choisies pour leur durabilité et leur résistance à une température élevée, de préférence à au moins 1000°C. Selon un mode de réalisation, les fibres minérales sont constituées de céramique. Les céramiques, notamment tes céramiques réfractaires, sont des matières résistantes à la chaleur et qui se prêtent bien à la formation de fibres.The mineral fibers are chosen for their durability and resistance to a high temperature, preferably at least 1000 ° C. According to one embodiment, the mineral fibers consist of ceramic. Ceramics, especially refractory ceramics, are heat-resistant materials that lend themselves well to the formation of fibers.
De préférence, tes fibres minérales sont constituées de céramique contenant majoritairement de te silice, en combinaison avec d’autres oxydes, notamment de l’alumine. De telles céramiques offrent des avantages en termes d’inertie chimique, d’absence de nocivité, de stabilité thermique et de résistance mécanique.Preferably, your mineral fibers are made of ceramic mainly containing silica, in combination with other oxides, in particular alumina. Such ceramics offer advantages in terms of chemical inertness, harmlessness, thermal stability and mechanical resistance.
Le liquide de refroidissement peut être choisi parmi divers fluides, notamment l’eau et l’azote liquide. Des critères de sélection du liquide de 5 refroidissement sont notamment son point d’ébullition à pression normale, sa capacité calorifique et sa chaleur latente de vaporisation. L’eau est un choix préféré compte tenu de sa chaleur latente très élevée, de son absence de nocivité et de la facilité d’approvisionnement.The coolant can be selected from a variety of fluids, including water and liquid nitrogen. Criteria for selecting the coolant include its boiling point at normal pressure, its heat capacity and its latent heat of vaporization. Water is a preferred choice given its very high latent heat, its harmlessness and ease of supply.
L’interaction entre l’applicateur de refroidissement et les pièces à assembler peut être conçue de différentes manières en vue d’effectuer une mise en contact efficace et maîtrisée entre le liquide de refroidissement et le cordon de soudure à refroidir. Dans un mode de réalisation, l’applicateur de refroidissement glisse sur la surface extérieure du cordon de soudure.The interaction between the cooling applicator and the parts to be assembled can be designed in different ways with a view to effecting an effective and controlled contact between the coolant and the weld bead to be cooled. In one embodiment, the cooling applicator slides over the exterior surface of the weld bead.
Dans un autre mode de réalisation, l’applicateur de refroidissement est configuré pour rouler sur la surface extérieure du cordon de soudure. Pour cela, l’applicateur de refroidissement peut présenter la forme d’un cylindre qui roule sur la surface extérieure du cordon de soudure, ou l’applicateur de refroidissement peut présenter la forme d’une bande de roulement agencée autour d’un support cylindrique pour rouler sur la surface extérieure du cordon de soudure.In another embodiment, the cooling applicator is configured to roll over the exterior surface of the weld bead. For this, the cooling applicator can have the shape of a cylinder which rolls on the outer surface of the weld bead, or the cooling applicator can have the shape of a tread arranged around a cylindrical support. to roll on the outer surface of the weld bead.
Diverses technologies connues peuvent être envisagées pour la torche de soudage. De préférence, la torche de soudage est une torche de soudage à l’arc électrique, par exemple de type Tungsten Inert Gas (TIG).Various known technologies can be envisaged for the welding torch. Preferably, the welding torch is an electric arc welding torch, for example of the Tungsten Inert Gas (TIG) type.
Le déplacement du chariot de support peut être réalisé de différentes manières. Selon un mode de réalisation, le dispositif de soudage comporte en outre 25 un châssis destiné à être disposé de manière fixe par rapport aux deux pièces métalliques à assembler, le chariot de support étant monté de manière mobile sur le châssis et guidé selon la trajectoire d’avance par le châssis. Il est ainsi possible d’obtenir un guidage précis du chariot de support.The support carriage can be moved in different ways. According to one embodiment, the welding device further comprises a chassis intended to be disposed in a fixed manner with respect to the two metal parts to be assembled, the support carriage being mounted movably on the chassis and guided along the path d advance through the chassis. It is thus possible to obtain precise guidance of the support carriage.
Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif de soudage comporte en outre un écran porté par le chariot mobile et agencé entre l’applicateur de refroidissement et la torche de soudage pour protéger la torche de soudage de projections de liquide de refroidissement. Grâce à ces caractéristiques, le risque d’éteindre ou de perturber te fonctionnement de la torche de soudage, notamment dans te cas d’un arc électrique, est évité de manière sûre.According to an advantageous embodiment, the welding device further comprises a screen carried by the mobile carriage and arranged between the cooling applicator and the welding torch to protect the welding torch from splashes of coolant. Thanks to these characteristics, the risk of extinguishing or disturbing the operation of the welding torch, in particular in the case of an electric arc, is safely avoided.
Avantageusement, l’applicateur de refroidissement est alimenté en liquide de refroidissement pendant le passage de l’applicateur de refroidissement sur le cordon de soudure.Advantageously, the cooling applicator is supplied with coolant during the passage of the cooling applicator over the weld bead.
Selon un mode de réalisation correspondant, te dispositif de soudage comporte en outre une pompe d’alimentation en liquide de refroidissement reliée à la tête de distribution pour alimenter la tête de distribution avec un débit du liquide de refroidissement.According to a corresponding embodiment, the welding device further comprises a coolant supply pump connected to the dispensing head to supply the dispensing head with a flow rate of the coolant.
Le débit de liquide de refroidissement peut être réglé de différentes manières. Selon un mode de réalisation, ce débit est réglé à une valeur fixe. Ainsi, la mise en œuvre du procédé de soudage peut être particulièrement simple.The coolant flow can be adjusted in different ways. According to one embodiment, this flow rate is set to a fixed value. Thus, the implementation of the welding process can be particularly simple.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de soudage comporte en outre une unité de commande coopérant avec la pompe d’alimentation et configurée pour régler te débit du liquide de refroidissement en fonction d’une ou plusieurs grandeurs, par exempte : une vitesse d’avance du chariot de support, une intensité électrique transmise dans la torche de soudage, etc. Grâce à ces caractéristiques, te débit du liquide de refroidissement peut être piloté de manière automatique et adapté en fonction des conditions réelles de l’opération de soudage, notamment en vue de tenir compte de la quantité de chaleur devant être effectivement prélevée.According to one embodiment, the welding device further comprises a control unit cooperating with the feed pump and configured to regulate the flow rate of the coolant according to one or more quantities, for example: a speed of support carriage advance, electric current transmitted in the welding torch, etc. Thanks to these characteristics, the flow rate of the coolant can be controlled automatically and adapted according to the actual conditions of the welding operation, in particular with a view to taking into account the amount of heat that must actually be removed.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de soudage comporte en outre un organe de suspension élastique pour exercer une pression sur l’applicateur de refroidissement en direction des pièces métalliques à assembler.According to one embodiment, the welding device further comprises an elastic suspension member for exerting pressure on the cooling applicator in the direction of the metal parts to be assembled.
Ce procédé de soudage est utilisable dans de nombreuses applications, notamment lorsque des tôles relativement fines sont employées. Une application particulière concerne la fabrication d’une membrane d’étanchéité dans un réservoir de confinement de fluide.This welding process can be used in many applications, especially when relatively thin sheets are used. A particular application relates to the manufacture of a sealing membrane in a fluid confinement tank.
Dans un mode de réalisation, les deux pièces métalliques sont des plaques de tôle devant être assemblée à clin ou en bout à bout, la trajectoire du cordon de soudure suivant te bord d’une dite plaque de tôle. Un tel assemblage à clin est particulièrement adapté à la réalisation de soudures étanches pour la fabrication d’une membrane d’étanchéité dans un réservoir de confinement de fluide.In one embodiment, the two metal parts are sheet metal plates to be assembled clinched or end to end, the path of the weld bead along the edge of a said sheet metal plate. Such a lap joint is particularly suitable for making watertight welds for the manufacture of a sealing membrane in a fluid confinement tank.
Dans un mode de réalisation, les plaques de tôle sont ondulées ou gaufrées. Des plaques de tôle gaufrées sont notamment appropriées dans les applications faisant intervenir des larges écarts de températures, et dans lesquelles les gaufrages ou ondulations des plaques de tôle peuvent jouer le rôle de joints d’expansion thermique. Selon un mode de réalisation, les plaques de tôles comportent une première série d’ondulations saillantes mutuellement espacées s’étendant selon une première direction du plan, éventuellement une deuxième série d’ondulations saillantes mutuellement espacées s’étendant selon une deuxième direction du pian perpendiculaire à la première direction, et des zones planes agencées entre les ondulations.In one embodiment, the sheet metal plates are corrugated or embossed. Embossed sheet metal sheets are particularly suitable in applications involving wide temperature differences, and in which the embossing or corrugations of the sheet metal sheets can act as thermal expansion joints. According to one embodiment, the sheet plates comprise a first series of mutually spaced projecting undulations extending in a first direction of the plane, possibly a second series of mutually spaced projecting undulations extending in a second direction of the perpendicular plane in the first direction, and flat areas arranged between the corrugations.
Un tel procédé peut être utilisé pour souder différents métaux. Selon des modes de réalisation, les plaques de tôle sont en un alliage choisi parmi les aciers non et faiblement alliés, les aciers inoxydables, les alliages d’acier au Nickel à faible coefficient de dilation, et les alliages d’acier au manganèse à faible coefficient de dilation. En particulier, les plaques de tôle peuvent être réalisées en Invar®, c’est-àdire un alliage de fer et de nickel dont le coefficient de dilatation est typiquement compris entre 1,2.10'6 K'1 et 2.10-6 K'1, dans un alliage de fer et de nickel à 9% dont le coefficient de dilatation est typiquement de l’ordre de 9.10’6 K'1 ou dans un alliage de fer à forte teneur en manganèse dont le coefficient de dilatation est typiquement de l’ordre de 7.10’6 K1.Such a process can be used to weld different metals. According to embodiments, the sheet metal plates are made of an alloy chosen from non and low alloy steels, stainless steels, nickel steel alloys with low coefficient of expansion, and manganese steel alloys with low coefficient of expansion. In particular, the sheet metal plates can be made of Invar®, that is to say an alloy of iron and nickel whose coefficient of expansion is typically between 1.2.10 ' 6 K' 1 and 2.10 -6 K ' 1 , in an alloy of iron and nickel at 9% whose coefficient of expansion is typically of the order of 9.10 ' 6 K' 1 or in an alloy of iron with high manganese content whose coefficient of expansion is typically l 'order of 7.10' 6 K 1 .
Brève description des figuresBrief description of the figures
L’invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés.The invention will be better understood, and other objects, details, characteristics and advantages thereof will appear more clearly during the following description of several particular embodiments of the invention, given solely by way of illustration and without limitation. , with reference to the accompanying drawings.
- La figure 1 est une vue schématique de côté d’un dispositif de soudage selon un premier mode de réalisation.- Figure 1 is a schematic side view of a welding device according to a first embodiment.
- La figure 2 est une vue en perspective d’un dispositif de soudage selon un deuxième mode de réalisation employé dans une application de soudage à clin de deux plaques de tôles.- Figure 2 is a perspective view of a welding device according to a second embodiment used in a blast welding application of two sheet plates.
- La figure 3 est une vue analogue à la figure 2 montrant le dispositif de soudage sous un autre angle.- Figure 3 is a view similar to Figure 2 showing the welding device from another angle.
- La figure 4 est une vue schématique de côté d’un dispositif de soudage selon un troisième mode de réalisation.- Figure 4 is a schematic side view of a welding device according to a third embodiment.
- La figure 5 est une vue schématique de côté d’un dispositif de soudage selon un quatrième mode de réalisation.- Figure 5 is a schematic side view of a welding device according to a fourth embodiment.
- La figure 6 est une vue schématique en perspective et en coupe d’un applicateur de refroidissement pouvant être utilisé dans les dispositifs de soudage.- Figure 6 is a schematic perspective view in section of a cooling applicator which can be used in welding devices.
- La figure 7 est une vue en perspective d’un autre applicateur de refroidissement pouvant être utilisé dans les dispositifs de soudage.- Figure 7 is a perspective view of another cooling applicator that can be used in welding devices.
- La figure 8 est une vue éclatée de l’applicateur de refroidissement de la figure 7.- Figure 8 is an exploded view of the cooling applicator of Figure 7.
- La figure 9 est une photo au microscope optique d’une coupe d’un cordon de soudure obtenu sans utiliser l’applicateur de refroidissement (taille des grains importants).- Figure 9 is a photo under an optical microscope of a section of a weld bead obtained without using the cooling applicator (large grain size).
- La figure 10 est une photo au microscope optique d’une coupe d’un cordon de soudure obtenu en utilisant l’applicateur de refroidissement (taille des grains plus faible).- Figure 10 is a photo under an optical microscope of a section of a weld bead obtained using the cooling applicator (smaller grain size).
-Lafigure 11 est une vue schématique en perspective de plaques métalliques ondulées pouvant être assemblées avec des dispositifs de soudage.FIG. 11 is a schematic perspective view of corrugated metal plates which can be assembled with welding devices.
- La figure 12 est une représentation fonctionnelle schématique d’un système de commande pouvant être utilisé dans les dispositifs de soudage.- Figure 12 is a schematic functional representation of a control system that can be used in welding devices.
Description détaillée de modes de réalisationDetailed description of embodiments
En référence aux figures 1 à 5, on va maintenant décrire des dispositifs de soudage qui comportent un rail de guidage 1 positionné au-dessus des pièces métalliques à souder et sur lequel un chariot de support 2 est monté coulissant de manière à être guidé par le rail de guidage 1. Le chariot de support 2 porte la torche de soudage 3 tournée vers le bas, de sorte que le cordon de soudure réalisé en déplaçant le chariot de support 2 le long du rail de guidage 1 présente une trajectoire qui correspond substantiellement à la trajectoire du rail de guidage 1. Une opération préalable à la réalisation d’un tel soudage est donc de placer les pièces métalliques de manière que le bord à assembler soit situé sous la trajectoire du rail de guidage 1 ou, de manière équivalente, de placer le rail de guidage 1 au-dessus de l’emplacement prévu pour le cordon de soudure. Il peut s’agir notamment d’un rail de guidage fixe, par exemple accroché au plafond d’un bâtiment, ou d’un châssis mobile apte à être positionné de manière détachable sur les pièces à assembler. Ce deuxième cas est décrit par exemple dans FR-A-2701415.Referring to Figures 1 to 5, we will now describe welding devices which comprise a guide rail 1 positioned above the metal parts to be welded and on which a support carriage 2 is slidably mounted so as to be guided by the guide rail 1. The support carriage 2 carries the welding torch 3 facing downwards, so that the weld bead produced by moving the support carriage 2 along the guide rail 1 has a path which corresponds substantially to the path of the guide rail 1. An operation prior to carrying out such welding is therefore to place the metal parts so that the edge to be assembled is located under the path of the guide rail 1 or, in an equivalent manner, place the guide rail 1 above the space provided for the weld bead. It may in particular be a fixed guide rail, for example hung from the ceiling of a building, or a movable frame capable of being detachably positioned on the parts to be assembled. This second case is described for example in FR-A-2701415.
Par ailleurs, des cordons de soudure peuvent être réalisés sur des parois présentant diverses orientations, par exemple dans un réservoir de forme prismatique : une paroi de fond horizontale, une paroi de côté verticale ou oblique, une paroi de plafond horizontale, etc. Dans cette description, le « haut » et le « bas » désignent donc une direction qui s’éloigne des pièces à assembler et une direction opposée qui se rapproche des pièces à assembler, indépendamment de l’orientation réelle des pièces à assembler par rapport au champ de gravité terrestre.Furthermore, weld beads can be produced on walls having various orientations, for example in a tank of prismatic shape: a horizontal bottom wall, a vertical or oblique side wall, a horizontal ceiling wall, etc. In this description, the "top" and the "bottom" therefore denote a direction which moves away from the parts to be assembled and an opposite direction which approaches the parts to be assembled, independently of the actual orientation of the parts to be assembled with respect to the Earth's gravity field.
Pour fonctionner, la torche de soudage 3 nécessite des alimentations diverses, selon la technologie de soudage employée, qui sont représentées schématiquement aux chiffres 5 et 6 sur la figure 1, par exemple en électricité, en eau de refroidissement, en gaz inerte, en gaz combustible, etc. Ces alimentations peuvent être réalisées au moyen de gaines flexibles à partir de sources d’alimentation qui sont indépendantes du chariot de support 2.To operate, the welding torch 3 requires various power supplies, depending on the welding technology used, which are shown diagrammatically in numbers 5 and 6 in FIG. 1, for example in electricity, cooling water, inert gas, gas fuel, etc. These power supplies can be produced by means of flexible sheaths from power sources which are independent of the support carriage 2.
La direction d’avance 7 du chariot de support 2 est indiquée par une flèche. Derrière la torche de soudage 3, le chariot de support 2 porte un applicateur de refroidissement 8 en fibres minérales, qui peut être réalisé de différentes manières, ici configuré comme la bande de roulement d’une roue 9 agencée pour rouler sur le cordon de soudure dans la direction d’avance 7.The direction of advance 7 of the support carriage 2 is indicated by an arrow. Behind the welding torch 3, the support carriage 2 carries a cooling applicator 8 made of mineral fibers, which can be produced in different ways, here configured as the tread of a wheel 9 arranged to roll on the weld bead in the direction of advance 7.
L’applicateur de refroidissement 8 est de préférence constitué d’une nappe de fibres réfractaires en céramique. Par exemple des nappes disponibles auprès de la société Morgan Crucible Company pic sous la marque de commerceThe cooling applicator 8 preferably consists of a sheet of ceramic refractory fibers. For example tablecloths available from Morgan Crucible Company pic under the trademark
Cerablanket™ (128kg/m3) peuvent être utilisées. Il s’agit d’une céramique contenant majoritairement de la silice de formule SiO2, une forte proportion d’alumine de formule AI2O3, et d’autres oxydes en très faibles quantités, notamment oxydes de Fer, Titane, Calcium, Magnésium, Sodium et Potassium. Elle résiste à une température allant jusqu’à 1260°C et présente un contrainte limite de rupture en traction égale à 90kPa. D’autres fibres minérales pourraient aussi être employées.Cerablanket ™ (128kg / m3) can be used. It is a ceramic mainly containing silica of formula SiO 2 , a high proportion of alumina of formula AI 2 O 3 , and other oxides in very small quantities, in particular oxides of Iron, Titanium, Calcium, Magnesium, Sodium and Potassium. It withstands temperatures up to 1260 ° C and has a tensile breaking stress equal to 90kPa. Other mineral fibers could also be used.
La roue 9 comporte un moyeu 10, par exemple en métal ou en plastique, monté pivotant autour d’un axe horizontal perpendiculaire à la direction d’avance 7, sur l’extrémité inférieure d’un bras de support 11 solidaire du chariot de support 2.The wheel 9 has a hub 10, for example made of metal or plastic, pivotally mounted about a horizontal axis perpendicular to the direction of advance 7, on the lower end of a support arm 11 secured to the support carriage 2.
Le bras de support 11 peut être couplé au chariot de support 2 de différentes manières. Sur la figure 1, l’extrémité supérieure du bras de support 11 est attachée de manière pivotante en haut du corps de la torche de soudage 3, pour permettre à la roue 9 de monter et descendre par rapport à la torche de soudage 3 au cours de la progression du chariot de support 2, afin notamment de franchir des reliefs de la pièce à souder, par exemple des ondulations d’une plaque de tôle. Sur la figure 4, le bras de support 11 est en deux parties, articulées de manière pivotante pour la même raison, et la partie supérieure du bras de support 11 est attachée directement au chariot de support 2 indépendamment de la torche de soudage 3.The support arm 11 can be coupled to the support carriage 2 in different ways. In Figure 1, the upper end of the support arm 11 is pivotally attached to the top of the body of the welding torch 3, to allow the wheel 9 to move up and down relative to the welding torch 3 during the progression of the support carriage 2, in particular in order to cross reliefs of the part to be welded, for example undulations of a sheet metal plate. In FIG. 4, the support arm 11 is in two parts, pivotally articulated for the same reason, and the upper part of the support arm 11 is attached directly to the support carriage 2 independently of the welding torch 3.
Sur les figures 2 et 3, le bras de support 11 est lié de manière pivotante par un axe 14 à une aile longitudinale 12 solidaire d’un écran 13 attaché au chariot de support 2. L’écran 13, également représenté de manière schématique sur les figures 1 et 4, est une plaque pleine agencée sous le chariot de support entre la torche de soudage 3 et la roue 9 et s’étendant perpendiculairement à la direction d’avance 7.In FIGS. 2 and 3, the support arm 11 is pivotally connected by a pin 14 to a longitudinal wing 12 secured to a screen 13 attached to the support carriage 2. The screen 13, also shown diagrammatically on FIGS. 1 and 4 is a solid plate arranged under the support carriage between the welding torch 3 and the wheel 9 and extending perpendicular to the direction of advance 7.
En service, la roue 9 roule sur le cordon de soudure qui vient d’être formé par la torche de soudage 3, et applique sur celui-ci un liquide de refroidissement, par exemple de l’eau, pour refroidir immédiatement la matière, ce qui a pour effet de diminuer la distorsion thermique des pièces assemblées, notamment lorsqu’il s’agit de tôles fines. Pour cela, l’applicateur de refroidissement 8 doit bien entendu rester suffisamment imbibé du liquide de refroidissement pendant toute l’opération de soudage.In service, the wheel 9 rolls on the weld bead which has just been formed by the welding torch 3, and applies a cooling liquid, for example water, to it to cool the material immediately, this which has the effect of reducing the thermal distortion of the assembled parts, in particular when it is thin sheets. For this, the cooling applicator 8 must of course remain sufficiently soaked in the coolant during the entire welding operation.
L’alimentation de l’applicateur de refroidissement 8 en liquide de refroidissement pourrait être réalisée par un dispositif indépendant du chariot de support 2. II est toutefois plus pratique de prévoir une tête d’alimentation 15, par exemple un gicleur, attachée au chariot de support 2 et orientée pour projeter le liquide de refroidissement sur l’applicateur de refroidissement 8, de manière continue ou intermittente. La tête d’alimentation 15 est reliée par un tuyau flexible 16 à une source d’alimentation, par exemple une pompe à eau, qui peut être indépendante du chariot de support 2.The cooling applicator 8 is supplied with coolant by a device independent of the support carriage 2. It is however more practical to provide a supply head 15, for example a nozzle, attached to the carriage support 2 and oriented to project the coolant onto the coolant applicator 8, continuously or intermittently. The supply head 15 is connected by a flexible pipe 16 to a supply source, for example a water pump, which can be independent of the support carriage 2.
La tête d’alimentation 15 peut être disposée de différentes manières. Sur la figure 1, la tête d’alimentation 15 est au-dessus de la roue 9 pour mouiller une 5 portion supérieure de la roue 9. Sur la figure 4, la tête d’alimentation 15 est derrière la roue 9 pour mouiller une portion arrière de la roue 9. D’autres configurations sont encore possibles, par exemple devant la roue ou sur le côté. La tête d’alimentation 15 n’est pas représentée sur les figures 2 et 3 ; elle pourrait être au-dessus de la roue 9 comme sur la figure 1.The feed head 15 can be arranged in different ways. In Figure 1, the feed head 15 is above the wheel 9 to wet an upper portion of the wheel 9. In Figure 4, the feed head 15 is behind the wheel 9 to wet a portion rear of the wheel 9. Other configurations are also possible, for example in front of the wheel or on the side. The feed head 15 is not shown in Figures 2 and 3; it could be above the wheel 9 as in FIG. 1.
Dans le mode de réalisation illustré par la figure 5, l’applicateur de refroidissement 8 glisse sur le cordon de soudure derrière la torche de soudage 3 dans la direction d’avance 7. Pour cela, l’applicateur de refroidissement 8 en fibres minérales est ici configuré comme un épais tampon parallélépipédique ou cylindrique logé dans un boitier 35 en forme de tube à section rectangulaire ou circulaire. La tête d’alimentation 15 est montée dans le boitier 35, orientée vers le bas pour envoyer du liquide de refroidissement sur une surface supérieure 34 de l’applicateur de refroidissement 8. Le liquide de refroidissement atteint la surface 36 des pièces soudées en diffusant à travers l’épaisseur de l’applicateur de refroidissement 8, qui est poreux. Le boitier 35 confine les projections et écoulements de liquide de refroidissement, de sorte qu’il protège également la torche de soudage 3 de toute éclaboussure en servant d’écran.In the embodiment illustrated in FIG. 5, the cooling applicator 8 slides on the weld bead behind the welding torch 3 in the direction of advance 7. For this, the cooling applicator 8 made of mineral fibers is here configured as a thick rectangular or cylindrical pad housed in a box 35 in the form of a tube with rectangular or circular section. The supply head 15 is mounted in the casing 35, oriented downwards to send coolant to an upper surface 34 of the coolant applicator 8. The coolant reaches the surface 36 of the welded parts by diffusing to through the thickness of the cooling applicator 8, which is porous. The housing 35 confines the projections and flows of coolant, so that it also protects the welding torch 3 from any splash by serving as a screen.
La torche de soudage 3 et le boitier 35 peuvent être montés indépendamment l’un de l’autre sur te chariot de support 2. Dans l’exemple de la figure 5, ils sont suspendus au chariot de support 2 par des suspensions élastiques 25 37 et 38 qui exercent une pression vers 1e bas, afin de pouvoir suivre un profil en relief. Un montage fixe ou pivotant sur te chariot de support 2 est aussi envisageable, selon l’application visée.The welding torch 3 and the housing 35 can be mounted independently of one another on the support carriage 2. In the example of FIG. 5, they are suspended from the support carriage 2 by elastic suspensions 25 37 and 38 which exert a downward pressure in order to be able to follow a raised profile. Fixed or swivel mounting on the support trolley 2 is also possible, depending on the intended application.
La figure 6 illustre te boitier 35 selon une variante, vu en coupe diamétrale et en perspective, dans lequel des éléments de grille 39 exercent une pression sur 30 la surface supérieure 34 de l’applicateur de refroidissement 8, sous l’effet de ressorts de suspension 40 montés en appui entre les éléments de grille 39 et une barre de support 41 fixée à l’intérieur du boitier 35. Les éléments de grille 39 permettent, sans gêner le passage du liquide de refroidissement, de conformerFIG. 6 illustrates the housing 35 according to a variant, seen in diametral section and in perspective, in which grid elements 39 exert pressure on the upper surface 34 of the cooling applicator 8, under the effect of springs of suspension 40 mounted in support between the grid elements 39 and a support bar 41 fixed inside the housing 35. The grid elements 39 allow, without hindering the passage of the coolant, to conform
W l’applicateur de refroidissement 8, qui est souple, à la forme de la pièce à souder, notamment lors du franchissement d’une d’ondulation.W the cooling applicator 8, which is flexible, in the shape of the part to be welded, in particular when crossing a corrugation.
Dans un mode de réalisation, la source d’alimentation de liquide de refroidissement est régulée de manière automatique par une unité de commande 26 représentée schématiquement sur là figure 12. L’unité de commande 26 exploite des signaux d’entrée fournis par différents capteurs 27 et représentant différents paramètres de fonctionnement du poste de soudage, par exemple une vitesse d’avance v du chariot de support 2, un débit D de liquide de refroidissement, une intensité électrique I alimentant la torche de soudage 3, etc. A l’aide d’un programme de régulation, l’unité de commande 16 génère des signaux de pilotage pour piloter une pompe de circulation 28.In one embodiment, the coolant supply source is automatically regulated by a control unit 26 shown diagrammatically in FIG. 12. The control unit 26 uses input signals supplied by different sensors 27 and representing different operating parameters of the welding station, for example an advance speed v of the support carriage 2, a flow rate D of coolant, an electrical current I supplying the welding torch 3, etc. Using a regulation program, the control unit 16 generates control signals to control a circulation pump 28.
Des objectifs qui peuvent être poursuivis par un tel programme de régulation sont par exemple :Objectives which can be pursued by such a regulatory program are for example:
- l’évaporation complète ou quasi-complète du liquide de refroidissement, pour éviter des accumulations de liquide pouvant favoriser la corrosion ou être dangereuses en présence de sources électrique,- the complete or almost complete evaporation of the coolant, to avoid accumulations of liquid which can promote corrosion or be dangerous in the presence of electrical sources,
- l’abaissement de la température du cordon de soudure en dessous d’un certain seuil.- lowering the temperature of the weld bead below a certain threshold.
L’unité de commande 26 peut aussi être employée pour piloter conjointement différents actionneurs du poste de soudage, par exemple un moteur d’entrainement 29 pour l’entrainement du chariot de support 2, une source de courant électrique 30 pour la torche de soudage, etc.The control unit 26 can also be used to jointly control different actuators of the welding station, for example a drive motor 29 for driving the support carriage 2, a source of electric current 30 for the welding torch, etc.
Les figures 7 et 8 représentent une roue 109 comportant un autre mode de réalisation de l’applicateur de refroidissement 108. Ici, l’applicateur de refroidissement 108 est constitué de trois disques poreux en fibres minérales formant à la fois le moyeu et la bande de roulement de la roue 109. Ces trois disques sont serrés entre deux flasques rigides 20 et engagés sur deux bouts d’axe 21 faisant saillie l’un vers l’autre depuis le centre des deux flasques 20. Dans ce mode de réalisation, le volume de liquide absorbable par capillarité est plus élevé. Pour le reste, le fonctionnement est identique.FIGS. 7 and 8 represent a wheel 109 comprising another embodiment of the cooling applicator 108. Here, the cooling applicator 108 consists of three porous discs made of mineral fibers forming both the hub and the strip of bearing of the wheel 109. These three discs are clamped between two rigid flanges 20 and engaged on two ends of axis 21 projecting towards one another from the center of the two flanges 20. In this embodiment, the volume of absorbable liquid by capillarity is higher. For the rest, the operation is identical.
L’applicateur de refroidissement n’est pas nécessairement une roue. Dans un mode de réalisation non représenté, il s’agit d’un tampon de fibres minérales glissant sur le cordon de soudure.The cooling applicator is not necessarily a wheel. In an embodiment not shown, it is a pad of mineral fibers sliding on the weld bead.
Comme mieux visible sur la figure 2, dans un mode de réalisation, le dispositif de soudage est utilisé pour souder deux plaques de tôle planes à clin, c’est-à-dire avec un recouvrement. Plus précisément, la torche de soudure 3 est guidée le long du bord 17 de la tôle supérieure 18 recouvrant la tôle inférieure 19 et produit le cordon de soudure 22 le long du bord 17.As best seen in Figure 2, in one embodiment, the welding device is used to weld two flat sheet metal plates to the clapboard, that is to say with an overlap. More precisely, the welding torch 3 is guided along the edge 17 of the upper sheet 18 covering the lower sheet 19 and produces the weld bead 22 along the edge 17.
Les figures 9 et 10 montrent une vue en coupe d’un tel cordon de soudure sur deux tôles d’invar® de 0.7mm d’épaisseur, lorsque l’applicateur de refroidissement n’a pas été employé (Fig. 9) et lorsqu’il a été employé (Fig. 10). Les échelles de référence E sur les figures 9 et 10 mesurent 200pm.Figures 9 and 10 show a sectional view of such a weld bead on two sheets of invar® 0.7mm thick, when the cooling applicator has not been used (Fig. 9) and when 'it was used (Fig. 10). The reference scales E in Figures 9 and 10 measure 200pm.
La photographie en microscopie optique permet d’apprécier la taille de grain de la matière au niveau du cordon de soudure 22. Sur la figure 9, la zone fondue manifestée par un taille de grain plus grosse s’étend sur toute l’épaisseur de l’assemblage, jusqu’à la surface inférieure de la tôle inférieure 19. Par contraste, sur la figure 10, la taille des grains au niveau du cordon de soudure 22 diminue rapidement avec la profondeur et une moitié inférieure 23 de la tôle inférieure 19 a conservé quasiment sa granularité d’origine, ce qui manifeste que la zone fondue est plus localisée et moins profonde. C’est le résultat du pompage thermique exercé par l’eau de refroidissement.Optical microscopy photography makes it possible to appreciate the grain size of the material at the weld bead 22. In FIG. 9, the molten zone manifested by a larger grain size extends over the entire thickness of the 'assembly, up to the lower surface of the lower sheet 19. In contrast, in Figure 10, the grain size at the weld bead 22 decreases rapidly with depth and a lower half 23 of the lower sheet 19 a almost preserved its original granularity, which shows that the molten area is more localized and shallower. This is the result of thermal pumping from the cooling water.
Une telle soudure à clin peut être utilisée pour réaliser des assemblages étanches dans une membrane de réservoir étanche, notamment entre deux plaques de tôles ondulées. Un exemple d’une telle membrane est représenté sur la figureSuch a lap weld can be used to make leak-tight assemblies in a waterproof tank membrane, in particular between two sheets of corrugated sheets. An example of such a membrane is shown in the figure
11.11.
Deux plaques de tôle ondulées 18 et 19 sont représentées. Les plaques de tôles 18 et 19 comportent une première série d’ondulations 31, saillantes sur une face inférieure de la figure et mutuellement espacées avec un pas régulier, qui s’étendant selon une direction y du plan, et une deuxième série d’ondulations 32, également saillantes sur Sa face inférieure de la figure et mutuellement espacées avec un pas régulier, s’étendant selon une direction x perpendiculaire à la directionTwo corrugated sheets 18 and 19 are shown. The sheet plates 18 and 19 comprise a first series of corrugations 31, projecting from a lower face of the figure and mutually spaced with a regular pitch, which extends in a direction y of the plane, and a second series of corrugations 32, also projecting on its underside of the figure and mutually spaced with a regular pitch, extending in a direction x perpendicular to the direction
y. Des zones planes 33 sont agencées entre les ondulations 31 et 32.y. Flat zones 33 are arranged between the corrugations 31 and 32.
Une soudure à clin peut être réalisée de la même manière le long du bord 17 en déplaçant le chariot de support 2 avec la torche de soudage 3 dans la direction x.Lap welding can be carried out in the same way along the edge 17 by moving the support carriage 2 with the welding torch 3 in the x direction.
Exemple numériqueNumerical example
Le débit d’eau de refroidissement nécessaire a été mesuré expérimentalement en pesant l’applicateur humide avant et après soudage, avec les paramètres de fonctionnement suivants : énergie de soudage égale à 89kJ/m, correspondant à une intensité l=43A, une tension U=11.7 V et une vitesse d’avance v=34cm/min. On mesure un débit d’eau de 8.6mL/m, soit 0.097ml/kJ, en obtenant une évaporation complète de l’eau de refroidissement sans accumulation observable.The required cooling water flow rate was measured experimentally by weighing the wet applicator before and after welding, with the following operating parameters: welding energy equal to 89kJ / m, corresponding to an intensity l = 43A, a voltage U = 11.7 V and an advance speed v = 34cm / min. We measure a water flow of 8.6mL / m, or 0.097ml / kJ, by obtaining complete evaporation of the cooling water without observable accumulation.
Des calculs théoriques donnent une consommation d’eau de 8.9mL/m dans les mêmes conditions. Les calculs sont basés sur l’hypothèse d’une montée en température de 20°C à 100°C suivie de l’évaporation de l’eau, ceci provoquant un refroidissement du métal de 800°C à 500°C. La convergence de ces résultats montre que le liquide de refroidissement est effectivement entièrement consommé par le pompage thermique, et non éparpillé dans des zones inutiles. Cela correspond à un débit minimum de l’ordre de 8ml/m pour une énergie de soudage de 89kJ/m soit environ 0.090ml/kJ. Dans le cas où l’on souhaite réduire encore la température du métal obtenue après le passage de l’applicateur de refroidissement, on peut augmenter le débit jusqu’à environ 20ml/m sans accumuler de l’eau soit environ 0.225ml/kJ. Ces résultats sont donnés à titre indicatif et donnent l’ordre de grandeur de la quantité d’eau nécessaire au refroidissement d’une soudure à clin entre deux tôles de 0.7 mm.Theoretical calculations give a water consumption of 8.9mL / m under the same conditions. The calculations are based on the assumption of a temperature rise from 20 ° C to 100 ° C followed by the evaporation of water, this causing the metal to cool from 800 ° C to 500 ° C. The convergence of these results shows that the coolant is effectively entirely consumed by thermal pumping, and not scattered in unnecessary areas. This corresponds to a minimum flow rate of the order of 8ml / m for a welding energy of 89kJ / m, or approximately 0.090ml / kJ. In the case where it is desired to further reduce the temperature of the metal obtained after the passage of the cooling applicator, the flow rate can be increased to approximately 20 ml / m without accumulating water, ie approximately 0.225 ml / kJ. These results are given as an indication and give the order of magnitude of the amount of water necessary for cooling a seam weld between two 0.7 mm sheets.
L’usage du verbe « comporter », « comprendre » ou « inclure » et de ses formes conjuguées n’exclut pas la présence d’autres éléments ou d’autres étapes que ceux énoncés dans une revendication.The use of the verb "to include", "to understand" or "to include" and its conjugated forms does not exclude the presence of other elements or steps than those stated in a claim.
Dans les revendications, tout signe de référence entre parenthèses ne saurait être interprété comme une limitation de la revendication.In the claims, any reference sign in parentheses cannot be interpreted as a limitation of the claim.
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