BE821220A

BE821220A - Un procede de chauffage pour traitement thermique

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Publication number: BE821220A
Application number: BE1006236A
Authority: BE
Priority date: 1974-10-18
Filing date: 1974-10-18
Publication date: 1975-02-17

Description


   <EMI ID=1.1> 

APPLICATION SIMILAIRE " 

  
 <EMI ID=2.1> 

  
Une technique actuelle et bien connue dans les domaines du frittage, du formage et de l'infiltration consiste à appliquer au(x) matériau(x) utilisé(s), simultanément ou alternativement, d'une part, un effort mécanique, et, d'autre part, un courant électrique.

  
Il est convenu, dans un but de simplification du texte,

  
 <EMI ID=3.1> 

  
toute opération réalisée par l'une ou plusieurs des opérations suivantes: frittage,formate,infiltration. L'action du dit courant électrique relativement à la mise en oeuvre de la technique connue peut être de diverses natures, et en particulier, le chauffage de l'objet à traiter,le contrôle de la température de l'objet durant le traitement,la création de microdécharges électriques entre les particules ou grains rapprochés constituant l'objet à traiter.

  
En vue de rendre plus clair l'objet de l'invention,nous proposons de décrire d'une manière plus détaillée son cadre d'application en illustrant par un exemple la mise en oeuvre de cette technique connue:

  
Un cas particulier de cette technique, et qui est courament utuilisé en métallurgie des poudres,pour produire un frittage et généralement un formage,consiste à appli-

  
 <EMI ID=4.1> 

  
effort mécanique et un courant électrique; les deux actions sont généralement appliquées à l'objet par l'inter-médiaire d'éléments rigides tels que, par exemple, des pièces mobiles constituant au moins partiellement une matrice enfermant l'objet à traiter. Un exemple simple

  
 <EMI ID=5.1> 

  
transmettent à l'objet à traiter (C) un effort (F) appliqué extérieurement ( par exemple,par un vérin hydrau-

  
 <EMI ID=6.1> 

  
Ces mêmes plateaux (B,,B ) sont encore connectés " une source de courant électrique (SC) permettant,par sa mise en action,la création d'un échauffement distribué dans

  
 <EMI ID=7.1> 

  
(M) ou de l'objet (C) est réalisée par un instrument approprié à cet usage, par exemple,par un thermocouple . Pour faire comprendre les problèmes qui se posent dans le cadre de la mise en oeuvre de cette technique connue dans l'exemple pratique que nous décrivons, ilest utile de préciser la nature des matériaux habituellement en usage, tels que le graphite, le carbone amorphe et divers alliages réfractaires tels que les aciers au chrome, les stellites, et d'autres matériaux connus réfractaires

  
et conducteurs de l'électricité dans le domaine de tem-pérature considéré.

  
Ce procédé connu est,en général, utilisé comme suit:
l'effort(F), qui peut être variable au cours du temps, est appliqué- au système avec une intensité suffisante pour garantir un contact électrique adéquat aux nécessités déterminées par la source de courant, et pour recontrer les prescriptions choisies au point de vue du traitement métallurgique recherché dans l'opération.Le passage du courant électrique est alors permis au travers du système jusqu'à ce que la mesure de la température(T) atteigne une valeur prédéterminée dans un système de

  
 <EMI ID=8.1> 

  
d'opérations d'enclenchement et de déclenchement du courant au travers du système en vue desuivre une loi particulière au traitement thermique choisi ou, au moins,

  
pour compenser les pertes- thermiques du système.

  
En vue de faire mieux ressortir les avantages de la présente invention,et qui apparaitront lors de la description de cette dernière, il est utile de signaler que des ordres de grandeurs des caractéristiques de sources de courant utilisées dans des installations petites et moyennes sont, par exemple, d'environ SIX volts et DIX MILLE ampères, généralement produits par un transformateur électrique commandé par des relais électromagnétiques placés dans le circuit. primaire, en raison des intensités plus faibles qui y circulent et qui sont typiquement,

  
pour de telles petites ou moyennes installations, de l'ordre de 150 à 300 ampères. Ces relais électromagnétiques sont

  
à leur tour commandés par une régulation de température

  
et par les circuits auxiliaires de mise en marche et d'arrêt du processus.

  
 <EMI ID=9.1> 

  
réalisée de cette manière,présente quatre inconvénients d'autant plus importants qu'ils limitent très fortement

  
 <EMI ID=10.1> 

  
et qui sont:

  
I) l'apparition de surchauffes locales au droit des

  
 <EMI ID=11.1> 

  
dans le cas où ces plateaux sont refroidis, on ne peut évite? les pièces en contact n'atteignent localement des

  
 <EMI ID=12.1>  températures telles qu'elles constituent par leur importance une limitation malheureuse et généralement coûteuse quant au choix des matériaux constitutifs du système.

  
2) particulièrement lors de la montée en température jusqu'à la température de travail,on observeune importante surchauffe du coeur (c) par rapport à la température
(T) accessible à la mesure.

  
3) on observe encore systématiquement un mauvaise  tenue des relais électromagnétiques en raison de l'impossibilité de commander leur ouverture ou leur fermeture

  
 <EMI ID=13.1> 

  
ne présentant en aucune manière des temps de comutation suffisament courts.

  
4) de plus, en raison des temps élevés de commutation des relais il n'est pas possible de programmer,aussi finement qu'il l'est nécessaire, un découpage au cours du temps de l'apport de puissance électrique au système.

  
 <EMI ID=14.1> 

  
port de puissance au système, ou la réalisation d'une régulation proportionnelle sur une large gamme de rapports s'avère irréalisable en raison des temps de commutation des relais, de l'impossibilité pratique de les commander aux instants idéaux, et de la difficulté pra-

  
 <EMI ID=15.1> 

  
transformation dans de tels transformateurs.

  
Le procédé selon la présente invention permet d'éliminer ces inconvénients et présente,de plus,de nombreux avantages qui apparaîtront plus clairement dans la description ci-dessous.

  
Un procédé conforme à la présente invention est un procédé qui permet l'apport d'énergie électrique au système

  
'à traiter, selon lequel on permet de distribuer,au cours du temps, et de contrôler, l'apport d'énergie sous forme d'impulsions séparées par des temps morts et telles qu' aussi bien leur durée que les intervalles de temps qui les séparent puissent être adaptés aux temps de réponse thermique du système à traiter, et, en particulier, puissent être choisis par fractions aussi petites que quelques millisecondes, l'expérience ayant montré qu'il est avantageux de pouvoir disposer d'une telle finesse dans la distribution de l'énergie électrique dans le système à traiter,

  
On a constaté qu'un procédé de distribution au cours du temps,de l'énergie électrique dans le système à traiter, conforme à l'invention, présentait l'avantage de prolonger de 15 à 20 fois la durée de vie de certains éléments constitutifs des systèmes à traiter, tels que par exemple, pour des systèmes semblables par leur structure au sys--

  
 <EMI ID=16.1> 

  
cette diminution est elle-même due à la limitation de la température locale maximum sur les interfaces comme il apparait plus clairement de l'examen de la figure (2) qui montre, en fonction du temps(t), et relativement à la température de la matrice(TM) la différence qualita-

  
 <EMI ID=17.1> 

  
le cas de la technique habituelle (fig.2a), et dans le

  
cas du procédé selon la présente invention (fig.2b), toutes autres conditions restant égales.Dans un procédé confor-

  
 <EMI ID=18.1> 

  
on a observé un abaissement de la température maxima d'interface de plus de 90[deg.]C à la température de travail

  
de 950[deg.]C.Ces résultats ont été obtenus pour des impul- <EMI ID=19.1> 

  
ces puissances,avec les meilleurs relais électromagnétiques.

  
On a encore constaté, fig. 3,qu'un procédé conforme à la présente invention permettait, par rapport à la technique habituelle et connue, de réduirp,en fin de préchauffage , d'environ dix fois le dépassement en température de la matrice par rapport à la température de consigne pour la loi de chauffe et toutes autres conditions restant égales.

  
La figure (3) présente qualitativement les comportements <EMI ID=20.1> 

  
On a encore constaté qu'un procédé de distribution d'énergie électrique dans le système à traiter, conforme à l'invention, présentait en outre l'avantage de permettre une plus grande homogénéité de chauffage d'une matrice multiple, par exemple, composée de deux groupes de quatre éléments en parallèle.

  
On a constaté, de plus, dans diverses applications de frittage et formage en métallurgie des poudres , qu'un procédé conforme à la présente invention présentait l'avantage

  
par rapport à la technique connue de permettre l'obtention d'une reproductibilité exceptionnelle des caractéristiques d'objets frittés selon la présente invention, en particulier sur les plans de la porosité, de la dureté,

  
et du contrôle des phases cristallines.

  
 <EMI ID=21.1> 

  
il a été possible de programmer les impulsions d'énergie et les intervalles entre ces impulsions, indépendament ,

  
 <EMI ID=22.1> 

  
ment un choix presqu'illimité d'adaptations aux réponses thermiques d'une très grande variété de matrices.

  
On a encore constaté avantageusement dans une forme préférée d'un dispositif réalisé selon la présente invention et utilisant le principe connu de la commande en "zerocrossing" en courant pour déterminer lesinstants des déclanchements et enclenchements du courant dans le transformateur d'alimentation, que le réseau d'alimentation était moins chargé en pointe que dans le cas de la technique connue ; le même effet est observable au niveau du transformateur dont les enroulements sont moins sollicités dans le cas d'une réalisation du procédé conforme à l'invention, ce qui prolonge la durée de vie du dit tranformateur.

  
La présente invention concerne aussi un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus et comportant des moyens de distribution au cours du temps de courants électriques,dont l'intensité et la puissance permettent la mise en oeuvre du dit procédé, sous forme d'impulsion aussi courtes que 1/2 période de réseau, soit

  
 <EMI ID=23.1> 

  
compris les moyens permettant de commander un transformateur d'intensité selon de telles impulsions, et basés sur le principe connu du "zero-crossing" en courant.

  
La présente invention sera mieux comprise par l'examen

  
de la figure(4) qui réprésente schématiquement une forme de réalisation du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

  
Selon cette forme de réalisation de l'invention,le système

  
 <EMI ID=24.1> 

  
le primaire est connecté au réseau(AL) par ltintemediaire d'un dispositif(D) en série dans le circuit et dont la

  
 <EMI ID=25.1> 

  
(UC) l'information de phase(ph) du courant dans le transformateur, et,d'autre part, d'interrompre ou de laisser passer le courant primaire-selon la décision(d) de l'unité

  
 <EMI ID=26.1> 
- la phase du courant(ph)
- la température de matrice(T)
- la durée du traitement (t) sur minuterie
- le régime choisi d'impulsions(ON) et d'intervalles(OFF), fixé ou programmé ou asservi à l'un ou plusieurs de ces points, et éventuellement à la pression exercée sur la matrice.

  
Il est en outre évident que la présente forme de réalisa-

  
 <EMI ID=27.1> 

  
emple d'une pièce à réchauffer envue de tout traitement thermique et quelqu'en soit sa destination, par exemple, le collage.

  
De plus il est bien entendu que la présente forme de réalisation de l'invention ne constitue pas un exemple limitatif, et on ne sortirait pas du :adre de la présente invention en apportant des modifications, par exemple en utilisant la présente invention à la distributiond'énergie

  
 <EMI ID=28.1> 

  
celle(s) supportant une contrainte mécanique. 

  
+

  
 <EMI ID=29.1>  formage, selon lequel un apport thermique au système à

  
chauffer est réalisé,directement ou indirectement, par l'application au dit système d'impulsions d'énergie, en particulier d'énergie électrique et(ou) électromagnétique,

  
dont la durée et l'espacement,la forme et l'amplitude peuvent varier aucours du temps; en particulier, la durée et l'espacement des dites impulsions peuvent, au moins pendant

  
une partie de la durée du traitement thermique recherché, atteindre des durées semblables ou même inférieures aux

  
temps de réponse ou constantes de temps des phénomènes

  
thermiques transitoires apparaissant dans le système lors

  
de la mise en oeuvre du procédé, étant entendu que, à la

  
limite, le système peut être constitué du seul objet à

  
traiter, comme,par exemple, cela peut être le cas dans

  
un chauffage inductif.

  
 <EMI ID=30.1>

Claims

<EMI ID=31.1>

qu'un apport thermique est créé dans le système d'une

manière discontinue au cours du temps et telle que les

temps d'impulsion définissant l'énergie ainsi apportée

au système, et les intervalles de temps séparant ces dites impulsions, puissent être librement ajustés jusqu'à des

valeurs aussi courtes que, par exemple, une demi période

de réseau d'alimentation du système en puissance/flans le

but de permettre la réalisation de lois de chauffe désirées

et(ou) de limiter la température en certains points du

système à chauffer.

<EMI ID=32.1>

(+) voir convention en annexe p. 13' constant ou lentement variable par rapport aux durées des impulsions et intervalles, tout au moins pendant la durée de plusieurs impulsions et intervalles de l'apport impulsionnel d'énergie, sans limitation quant au rapport des contributions relatives de l'apport énergétique réalisé par ces deux voies.

4) procédé selon au moins une des revendications (là3) caratérisé en ce qu'il permet la réalisation de durées des impulsions d'apport d'énergie et de durées des intervalles qui les séparent telles qu'elles permettent une homogénéisation thermique plus élevée du système et(ou) de l'un ou plusieurs des éléments constitutifs du système à traiter.

<EMI ID=33.1>

caractérisé en ce que les dits intervalles et impulsions puissent avoir des durées ajustables,indépendament l'une

de l'autre, selon des durées multipleSde demis périodes

du réseau d'alimentation en énergie, dans le cas où celui-

ci est réalisé en courant, alternatif.

6) procédé selon au moins une des revendications (Ià5) et selon lequel la commande des impulsions et intervalles

est réalisée par la méthode connue de "zéro crossing"

mesurée au réseau d'alimentation.

7) procédé selon au moins une des revendications (Ià6) caractérisé en ce que les durées.des impulsions et intervalles définissant l'apport d'énergie au système à chauffer, sont programmées en fonction du temps et(ou) de la température

de controle du processus 'et(ou) de la pression appliquée au système, et en particulier toute forme d'asservissement

ou de régulation de la répartition au cours du temps de par rapport

<EMI ID=34.1>

élément de connaissance de l'état d'avancement du trait(-ment thermique réalisé, et,par exemple, la variation de volume du système, la variation de la résistance ou de

la résistivité électriques du système, une mesure des gaz qui s'en échappent, ou tout autre phénomène propre à apporter une connaisance relative à l'exécution du traitement thermique réalisé.

8) procédé selon au moins une des revendications (là7) caractérisé en ce que le procédé est appliqué au chauffage d'un système complexe composé de plusieurs systèmes élémentaires de structure semblable et disposés en parallèle.

9) procédé selon au moins une des revendications (là8) caractérisé en ce qu'on superpose dans la même direction du système, d'une part, un effort mécanique appliqué extérieurement, et d'autre part, un courant électrique, ce dernier étant utilisé aux fins de chauffage au -noins partiel du dit système, sans égard pour d'autres moyens d'apport thermique au système et qui pourraient être utilisés conjointement au procédé selon l'invention.

<EMI ID=35.1>

caractérisé en ce que,lors de sa mise en oeuvre, on utilise pour constituer le système des matériaux sélective-

<EMI ID=36.1>

de l'apport d'énergie au système à traiter; en particulier un tel procédé dans lequel des pertes thermiques sont sélectivement apportées et(ou) contrôlées ,- des endroits particuliers du système, dans le but de renforcer les avantages présentés par un procédé d'apport énergétique impulsionnel conforme à l'invention, et permutant ainsi l'emploi de matériaux plus économiques et(ou) l'obtention de températures plus, élevées pour les traitements thermi

-ques recherchés, sans dommage pour les matériaux constitutifs du système à traiter.

Il) procédé selon au moins une des revendications (IàIO) permettant la mise en oeuvre de l'invention, et,en particulier, le procédé telquel décrit dans l'exemple du descriptif.

<EMI ID=37.1>

caractérisé en ce qu'il est appliqué en métallurgie des poudres pour réaliser l'une au moins des opérations de

<EMI ID=38.1>

au moins des revendications (làl3) et conforme à l'invention <EMI ID=39.1>

Dans tout ce qui est exposé dans les trois chapitres constituant le dossier de cette demande de brevet d'invention, il

est fait usage du terme " impulsion " pour clarifier le texte

et en faciliter la compréhension; il est entendu que,par le

terme " impulsion ", on comprendra toute forme d'apport limité au cours du temps, et pouvant lui-même être constitué de

sous-apports contigus ou même séparés par des sous-intervalles de même ordre de grandeur que celui des sous-apports.

Ainsi, par exemple, dans le cas d'un signal sinusoïdal, tout

ensemble de demi-périodes continues constituera une impulsion

selon l'esprit du texte:(fig. CI).

Le texte sera interprété de la même manière pour toute autre

forme de signal qui peut. - être choisie,telle que, par exemple,

triangulaire, rectangulaire,harmonique,unipolaire,ou autre,et

par exemple, une forme constituée de sous-ensembles impulsion-

nels limités par rapport aux intervalles utilisés:(fig. C 2). <EMI ID=40.1>

fig. 1: représentation schématique d'une disposition habituelle dans une application de frittage. <EMI ID=41.1> <EMI ID=42.1>

représente le temps en fin de préchauffage.

fig. 3: par soucis de clarté, on a représenté les courbes avec un décalage à l'origine des temps; on comprendra t =0 c

<EMI ID=43.1>

lon l'invention, respectivement.

fig. 4: par soucis de simplification, on n'a représenté que le cas d'une alimentation monophasée et un nombre limité de <EMI ID=44.1> respectivement "impulsion" et "intervalle".