Suivant les conventions internationales, la priorité du brevet luxembourgeois
déposé le 28 juin 1974 est revendiquée.
CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -
CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE,
Association sans but lucratif -
Vereniging zonder winstoogmerk à Bruxelles, (Belgique).
Procédé pour le contrôle de la soudure de barres en acier.
La présente invention se rapporte à un procédé pour le contrôle de la soudure par résistance, de barres en acier, placées en croisillon.
Les assemblages réalisés à partir de barres métalliques et plus spécialement de ronds en acier, sont utilisés depuis longtemps dans de nombreuses braches de l'industrie.
A l'heure actuelle, outre leur application maintenant classique dans les bâtiments d'habitations en béton, on
les utilise notamment dans la construction des routes en béton armé, du type continu. Ces routes comportent, enrobés dans la masse du béton, des treillis ou grillages continus composés de .deux réseaux plans l'un longitudinal et l'autre transversal constitués chacun de barres en acier, parallèles entre elles; les deux réseaux sont soudés l'un sur l'autre, de façon à ce que les barres de l'un forment un angle déterminé avec les barres de l'autre; chaque barre d'un des réseaux étant soudée par résistance avec chacune des barres de l'autre réseau.
Pour des raisons économiques évidentes, ces soudures exécutées en usine doivent l'être à la vitesse la plus
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le lieu d'utilisation.
La détermination de la qualité d'un lot de treillis réalisé comme décrit ci-dessus est ordinairement basée sur les résultats de quatre essais auxquels sont soumises un nombre déterminé de soudures constitutives de ces treillis ; un essai d' arrachement tangentiel, un essai de pliage, un essai de traction et un essai de manipulation; ces quatre types d'essais
sont résumés brièvement ci-après :
Dans l'essai de traction, la limite d'élasticité, mesurée sur tronçon d'un élément longitudinal ou transversal comportant en son milieu un noeud de soudure avec un tronçon de l'autre élément de 4 à 8 cm de longueur, symétriquement disposé par rapport au tronçon à essayer, doit Etre au moins égale à
la limite d'élasticité garantie pour cette même armature lors
de la livraison avant mise en oeuvre dans le treillis. L'allongement de rupture est mesuré sur une base de 10 0 centrée sur le noeud soudé.
Dans l'essai d'arrachement tangentiel du noeud, la traction est effectuée sur l'armature de plus gros diamètre; l'effort d'arrachement doit être de 30 % au moins du produit de la limite d'élasticité garantie par la section conventionnelle
de l'armature de plus faible diamètre.
Dans l'essai de manipulation, le panneau posé à
même le sol avec les armatures transversales en dessous est agrippé successivement : - à une extrémité de la longueur, en deux points, et soulevé de 4 m en cet endroit;
- le long d'un côté latéral, en au moins trois points, et soulevé jusqu'à être suspendu entièrement.
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éprouvette est effectué de manière à ce que la soudure soit située sur la face en traction.
Le rayon de courbure de la fibre moyenne de l'armature doit
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angle de pliage atteint 45[deg.]..
S'ils ne sont pas satisfaisants, ces essais effectués sur un nombre déterminé de croisillons appartenant à tout un lot de treillis, peuvent conduire soit au rebut de la totalité du lot,-soit à des manipulations très onéreuses pour recommencer ou renforcer les soudures mal faites.
Il importe donc de disposer d'un procédé permettant d'une part, le contrôle de la qualité d'une soudure au cours même de son exécution et d'autre part, si le résultat de ce contrôle n'est pas satisfaisant, permettant l'adaptation immédiate des conditions opérationnelles de soudage de manière à améliorer, dans la proportion souhaitée, la qualité d'une soudure reconnue défectueuse sur la base du procédé de l'invention.
A la connaissance du demandeur, il n'existe pas à ce jour de procédé rendant possible au cours de l'opération même du soudage, le contrôle de la qualité des soudures ainsi que l'adaptation immédiate des conditions opérationnelles de soudage avec toute garantie de sécurité en ce qui concerne les essais destructifs axuquels ces soudures doivent résister.
La présente invention a précisément pour obiet
un tel procédé.
Ce procédé est basé sur l'analyse de la courbe donnant l'évolution au cours du temps de la pénétration des barres l'une dans l'autre ou cours du soudage. Cette courbe peut par exemple être obtenue par l'enregistrement du signal électrique issu d'un capteur inductif de déplacement, solidaire des électrodes de la machine à souder.
Cette courbe permet de calculer plusieurs paramètres relatifs à l'opération de soudage et notamment, la pénétration finale des deux barres l'une dans l'autre et la vitesse moyenne de cette pénétration.
Des essais systématiques ont mis en lumière de façon inattendue, qu'il existe une relation importante entre d'une part cas deux paramètres, à savoir la pénétration finale des deux barres l'une dans l'autre, et la vitesse moyenne de cette pénétration, et d'autre part la qualité de la soudure effectuée.
Ces essais ont notamment permis de montrer que, pour obtenir une soudure satisfaisante de façon certaine aux quatre essais cités ci-dessus, la pénétration devait atteindre une valeur minima, et la vitesse de pénétration ne pouvait pas dépasser une valeur maxima, ces deux valeurs étant connues par voie expérimentale, à partir d'essais systématiques susmentionnés. On a-ainsi pu déterminer une courbe considérée comme idéale de l'évolution temporelle de la pénétration et ce sont les deux conditions indiquées ci--dessus qui doivent être vérifiées par la courbe. Si ce n'est pas le cas, on modifie dans
le sens voulu une ou plusieurs des conditions opérationnelles du soudage et on recommence l'opération de soudage sur le noeud défectueux. On comprend aisément comment ce mode opératoire comporte un contrôle immédiat de la soudure effectuée
et permet des corrections aux moindres frais.
La pénétration des deux barres peut être définie de plusieurs façons, mais il est commode de la caractériser par le rapport
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formule dans laquelle d et d représentent les diamètres des deux barres avant soudage et "x" l'épaisseur de l'ensemble des deux barres à la partie écrasée, c'est-à-dire à l'endroit de
la soudure.
La vitesse moyenne A de cette pénétration est considérée comme étant le rapport, à une unité de temps déterminée, de préférence la durée du passage du courant de soudage, de la pénétration existant à la fin de l'essai.
Le procédé, objet-de la présente invention, dans lequel on effectue le soudage par résistance de deux barres disposées en croisillon, est essentiellement caractérisé en ce que, d'une part, on mesure la pénétration finale des deux barres l'une dans l'autre, par exemple au moyen de capteurs de déplacement des électrodes de la machine à souder, et d'autre part on détermine la vitesse moyenne de cette pénétration, en ce que l'on compare ces deux vale rs à deux autres valeurs, considérées l'une comme une pénétration minima, l'autre comme une vitesse de pénétration maxima, ce qui permet de savoir si ces deux conditions sont vérifiées, et par conséquent si la soudure peut être considérée comme bonne, et en ce que, dans le cas où au moins une de ces deux conditions n'est pas vérifiée, on modifie, dans le sens approprié,
les conditions opérationnelles du soudage pour que ces deux conditions soient vérifiées. De cette façon, on améliore, dans la proportion souhaitée, la qualité d'une soudure reconnue défectueuse sur la base du procédé de l'invention.
Suivant l'invention, parmi les facteurs opérationnels susceptibles de modifier la pénétration finale des barres er la vitesse moyenne ae cette pénétration, on peut citer les diamètres des barres, la force appliquée aux barres, l'intensité du courant de soudage et sa durée.
La réalisation de ces conditions ne doit plus donner lieu à tâtonnement, puisqu'elles ont été déterminées à partir des essais systématiques préalables sur les échantillons.
Le diagramme de la figure 1 donné ci-après à titre d'exemple, et en unités conventionnelles, permet de se rendre compte du déroulement des opérations au cours d'un processus
de soudure conforme au procédé de l'invention.
Ce diagramme représente en fonction du temps :
- la pénétration des deux barres (courbe I, en trait continu)
- la charge appliquée (courbe II, en traits interrompus)
- le courant de soudage (courbe III, en traits mixtes).
La courbe I se compose de cinq parties successives :
1) une partie (1) dite d'accostage, pendant laquelle les deux
barres sont mises en contact l'une avec l'autre, sans application de charge,
2) une phase (2) de mise en charge "à froid" des deux barres
l'une sur l'autre,.
3) une phase (3) d'écrasement rauide des barres, sous l'effet
du passage du courant. L'ordonnée de la courbe indique le déplacement relatif correspondant des deux barres.
4) une phase (4) d'écrasement des barres, également due au passage du courant; le passage de la phase 3 à la phase 4 s' observe par un changement brusque dans la pente de la courbe I.
5) une dernière phase (5) d'écrasement due à la charge seule,
le courant de chauffage étant supprimé.
La somme des trois ordonnées, dues aux phases 3 à 5 du processus, permet de calculer la pénétration finale des deux barres. C'est la valeur minimum de cette pénétration finale qui est un des critères à respecter pour se conformer au procédé de la demande. A noter que la longueur représentée par l'expression (d- + d2 - x), dont la signification physique est indiquée à la fig.2, peut se retrouver sur la fig.l sous la forme de la différence d'ordonnée indiquée en 6.
La courbe II représente en fonction du temps, la charge P appliquée sur le contact des barres, elle peut perdurer un certain temps au-delà de la fin du passage du courant. Cette charge est le plus souvent constante lors d'une opération de soudage, niais il n'est pas exclu de la faire varier au cours du temps. La durée totale de son application et son intensité sont aussi deux des éléments déterminants de l'évolution au cours du temps de la pénétration et donc notamment de sa valeur finale ainsi que de sa vitesse moyenne. A remarquer que cette pénétration ne commence qu'au moment où le courant de soudage est démarré.
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intensité I du courant de soudage en fonction du temps. L'ordonnée indique généralement la valeur efficace moyenne du courant. L'intensité du courant de soudage, et sa durée d'application sont également, comme déjà dit plus haut, deux des éléments déterminants de l'évolution au cours du temps, de la pénétration, et donc notamment de sa valeur finale, ainsi que
de sa vitesse moyenne.
Dans le cas où le'courant d'alimentation est alternatif et présente une fréquence de 50 Hz, la vitesse moyenne de
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leur finale de pénétration et NP le nombre de périodes de passage du courant de soudage.
Suivant l'invention, le courant de soudage peut être continu, alternatif, sinusoïdal, pulsant, rectangulaire, à front d'attaque plus ou moins raide, etc...
Il ne sert pas de cadre de l'invention de faire précéder la période de soudage d'une période de préchauffage ni de faire suivre la période de soudage d'une période de réchauffage, pendant lesquelles la charge peut être maintenue.