Procédé de soudure à l'arc par points et appareil pour la mise en oeuvre du procédé. L'invention concerne la soudure à l'arc en atmosphère gazeuse et plus particulièrement un procédé et un appareil pour exécuter des soudures par points, par exemple un groupe de soudures par points réunissant deux tôles métalliques superposées.
Dans la soudure à l'arc en atmosphère gazeuse telle qu'elle est généralement pra tiquée, on maintient une électrode incom bustible en mouvement continu suivant la ligne de soudure pour produire une liaison continue ou une soudure bout à bout réunis sant deux plaques ou feuilles métalliques. Pour exécuter ces joints soudés, l'extrémité de la tuyère, qui amène le gaz inerte à la zone protégée de la soudure et à l'électrode, doit être maintenue en permanence à une certaine distance de l'ouvrage pour ménager un jeu suffisant pendant le mouvement de la tuyère et de l'électrode le long de la ligne de soudure. De même, étant donné que la continuité de la ligne de soudure est indispensable, aucun moyen n'est prévu pour produire la répé tition de l'admission et de la coupure du gaz et du courant de soudure.
Il convient, dans certaines opérations de fabrication, de réunir d'une manière perma nente et économique des pièces métalliques, telles que des tôles d'aluminium, d'acier in oxydable, et autres, se superposant à re couvrement, par des soudures localisées ou par points, qui se distinguent des soudures bout à bout ou par lignes continues des bords de ces pièces.
Le procédé de soudure à l'arc par points selon l'invention, est caractérisé en ce qu'on dirige une électrode métallique vers une zone localisée du métal à souder, qu'on maintient autour de cette électrode et au-dessus de cette zone localisée une zone d'un gaz inerte monoatomique, qu'on fait jaillir un arc entre l'électrode et une partie centrale de cette zone localisée, qu'on maintient cet arc jus qu'à ce que cette partie centrale fonde et qu'on maintient l'électrode et la zone de gaz immobiles par rapport à la zone localisée pendant que l'arc jaillit.
L'invention a aussi pour objet un appa reil pour la mise en ceuvre, de<B>ce</B> procédé', caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif permettant de diriger une électrode métal lique incombustible vers le métal à souder, un dispositif susceptible de faire avancer une tuyère pour l'amener en contact avec le métal de façon à localiser une zone de métal concentrique à l'électrode, tout en écartant l'électrode du métal, un dispositif permettant d'amener un jet de gaz dans la tuyère de façon à remplir de gaz l'espace existant entre l'électrode et ladite zone, et un dispositif pour faire jaillir automatiquement un arc élec trique entre l'électrode et ladite zone à un instant déterminé,
après que l'arrivée du gaz a commencé.
Le dessin annexé illustre le procédé et représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution et une variante de l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé. La fig. 1 en est une coupe verticale.
La fig. 2 est une coupe transversale sui vant la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe transversale sui vant la ligne 3-3 de la fig. 1.
La fig. 4 est une coupe verticale d'une va riante d'exécution d'un pistolet à souder. La fig. 5 est une coupe transversale sui vant la ligne 5-5 de la fig. 4.
La fig. 6 est un schéma des connexions du circuit provoquant les passages du jet de gaz inerte et du courant électrique de soudure, à cadence déterminée, ce schéma s'appliquant aux deux formes d'exécution du pistolet.
Pour souder les métaux, on dirige une électrode vers une zone localisée du métal; une zone annulaire de gaz est produite autour de l'électrode et se prolonge au-dessus de la zone localisée; un arc jaillit entre l'électrode et la zone et il est maintenu jusqu'à ce que la partie centrale de la zone fonde. L'élec trode et la zone annulaire de gaz sont main tenues immobiles par rapport à la zone loca lisée pendant la durée d'exécution de la sou dure. On n'emploie, dans le procédé suivant l'invention, qu'une seule électrode qui, de préférence, est une électrode non combus tible faite d'un métal réfractaire, tel que le tungstène ou le molybdène.
On n'emploie pas de métal d'apport et aucun fondant n'est nécessaire, et la soudure par points est for mée uniquement par la fusion et l'adhérence du métal des pièces juxtaposées à souder. Le gaz est de préférence un gaz inerte, par exemple un gaz rare monoatomique, tel que l'argon ou l'hélium, ou des mélanges de ces gaz ou avec d'autres gaz.
Pour souder des tôles métalliques super posées, on fait jaillir l'arc protégé par le gaz entre l'électrode et une zone localisée sur au moins la plus voisine des tôles superposées, la chaleur de soudure se transmet par conduc- tion dans la zone localisée en regard de la tôle inférieure; on interrompt le passage de l'arc et du jet de gaz, lorsque les parties en regard se sont soudées, on fait avancer l'électrode et la tuyère avec elle pour localiser l'atmo- sphère gazeuse, jusqu'à une autre zone loca lisée espacée latéralement de la première, et on répète l'opération pour exécuter une autre soudure à la seconde zone localisée.
De préfé rence, le gaz s'écoule le long de l'électrode et sort par une tuyère dans laquelle le courant électrique ne passe pas et qui entoure l'élec trode. L'extrémité antérieure de la tuyère se trouve dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'électrode, ce qui permet de presser l'ex trémité antérieure de la tuyère au contact de la surface d'une tôle métallique plane en plu sieurs points ou en tous les points entourant la zone localisée. L'électrode est écartée de la surface du métal et elle est maintenue dans une position stable perpendiculairement à la, surface, et l'arc jaillit à travers le gaz entre la pointe de l'électrode et le métal. Le jet de gaz et le courant de soudure sont établis et interrompus à une cadence déterminée.
Dans le dessin, les tôles supérieure et in férieure U et W sont superposées avec leurs faces en contact. Un trou Z peut être percé dans la tôle supérieure U à un diamètre à peu près égal à l'épaisseur de la tôle. L'arc jaillit entre la tôle supérieure U et la pointe de l'électrode E. Une tuyère N dirige le jet de gaz inerte le long de l'électrode E, sur l'arc et la zone de soudure.
L'électrode E et la tuyère N sont suppor tées par un bâti ou pistolet qui comporte un corps cylindrique<I>B</I> avec poignée<I>D</I> en forme de crosse de pistolet, qui le rend plus facile à diriger et à manoeuvrer. Un porte-électrodeH est monté dans le corps cylindrique B ; il reçoit l'électrode E et comporte un passage annulaire pour diriger le gaz inerte le long de l'électrode.
L'électrode E est maintenue en place par un mandrin ou dispositif de serrage G monté à l'extrémité antérieure du porte-électrode H et construit de façon à ménager des canaux permettant le passage du gaz inerte de l'inté rieur du porte-électrode H à l'intérieur de la tuyère N.
Une détente T est montée au voisinage du point de jonction de la poignée D et du corps cylindrique B et actionne un interrup teur K qui commande l'amenée du courant électrique au mécanisme représenté schéma tiquement à la fig. 6, pour établir dans un ordre de succession déterminé le jet de gaz inerte et le courant de soudure.
Lorsque le pistolet a été placé dans une position telle que la tuyère N s'applique contre la tôle supérieure, on appuie sur la détente T pour actionner l'interrupteur K et établir le jet de gaz de protection, après quoi le circuit du courant de soudure se ferme automatiquement, de façon à faire jaillir l'arc.
Le pistolet de l'appareil des fig. 1, 2 et 3 comporte une enveloppe 10 en une matière électriquement et thermiquement isolante qui peut être découpée dans une matière plas tique isolante appropriée en fibres imprégnées ou moulées, et qui se compose généralement de deux coquilles réunies dans le sens longi tudinal, en formant ainsi le corps cylindrique B et la poignée D.
Le corps cylindrique B est doublé inté rieurement par un tube métallique 12 et le porte-électrode H est formé d'un tube métal lique 14, concentrique à l'intérieur du tube 12 et formant un canal de passage pour le gaz. Le tube intérieur 12 est soudé sur le bord extérieur d'un manchon 15 et le tube à gaz est soudé sur le bord intérieur de ce manchon pour former entre eux une chemise annulaire J dans laquelle on peut faire circuler l'eau de refroidissement.
Le dispositif de serrage ou mandrin G comprend un bouchon creux fileté 17, vissé dans le manchon 15 qui forme l'extrémité extérieure du porte-électrode H, et fendu dans le sens longitudinal pour former des mâchoires coniques de serrage de l'électrodeE dans sa position de réglage. L'électrode E passe dans le trou central du bouchon 17, son extrémité antérieure se prolonge à l'extérieur dans la tuyère N et son extrémité postérieure se prolonge à l'intérieur dans le trou du porte-électrode. Les fentes entre les mâ choires coniques du bouchon 17 forment des canaux permettant le passage du gaz inerte du trou du porte-électrode H et du tube 14, à l'intérieur de la tuyère N.
La tuyèreN comporte une buse conique20, intérieure, en matière céramique non conduc trice de l'électricité et de la chaleur, vissée sur le manchon 15, et une chemise d'eau métallique extérieure 21, vissée sur le corps cylindrique B et s'ajustant sur la pièce 20 qu'elle enveloppe.
L'extrémité antérieure ou en contact avec la pièce à souder de la chemise d'eau 21 est, de préférence, dans un plan per pendiculaire à l'axe de l'électrode E et elle est pourvue d'évents ou encoches 18 permet tant au gaz de protection de s'échapper lente ment et d'empêcher ainsi la pression du gaz d'augmenter dans la tuyère et de refouler le métal liquide de la soudure à travers les deux tôles en cours de soudage.
L'extrémité postérieure de la chemise d'eau J du corps cylindrique est fermée par une pièce métallique rapportée 22, soudée sur les tubes respectifs 12 et 14, et percée d'un canal 23, communiquant, d'une part, par un raccord 65, avec un tuyau souple 24 d'arrivée du gaz inerte, logé dans la poignée D, et, d'autre part, avec l'intérieur du tube à gaz 14, d'où le gaz passe par les fentes du bouchon fendu et arrive à l'intérieur de la buse co nique 20.
L'eau de refroidissement arrive par un tuyau souple 25, relié à un tube métallique 26, soudé sur le côté du tube-enveloppe 12. L'autre extrémité du tube métallique 26 est reliée par un tuyau flexible 27 avec un rac cord d'entrée 28 de la chemise d'eau 21 de la tuyère. Un raccord de sortie 29 est relié par un tuyau flexible 30 avec un raccord 31 aboutissant à la chemise de refroidissement J du corps cylindrique. Un raccord de sortie 32 qui est fixé à l'extrémité d'un tuyau fle xible 33,à travers lequel l'eau de refroidis sement est évacuée, est soudé sur l'extrémité postérieure de la chemise d'eau du corps cylindrique.
Un câble électrique 34, qui est soudé sur le raccord d'échappement 32, passe dans le tuyau flexible d'échappement 33 et amène le courant électrique par l'eau et la chemise J du corps cylindrique au dispositif de ser rage G et, de là, à l'électrode E.
Le câble 34 est connecté à toute source de courant élec trique de soudure appropriée et l'interrup teur K est connecté par des fils 36 à une minu terie 37 (fig. 6). Pour rendre l'appareil plus facile à manier, le tuyau d'arrivée du gaz 24, les tuyaux souples de l'eau de refroidisse ment 25 et 33, le câble conducteur du cou rant de soudure 34 et les fils 36 de l'interrup teur K passent tous par la paroi du fond de la poignée D.
Comme montré à la fig. 6, la minuterie 37, qui est montée en série avec l'interrupteur K, sert à commander l'arrivée du gaz inerte et comporte un relais temporisé avec contacts 38 normalement fermés et contacts 39 normale ment ouverts. Les contacts 38 sont connec tés en série avec la bobine d'une soupape à solénoïde 40 intercalée dans le tuyau 24 d'arrivée du gaz. Les contacts 39 sont con nectés en série avec la bobine d'un relais 41 de démarrage de soudure dont un jeu de con tacts 42, normalement ouverts, est connecté en série avec l'enroulement primaire d'un transformateur de soudure 43, et un autre jeu de contacts normalement ouverts 44 est con nectée en série avec un élément de démarrage à haute fréquence R.
Le circuit de soudure partant de l'enroule ment secondaire du transformateur de sou dure 43 passe par l'ouvrage UW, l'électrode E, la bobine d'un relais 45 du courant de sou dure et l'élément de démarrage à haute fré quence .B. Ce relais 45 comporte des contacts normalement ouverts 46, connectés en série avec la bobine d'une minuterie de soudure 47, qui comprend un relais retardé avec con tacts 48 normalement fermés et des con tacts 49 normalement ouverts. Un interrup teur 50 est connecté en parallèle avec les con tacts de soudure 48 et forme avec eux un cir cuit en parallèle qui est connecté en série entre les contacts 39 de la minuterie réglant l'arrivée du gaz et le relais 41 de démarrage de la soudure.
L'interrupteur K est normalement ouvert et lorsqu'il est fermé par la détente T il ex cite le solénoïde de la soupape 40 par les con tacts normalement fermés 38 de la minu terie 37 règlant l'arrivée du gaz, pour ad mettre le gaz inerte dans le tuyau 24.
Après un intervalle de temps suffisant pour que le courant de gaz remplisse la tuyère N et protège la zone de soudure, la minuterie 37 ferme les contacts 39 et par l'intermédiaire des contacts fermés 48 de la minuterie de soudure 47, excite le relais 41, pour fermer les contacts 42 de l'enroulement, primaire du transformateur 43 qui fournit le courant de soudure. Le circuit du courant de soudure passe par l'élément de démarrage à haute fréquence .R qui fait jaillir l'arc et per met au courant de soudure de passer de l'électrode E dans les tôles U et 11 '. Entre temps, le gaz continue à envelopper la pointe de l'électrode E et à protéger l'arc, ainsi que la zone chauffée de la tôle ZT.
Le courant de soudure excite le relais 45 qui ferme les contacts 46, ce qui fait passer du courant dans la minuterie 47 qui règle la durée de la soudure. Lorsque cette durée est écoulée, les contacts 48 du relais 47 s'ouvrent en faisant retomber le relais 41 dont les con tacts 42 s'ouvrent en coupant le courant dans le primaire du transformateur de soudure 43, ce qui interrompt le courant de soudure.
En même temps, les contacts 49 de la minuterie de soudure 47 qui sont montés en parallèle avec les contacts 46 du relais 45 du courant de soudure, se ferment et réarment la minuterie 47 pour le cycle suivant. Le gaz continue à s'écouler jusqu'à ce que les contacts 38 de la minuterie 37 s'ouvrent en coupant l'excitation du solénoïde de la soupape 40 qui interrompt l'écoulement du gaz dans le tuyau 24. Lorsque l'opérateur relâche la détente T, l'interrupteur K s'ouvre auto matiquement, coupe le passage du courant dans la minuterie 37 de réglage du gaz et réarme automatiquement cette minuterie pour le cycle suivant.
L'interrupteur 50 peut servir â interrom pre à la main le passage du courant dans les contacts 48 de la minuterie de soudure 47 et, dans ce cas, la durée de la soudure dépend du temps pendant lequel l'opérateur maintient l'interrupteur K fermé en appuyant sur la détente T. L'écoulement du gaz est réglé automatiquement quelle que soit la position de l'interrupteur 50.
Dans la variante d'exécution de l'appareil à souder des fig. 4 et 5, l'électrode E' avance dans la tuyère N', de façon à localiser la soudure, après quoi elle est ramenée en arrière, la tuyère est pressée au contact du métal et l'écoulement de gaz et le courant de soudure sont établis en synchronisme avec la pression exercée par la tuyère sur l'ouvrage.
Un manchon S, qui peut coulisser dans le sens longitudinal dans le corps cylindrique B', porte à son extrémité antérieure la tuyère N', qui est en une matière réfractaire et non conductrice de l'électricité et, à son extré mité postérieure, un dispositif qui attaque l'interrupteur K. Le porte-électrode H' peut coulisser dans le sens longitudinal dans le manchon S.
La détente T' fait avancer le porte- électrode H' qui, parle mandrin G' qu'il porte, pousse la pointe de l'électrode E' au-delà de l'extrémité antérieure de la tuyère N'. Dans cette position avancée, la pointe de l'élec trode fonctionne comme chercheur pour loca liser le point où la soudure doit être effectuée, puis l'opérateur relâche la détente T' et l'électrode revient automatiquement dans sa position de soudure.
Le manchon S comprend un tube mé tallique qui se prolonge au-delà de l'extrémité antérieure du corps cylindrique B', et il est fileté pour recevoir la buse de tuyère N' qui présente des encoches d'échappement 51. Un ressort à boudin de compression 52 entoure le manchon S entre l'extrémité postérieure de la tuyère N' et l'extrémité antérieure du corps cylindrique B', de façon à pousser en avant le manchon S et la tuyère qu'il porte. Le ressort 52 est enfermé dans une enveloppe tubulaire 54, électriquement isolante qui se visse sur l'extrémité extérieure du corps cy- lindrique B' et dans laquelle peut coulisser la tuyère N'.
L'extrémité postérieure du manchon S est fermée par un disque 53 qui est destiné à venir en contact avec la paroi de l'extrémité inté rieure 55 du corps cylindrique B', en formant ainsi une butée qui empêche l'interrupteur K d'être endommagé sous l'effet de l'enfonce ment de la tuyère N'. Le disque 53 vient éga lement en contact avec un piston 56 qu'il pousse et fait coulisser dans un trou 57 percé dans la paroi 55, ce piston étant rappelé en avant vers le disque 53 par un ressort à boudin de compression 58, en contact avec le boîtier de l'interrupteur K' et entourant sa tige de commande 59.
Le porte-électrode H' est un piston-plon- geur métallique, coulissant dans le sens longi tudinal dans le manchon S, ces deux organes comportant des évidements annulaires qui se correspondent de façon à former une chambre qui peut s'allonger dans le sens longitudinal et contient un ressort à boudin de compres sion 60, entourant le porte-électrode H' et le rappelant dans sa position de retrait. L'ex trémité postérieure du porte-électrode H' re çoit le courant de soudure par un serre-câble 70 qui se visse dans un trou latéral du porte- électrode et forme une borne pour le conduc teur 34'.
La détente T'est montée coulissante dans des glissières 75 de l'enveloppe 10, et elle est poussée en avant par un ressort de rappel 76. L'extrémité postérieure de la détente T' est en contact avec l'extrémité d'un levier 77 en forme de fourche qui est engagé sur une oreille 78 en saillie sur le manchon S. Le levier 77 peut osciller sur l'oreille 78 autour d'un axe 79 et les extrémités de ses bras pénètrent dans un évidement 82 du porte-électrode H'. La paroi antérieure de l'évidement forme un épaulement 83 contre lequel s'applique l'ex trémité de la fourche du levier 77. Le man chon S comporte, à sa partie supérieure, une échancrure 84 laissant passer le levier 77, le raccord 65' et le conducteur 34'.
Pour utiliser le pistolet des fig. 4 et 5, on le maintient au-dessus des pièces à souder, la tuyère N' étant dirigée vers l'ouvrage, et on appuie sur la détente T'. Cette pression a pour effet de comprimer le ressort de rappel 76 de la détente et de faire tourner le levier 77 autour de son axe 79, en l'amenant ainsi contre l'épaulement 83 et en faisant avancer le porte- électrode H'. Le mouvement en avant du porte-électrode H' avec le mandrin de serrage de l'électrode G' fait sortir l'électrode E' de la tuyère N'.
L'électrode est ainsi visible dans cette position avancée et peut être utilisée comme chercheur pour localiser le point à souder.
On cesse alors d'appuyer sur la détente T', tout en poussant le pistolet de haut en bas pour permettre au bord de la tuyère N' de venir en contact avec la surface supérieure de la tôle supérieure à souder. En cessant d'ap puyer sur la détente T', le ressort 60 rappelle à l'intérieur le porte-électrode H' jusqu'à ce qu'il vienne en contact avec le disque 53.
En appuyant davantage de haut en bas sur le pistolet, on comprime le ressort 52 et on fait revenir le manchon et le disque 53 en arrière, en faisant avancer le poussoir 56 à l'encontre de la poussée du ressort 58, pour l'amener en contact avec le bouton 59 et actionner l'interrupteur K.
Le procédé de soudure intermittente dé crit ci-dessus s'applique non seulement aux autres métaux énumérés précédemment, mais encore, dans une mesure limitée, à la soudure par points de tôles ou plaques d'acier doux, en particulier des tôles d'acier doux complè tement désoxydées. Une autre application avantageuse consiste dans la soudure par points d'une tôle mince sur une plaque épaisse.
La soudure par points d'une tôle mince en acier inoxydable sur une plaque épaisse d'acier doux n'exige aucune addition de métal d'ap port et ne produit pas d'altération de l'in- oxydabilité de la soudure dans la surface dé couverte de la tôle en acier inoxydable, ainsi qu'il arrive dans la soudure par fusion et dépôt de métal d'apport. Le procédé de soudure à l'arc des métaux appliqué jusqu'à présent à la soudure des revêtements des récipients sous pression comporte un apport de métal qui forme un cordon qu'on doit enlever à la meule. On remédie à cette difficulté par le procédé de soudure intermittente décrit ci- dessus, qui ne comporte pas d'apport de métal.
Alors que la soudure par points d'une tôle sur une tôle ou d'une tôle sur une plaque constitue peut-être l'application la plus im portante du procédé et de l'appareil de sou dure décrits, ce procédé et cet appareil Éer- mettent également d'exécuter la soudure d'un fer à U circulaire avec une cornière, ainsi que celle de nombreuses autres formes irrégulières. L'appareil et le procédé de soudure par points décrits ci-dessus permettent de se passer du contact, ou butée de support, dans lequel passe le courant et qui est couramment utilisé dans les installations ordinaires de soudure par points à résistance électrique.
La simpli cité et la maniabilité de l'appareil de soudure et du procédé décrit permettent donc d'exé cuter d'une manière avantageuse les opéra tions de soudure à des endroits inaccessibles, dans une position quelconque, en particulier en l'air et dans les ateliers où l'on assemble et construit les pièces de grandes dimensions, telles que les wagons de chemins de fer, les automobiles et les avions.