FR2581331A1

FR2581331A1 - Method and device for welding pins to metal workpieces

Info

Publication number: FR2581331A1
Application number: FR8507239A
Authority: FR
Inventors: Christian Godet
Original assignee: SOCOME
Current assignee: SOCOME
Priority date: 1985-05-02
Filing date: 1985-05-02
Publication date: 1986-11-07

Abstract

The invention relates to the welding of a pin 6 to a metal workpiece 7. The time-delay unit 14, 15 makes it possible to preheat, with a low-power electric arc, between the pin 6 and the workpiece 7, after which the actual welding is carried out at full power. Applications: welding of high-strength steel workpieces without preheating using the torch and without interposition of an intermediate part.

Description

La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif permettant de rapporter par soudage sur une pièce métallique un goujon , un tirant , ou autres constituants analogues. The present invention relates to a method and a device making it possible to attach by welding to a metal part a stud, a tie rod, or other similar components.

On connait des machines permettant de souder un goujon sur une pièce métallique suivant le procédé dit "fusion-forgeage" , avec ou sans protection du bain par une bague ou analogue en matière réfractaire , ou encore avec ou sans gaz protecteur . Toutefois , ce soudage connu est limité aux seuls aciers normalement soudables sans préchauffage . Dès que l'on veut souder des aciers à haute résistance , le procédé connu de " fusion-forgeage " devient inutilisable. We know machines for welding a stud on a metal part according to the process called "fusion-forging", with or without protection of the bath by a ring or the like in refractory material, or with or without protective gas. However, this known welding is limited to only steels normally weldable without preheating. As soon as one wants to weld high-strength steels, the known "fusion-forging" process becomes unusable.

Lorsqu'on veut souder un acier à haute résistance , la technologie habituellement utilisée dans l'industrie consiste
- ou bien à effectuer une opération de préchauffage au cha
lumeau , ce qui complique l'opération et augmente consi
dérablement son prix de revient , par l'intervention de
la main d'oeuvre
- ou bien , on ne soude pas le goujon directement sur la
pièce support:on intercale entre eux une pièce intermédiai
re en une autre nuance d'acier,ce qui a également pour ré
sultat de compliquer l'opération et d'augmenter son coût.When you want to weld high strength steel, the technology usually used in industry consists
- or to carry out a preheating operation in the heat
light, which complicates the operation and increases consi
its cost price, through the intervention of
Workforce
- or, we do not weld the stud directly on the
support piece: an intermediate piece is inserted between them
re in another steel grade, which also has for re
result of complicating the operation and increasing its cost.

La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients, en utilisant un dispositif d'un type nouveau ,permettant à lui seul d'effectuer en un seul cycle, à la fois une opération de préchauffage,puis le soudage proprement dit .En d'autres termes,le dispositif et le procédé selon l'invention permettent de souder en place des goujons de n'importe quel diamètre , et d'une quelconque nuance d' acier , y compris des aciers à haute résistance. The object of the present invention is to avoid these drawbacks, by using a device of a new type, which alone makes it possible to carry out, in a single cycle, both a preheating operation and then the actual welding. In other words, the device and the method according to the invention allow studs of any diameter to be welded in place, and of any steel grade, including high-strength steels.

Le procédé selon l'invention pour souder un goujon ou analogue,posé sur une pièce métallique,consiste à faire jaillir un arc électrique entre la pièce et le pied du goujon ou analogue , et il est caractérisé en ce que le cycle du soudage s'effectue en trois temps successifs ,à savoir
- un premier temps opératoire pendant lequel entre la pièce
et la face d'appui du goujon qui en est maintenu écarté >
on fait jaillir pendant un délai temporisé , un arc élec
trique à intensité réduite , qui provoque l'échauffement
des faces en regard , sans toutefois leur apporter une
énergie suffisante pour provoquer la fusion du métal i
- un second temps opératoire , pendant lequel on envoie
dans l'arc la pleine intensité du courant électrique,pou
provoquer la fusion du métal dans les faces en regard ,
avec apparition d'un bain de métal en fusion j
- un troisième temps opératoire , au cours duquel on fait
avancer le goujon-par rapport à la pièce 3 de façon que
son extrémité vienne se forger dans le bain de aétaî en
fusion , après quoi le passage du courant est interrompu
On constate que , par ce procédé , le goujon se soude dans d1excellentes conditions On évite en particulier un refroidissement trop rapide , qui produirait une trempe locale du métal , ainsi fragilisé . The method according to the invention for welding a stud or the like, placed on a metal piece, consists in causing an electric arc to burst between the piece and the foot of the stud or the like, and it is characterized in that the welding cycle is performs in three successive stages, namely
- a first operating time during which enters the part
and the bearing face of the stud which is kept away from it>
we cause an electric arc to burst during a timed delay
stick at reduced intensity, which causes heating
opposite faces, without however giving them a
sufficient energy to cause the metal i to melt
- a second operating time, during which we send
in the arc the full intensity of the electric current, for
cause the metal to melt in the facing faces,
with the appearance of a bath of molten metal j
- a third operating time, during which
advance the stud-in relation to part 3 so that
its end comes to be forged in the bath of etaï
fusion, after which the flow of current is interrupted
It is found that, by this process, the stud is welded under excellent conditions. In particular, too rapid cooling is avoided, which would produce a local quenching of the metal, thus weakened.

Suivant- une autre caractéristique d' l'invention , la mise en oeuvre de ce procédé est obtenue par un dispositif comprenant un pistolet de soudage , dont la pince maintient le goujon à souder , tandis qu'elle est qui pée de moyens sucseptibles de la déplacer entre une position avant et une position arrière , le circuit d'aliientation
électrique comprenant , par ailleurs , des moyens pour défi
nir l'intensité envoyée dans le pistolet , suivant au moins deux niveaux successifs , à savoir intensité réduite et pleine intensité de soudage , avec , par ailleurs , des moyens pour synchroniser les déplacements du pistolet avec le passage de l'une à l'autre des intensités.According to another characteristic of the invention, the implementation of this method is obtained by a device comprising a welding gun, the pliers of which hold the stud to be welded, while it is fitted with sucseptible means of the move between a front position and a rear position, the alignment circuit
electric including, moreover, means for challenge
define the intensity sent into the gun, according to at least two successive levels, namely reduced intensity and full welding intensity, with, moreover, means for synchronizing the movements of the gun with the passage from one to the other intensities.

Le dessin annexé , donné à titre d'evem-
ple non limitatif , permettra de mieux comprendre les carac
téristiques de l'invention.The attached drawing, given by way of illustration
ple nonlimiting, will better understand the charac
of the invention.

Figure 1 est un schéma électrique du dis
positif delon l'invention , dans sa variante à relais.Figure 1 is an electrical diagram of the dis
positive according to the invention, in its relay variant.

Figure 2 est un schéma analogue pour la
variante transistorisée
Le dispositif illustré sur la figure 1 comprend un boîtier de préchauffage et de soudage 1 , qu'une interface de commande 2 relie à un générateur électrique 3 de type en lui-meme connu , capable d'assurer l'alimentation en courant alternatif ou en courant continu
par ailleurs , le boîtier de préchauffage i est relié à un pistolet de soudage 4 dont la pince 5 positionne le goujon à souder 6 , par rapport à la pièce 7 sur laquelle on se propose de le fixer.Figure 2 is a similar diagram for the
transistorized variant
The device illustrated in FIG. 1 comprises a preheating and welding box 1, which a control interface 2 connects to an electrical generator 3 of a type known per se, capable of supplying alternating current or direct current
moreover, the preheating unit i is connected to a welding gun 4 whose clamp 5 positions the stud to be welded 6, relative to the part 7 on which it is proposed to fix it.

Un solénoïde d'électro-aimant 8 est prévu pour déplacer la pince 5 et le goujon 6 entre la position avant illustrée sur la figure 1 et une position arrière (fluer che double 9 ) qui maintient son extrémité à distance de la pièce 7 , pour y faire jaillir un arc électrique . Selon l'invention , on fait varier entre deux niveaux successifs , 1' énergie transmise par cet arc électrique. An electromagnet solenoid 8 is provided for moving the clamp 5 and the stud 6 between the front position illustrated in FIG. 1 and a rear position (double fluer che) which keeps its end away from the part 7, to bring out an electric arc. According to the invention, the energy transmitted by this electric arc is varied between two successive levels.

Dans le boîtier 1 , un inverseur 10 est prévu pour occuper
- ou bien une position de préchauffage 11 , assurant le fon
tionnement suivant le cycle objet de l'invention
- ou bien une position 12 , pour le fonctionnement " normal
selon les procédés déjà connus pour des goujons de tupe
conventionnel
Lorsque l'inverseur 10 occupe la position 11 , le relais 13 se trouve mis sous tension , ce qui ferme les contacts 14 et 15 . Ainsi , le contact 14 alimente le solénoîde 8 du pistolet 4 , ce qui a pour effet de tirer vers l'arrière la pince 5 et de la maintenir à cette posisiton.In the housing 1, an inverter 10 is provided to occupy
- or else a preheating position 11, ensuring the function
tction according to the cycle object of the invention
- or a position 12, for "normal" operation
according to methods already known for tupe studs
conventional
When the inverter 10 occupies position 11, the relay 13 is energized, which closes the contacts 14 and 15. Thus, the contact 14 supplies the solenoid 8 of the gun 4, which has the effect of pulling back the clamp 5 and of maintaining it at this position.

Par ailleurs , le contact 15 permet d'alimenter la temporisation de préchauffage 16 , 17 , ainsi que les relais 18 et 19 que réunit une diode 20 . La fermeture du contact 16 met le relais 13 en auto-alimentation . L'ouverture du contact 17 interdit désormais l'alimentation du relais d'un autre contact 21
Quand le contact 23 s'ouvre , il cesse de court -circuiter une résistance variable 22 , qui , dans le cas d'un générateur ne disposant pas d'un réglage potentiométrique du courant de soudage , est une résistance de forte
puissance et de faible valeur .Dans le cas d'un générateur 3 disposant d'un réglage potentiométrique , la résistance variable 22 est au contraire , de faible puissance et de valeur élevée
La fermeture du contact 24 autorise , lorsque la temporisation de préchauffage 14 , 15 revient au repos ( position illustrée sur la figure 1) , l'alimentation de la temporisation de soudage 21
Le contact 25 ferme le circuit de soudage.Furthermore, the contact 15 makes it possible to supply the preheating time delay 16, 17, as well as the relays 18 and 19 which a diode 20 brings together. Closing the contact 16 puts the relay 13 in self-supply. The opening of contact 17 now prohibits powering the relay of another contact 21
When the contact 23 opens, it ceases to short-circuit a variable resistance 22, which, in the case of a generator which does not have a potentiometric adjustment of the welding current, is a resistance of strong
power and low value. In the case of a generator 3 having a potentiometric adjustment, the variable resistor 22 is on the contrary, of low power and of high value
The closing of the contact 24 authorizes, when the preheating time delay 14, 15 returns to rest (position illustrated in FIG. 1), the supply of the welding time delay 21
Contact 25 closes the welding circuit.

A la fin de la période temporisée de préchauffage définie par 16 , 17 , le contact 17 revient à la position de la figure 1 ce qui alimente la temporisation de soudage 26
L'alimentation des relais 13 , et 23 ,24 est coupée , ce. qui a pour. effet de court-circuiter à nouveau la résistance 22 : le générateur 3 débite le courant nominal durant tout le temps d'action de la temporisation 26
Pendant ce temps , le contact 21 maintient le relais 19 en position de travail , ainsi que le solénolde 8 du pistolet 4 . La diode 20 bloque l'alimentation intempestive du relais 18 , et le réarmement de la temporisation 16 , 17
En fin de fonctionnement de la temporisation de soudage 26 , le contact 21 revient au repos ( position de la figure 1) , et coupe l'alimentation du relais 19 .Le contact 25 revient au repos ( position ouverte) , interrompant le courant de soudage , et coupant l'excitation du solénoïde 8.At the end of the preheated time period defined by 16, 17, the contact 17 returns to the position of FIG. 1 which feeds the welding time 26
The power of relays 13, and 23, 24 is cut, this. who has for. effect of short-circuiting the resistor 22 again: the generator 3 delivers the nominal current throughout the time of action of the timer 26
During this time, the contact 21 maintains the relay 19 in the working position, as well as the solenoid 8 of the gun 4. The diode 20 blocks the untimely supply of the relay 18, and the reset of the timer 16, 17
At the end of the operation of the welding timer 26, the contact 21 returns to rest (position in FIG. 1), and cuts the power to relay 19. The contact 25 returns to rest (open position), interrupting the welding current , and cutting the excitation of the solenoid 8.

La pince 5 est ainsi ramenée en arrière
Le dispositif est à nouveau armé pour un prochain cycle de soudage avec préchauffage .The clamp 5 is thus brought back
The device is again armed for a next welding cycle with preheating.

Bien entendu , le pistolet 4 est équipé d'une gâchette 26 , à déclenchement manuel
On a représenté sur la figure 2 la variante entièrement transistorisée de l'appareil précédent .Les mêmes chiffres de références ont été conservés pour les mêmes éléments. Un pont de puissance à thyristors 27 et un circuit de synchronisation 28 assurent la commande d'un pont de puissance 29 . Celui-ci actionne un sommateur 30 , relié à un amplificateur pour la régulation du courant 31 , et à un amplificateur 32 pour l'amorçage de l'arc électrique . Tous deux dé
bouchent sur un commutateur statique 33 qui agit sur la tempo
risation de préchauffage 34 . Celui-ci est relié par des sécu
rités 35 au pistolet de soudage 4 .D 1 autre part , la tempori
sation de préchauffage 34 est reliée à une temporisation de soudage 36 qu'un commutateur statique 37 relie à son tour au pistolet 4
La temporisation de soudage 36 est reliée:
- d'une part à une entrée de l'amplificateur de régulation 313
- d'autre part , à une temporisation 38 , pour la coupure du
courant de soudage
La temporisation 38 est reliée par un commutateur statique d'amorçage d'arc électrique 39:- d'une part à un circuit à diode 40 3 - d'autre part au solénoîde 8 3 - et enfin à une self auxiliaire 41 , elle-même reliée au com
mutateur statique 37
Entre le pont de puissance 27 , et les bornes 42 , 43 pour le courant de préchauffage et le courant de soudage , est intercalée une self principale 44 .Entre le générateur d'alimentation 3 et le pont de puissance 27 , est intercalé un transformateur de soudage 45
Comme précédemment indiqué , le dispositif et le procédé selon l'invention permettent de souder directement des pièces en acier à haute résistance , sans aucun préchauffage classique , effectué au chalumeau , et sans qu'il soit nécessaire de déposer une quelconque pièce intermédiiaire en une autre nuance d'acier
En pratique , la phase de préchauffage prend fin lorsque les surfaces en regard ( goujon 6 et pièce 7) , ont atteint une température de l'ordre de 120 à 1500 C
L'intensité de soudage est de l'ordre de 18 à 20 fois l'intensité de préchauffage .Par contre ,le temps de préchauffage est de l'ordre de 25 fois le temps de soudage
Par rapport à l'intensité de soudage et au temps de préchauffage connus tous deux lorsqu 'on effectue le préchauffage manutlement , au chalumeau , la présente invention conduit aux ordres de grandeur suivants - le temps de soudage est sensiblement le même , qu' on ait
préchauffé au chalumeau ( procédé connu) , ou par le procédé
selon l'invention 3 - par contre , l'intensité de soudage nécessaire selon l'in
vention , est de l'ordre de seulement 0,75 fois l'intensité
du soudage effectué à la manière connue , après un préchauf
chauffage au chalumeau
Bien entendu , l'invention présente aussi l'avantage de réduire considérablement le temps nécessaire à l'nsemble des opérations de soudage , et elle améliore neta- blement la qualité de la soudure Of course, the pistol 4 is equipped with a trigger 26, with manual triggering
The fully transistorized variant of the previous device has been shown in FIG. 2. The same reference numbers have been kept for the same elements. A thyristor power bridge 27 and a synchronization circuit 28 control a power bridge 29. This actuates an adder 30, connected to an amplifier for regulating the current 31, and to an amplifier 32 for striking the electric arc. Both die
close on a static switch 33 which acts on the tempo
preheating procedure 34. It is connected by safety
rites 35 with a welding gun 4 .D 1 on the other hand, the time
preheating station 34 is connected to a welding delay 36 which a static switch 37 in turn connects to the gun 4
The welding delay 36 is linked:
- on the one hand to an input of the regulation amplifier 313
- on the other hand, at a time delay 38, for cutting the
welding current
The timer 38 is connected by a static electric arc ignition switch 39: - on the one hand to a diode circuit 40 3 - on the other hand to the solenoid 8 3 - and finally to an auxiliary choke 41, it- even connected to com
static mutator 37
Between the power bridge 27, and the terminals 42, 43 for the preheating current and the welding current, a main choke 44 is interposed. Between the power generator 3 and the power bridge 27, a transformer is inserted. welding 45
As previously indicated, the device and the method according to the invention make it possible to directly weld high-strength steel parts, without any conventional preheating, carried out with a torch, and without it being necessary to deposit any intermediate part in another. steel grade
In practice, the preheating phase ends when the facing surfaces (stud 6 and part 7) have reached a temperature of the order of 120 to 1500 C.
The welding intensity is around 18 to 20 times the preheating intensity. However, the preheating time is around 25 times the welding time.
Compared to the welding intensity and the preheating time both known when the preheating is carried out manually, with a torch, the present invention leads to the following orders of magnitude - the welding time is substantially the same, whether one has
preheated with a blowtorch (known process), or by the process
according to the invention 3 - on the other hand, the welding intensity required according to the in
vention, is only 0.75 times the intensity
welding done in the known way, after preheating
torch heating
Of course, the invention also has the advantage of considerably reducing the time required for all of the welding operations, and it clearly improves the quality of the weld.

Claims

1 - Method for welding a stud (6) or the like, placed on a metal piece (7), consisting in causing an electric arc to burst between the piece (7) and the foot of the stud (6) or the like, characterized in that the welding cycle is carried out in three successive stages, namely

- a first operating time during which enters the part

this (7) and the bearing face of the stud (6) which is in hand

held aside, it spurts out, for a time delay

sé, an electric arc at reduced intensity, which causes

the heating of the facing faces, without however their

provide enough energy to cause fusion

of metal - a second operating time, during which we send into

the arc the full intensity of the electric current, for

cause the metal to melt in the facing faces

with the appearance of a bath of molten metal

- a third operating time, during which

advance the stud (6) relative to the part (7),

so that its end comes to be forged in the bath of

molten metal, after which the current flow is in

overwhelmed.

2 - Device according to claim 1, characterized in that it comprises a welding gun (4) whose clamp (5) maintains the stud (6) to be welded, while it is equipped with means capable of moving it between a front position and a rear position (arrow (9), the electrical supply circuit further comprising means for defining the intensity sent into the gun, according to at least two successive levels, namely reduced intensity and full intensity welding with moreover means for synchronizing the movements of the gun with the passage from one to the other of the intensities.

3 - Device according to claim 2, characterized in that the gun (4) comprises a solenoid (8) capable of attracting t to immobilize in the retracted position, the clamp (5) and the stud (6).

4 - A device according to any one of claims 2 and 3, characterized in that the control unit includes a timer (16), (17), as well as relays (18) and (19) which are joined by a diode (20), the closing of the contact (-16) putting a relay (13) in self-supply, while the opening of the contact (17) - now prohibits the supply of the relay from another contact (21).

5 - Device according to claim 4, ca acterized in that at the end of the preheated time delay period defined by (16), (17), the contact (17) returns to the closed position and feeds the welding time delay (26), while the power supply to the relays (13a, and (23), (24) is cut, which has the effect of short-circuiting a resistor (22) again: the generator (3) supplies the current nominal during the entire action time of the timer (26).

6 - Device according to claim 5, characterized in that at the end of operation of the welding delay (26), the contact (21) returns to rest (po

open position) and cuts the power supply to the relay (19), the contact (25) returning to rest (open position), which interrupts the welding current and cuts the excitation of the solenoid (8), the clamp (5) thus being brought back and the device again armed for a next welding cycle with preheating.

7 - Device according to any one of

previous claims, characterized in that it is

produced in a fully transistorized form, including

nant

- a thyristor power bridge (27) and a syn circuit

timing (28) ensuring the control of a power bridge

this (29)

- an adder (30) connected to an amplifier for the regulation

tion of the current (31), and an apmlifier (32) for the

strike of the electric arc, both leading to a

static switch (33) which acts on the time delay of

preheating (34) 3

- a preheating delay (34) linked to a tempo

welding (36) than a static switch (37)

in turn connects to the gun (4).