Procédé pour maintenir Faire de soudure d'un joint à souder dans une position horizontale et appareil pour la mise en #uvre de ce procédé L'invention a pour objet un procédé pour main tenir l'aire de soudure d'un' joint à souder présentant une courbure simple ou complexe dans une position horizontale pendant le soudage, selon lequel on fait tourner la pièce à souder autour d'un axe fixe pour faire passer le joint sous une électrode de soudure.
Jusqu'à une date récente, les roues de compres seurs étaient assemblées par' rivetage. Dans l'assem blage riveté, les ailettes étaient soit usinées- comme partie intégrante du flasque, soit fabriquées séparé ment, suivant que l'espace entre flasque et plaque- moyeu était étroit ou large. Cet espace déterminait la quantité de métal à enlever par usinage. Cepen dant au cours des dernières années, les demandes de puissance ont augmenté de telle sorte que les joints rivetés ne donnent plus satisfaction.
Plusieurs roues motrices rivetées ont conduit à des échecs en cours de fonctionnement. La soudure est considérée comme offrant un meilleur mode de fabrication.
Dans les procédés antérieurs de soudure automa tique le long d'un tracé à courbure complexe, la pratique consistait soit à mettre en position fixe un chalumeau muni d'une pointe à soudure immobile et à réaliser 1e mouvement nécessaire à l'opération en mettant en mouvement la pièce à souder, soit à maintenir' immobile la pièce à souder et à mettre en mouvement le chalumeau.
Le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait qu'on soude ledit joint, dont le centre de courbure est espacé dudit axe fixe, en faisant tourner la pièce à souder autour de cet axe fixe pour amener à chaque instant la tangente au joint dans une posi tion horizontale, et par le fait qu'on déplace concur remment l'électrode de soudure dans différentes directions par rapport à l'axe de rotation de la pièce à souder en fonction de 1a rotation de ladite pièce à souder de manière à maintenir continuelle ment l'électrode de soudure dans une position située au-dessus du joint.
L'invention comprend également un appareil pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, comprenant un support de pièce à souder rotatif autour d'un axe fixe et une électrode de soudure qui est montée de manière réglable pour pouvoir être amenée au-dessus d'une tangente horizontale au joint à souder.
Cet appareil est caractérisé par le fait que l'élec trode de soudure est supportée par un chariot monté. sur des glissières qui permettent un déplacement dans différentes directions de l'électrode de soudure par rapport à l'axe de rotation du support de la pièce à souder, par le fait que des moyens d'entraî nement sont associés à chacune des glissières pour effectuer le déplacement du chariot longitudinalement par rapport aux glissières respectives et par le fait que des interrupteurs sont:
actionnés par des cames pour exciter sélectivement les moyens d'entramement respectifs en fonction de la rotation de -la pièce à souder pour que d'électrode de soudure soit conti nuellement maintenue au-dessus du joint.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une -forme d'exécution de l'appareil objet de l'in vention.
La fig. 1 est une vue en perspective d'un appareil à souder automatique.
La fig. 2 est une autre vue en perspective de cet: appareil.
La fig. 3 est une vue en perspective d'une portion de l'appareil à souder automatique -des fig. 1 et 2. Les fig. 4 et 5 sont des vues en perspective à une plus grande échelle de deux détails de l'appareil à, souder automatique des fig. 1 et 2. En référence aux fig. 1 et 2, l'appareil à souder automatique comprend un porte-pièce 11 et une tête soudeuse 12.
La tête soudeuse 12 communique un certain nombre de mouvements à un chalumeau 13, de manière à former un tracé de soudure pour une pièce telle que la roue motrice 14 illustrée en fig. 1. La tête soudeuse est montée sur un piédestal 15, lui-même monté sur roues pivotantes 16 pour per mettre à la tête soudeuse de se déplacer dans un plan horizontal au moyen de mécanismes d'ajustage qui seront expliqués par la suite.
Un pilier principal 20 est fixé à une embase 21 munie de goussets 22, qui contribuent à maintenir le pilier en position verticale. L'embase 21 est portée sur des manchons 23, et un bloc 25, fixé à cette embase, est engagé par une vis 24.
La vis 24, montée en rotation sur des paliers 26 à chaque bout, est munie d'un volant 27 à une extrémité. Une rotation du volant 27 produit un glissement des manchons 23 le long de barres cylindriques 28 portées par le châssis 30, et donne un déplacement horizontal au pilier principal 20. Une règle graduée 31, placée parallèlement aux barres cylindriques 28, permet de mesurer le déplacement horizontal du pilier princi pal 20.
Le châssis 30 qui supporte les barres cylindri ques 28 est monté à glissement, sur un second assor timent de barres cylindriques 35, lesquelles sont per- pendiculaires aux barres 28. Le châssis 30 comporte des, 'blocs 36, engagé à vis par un arbre fileté 37, lui-même monté à rotation sur le châssis 15 au moyen de paliers 38. L'arbre fileté 37 est mis en rotation par un moteur à vitesse variable 39 qui est monté sur le châssis 15.
La rotation de l'arbre 37 donne au pilier principal 20 un second mouvement horizontal perpendiculaire au premier mouvement produit par la rotation de l'arbre à vis 24. Une règle graduée 40, placée parallèlement aux barres cylin- driques 35, permet de mesurer ce second mouvement horizontal du pilier principal 20. Des interrupteurs de limitation" 41 et 42 sont montés sur le châssis 15, et peuvent être ajustés le long de la règle 40.
Dans certains cas le pilier principal 20 est mis en mouve ment par le -moteur à vitesse variable 39 pendant l'opération de soudure. Les interrupteurs 41 et 42 sont montés en série sur le circuit du moteur à vitesse variable 39, de sorte que quand le châssis 30 entre en contact avec l'interrupteur 41 ou 42, le courant du moteur à vitesse variable 39 est coupé, ce qui arrête le mouvement horizontal du pilier principal. 20.
La partie principale de l'appareil est le porte- chalumeau 50 monté à glissement sur le pilier 20. Naturellement, le mouvement horizontal, décrit ci- dessus, du pilier 20; produit un mouvement identique du porte-chalumeau<B>50.</B>
Le porte-chalumeau 50 est supporté par une boîte d'engrenages 51 montée à glissement sur le pilier 20. La boîte d'engrenages 51 engage une crémaillère (non figurée) reliée nu pilier 20. La rota- tion d'un volant à main 52 de la boîte d'engrenages abaisse ou élève celle-ci et, par conséquent, le porte- chalumeau auquel elle est reliée par l'intermédiaire de l'arbre 53.
Une règle graduée 54, montée sur le pilier 20, permet de déterminer la hauteur du porte- chalumeau 50.
Ce dernier est supporté par la boîte à engrena ges 51 au moyen d'un arbre horizontal 53 relié au châssis 55 du porte-chalumeau 50 et recouvert par un manchon 56. Le manchon 56, qui est fixé à la boîte à engrenages 51, est muni d'une aiguille 57 contiguë à un rapporteur 58, lequel est fixé au châssis 55 -du porte-chalumeau 50. La rotation d'un second volant à main 59 de la boîte à engrenages fait tourner l'arbre 53 et produit une inclinaison du porte-chalumeau 50. L'angle de cette inclinaison est indiqué par l'aiguille 57 et le rapporteur 58.
Le châssis supérieur 63 du porte-chalumeau 50 est fixé à des tourillons 64, 65 et 66, qui tournent dans -des paliers 67, 68 et 69, eux-mêmes fixés au châssis 55 du porte-chalumeau 50. Le tourillon 66 est relié à un demi-engrenage 70 en prise avec un engrenage 71 lequel est mis en mouvement par une manivelle 72 d'une boîte à engrenages 73.
La rota tion de la manivelle 72 produit une rotation du châssis supérieur 63, autour de l'axe des touril lons 64, 65 et 66, cette rotation pouvant aller jusqu'à 45 degrés dans le sens des aiguilles d'une montre ou en sens inverse. Un rapporteur 74 et une aiguille 75 sont montés sur la boîte @à -engrenages 73 pour indiquer l'angle de rotation du châssis supé rieur 63.
Le chalumeau 13, une hotte à fondant 80 et un alimenteur en fil d'apport 81 sont assemblés à une plaque de montage 82 qui peut se déplacer -en avant et en arrière parallèlement à l'axe des tourillons 64, 65 et 66, sur des glissières 83 et 84, lesquelles sont montées à glissement sur des barres 85 et 86. Un arbre à vis 87 monté à rotation sur des paliers 88 et mis en mouvement par un moteur à vitesse varia ble 89, engage, par l'intermédiaire d'un bloc 90, la plaque de montage 82.
La rotation de l'arbre à vis 87 communique à la plaque de montage 82 le mouvement dans les deux sens décrit ci-dessus. Une règle graduée placée sur le châssis supérieur 63 parallèlement à l'axe des tourillons 64, 65 et 66 permet d'assurer la mise en position correcte d'in terrupteurs de limite 92, 93, 94 et 95. Les interrup teurs 92 et 95 sont montés en série sur le circuit du moteur à vitesse variable 89, et contrôlent par consé quent la fin des mouvements de la plaque de mon tage 82.
Les interrupteurs 92 et 95 sont mis en action par contact avec les glissières 84 qui suppor tent la plaque 82. Les interrupteurs 93 et 94 sont mis en action par des cames 98 et 99, respectivement fixées sur la plaque de montage 82. La fonction des interrupteurs 93 et 94 sera expliquée par la suite.
L'alimenteur en fil. 81 fournit le métal d'apport au chalumeau 13, et est mis en action par un moteur à vitesse variable 104, la vitesse d'alimentation étant évidemment compatible avec .la vitesse .de soudure. Un fondant de soudure va de la hotte 80 à un conduit 105, qui mène à l'intérieur d'un tube 106 du chalumeau 13. Le flux est recueilli et conduit le long du tube 106 par un gaz de protection provenant d'un conduit 107 qui est assemblé au tube 106 du chalu meau 13. Gaz et fondant sont déchargés à la pointe 108 du chalumeau 13, en un point contigu à l'électrode de soudure 109.
Le mode de transport du fondant par le gaz de protection produit une soudure beaucoup plus lisse et empêche les éclaboussures et les courts-circuits. Le gaz :de protection ne suffit pas à lui seul .à protéger d'aire de soudage 112, car la soudure s'oxyderait :sérieusement pendant le refroidis sement, mais à part le mode de transport de fondant extrêmement pratique qu'il permet de réaliser, ce gaz de protection sert à fournir une protection plus ins tantanée pendant de court intervalle de temps requis par le fondant pour fondre et devenir efficace.
Le chalumeau 13 est monté à pivot dans un sup port 110 assemblé au porte-chalumeau 50. Le cha lumeau 13 tourne dans un plan perpendiculaire à la plaque de montage 82. A la pointe du chalumeau 13, près de l'électrode 109, se trouve un support 111 qui chevauche la pièce à souder, en l'occurrence la roue motrice 14.
Le porte-pièce 11 peut être ajusté et contrôlé de manière à relever ou rabaisser la pièce ou roue motrice 14, et à lui communiquer des mouvements d'inclinaison et de rotation. La roue motrice 14 com porte une plaque moyeu 113, un flasque 114, et un certain nombre d'ailettes 115.
Le porte-pièce 11 est pourvu d'un châssis 116, lui-même muni de piliers verticaux 117. Les piliers verticaux comportent une série de trous 118 à diverses hauteurs, pour permettre d'ajuster le porte-pièce à la hauteur choisie, par l'insertion de boulons 119 à tra vers des plaques 120. Un plateau 121 du porte- pièce est en prise avec un axe horizontal 122 du porte-pièce, situé entre les plaques 120. Une extré mité de cet axe est en prise avec un arbre 123 par l'intermédiaire l'une boîte à engrenages 124. Une rotation de l'arbre 123 dans un sens quelconque pro duit une rotation du plateau 121 autour d'un axe perpendiculaire à sa face 125.
Des demi-engra- nages 126 sont assemblés à l'axe du porte-pièce et sont, par l'intermédiaire d'engrenages, mis en prise avec des organes d'entraînement (non figurés) situés à l'intérieur du porte-pièce 11 pour produire une rotation du plateau 121 par rapport à l'axe du porte-pièce.
L'arbre 123 est mis en mouvement par un moteur à vitesse variable abrité par le porte-pièce. La vitesse du moteur à vitesse variable (non figuré) est contrôlée par rotation d'un arbre 127 mis en rotation par un moteur électrique de contrôle de vitesse 128, de sorte que la vitesse de rotation du plateau 121 peut être modifiée en cours de soudure.
L'angle de rotation du plateau 121 dans un sens quelconque par rapport à un axe normal à sa face 125 et situé au centre de cette face, est indiqué par la position relative d'une échelle de rappor teur 129 placée sur la jante extérieure du plateau 121 et d'un vernier 130 solidaire des plaques 120 du porte-pièce. Une inclinaison du plateau 121 par rap port à l'axe horizontal est indiquée par un rappor teur 131 et une aiguille 132 (montrée en fig. 3) atta chée à l'extrémité de l'axe du porte-pièce, du côté du porte-pièce 11 opposé à la.boîte à engrenages 124.
L'ajustement horizontal relatif du porte-pièce 11 et de la tête soudeuse 12, est prévu entre le châs sis 15 de da tête soudeuse 12 et ale châssis 116 du porte-pièce 11. Le châssis 116 du porte-pièce 11 comporte une série de trous 134, permettant de bou lonner en diverses positions une console 135 au châssis 116. Assemblés à la console 135 se trouvent un rapporteur 136 et un manchon 137 qui reçoit l'extrémité sphérique 138 d'une barre 139 traversant un manchon 140, lequel est .relié ,au châssis 15 de da tête soudeuse 12.
Une aiguille 141 (montrée en fig. 1 et 4) est reliée à la barre 139, de sorte que l'angle de mouvement du châssis 15 par rapport au joint sphérique formé par l'élément 138 et le manchon 137, est indiqué par la position de l'aiguille 141 sur le rapporteur 136.
Le porte-pièce 11 et la tête soudeuse 12 peuvent être rapprochés ou éloignés l'un de l'autre en faisant glisser la barre 139 le long du manchon 140. Une règle graduée 142 (montrée en fig. 1 et 5) est montée sur la barre 139 pour permettre de mesurer la dis tance entre le porte-pièce 11 et la tête soudeuse 12. Le manchon 137 est muni d'une poignée de ser rage 143; et le manchon 140 est muni d'une vis d'arrêt 144, pour permettre de verrouiller ces pièces en position une fois opérée la mise en place du porte-pièce 11 par rapport à la tête soudeuse 12.
Un tableau de contrôle 149 est fixé au châssis 55 du porte-chalumeau 50. Le premier bouton du tableau de contrôle 149 est le bouton de mise en marche 150. Le bouton d'arrêt 151 se trouve au-des sous du bouton de mise en marche 150. Un inter rupteur sélecteur ou interrupteur soudure-traçage 152 placé près du bouton d'arrêt 150, permet de choisir entre la marche de l'appareil pour effectuer un traçage et celle pour effectuer une soudure.
La position de l'interrupteur sélecteur est indiquée par deux lumières 153 et 154 situées au-dessus de cet interrupteur. La lumière verte 154 indique une mise en marche pour traçage, et la lumière rouge 153 indique que l'interrupteur sélecteur 152 est en posi tion de soudure. Quand l'interrupteur 152 est en position de traçage, la machine complète son cycle d'opérations sans souder. Cette position est utilisée pendant l'opération de mise en place.
Une manoeuvre de l'interrupteur 152 en position de soudure opère le raccord à la source de courant et produit un écoulement du gaz de protection vers ne , cha- îumeau 13.
Un interrupteur sélecteur de cycle 159 se trouve près de l'interrupteur sélecteur 152. La position de l'interrupteur sélecteur de cycle 159 détermine la suite des opérations se produisant en cours de sou dure. La position de l'interrupteur 159 est indiquée par les lumières 160, 161, 162 et 163, placées dans sa proximité. Quand l'interrupteur est en position cycle No 1 , indiquée par la lumière 160, le pla teau 121 et @le porte-chalumeau 50 se mettent en marche, par suite du fonctionnement du moteur à vitesse variable situé à l'intérieur du porte-pièce 11,
qui sert à déplacer 1e plateau de porte-pièce 121 et du moteur à vitesse variable 89 qui sert à déplacer la plaque de montage 82 du porte-chalumeau 50. Ce cycle est utilisé pour la soudure d'ailettes de roues suivant un contour à rayon unique.
Quand l'interrupteur 159 est en position de cyçle No 2 indiquée par tla lumière 161, il se produit la même suite d'opérations que dans le cycle No 1, à cette exception près que l'interrupteur de limitation 94 se trouve en circuit. L'interrup teur 94 sert à mettre en marche et arrêter le moteur 128 de contrôle de la vitesse du porte- pièce. Comme déjà mentionné, d'interrupteur 94 est engagé et mis en action par la came 99 attachée à la plaque de montage 82.
La durée de fonctionne ment du moteur de contrôle de vitesse 128 est déter minée par la longueur de la came 99 et la vitesse de la plaque da montage 82. La mise en action du moteur de contrôle de vitesse 128 permet de modi fier en cours de soudure la vitesse du plateau de porte-pièce 121. Ce cycle est utilisé pour la sou dure d'ailettes de roues suivant un contour compor tant deux différents rayons.
Quand l'interrupteur 159 est en position de cycle No 3 indiquée par la lumière 162, le moteur à vitesse variable 39 se trouve en circuit, et seule la partie basse de la tête à soudure 12 montée -sur les barres cylindriques 28, se déplace parallèlement aux barres 28. Le cycle N 3 est utilisé pour la soudure de roues à ailettes droites.
Le cycle N 4, indiqué par la lumière 163, s'obtient en mettant l'interrupteur sélecteur 159 en position de cycle No 3 et en pressant un bou ton 164 :de réglage du cycle NI, 4. Une pression du bouton 150 met en marche le plateau de porte- pièce 121 et le porte-chalumeau 50, comme dans le cycle NQ 1 ; dans ce cas cependant l'interrupteur de limitation 93 se trouve en circuit. La plaque de montage 82 se déplace comme dans le cycle No 1, jusqu'à ce que la came 98 engage l'interrupteur 93.
Ceci produit un arrêt du plateau du porte-pièce 121 et de la plaque de montage 82, et l'embase de la tête soudeuse 12 se déplace comme dans le cycle No 3. Le cycle No 4 est utilisé pour soudure d'ailettes de roues dont le contour comprend une portion à rayon constant et une portion droite.
L'interrupteur suivant 169 détermine le sens du mouvement de la plaque de montage 82. Dans la soudure de roues motrices, la plaque de montage 82 s'éloigne habituellement de la roue 14 pendant son déplacement, mais l'appareil peut être disposé de manière à produire un mouvement de la plaque de montage 82 vers le plateau de porte-pièce 121.
L'interrupteur 170 détermine le sens de rotation du plateau de porte-pièce 121. Dans la soudure d'ailettes de roues, le plateau 121 tourne dans un sens pour la soudure sur côté convexe de l'ailette, et dans le sens inverse pour la soudure sur côté concave de l'ailette.
L'interrupteur 171 détermine le sens de rotation du moteur de contrôle de vitesse 128. D'après la position de l'interrupteur 171, la vitesse du pla teau de porte-pièce 121 croit ou décroit pendant la soudure.
L'interrupteur 172 détermine le sens du mouve ment @de la partie basse de la tête soudeuse 12. La partie basse peut ainsi être déplacée dans un sens ou dans l'autre en cours de soudure.
Les boutons 173 et 174 sont des boutons pous soirs qui servent à produire de légers déplacements du chalumeau 13 pendant l'opération de mise en place ou en d'autres circonstances. Le bouton pous soir 173 produit un déplacement de la partie basse de la tête soudeuse 12, et le bouton poussoir 174 sert à ajuster la plaque de montage 82.
Le bouton 175 est un bouton pour purge de gaz, et sert à mettre en marche l'écoulement -du fondant à la pointe 108 du chalumeau 13 avant la soudure.
Le bouton poussoir 176 peut être utilisé pour faciliter l'enfilage du fil de soudure à travers l'alimen- teur 81, et pour amener ce fil à l'électrode 109 du chalumeau 13 avant le commencement d'un cycle de soudure.
Les boutons 177, 178, 179, 180 et 181 contrôlent le porte-pièce 11 pendant les opérations de soudure non automatique. La mise en action du bouton 177 produit l'inclinaison dans un sens du plateau de porte-pièce 121 autour de l'axe de porte-pièce 122, l'inclinaison en sens inverse s'obtenant par la manaeu- vre du bouton 178.
Les boutons 180 et 181 produi sent une motation du plateau ide porte-pièce 121 autour d'un axe normal à sa face 125 et passant par le centre de cette face, et le bouton 179 produit un arrêt du mouvement de rotation du plateau de porte pièce 121 après la mise en action des boutons 180 ou 181.
Dans l'opération de réglage, il y a lieu de choisir une vitesse de soudure en fonction de la matière première à souder. Ceci peut se faire par la soudure d'échantillons d'essai ayant les mêmes épaisseurs et contours de joint que la pièce à souder. Le degré de pénétration et :le contour du bourrelet sont fonction de la vitesse de déplacement, du courant de soudure, de l'alimentation en fil et de la tension d'arc.
Une fois déterminées les conditions de soudure, ii y a lieu de, préparer un schéma de 1a pièce mon trant les parcours suivis par les points de cette pièce pendant son mouvement de rotation. Ce schéma doit être tel que le point de commencement de soudure se trouve en position de soudure horizon tale. Une fois déterminé le parcours de déplacement, les extrémités sont jointes par une ligne droite. Cette ligne représente l'angle du porte-chalumeau tel que mesuré par l'aiguille 57 sur le rapporteur 58, et elle donne également la longueur du déplacement à don ner au porte-chalumeau 50.
Les autres coefficients; tels que la vitesse du porte-pièce et la vitesse de déplacement de la tête soudeuse 12 peuvent alors être déterminés. Il y a lieu de montrer également sur le schéma les points en lesquels une variation de vitesse éventuellement requise doit commencer et se terminer. Les valeurs déterminées par ce schéma sont alors utilisées pour la mise en place de la tête sou- deuise 12.
Une fois obtenue- l'information résultant du schéma, la pièce, telle que la roue motrice 14, est mise en place sur le plateau de porte-pièce ' 121. Cette opération s'effectue avec le plateau 121 posé à plat, le rapporteur 129 et le vernier 130 étant à zéro. La pièce 14 est .alors .reliée au plateau de porte-pièce 121 et inclinée en position de soudure par une pression, suivant le cas, du bouton 180 ou 181. La tête soudeuse est alors ajustée de sorte que le chalumeau 13 se trouve en position horizontale au début de la soudure.
Il y a lieu d'ajuster la tête soudeuse manuellement afin de lui donner le maxi mum de déplacement automatique pendant la sou dure. Les divers interrupteurs de limitation 41, 42, 92, 93, 94 et 95, sont mis en place et bloqués. Les réglages sont alors vérifiés en mettant l'interrupteur 152 de soudure-traçage en position de traçage, de manière à allumer la lumière verte 154. En cours de traçage et de la soudure qui s'ensuit, il y a lieu de maintenir le chalumeau 13 en position horizontale.
Ceci peut nécessiter certaines modifications dans les réglages de l'appareil. Quand les réglages ,requis sont obtenus, et si la pièce doit être soudée en un certain nombre d'endroits, on peut modifier la position de la pièce et répéter les opérations de réglage pour les autres soudures.
Une fois terminé le réglage, la pièce est âssem- blée et soudée sur place par points.
Les données de réglage utilisées pour la soudure d'une certaine pièce peuvent être enregistrées et réuti lisées par la suite pour la soudure de pièces supplé mentaires de même forme. Il existe, y compris les réglages de vitesse des moteurs, 18 ajustements variables en fonction des pièces. Ces ajustements ne sont cependant pas nécessairement utilisés en totalité pour une même pièce.
La position horizontale du plateau 121 avec 1a face 125 sur le dessus, étant définie par l'angle d'inclinaison 00 cette table est inclinée à 901) pour certaines pièces (comme illustré en fig. 1). Par exemple, des roues pour lesquelles une moitié de l'ailette 115 est obtenue par usinage de la plaque moyeu 113 et l'autre moitié par usinage du flasque 114, nécessitent une soudure au centre de l'ailette.
Suivant les besoins, le plateau est incliné à d'autres angles d'inclinaison. Ainsi, quand une roue 14 nécessite un cordon de soudure entre l'ailette 115 et la plaque moyeu 113 d'une part, et le flasque 114 d'autre part, le plateau est incliné à 45o et 135o.
La hauteur du centre de rotation du plateau de porte-pièce peut être ajustée au moyen des trous 118 dans les piliers 117. Cette opération peut âtre consi dérée comme étant un réglage préliminaire de la hau teur du plateau de porte-pièce 121 relativement au chalumeau 13. L'ajustement fourni par la boite à engrenages 51 sur le pilier principal 20 constitue le réglage définitif. Le réglage automatique contrôlé de la hauteur pendant le cycle de soudure est donné par une rotation du porte-chalumeau 50 et un dépla cement de la plaque de montage 82 avec ale moteur à vitesse variable 89.
Le chalumeau 13 peut également suivre un tracé en position angulaire par rapport au plan de ,la face 125 du plateau de porte-pièce 121, au moyen d'un réglage du joint sphérique 138 prévu entre les châs sis 15 et 116; lequel réglage permet de déterminer la position angulaire relative de la tête soudeuse 12 et du porte-pièce 11.
L'ajustement de la console 135 au moyen des trous 134 constitue 1e réglage préliminaire d'aligne ment du chalumeau dans le plan de la face<B>125</B> du plateau de porte-pièce 121, le réglage définitif s'obte nant par rotation du volant à main 27.
Le réglage préliminaire de la distance entre porte- pièce 11 et tête soudeuse 12 peut s'obtenir au moyen de la barre 139 et du manchon 140. Le réglage défi nitif de cette distance, de même que le réglage auto matique contrôlé, s'obtiennent par la mise en action des moteurs à vitesse variable 39 et 89.
Les caractéristiques de réglage du porte-pièce 11 et de la tête soudeuse 12 permettent d'obtenir une position relative de la pièce 14 et du chalumeau 13 telle que le point en cours de soudure ou aire de soudure 112 se trouve maintenu en position de sou dure horizontale. Cette circonstance permet id'obtenir un cordon de soudure uniforme quant à son épaisseur, sa pénétration, et @sa section. Pour un certain nombre de raisons, une soudure horizontale, avec le chalu meau 13 en position horizontale, donne des résultats uniformes.
Parmi ces raisons -se trouvent l'uniformité de longueur d'arc, l'uniformité de la distance relative de la pointe de soudure à la pièce, et le fait que le métal fondu reste mieux en place, et n'a pas tendance à couler comme dans le cas d'un cordon de soudure vertical. Les alliages à haut durcissement et à hautes températures de chauffage préliminaire peuvent être soudés au moyen de cet appareil, puisque l'opérateur n'a pas besoin de se trouver près de la pièce 1.4.
Method for maintaining the welding of a weld joint in a horizontal position and apparatus for carrying out this method The object of the invention is a method for maintaining the weld area of a welding joint. having a simple or complex curvature in a horizontal position during welding, whereby the workpiece is rotated about a fixed axis to pass the seal under a welding electrode.
Until recently, compressor wheels were assembled by riveting. In the riveted assembly, the fins were either machined as an integral part of the flange, or manufactured separately, depending on whether the space between flange and hub plate was narrow or wide. This space determined the amount of metal to be removed by machining. However, in recent years the demands for power have increased so that riveted joints are no longer satisfactory.
Several riveted drive wheels led to failures during operation. Welding is considered to be a better way of manufacturing.
In previous methods of automatic welding along a complex curvature path, the practice was either to put in a fixed position a torch provided with a stationary welding tip and to perform the movement necessary for the operation by putting in position. movement of the piece to be welded, or to keep the piece to be welded stationary and to set the torch in motion.
The method according to the invention is characterized by the fact that said joint, the center of curvature of which is spaced from said fixed axis, is welded by rotating the part to be welded around this fixed axis in order to bring at each instant the tangent to the joint. in a horizontal position, and by the fact that the welding electrode is moved concurrently in different directions with respect to the axis of rotation of the workpiece as a function of the rotation of said workpiece so as to continually keep the welding electrode in a position above the joint.
The invention also comprises an apparatus for carrying out the above method, comprising a workpiece support rotatable about a fixed axis and a welding electrode which is adjustably mounted so that it can be brought over. of a horizontal tangent to the joint to be welded.
This apparatus is characterized by the fact that the welding elec trode is supported by a mounted carriage. on slides which allow movement in different directions of the welding electrode relative to the axis of rotation of the support of the workpiece, by the fact that drive means are associated with each of the slides to perform the displacement of the carriage longitudinally with respect to the respective slides and by the fact that the switches are:
actuated by cams to selectively energize the respective drive means as a function of the rotation of the workpiece so that the welding electrode is continuously maintained above the joint.
The accompanying drawing shows, by way of example, an embodiment of the apparatus which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a perspective view of an automatic welding apparatus.
Fig. 2 is another perspective view of this apparatus.
Fig. 3 is a perspective view of a portion of the automatic welding apparatus -des fig. 1 and 2. Figs. 4 and 5 are perspective views on a larger scale of two details of the automatic welding apparatus of FIGS. 1 and 2. With reference to FIGS. 1 and 2, the automatic welding apparatus comprises a workpiece carrier 11 and a welding head 12.
The welding head 12 communicates a certain number of movements to a torch 13, so as to form a weld path for a part such as the driving wheel 14 illustrated in FIG. 1. The welding head is mounted on a pedestal 15, itself mounted on pivoting wheels 16 to allow the welding head to move in a horizontal plane by means of adjustment mechanisms which will be explained later.
A main pillar 20 is attached to a base 21 provided with gussets 22, which help to keep the pillar in a vertical position. The base 21 is carried on sleeves 23, and a block 25, fixed to this base, is engaged by a screw 24.
The screw 24, mounted in rotation on bearings 26 at each end, is provided with a flywheel 27 at one end. A rotation of the flywheel 27 produces a sliding of the sleeves 23 along cylindrical bars 28 carried by the frame 30, and gives a horizontal displacement to the main pillar 20. A graduated rule 31, placed parallel to the cylindrical bars 28, makes it possible to measure the displacement. horizontal of the main abutment 20.
The frame 30 which supports the cylindrical bars 28 is slidably mounted on a second set of cylindrical bars 35, which are perpendicular to the bars 28. The frame 30 comprises blocks 36, screwed in by a shaft. thread 37, itself rotatably mounted on the frame 15 by means of bearings 38. The threaded shaft 37 is rotated by a variable speed motor 39 which is mounted on the frame 15.
The rotation of the shaft 37 gives the main pillar 20 a second horizontal movement perpendicular to the first movement produced by the rotation of the screw shaft 24. A graduated rule 40, placed parallel to the cylindrical bars 35, makes it possible to measure this. second horizontal movement of main pillar 20. Limit switches 41 and 42 are mounted on frame 15, and can be adjusted along rule 40.
In some cases the main pillar 20 is set in motion by the variable speed motor 39 during the welding operation. Switches 41 and 42 are mounted in series on the circuit of the variable speed motor 39, so that when the frame 30 contacts the switch 41 or 42, the current to the variable speed motor 39 is cut off, which stops the horizontal movement of the main pillar. 20.
The main part of the apparatus is the torch holder 50 slidably mounted on the post 20. Of course, the horizontal movement, described above, of the post 20; produces an identical movement of the <B> 50. </B> torch holder.
The torch holder 50 is supported by a gearbox 51 slidably mounted on the pillar 20. The gearbox 51 engages a rack (not shown) connected to the pillar 20. The rotation of a handwheel 52 of the gearbox lowers or raises it and hence the torch holder to which it is connected through shaft 53.
A graduated rule 54, mounted on the pillar 20, makes it possible to determine the height of the torch holder 50.
The latter is supported by the gearbox 51 by means of a horizontal shaft 53 connected to the frame 55 of the torch holder 50 and covered by a sleeve 56. The sleeve 56, which is fixed to the gearbox 51, is provided with a needle 57 adjacent to a protractor 58, which is fixed to the frame 55 of the torch holder 50. The rotation of a second hand wheel 59 of the gearbox rotates the shaft 53 and produces an inclination of the torch holder 50. The angle of this inclination is indicated by the needle 57 and the protractor 58.
The upper frame 63 of the torch holder 50 is fixed to journals 64, 65 and 66, which rotate in bearings 67, 68 and 69, themselves fixed to the frame 55 of the torch holder 50. The journal 66 is connected to a half-gear 70 engaged with a gear 71 which is set in motion by a crank 72 of a gearbox 73.
The rotation of the crank 72 produces a rotation of the upper frame 63, around the axis of the journals 64, 65 and 66, this rotation being able to go up to 45 degrees in the direction of clockwise or in the direction of reverse. A protractor 74 and needle 75 are mounted on the gearbox 73 to indicate the angle of rotation of the upper frame 63.
Torch 13, a fondant hood 80, and a filler wire feeder 81 are assembled to a mounting plate 82 which can move forward and backward parallel to the axis of the journals 64, 65 and 66, on slides 83 and 84, which are slidably mounted on bars 85 and 86. A screw shaft 87 rotatably mounted on bearings 88 and set in motion by a variable speed motor 89, engages, by means of a block 90, the mounting plate 82.
Rotation of the worm shaft 87 communicates the two-way movement described above to the mounting plate 82. A graduated rule placed on the upper frame 63 parallel to the axis of the journals 64, 65 and 66 makes it possible to ensure the correct positioning of limit switches 92, 93, 94 and 95. The switches 92 and 95 are mounted in series on the circuit of the variable speed motor 89, and consequently control the end of the movements of the mounting plate 82.
Switches 92 and 95 are actuated by contact with slideways 84 which support plate 82. Switches 93 and 94 are actuated by cams 98 and 99, respectively fixed to mounting plate 82. The function of the switches 93 and 94 will be explained later.
The wire feeder. 81 supplies the filler metal to the torch 13, and is actuated by a variable speed motor 104, the feed speed obviously being compatible with the weld speed. A solder flux goes from the hood 80 to a duct 105, which leads inside a tube 106 of the torch 13. The flux is collected and carried along the tube 106 by a shielding gas coming from a duct. 107 which is assembled to the tube 106 of the heater 13. Gas and flux are discharged at the tip 108 of the torch 13, at a point adjacent to the welding electrode 109.
The shielding gas flux transport mode produces a much smoother weld and prevents spattering and short circuits. The protective gas alone is not sufficient to protect the welding area 112, because the weld would oxidize: seriously during cooling, but apart from the extremely practical mode of transporting flux that it allows to However, this shielding gas serves to provide more instant protection for the short interval of time required by the flux to melt and become effective.
The torch 13 is pivotally mounted in a support 110 assembled to the torch holder 50. The torch 13 rotates in a plane perpendicular to the mounting plate 82. At the tip of the torch 13, near the electrode 109, is finds a support 111 which overlaps the part to be welded, in this case the drive wheel 14.
The workpiece carrier 11 can be adjusted and controlled so as to raise or lower the workpiece or drive wheel 14, and to impart to it tilting and rotating movements. The drive wheel 14 com carries a hub plate 113, a flange 114, and a number of fins 115.
The workpiece carrier 11 is provided with a frame 116, itself provided with vertical pillars 117. The vertical pillars have a series of holes 118 at various heights, to allow the workpiece carrier to be adjusted to the chosen height, by inserting bolts 119 through plates 120. A plate 121 of the workpiece carrier engages a horizontal axis 122 of the workpiece carrier, located between the plates 120. One end of this axis engages a shaft 123 through a gearbox 124. Rotation of shaft 123 in any direction causes plate 121 to rotate about an axis perpendicular to its face 125.
Half-feeds 126 are assembled to the axis of the workpiece carrier and are, by means of gears, engaged with drive members (not shown) located inside the workpiece carrier. 11 to produce a rotation of the plate 121 with respect to the axis of the workpiece holder.
The shaft 123 is set in motion by a variable speed motor housed by the workpiece carrier. The speed of the variable speed motor (not shown) is controlled by the rotation of a shaft 127 rotated by an electric speed control motor 128, so that the speed of rotation of the plate 121 can be changed during welding. .
The angle of rotation of the plate 121 in any direction with respect to an axis normal to its face 125 and located at the center of this face, is indicated by the relative position of a ratio scale 129 placed on the outer rim of the plate 121 and a vernier 130 integral with the plates 120 of the workpiece carrier. An inclination of the plate 121 with respect to the horizontal axis is indicated by a rappor tor 131 and a needle 132 (shown in fig. 3) attached to the end of the axis of the workpiece holder, on the door side. -part 11 opposite to the gearbox 124.
The relative horizontal adjustment of the workpiece carrier 11 and the welding head 12 is provided between the frame 15 of the welding head 12 and the frame 116 of the workpiece carrier 11. The frame 116 of the workpiece carrier 11 comprises a series of holes 134, allowing a bracket 135 to be bolted in various positions to the frame 116. Assembled to the bracket 135 are a protractor 136 and a sleeve 137 which receives the spherical end 138 of a bar 139 passing through a sleeve 140, which is connected to the frame 15 of the welding head 12.
A needle 141 (shown in Figs. 1 and 4) is connected to the bar 139, so that the angle of movement of the frame 15 with respect to the ball joint formed by the element 138 and the sleeve 137, is indicated by the position of needle 141 on protractor 136.
The workpiece carrier 11 and the welding head 12 can be moved closer or further apart by sliding the bar 139 along the sleeve 140. A graduated rule 142 (shown in Figs. 1 and 5) is mounted on the bar 139 to make it possible to measure the distance between the workpiece holder 11 and the welding head 12. The sleeve 137 is provided with a clamping handle 143; and the sleeve 140 is provided with a stop screw 144, to enable these parts to be locked in position once the workpiece holder 11 has been placed in place relative to the welding head 12.
A control board 149 is attached to the frame 55 of the torch holder 50. The first button of the control board 149 is the start button 150. The stop button 151 is located below the start button. on 150. A selector switch or weld-scribing switch 152 placed near the stop button 150, makes it possible to choose between the operation of the apparatus for making a layout and that for carrying out a weld.
The position of the selector switch is indicated by two lights 153 and 154 located above this switch. Green light 154 indicates start for scribing, and red light 153 indicates selector switch 152 is in the weld position. When switch 152 is in the scribe position, the machine completes its cycle of operations without welding. This position is used during the placement operation.
Turning switch 152 to the weld position connects to the current source and produces a flow of shielding gas to torch 13.
A cycle selector switch 159 is located adjacent to the selector switch 152. The position of the cycle selector switch 159 determines the sequence of operations which occur during welding. The position of switch 159 is indicated by lights 160, 161, 162 and 163, placed in its proximity. When the switch is in cycle position No 1, indicated by light 160, the plate 121 and the torch holder 50 start up, as a result of the operation of the variable speed motor located inside the holder. room 11,
which is used to move the workpiece holder plate 121 and the variable speed motor 89 which is used to move the mounting plate 82 of the torch holder 50. This cycle is used for welding wheel fins to a spoke contour unique.
When switch 159 is in cycle No. 2 position indicated by light 161, the same sequence of operations occurs as in cycle No. 1, except that limit switch 94 is on. Switch 94 is used to start and stop the workpiece carrier speed control motor 128. As already mentioned, switch 94 is engaged and actuated by cam 99 attached to mounting plate 82.
The running time of the speed control motor 128 is determined by the length of the cam 99 and the speed of the mounting plate 82. Activation of the speed control motor 128 allows changes during operation. weld the speed of the workpiece carrier plate 121. This cycle is used for the hard welding of wheel fins following a contour comprising two different radii.
When the switch 159 is in cycle position No 3 indicated by the light 162, the variable speed motor 39 is switched on, and only the lower part of the weld head 12 mounted on the cylindrical bars 28, moves. parallel to the bars 28. Cycle N 3 is used for welding straight wing wheels.
Cycle N 4, indicated by light 163, is obtained by placing selector switch 159 in cycle No 3 position and pressing a button 164: for adjusting cycle NI, 4. Pressing button 150 sets works the workpiece holder plate 121 and the torch holder 50, as in cycle NQ 1; in this case, however, the limit switch 93 is on. Mounting plate 82 moves as in cycle # 1, until cam 98 engages switch 93.
This causes the workpiece carrier plate 121 and the mounting plate 82 to stop, and the welder head base 12 moves as in cycle No. 3. Cycle No. 4 is used for welding wheel fins. the contour of which comprises a portion with constant radius and a straight portion.
The next switch 169 determines the direction of movement of the mounting plate 82. In the welding of drive wheels, the mounting plate 82 usually moves away from the wheel 14 as it moves, but the apparatus may be so arranged. to produce movement of the mounting plate 82 towards the workpiece tray 121.
The switch 170 determines the direction of rotation of the workpiece carrier plate 121. In the welding of wheel fins, the plate 121 rotates in one direction for welding on the convex side of the fin, and in the opposite direction for. weld on the concave side of the fin.
Switch 171 determines the direction of rotation of speed control motor 128. Based on the position of switch 171, the speed of workpiece carrier plate 121 increases or decreases during welding.
The switch 172 determines the direction of movement @de the lower part of the welding head 12. The lower part can thus be moved in one direction or the other during welding.
The buttons 173 and 174 are push buttons which serve to produce slight movements of the torch 13 during the positioning operation or under other circumstances. Push button 173 causes movement of the lower part of welding head 12, and push button 174 serves to adjust mounting plate 82.
Button 175 is a gas purge button, and is used to turn on the flow of flux to tip 108 of torch 13 prior to welding.
Push button 176 can be used to facilitate threading of the weld wire through the feeder 81, and to feed this wire to the electrode 109 of the torch 13 before the start of a weld cycle.
Buttons 177, 178, 179, 180 and 181 control the workpiece carrier 11 during non-automatic welding operations. The actuation of the button 177 produces the inclination in one direction of the workpiece carrier plate 121 about the workpiece carrier axis 122, the inclination in the opposite direction being obtained by the operation of the button 178.
The buttons 180 and 181 produce a movement of the workpiece carrier plate 121 about an axis normal to its face 125 and passing through the center of this face, and the button 179 produces a stop of the rotational movement of the door plate part 121 after activating buttons 180 or 181.
In the adjustment operation, it is necessary to choose a welding speed according to the raw material to be welded. This can be done by welding test samples with the same thickness and joint contours as the part to be welded. The degree of penetration and: the contour of the bead are a function of the travel speed, the welding current, the wire feed and the arc voltage.
Once the welding conditions have been determined, it is necessary to prepare a diagram of the part showing the paths followed by the points of this part during its rotational movement. This diagram must be such that the weld start point is in the horizontal weld position. Once the path of travel is determined, the ends are joined by a straight line. This line represents the angle of the torch holder as measured by needle 57 on protractor 58, and it also gives the length of travel to be given to torch holder 50.
The other coefficients; such as the speed of the workpiece carrier and the speed of movement of the welding head 12 can then be determined. The points at which any required speed variation must begin and end must also be shown on the diagram. The values determined by this diagram are then used for the installation of the welded head 12.
Once the information resulting from the diagram has been obtained, the part, such as the drive wheel 14, is placed on the part holder plate '121. This operation is carried out with the plate 121 laid flat, the protractor 129 and the vernier 130 being at zero. The part 14 is then connected to the workpiece holder plate 121 and inclined to the welding position by pressure, as the case may be, of the button 180 or 181. The welding head is then adjusted so that the torch 13 is in position. horizontal position at the start of the weld.
It is necessary to adjust the welding head manually in order to give it the maximum automatic displacement during welding. The various limit switches 41, 42, 92, 93, 94 and 95 are put in place and blocked. The settings are then checked by putting the weld-scribing switch 152 in the scribing position, so as to turn on the green light 154. During scribing and the welding which follows, the torch should be held. 13 in horizontal position.
This may require some changes in the device settings. When the required adjustments are obtained, and if the part is to be welded in a number of places, the position of the part can be changed and the adjustment operations repeated for the other welds.
Once the adjustment is complete, the part is assembled and spot welded on site.
The setting data used for welding a certain part can be saved and subsequently reused for welding additional parts of the same shape. There are, including motor speed settings, 18 variable adjustments depending on the parts. However, these adjustments are not necessarily used in full for the same part.
The horizontal position of the tray 121 with the face 125 on top, being defined by the tilt angle 00 this table is tilted at 901) for some parts (as illustrated in Fig. 1). For example, wheels for which one half of the fin 115 is obtained by machining the hub plate 113 and the other half by machining the flange 114, require welding in the center of the fin.
As required, the table top is tilted to other tilt angles. Thus, when a wheel 14 requires a weld bead between the fin 115 and the hub plate 113 on the one hand, and the flange 114 on the other hand, the plate is inclined at 45o and 135o.
The height of the center of rotation of the workpiece carrier plate can be adjusted by means of the holes 118 in the pillars 117. This operation can be considered to be a preliminary adjustment of the height of the workpiece carrier 121 relative to the torch. 13. The adjustment provided by the gearbox 51 on the main pillar 20 constitutes the final adjustment. The controlled automatic height adjustment during the weld cycle is provided by a rotation of the torch holder 50 and a movement of the mounting plate 82 with the variable speed motor 89.
The torch 13 can also follow a path in angular position with respect to the plane of the face 125 of the workpiece holder plate 121, by means of an adjustment of the spherical joint 138 provided between the frames 15 and 116; which adjustment makes it possible to determine the relative angular position of the welding head 12 and of the workpiece carrier 11.
The adjustment of the console 135 by means of the holes 134 constitutes the preliminary adjustment of the alignment of the torch in the plane of the face <B> 125 </B> of the workpiece plate 121, the final adjustment is obtained. by turning the handwheel 27.
The preliminary adjustment of the distance between the workpiece holder 11 and the welding head 12 can be obtained by means of the bar 139 and the sleeve 140. The definitive adjustment of this distance, as well as the controlled automatic adjustment, is obtained. by activating the variable speed motors 39 and 89.
The adjustment characteristics of the workpiece holder 11 and of the welding head 12 make it possible to obtain a relative position of the workpiece 14 and of the torch 13 such that the point being welded or welding area 112 is held in the position of under horizontal hard. This circumstance makes it possible to obtain a weld bead which is uniform as to its thickness, its penetration, and its section. For a number of reasons, a horizontal weld, with the heater 13 in a horizontal position, gives uniform results.
Among these reasons are the uniformity of arc length, the uniformity of the relative distance from the solder tip to the workpiece, and the fact that the molten metal stays in place better, and does not tend to sag. flow as in the case of a vertical weld bead. Alloys with high hardening and high pre-heating temperatures can be welded using this device, since the operator does not need to be near part 1.4.