Brevet FR2320162A1 — publié le 19770304

L'invention concerne les dispositifs permettant de procéder à un balayage par le flux de soudage, du Joint de deux pièces à assembler. Dans le cas d'une largeur importante du joint de deux pièces à souder, il peut Aétre procédé à plusieurs passes successives se superposant en quinconce à partir du fond du chanfrein exécuté sur les pièces. Pour y remédier, il est de nos jours connu le procédé consistant dans le balayage de la largeur du joint par le flux de soudage. Ce résultat est obtenu par une commande mécanique de la torche montée mobile,laquelle commande s'effectue au moyen d'un moteur par l'intermédiaire de mécanismes assurant la transformation d'un mouvement rotatif continu en mouvement rectiligne alternatif, tel que système bielle-manivelle,excentrique à cadre, etc.... Dans le cas d'utilisation d'exoentrique,la vitesse n'est pas uniforme. Dans ces dispositifs, le réglage des amplitudes du balayage s'effectue d'une façon mécanique.Ces différents équipements apportés aux tates de soudage déterminent un encombrement important et un manque d'accessibilité aux dispositifs de réglage. Le positionnement de la torche,en début d'opéra tion,par rapport à l'axe moyen de la soudure à exécuter est diffi cille: de meAlflO,le réglage des amplitudes déterminées par les positions extrêmes du flux de soudage par rapport aux bords des éléments à assembler ne peut s'effectuer qu'à l'arrat seulement et souvent après retrait de la machine. Pour la réalisation de soudures importantes il doit être prévu des temps d'arrst sur les bords du chanfrein pour obtenir une bonne fusion du métal.Certaines grosses machines comportent à cet effet des dispositifs de commande électrique ou électromécaniques, tels que butées de fin de course, ainsi que des réglages par temporisation, lesquels dispositifs rendent difficile toute programmation. Il est également connu d'utiliser dans un but de régulation un dispositif permettant d'obtenir une tension proportionnelle au déplacement de la crémaillère utilisée pour réaliser le mouvement alternatif. Ce dispositif comprend un capteur potentiométrique lié à la crémaillère: celui-ci est fragile et difficile à intégrer dans la tête de soudage sous un faible encombrement. Dans les différents dispositifs ci-dessus énumérés, l'inertie des masses en mouvement est la cause d'imprécision et de déréglages fréquents. L'invention permet un réglage d'amplitude aisé avec une détermination automatique de la position moyenne,lequel réglage peut s'effectuer au cours du fonctionnement de la machine par ajus- tage de la valeur du balayage, par rapport à la largeur du Joint avec visualisation du réglage. L'invention permet également de décaler à volonté la position moyenne et de déterminer avec précision la trajectoire de la torche,soit au coup par coup manuellement pour corriger un défaut soit par capteur détectant la position de la torche par rapport aux bords du joint, soit par programmation de la trajectoire. Dans le cas de joints symétriques,par exemple, l'invention permet à chaque passe de soudage de déterminer la position moyenne de la zone de balayage et son amplitude. L'invention comporte une torche montée sur un support mobile dont les déplacements sont produits par l'arbre d'un moteur pas à pas soit directement, soit par l'intermédiaire d'un organe méoanique,les déplacements pouvant steffectuer soit autour d'un axe vertical ou d'un axe horizontal,selon une rotation limitée annulairement à une valeur prédéterminée,soit d'une façon linéaire par un système pignon crémaillère ou un système vis-écrou par exemple .La rotation de l'arbre du moteur pas à pas est asservie à un ensemble de commande numérique permettant à partir d'un programme d'envoyer par l'intermédiaire de son dispositif directeur de commande numérique des instructions codées au moteur, de donner des ordres et d'en contrôler l'exécution avec une garantie de répétitivité et une constante de temps parfaites.Le contre numéri- que des déplacements de la torche se fait ainsi avec la précision maximum nécessaire pour l'exécution de soudures roites,obliques, circulaires ou hélicodales par exemple ou pour l'exécution de rebouchage par soudage de cavités de contour géométrique quelconque Pour les applications nécessitant des mises en mouvement de masses importantes de grande inertie,on peut utiliser en association un moteur de puissance à courant continu piloté par un moteur pas à pas. Les dessins annexés illustrent quelques types d'opérations de soudage à réaliser. Dans ceux-ci: La figure 1 représente un cas de soudage de pièces à réaliser selon un joint d'assemblage asymétrique; la figure 2 représente schématiquement la position relative de la zone de balayage du flux de soudage et de la tra jectoire du support de torche; les figures 3 et 4 représentent en vue de dessus des cavités délimitées par un contour curviligne quelconque connu pour lesquelles il doit être procédé à une opération de chargement par soudure ; la figure 5 représente un diagramme fonctionnel d'un mode de réalisation d'une commande selon l'invention. Dans le cas du soudage bout à bout de deux pinces 1 et 2,les chanfreins exécutés sur chacune d'elles réalisent par Juxtaposition une saignée asymétrique donnant pour des couches succes- sives horizontales de. écartements des bords croissant progressivement el,e2,e3,e4... L'aEplitude du mouvement de la torche selon les flèches il ou f2,nécessaire au balayage du Joint de soudure à chaque couche,augiente progressivement et la position moyenne de la torche varie par rapport au plan vertical passant par les faces jointives des pièces à assembler .Il faut donc à tout moment eom- mander et contrôler la position moyenne de la torche et déterminer d'une façon précise l'amplitude de ses déplacenents par rapport à cette position moyenne. Il est nécessaire souvent de déterminer et de coxtrssler un temps d'arrst à chaque position extrême de la torche pour obtenir une bonne fusion des bords du joint,opération connue sous le nom de mouillage. De meme,il est nécessaire de contrôler et faire varier la vitesse du balayage. L'invention permet une progrannation de ces différents paramètres. Dans l'exemple de la figure 2,le Joint de soudure se présente d'une façon oblique par rapport à la trajectoire 4 du support de torche, laquelle trajectoire est dans ce cas rectiligne:il suffit alors de déterminer la trace de la position moyenne 5 de la torche par rapport à cette traJectoire.Dans le cas d'une opération de rebouchage par soudure d'une cavité de contour curviligne quelconque connu (figure 3),le support de torche décrit une trajectoire circulaire 4' par rapport à laquelle est déterminée la trace de la position moyenne 5' de la torche,les différentes ampli- tudes successives de ses déplacements au fur et à mesure de l'a vancement du support de torche étant repérées al,a2,a3,etc Dans l'exemple illustré en figure 4, pour une trace de la position moyenne 5" de la torche,le déplacement du support de torche s'effectue d'une façon rectiligne selon la trajectoire 41.Ainsi, quelle que soit la configuration de la soudure à réaliser, il suffit de faire effectuer au support de torche une trajectoire simple,soit rectiligne, soit circulaire au moyen des dispositifs mécaniques connus équipant -- les machines. de soudage et de programmer la position moyenne de la torche et les amplitudes de ses déplacements. Ainsi, en fonction des différents cas de soudure à exécuter, l'ensemble de commande numérique agissant sur la rotation de l'arbre du moteur pas à pas supportant directement ou indirectement la torche, doit comporter les systèmes de commande dits point par point, paraxial ou de contournage. Dans le cas particulier de réalisation de soudure selon une trajectoire rectiligne inclinée ou curviligne, l'ensemble de commande doit comporter un interpolateur linéaire ou circulaire. Les informations au dispositif directeur de commande numérique peuvent Entre données manuellement par un affichage digital au moyen de roues codeuses ou de boutons poussoirs : elles peuvent Entre données automatiquement par l'introduction de bandes perforées codées ou bandes magnétiques ou système photoélectrique avec lecture suivie d'exploitation, ou lecture anticipée avec mise en mémoire, lesquelles lectures peuvent s'effectuer au moyen d'un lecteur mécanique ou électronique ou pneumatique ou tous moyens de programmation connus. Lorsque la torche se déplace selon une vitesse programmée et qu'elle doit autre immobilisée à chaque position extr8me de balayage,son arrêt doit être provoqué avec le maximum de précision,laquelle est fonction du temps de la logique dlarr8t,du temps de réponse des éléments mécaniques et de la vitesse de la torche lorsqu'elle arrive au point d'arrOt.La décélération doit être la plus rapide possible::elle peut Outre ordonnée par un calculateur de ralentissement incorporé à ensemble de commande numérique.Cet équipement permet d'obtenir le temps d'arrêt nécessaire en fin de déplacement ou de rotation de la torche pour obtenir la fusion des bords du joint des pièces à assembler.Les temporisations d'arrêt sont ainsi programmables indépendamment chaque extrémité de la course de la torche. L'ensemble de commande numérique peut comporter un équipement de visualisation permettant l'affichage à distance des déplacements en grandeur et en signe de la torche dans lrexécution des soudures linéaires ou circulaires. On a représenté schématiquement sur la figure 5 le diagram me fonctionnel d'un dispositif de commande conforme à l'invention. La référence 10 désigne le moteur électrique de déplacement de la torche. Ce moteur est commandé par un bloc 11 de contrôle et d'alimentation du moteur sur lequel on pext agir soit manuellement en modifiant la position de roues codeuses ou de bouton-poussoirs symbolisés en 12, soit automatiquement par l'introduction de bandes perforées codées ou magnétiques comme symbolisé par le mot nprogramme" sur la figure 5. Le bloc ll est relié à un bloc 13 de contrôle de cycle sur lequel on peut agir par l'introduction d'un programme. Le bloc 13 est relié à un système d'affichage PS1 et PS de l'amplitude de balayage de la torche. Au bloc 13 est connecté un bloc 14 de logique et temporisa tion d'arr8t & a torche. Ce circuit 14 fait office de calculateur de ralentissement et peut être commandé par programme ou manuellement par les moyens symbolisés en 15. Les blocs 11, 13 et 14 sont également reliés à un bloc 16 de relayage divers alimenté par des informations externes en provenance de la torche par exemple. Enrin,les blocs 11, 13 et 14 sont relies à un bloc 17 d'alimentation stabilisée. L'invention peut Stre ut ée peur la réalisation de toute soudure bout à bout, rectiligne ou curvillgne.Une application peut être faite au chargement d'une cavité de surface quelconque. Une autre application peut être faite au balayage d'une soudure par un appareil tel qu'une sonde ou un détecteur pour un contrôle de qualité. -REVSNDICATIONS- 1. Procédé de soudage automatique permettant de réaliser le balayage d'un joint de deux pièces à souder,caractérisé en ce qu'il consiste à positionner à tout moment,par rapport à une tra jectoire linéaire ou circulaire du support de torche,la trajectoire du nez de torche selon une position moyenne par rapport aux bords du joint des pièces ou de la cavité à souder. 2.Dispositif adaptable à une toute de soudage automatique permettant de réaliser le balayage d'un Joint de deux pièces à souder, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens incorporés permettant à tout moment de positionner, par rapport à une trajectoire linéaire ou circulaire du support de torche, la trajectoire du nez de torche selon une position moyenne par rapport aux bords du joint des pièces ou de la cavité à souder. 3. Dispositif selon la revendication 2,caractérisé en ce que les déplacements de la torche sont produits par l'arbre d'un moteur pas à pas soit directement soit par l'intermédiaire d'un organe mécanique, lesquels déplacements peuvent s'effectuer soit par translation, soit par rotation autour d'un axe vertical,ou d'un axe horizontal. 4.Dispositif selon la revendication 3,caractérisé en ce que la rotation de l'arbre du moteur pas à pas est asservi à un ensemble de commande numérique permettant, à partir d'un programme, d'envoyer des instructions codées au moteur,de donner des ordres et d'en contrôler l'exécution. 5. Dispositif selon la revendication 4,caractérisé en ce que l'ensemble de commande numérique comporte un interpolateur li néaire ou circulaire selon que la trajectoire de la buse est rectiligne ou curviligne. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5,caractérisé en ce que les informations au dispositif directeur de commande numérique sont données manuellement par un affichage digital au moyen de roues codeuses ou de boutons poussoirs. 7.Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5,caractérisé en ce que les informations au dispositif directeur de commande numérique sont données automatiquement par l'introduction de bandes perforées codées ou de bandes magnétiques. 8.Dispositif selon l'une des revendications 4,5,6 ou 7, caractérisé en ce que 1'ensemble de commande numérique comporte un calculateur de ralentissement incorporé permettant d'obtenir une décélération rapide et un temps d'arrêt nécessaire en fin de dépla nt en translation ou en rotation de la torche pour réaliser la rusion des bords du Joint des pièces à assembler.