Brevet FR2344370A1 — publié le 19771014

La présente invention concerne un dispositif destiné au réglage de procédés de soudage par mesure de la température, en particulier pour appareils de soudage à électrode non fusible. Ce système simplifie considérablement les procédés de soudage connus jusqu'ici, à commande programmée, souvent très compliqués au point de vue de la technique du réglage. Dans la demande de brevet allemand publiée après examen sous le n0 15 15 284, on décrit un montage -compliqué pour réglage photo-électrique de la longueur de l'arc dans les soudeuses, dans lequel l'intensité de l'arc est mesurée directement au moyen de plusieurs fibres de verre ou de quartz réunies en un faisceau. Dans ce cas, il est prévu trois diodes photo-électriques différentes destinées respectivement à capter les fractions de rayonnement visible, de rayonnement infrarouge et de rayonnement ultra-violet de 11 arc électrique. Mais en fait, ce n'est pas tellement la température de l'arc, mais plut8t la température de la pièce à l'endroit du soudage qui importe pour le réglage de la soudeuse.De plus, ces appareils de mesure, exposés directement à l'arc électrique, risquent toujours d'étire endommagés ou de s'encrasser et, par conséquent, de ne pas fournir une mesure exacte. Dans la demande de brevet allemand publiée avant examen sous le n0 19 00 509, on décrit un procédé de soudage à l'arc unilatéral selon lequel, sur le c8té de la pièce opposé au chalumeau, il est prévu un rail ou barre bon conducteur de la chaleur, dont la température est mesurée et utilisée pour le réglage de diffétentes conditions de soudage, ces conditions de soudage étant, selon les termes de cette publication, le courant de soudage, la tension, la vitesse de soudage et la position de meme que le sens d'avancement de l'électrode.Le rail dont l'emploi est proposé empoche bien le contact direct des thermocouples avec l'arc électrique de soudage, mais il peut lui aussi s'encrasser et perdre de son uniformité, et la mesure de la température sur la pièce dé- pend cependant très fortement de la surface de ce rail et, par conséquent, de la transmission de chaleur entre la pièce et lui, La façon de régler les conditions de soudage énumérées n'est pas décrite dans le détail. Dans l'exposé intitulé MMechanisiertes Schweissen von ÀluminiumrohrenU (soudage mécanisé de tubes d'aluminium) deutscher Verband;#Ur Schweisstechnik li)71, Yol, 22, pages 113 à 123, Iversen et Schellong indiquent comment on effectue automatiquement un grand nombre de soudures du même genre dans un cas d'application tout à fait particulier, qui est le soudage de tubes d'aluminium à paroi très mince. Dans cet exposé, il est dit en substance ceci s Le bilan énergétique constant exige, en particulier dans le cas du soudage au chalumeau tournant, la modification du courant de soudage et/ou de la vitesse de soudage en fonction de la position de soudage et du préchauffage d'avance.Le problème est résolu par la mise au point d'une commande par impulsions programmées selon laquelle la périphérie du tube est divisée, indépendamment du diamètre du tube, en petites parties quelconques qui permettent chacune une modification des données de soudage, etc., les températures sont mesurées au moyen d'un thermocouple, sur la face interne du tube, pour une position de mesure constante, en amont du chalumeau, Cette commande programmée proposée exige, au point de vue de la technique du réglage, une dépense considérable, qui n'est intéressante que s'i} s'agit d'effectuer un très grand nombre de soudures de même genre0 Meme s'il ne s'agit que de conditions de soudage légèrement différentes et si, par conséquent, il y a par exemple des épaisseurs de pièces différentes au voisinage de la soudure, qui provoquent un dégagement de chaleur irrégulier, cette commande programmée ne convient pas. L'invention a par conséquent pour Objet de réaliser pour le réglage de procédés de soudage par mesure de la température de la pièce, sans aucune commande programmée, un dispositif simple au point de vue de la technique du réglage , dun montage rapide et d'un fonctionnement str, qui réponde rapidement lors du soudage. À cet effet, suivant l'invention, il est proposé de prévoir, sur le côté de la pièce opposé au chalumeau et à distance de celle-ci, au moins une photodiode qui se trouve à l'exté- rieur du plan de l'intervalle de soudage et dont la tension réciproque est utilisée directement pour le réglage du courant de soudage. Il est supposé dans ce cas que le courant de soudage n'est réglable que dans des limites maisornables au point de vue technique, c'est-à-dire entre une valeur minimum et une valeur maximum réglables. Toutes les autres données de soudage, telles que, par exemple, le courant gazeux et la vitesse de soudage, sont, dans les conditions normales, maintenues constantes dans des limites raisonnables au point de vue technique.En disposant, comme il est proposé, les photodiodes à l'extérieur du plan de l'intervalle de soudage, on évite que l'arc électrique puisse influencer directement les photodiodes par l'intervalle qui existe pratiquement toujours entre les pièces à souder, Grâce à la mesure de la température sur le côté de la pièce opposé au chalumeau, ce n'est pas la température de l'arc électrique, mais la température de la pièce à souder qui est utilisée pour le réglage, Par l'emploi de cellules photoélectriques, par rapport aux thermocouples connus, on peut mesurer sans contact et sans retard, et on évite ainsi le contact direct entre les appareils de mesure sensibles et la surface de la pièce.Indépendamment du fait que le chalumeau et les photodiodes soient fixes et que la pièce, par exemple un tube, soit déplacée par rotation devant le chalumeau, ou que la pièce soit fixe et que le chalumeau, avec les photodiodes en regards soit déplacé, le moteur assurant le déplacement relatif entre le chalumeau et la pièce n'est mis en circuit que si une photodiode indique que la pièce présente une température suffisante. De cette manière, la soudure est, dès le début, effectuée à une intensité de courant correcte. Suivant une autre particularité de l'invention, il est proposé de prévoir une chaSne de plusieurs photodiodes montées en parallèle qui soient toutes disposées à peu près à la même distance de la soudure0 Grâce à la prévision de plusieurs photodiodes montées en parallèle, seule la température maximum de la pièce est chaque fois mesurée. Ainsi, la mesure a pratiquement toujours lieu à~ltendroit où se trouve le chalumeau, si bien que l'on peut renoncer à l'emploi de mécanismes compliqués pour coordonner les mouvements du chalumeau et de l'appareil de mesure. En conformité d'une propriété que présentent les photodiodes proposées ici, la tension maximum cédée en commun par toutes les photodiodes montées en parallèle n'est jamais influencée que par la photodiode qui mesure la température maximum. les photodiodes voisines, qui ne cèdent au'une moindre tension, de même que les autres photodiodes, qui ne sont pas du tout sollicitées, ne modifient ni-positivement, ni négativement la tension cédée. Si toutes les photodiodes se trouvent à peu près à la même distance de la soudure, il est str qu'elles mesurent toutes dans les mêmes conditions. Théoriquement, la tension de mesure varie évidemment Si le chalumeau se trouve exactement entre deux photodiodes.Hais cette influence peut être négligée si les photodiodes voisines se trouvent à distance suffisamment faible ltune de l'autre. Suivant une autre particularité de l'invention, il est propos de prévoir la chaîne de photodiodes sur la face interne de boîtiers en U. Ces boStiers en U sont pressés sur le c8té de la pièce opposé au chalumeau au moyen de dispositifs de serrage de type connu. D'une part, ils protègent les cellules photo-électriques de l'endommagement et d'un rayonnement lumineux ou thermique indésirable de l'extérieur et, d'autre part, ils assurent une distance toujours constante entre les cellules photo-électriques et la soudure, et ils évitent que, de façon incontrôlable, le rayonnemenr thermique de la soudure soit transmis aux environs. Il va de soi que ces bottiers peuvent en même temps servir à guider un gaz de protection. Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, il est proposé que plusieurs de ces bottiers soient reliés de façon flexible, De cette façon, dans le cas de pièces non planes ou incurvées, les photodiodes se trouvent toujours à une distance à peu près constante de la soudure. Si deux tubes de même axe longitudinal doivent etre soudés ensemble de l'intérieur, il est avantageux de prévoir la channe de photodiodes sur la face interne de deux ou plusieurs bottiers incurvés en arc de cercle qui sont reliés entre eux de façon flexible et maintenus autour des deux tubes à souder ensemble, au moyen d'un dispositif de serrage de type connu. Suivant une forme de réalisation particulière encore de 11 invention, pour le soudage par rapprochement ou en bout de tubes au voisinage d'un fond ou d'une plaque, comme cela se présente par exemple dans le cas d'échangeurs de chaleur, il est proposé de prévoir la chaîne de photodiodes sur la face interne d'un cône creux formé de plusieurs secteurs, ces secteurs étant reliés entre eux de façon flexible;Ce dispositif, qui doit d'ailleurs titre fabriqué différemment pour chaque diamètre de tube et pour chaque distance entre soudure et fond tubulaire, est particulièrement avantageux Si la distance entre les tubes voisins est faible0 La présente invention s'applique en particulier au soudage d'aciers austénitiques et de l# aluminium0?ar rapport aux commandes programmées connues, le réglage entraxe une dépense sensiblement moindre au point de vue technique. La vitesse de soudage et le courant gazeux sont maintenus constants et seul, le courant de soudage est réglé.Etant donné le réglage précis et répondant rapidement, on peut augmenter la vitesse de soudage habituelle d'environ 20 %, de plus, il ne faut qu'une moindre préparation des soudures, puisque les différences d'épaisseur de paroi sont compensées par le réglage ; il ne faut non plus aucun usinage complémentaire de la soudure, puisque la soudure apparait moins faible. Les figures 1 à 5 du dessin annexé illustrent des exemples de réalisation de l'invention. La figure 1 illustre le soudage par rapprochement ou en bout de deux tales horizontales planes le long de la face supérieure desquelles se déplace un chalumeau de soudage à électrode non fusible et sur la face# inférieure desquelles il est prévu un rail en U contenant une chaîne de plusieurs photodiodes montées en parallèle0 La figure 2 illustre dans une coupe longitudinale verticale, l'assemblage par soudage de deux tubes rapprochés bout à bout sur la face interne desquels tourne le chalumeau de soudage, les photodiodes se trouvant dans un bottier externe formé de plusieurs segments en arc de cercle assemblés de façon flexible. La figure 3 est une vue en coupe horizontale suivant À-A de la figure 2 La figure 4 est une vue en coupe longitudinale verticale d'une plaque tubulaire horizontale sur la face inférieure de laquelle un tube doit titre soudé. La figure 5 est une vue en coupe horizontale suivant B-B de la figure 4 Comme l'indique la figure 1, l'électrode 1 est guidée en ligne droite et parallèlement à l'intervalle de soudage 2, au-dessus des deux tales aboutées 3 et 4. En dessous de ces deux t81es, il est prévu un rail en U 5 qui, sur sa face inférieure interne, mais en dessous du plan de l'intervalle de soudage, contient une série de photodiodes 6, montées en parallèle, qui sont reliées par deux câbles 7 et 8 et qui sont dirigées vers le cordon de soudure.Ces photodiodes sont prévues à dessein en dehors du plan de l'intervalle de soudage, afin de notre en aucun cas influencées par l'arc électrique0 Elles doivent répondre à la température de paroi des pièces au voisinage immédiat de la soudure , et ce, à peu près uniformément à l'intérieur d'un cône d'un angle de conicité d'environ 1000. De ce fait, il est str que le courant de soudage ne variera pas, le chalumeau occupant une position exactement centrale entre deux photodiodes. les figures 2 et 3 représentent l'électrode horizontale 1 fixée à un montant vertical tournant 20, qui est centré au moyen d'un dispositif de retenue approprié 21, monté sur le tube 22, et qui est animé d'un mouvement uniforme par une unité de commande 23. le tube 22 et le tube 24 à souder au tube 22 sont, dans la zone de soudage, entourés d'un bottier 26, qui est formé de plusieurs segments 25 et qui est à son tour entouré d'un collier 27, serré par une pince 28. A l'intérieur du bot- tier 26, il est prévu une série de photodiodes 6, qui sont reliées par deux cibles 7 et 8 et qui, comme dans le cas illustré sur la figure 1, se trouvent à l'extérieur du plan de l'intervalle de soudage 29. Sous une forme très simplifiée, on a indiqué comment la tension des photodiodes 6 agit sur la source de courant 32 par l'intermédiaire d'un appareil de réglage de la valeur réelle 30 et d'un amplificateur réglable 31.Le courant est amené de façon classique de cette source de courant à l'électrode 1. Dans le cas illustré sur les figures 4 et 5, l'élec- trode 1 est montée tournante comme sur les figures 2 et 3 . De mime, le montage des photodiodes 6 par rapport à l'amplificateur 31 et à la source de courant 32 est identique au montage représenté sur les figures 2 et 3 . Comme dans le cas illustré sur la figure 4, il s'agit de souder un tube 40 à un fond 41, les photodiodes sont prévues sur la face interne d'un cône creux formé de plusieurs secteurs 42 , de forme particulière0 Ces secteurs sont maintenus assembles par un collier flexible 43, au moyen d'un dispositif de servage 28. Ci-après est donné un exemple de réalisation qui a été expérimenté, mais qui ne répond pas encore aux conditions op timales.0n a soudé de l'intérieur deux tubes d'acier austénitique en alignement, de 100 mm de diamètre et de 2 mm d1apais- seur de paroi en position horizontale, en les faisant tourner. le courant de soudage pulsé était réglable de 20 à 60 A , la tension de soudage pulsée était de 12 à 16 V, et la vitesse relatif entre 11 électrode et la pièce était d'environ 400 mr# min, R#VENDIC#TI0NS 1. Dispositif de réglage de procédés de soudage, en particulier pour appareils de soudage électriques à électrode non fusible, par mesure de la température sur le coté de la pièce opposé au chalumeau, caractérisé en ce que sur le côté de la pièce opposé au chalumeau et à distance de celle-ci, il est prévu une chaîne de plusieurs photodiodes montées en parallèle qui se trouvent à l'extérieur du plan de l'intervalle de soudage, qui sont toutes disposées à peu près à la m#me distance de la soudure et dont la tension réciproque est utilisée directement pour le réglage du courant de soudage. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chaîne de photodiodes est prévue sur la face interne de boîtiers en U 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que plusieurs des bottiers précités sont reliés entre eux de façon flexible. 4. Dispositif suivant la revendication 1 , pour l'exécution de soudures par rapprochement ou en bout de tubes au voisinage d'un fond tubulaire, caractérisé en ce que la channe de photodiodes est prévue sur la face interne d'un ctne creux formé de plusieurs secteurs qui sont reliés par un collier flexible.