Brevet FR2422473A1 — publié le 19791109

La fabrication de pièces en acier de grandes dimensions con stituées de tôles épaisses, nervurées et soudées, pose des problèmes délicats, car elle doit simultanément garantir l'exécution de soudures de bonne qualité et rester économique. L'utilisation d'automates de soudage permet, dans certains cas, de réaliser de telles fabrications. Ces automates sont équipés de dispositifs de réglage des paramètres de soudage. Plus précisément, ces automates comprennent divers circuits de commande constitués chacun d'un organe de fixation d'une consigne de réglage d'un paramètre de soudage comme, par exemple, la vitesse de soudage, à savoir la vitesse d'avancement de la torche, le positionnement de la torche de façon qu'elle conserve un angle constant par rapport à la courbe décrite, la tension ou le courant de soudage, etc.Ils peuvent etre utilisés pour tous les procédés de soudage connus comme, par exemple, à électrodes de carbone, du type MIG ou MAG, à fil nu ou à fil fourré, pour le soudage sous poudre TTG, sous plasma, par bombardement électronique, par faisceau d'électrons, etc. Ils comprennent un dispositif d'asservissement de chaque paramètre de réglage qui mesure ce paramètre, compare le résultat de la mesure avec la valeur de la consigne correspondante, élabore s'il sy a lieu un signal de correction, fonction de l'écart entre les valeurs de consigne et mesurée, signal agissant sur l'automate dans un sens tendant à supprimer l'écart. L'utilisation de ces automates de soudage est relativement facile, par exemple lorsque les pièces en soudage peuvent être déplacées au fur et à mesure de l'avancement du cordon, l'automate restant alors fixe dans l'espace. C'est, par exemple, le cas des soudures bout à bout de deux viroles cylindriques, où il suffit, après avoir pointé ces viroles bout à bout, de les poser sur un vireur, de les faire tourner autour de leur axe de révolution à une vitesse choisie, le soudage se faisant automatiquement par l'appareil qui reste fixe. Ce procédé ne peut pas etre utilisé pour les pièces très grandes ou très lourdes, car il serait trop difficile de les mouvoir. Dans d'autres cas, l'automate de soudage peut être installé sur un chariot et déplacé le long de rails rectilignes ou autres pour déposer le cordon de soudure de proche en proche, et ceci souvent en plusieurs passages successifs. Par ailleurs, ces automates ont 11 avantage d'être utilisables pour le soudage dans différentes positions lors de l'exécution de cordons de soudure verticaux, au plafond, horizontaux, avec tôles verticales ou horizontales, sem-montantes, etc Mais leur utili satin est délicate lorsque la pente du cordon zhange en cours de travail, c'est le cas, par exemple, lors du soudage bout è bout de deux viroles cylindriques fixes.Le cordon de soudure décrit un cercle situé dans un plan vertical. te soudage se fait alors, que cela soit de l'intérieur ou de l'extérieur du cylindre, une rois au plafond, après en vertical montant, à plat, en vertical descendant, etc. Or, pour maintenir la qualité de la soudure, il faut à chaque changement dtinclinaison du cordon modifier les pa paramètres de l'automate de soudage. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à l'insuf- fiance des automates de soudage connus en leur adjoignant un élé ment de mesure supplémentaire agissant sur l'automate nour assurer la conservation de la bonne qualité de la soudure, mAme dans le cas où la position de soudage change en cours d'opération. Plus précisément, elle concerne une installation de soudage automati que de pièces métalliques fixes comprenant au moins un élément mécanique porteur d'une torche de soudage et la déplaçant ré gulièrement le long du cordon de soudure en exécution, la pente de l'axe longitudinal dudit cordon de soudure étant variable le long du cordon, la torche de soudage étant équipée d'au moins in dispositif de réglage automatique mesurant ull paramètre de soudage choisi parmi ceux qui concernent l'intensité du courant de sous dage, la vitesse de fusion du fil de soudage, la vitesse de déplacement de la torche de soudage, l'angle de soudage, à savoir l'angle entre l'axe de la torche et la tangente longitudinale au cordon de soudure au point en cours de soudage, cette mesure constituant un signal de réglage qui agit sur le dispositif de re- glane automatique rour maintenir ledit paramètre égal à une va- leur de consigne et assurer par là le maintien d'une soudure de conne qualité, caractérisée en ce que l'élément porteur de la torche de soudage comprend un organe sensible à l'inclinaison de la torche de soudage, organe élaborant un signal d'inclinaison de torche, signal agissant sur la valeur de consigne d'au moins un paramètre de soudage et modifiant cette valeur lorsque l'incl-- naison de la torche change, ce qui entrasse la modification correspondante du paramètre de soudage concerné, maintenant ainsi automatiquement la qualité d'exécution du cordon de soudure malgré un changement de pente dudit cordon. Le dessin annexé représente, à titre exemple, deux formes d'exécution de l'installation selon l'invention. La fig. 1 est une vue en perspective de la première forme d'exécution, représentant une installation permettant la soudure intérieure d'un cylindre de grand diamètre. La fig. 2 est une vue en élévation de la seconde forme d'exécution, représentant une installation permettant la soudure extérieure d'un cylindre de grand diamètre. la fig. 3 est une vue en bout de l'installation représentée à la fig.2. La fig. 4 représente un contacteur électrique de l'inclinaison de la torche de soudage. La fig. 5 représente un dispositif de mesure d'inclinaison réalisé par un pendule. Les éléments principaux de l'installation selon la fig. 1 sont la virole la cylindrique, de grand diamètre, posée sur le sol et placée au bout de la virole lb, ces deux viroles ayant été, après alignement et réglage, préalablement liées ltune à l'autre par des points de soudure déposés manuellement ou par tout autre procédé de liaison. Les viroles la et lb, constituées par une tôle roulée sur elle-même, comprennent une soudure 5 longitudinale refermant la tôle pour constituer un anneau fermé. L'opération en cause ici consiste en l'exécution du cordon de soudure D liant l'une à l'autre complètement, à travers toute leur épaisseur, les deux viroles la et lb. Suivant le cas, la construction peut comprendre une nervure 2 en forme d'anneau qu'il convient de souder en 4 à la virole la pour la raidir. C'est le cas notamment des cocues de sous-marin qui sont soumises à une forte pression extérieure, et où la surface extérieure doit Aetre lisse. Cette nervure placée à l'intérieur du cylindre doit être liée à la virole par une sou dure importante.Dans d'autres cas, par exemple pour l'exécution de blindages de galerie sous pression, les nervures doivent être placées à l'extérieur. Le dispositif selon l'invention peut autre utilisé pour l'exécution des cordons de soudure 3 de liaison bout à bout de deux tAcles et 4 de fixation d'une nervure intérieure ou extérieure. L'appareil selon l'invention comprend un support 6 porteur de l'ensemble des organes de soudage, support roulant par l'intermédiaire de bogies sur les rails 7 constituant une voie de roulement dont l'axe est parallèle à l'axe du cylindre de la virole. Le support 6 porte un bras 8 ici horizontal, dont l'axe coïncide avec celui de révolution du cylindre des viroles la, lb. Ce bras comprend à son extrémité de droite un contrepoids destiné à améliorer l'assise de l'installation sur ses bogies. A son extrémité de gauche 10, le bras horizontal 8 porte un dispositif de centrage Il constitué ici par une étoile à trois branches réglables. Lorsque le dispositif est en place, les trois branches prennent, après réglage, appui contre la surface intérieure du cylindre et assurent le centrage et le maintien en position de l'extrémité 10 du bras horizontal principal 8. D'autres dispositifs qu'une étoile à trois branches peuvent remplir les me mes fonctions. L'ensemble est disposé de telle façon que l'axe du bras horizontal principal 8 corresponde à celui du cylindre des viroles la, lb.Le bras horizontal 8, tenu à ses deux extrémités par le support 6 et l'étoile 11, porte au milieu un système tour nant 12 comprenant, dans le cas de la figure, deux bras diamétralement opposés, terminés chacun par une articulation 13. Deux avant-bras 14 fixes à celles-ci portent enfin chacun un automate de soudage 15 qui, à son tour, porte et commande une torche de soudage 16. Sur ce dessin, le dispositif comprend deux bras dia métralement opposés, mais il est évident qu'il aurait été possi- ble de réaliser la mAeme installation avec un seul bras, ou plus de deux, pour l'exécution des pièces de très grandes dimensions. De même, les deux avant-bras 14 sont dans ce schéma placés tous deux verticalement contre en haut. Ils ne sont donc pas symétriques par rapport à l'axe du bras horizontal 8, mais pourraient l'être sans inconvénient. Pour passer à l'exécution de l'opération de soudage, tout le dispositif supportant les automates de soudage est déplacé vers la gauche, entré dans les viroles en cours de soudage, et réglé puis bloqué de telle façon que l'extrémité de chaque torche de soudage 16 décrive une trajectoire correspondant au tracé du cordon de soudure à déposer. Lors de l'opération de soudage, le système 12 est mis en rotation autour de l'axe 8 par un dispositif moteur, non représenté à la figure. Il va de soi que l'installation comprend les différentes liaisons nécessaires permettant l'amenée de courant électrique, du gaz de protection, éventuellement l'aspiration des fu- mées de soudure, etc. Aucune de ces liaisons n'a été représentée à la figure, car elles sont bien connues. La mise en rotation en trapue le déplacement des bras radiaux 12, des avant-bras 14, des automates de soudage 15 et des torches 16 qui peuvent être mises en service, placées au droit du cordon de soudure à exécuter au'- elles parcourent sur toute sa longueur, elles déposent le cordon en autant de passes que nécessaire. Mais, lors de la rotation de cet ensemble, la torche de soudage est amenée à déposer le cordon de soudure une fois en vert- cal montant, ensuite au plafond, puis en vertical descendant, et enfin à plat. Or, la variation de la pente longitudinale du cordon de soudure exige des modifications concomitantes des divers paramètres de soudage. Pour assurer l'exécution d'une soudure de bonne qualité, 11 expérience montre qu'il convient de suivre les règles ci-dessous, données à titre d'exemple Diminuer l'intensité du courant de soudage en passant du soudage à plat au soudage au plafondS tandis que la distance entre la torche et la pièce reste constante.Par ailleurs, la tension de soudage reste constante, mais il convient d'augmenter la Vi- tesse de soudage en passant du soudage à plat au soudage au plafond. L'angle de soudage, à savoir l'angle aigu formé entre la torche et la tangente à l'axe longitudinal du cordon diminue en passant du soudage à plat au soudage vertical et augmente en passant du soudage vertical au soudage au plafond. Enfin, l'angle de la torche de soudage, a savoir l'angle formé par la torche et la perpendiculaire élevée à partir de la tôle au point en cours de soudage, reste constant pendant l'exécution d'une passe quelle que soit l'Inclinaison du cordon. Cet angle est toutefois changé entre deux passes consécutives. La mesure de la pente du cordon peut être effectuée sur deux organes différents. En effet, il est possible, cas de la fig. 1, de mesurer simplement l'inclinaison de la torche de soudage 16 elle-même ou de mesurer celle d'un organe p orteur de cette tor- che, bras 12, avant-bras 14, automate de soudage 15, à savoir une pièce z i n'est pas en contact direct ou indirect avec la virole e-t soudage, et cas des Pig. 2 et 3. de mesurer l'inclinaison du chariot porteur de la torche de soudage et roulant le long d'une voie portée par les pièces en cours de soudage, e qui revient à mesurer l'inclinaison du cordon. Les organe s des fig. 4 et 5 représentent deux moyens de mesure de l'inclinaison d'une torche de soudage ou du chariot porteur de cette dernière. Dans le premier cas, fig.4, le dispositif comprend un tore 24 exécuté en un matériau constituant un isolant électrique et resistant au mereure, par exemple le verre, sur lequel sont montées une dizaine d'électrodes 26 constituées par des éléments métalliques $traversant la paroi du tore sur son périmètre extérieur et soudées à lui. Ces électrodes sont également réparties le long de ce périmètre. Le dispositif comprend une goutte de mercure 25 placée dans le tore.Le vorume de cette goutte est choisi de telle façon qu'au moins deuo-3 voire trois électre- des consécntives sont en permanence eourt-ereuitées électrique- ment par le mercure quelle que soit l'inclinaison du tore. Ce dernier, dont 'encombrement est faible, est fixé à la torehe de soudage ou à 'un de ses organes porteurs. La goutte de mercure occupe toujours la zone la plus basse du tore. Ce tore tourne avec la torche lors d'une rotation de l'équipement mobile de la fig. 1 autour de l'axe 8. En ce faisant, la goutte de mercure tourne salement autour du tore et court-circuite de proche en proche d'autres électrodes, réalisant ainsi un signal électrique d'inclinaison de la torche. Ce signal intervient dans l'automate de soudage et modifie chaque paramètre individuellement, de telle façon que sa nouvelle valeur corresponde G celle permettant l'exécution d un cordon de soudure de bonne qualité, compte tenu de l'inclinaison réelle de la torche de soudage. L'automate de soudage comprend, comme déjà dit, pour chacun de ses paramètres, une boucle de réglage fermée, constituée par un élément de consigne fixant la valeur désirée dudit paramètre et un organe de réglage agissant selon des systèmes bien connus, de telle façon que la valeur du paramètre reste toujours égale à la valeur de consigne. Le dispositif selon l'invention agit sur chaque consigne des paramètres de soudage et la modifie en fonction de l'inclinaison de la torche pour l'adapter de proche en proche. L'organe de mesure selon la fig.4 a une action discontinue fournissant dix signaux pour un tour complet de torche de soudage sur ellemAeme. Il aurait été possible d'augmenter le nombre d'électrodes et d'améliorer la sensibilité de l'appareil, ou de la réduire suivant le cas. D'autres systèmes peuvent être utilisés pour cette mesure et notamment des systèmes à action continue. La fig. 5 montre, à titre d'exemple, une réalisation possible d'un tel système. L'axe27 parallèle à celui de l'avant-bras 14 décrit un tour sur lui-même. Cet avant-bras 14 comprend un pendule 28 attaché par l'intermédiaire d'une articulation 29 et un dispositif de mesure de l'angle On du pendule 28 par rapport à l'axe 27. Lors d'une opération de soudage, le pendule reste dirigé verticalement contre le bas, tandis que l'axe 27 décrit une rotation sur lui-même. L'angle OC varie donc de O à 2 T . L'installation comprend en outre, non représenté au dessin, un dispositif de mesure d'angle réalisé sous des formes bien connues par exemple, agissant par voie électrique comme un potentiomètre ou un système à réluctance électrique variable. Ces transducteurs électriques transforment le signal d'inclinaison en une grandeur électrique qui est amplifiée, adaptée pour intervenir comme précédemment et modifier la valeur d'une consigne de réglage d'un paramètre de soudage.Dans ce cas, l'action du dispositif de mesure d'inclinaison peut être continue et progressive. Il va de soi que l'élément de mesure selon la fig.4 ou 5 peut être monté dans les bras radiaux 12, les avant-bras 14 même dans la torche de soudage de la fiv. 1 dont l'installation permet l'exécution de cordons de soudure déposés à l'intérieur de la surface cylindrique. Les fig.2 et 3 par contre montrent l'exécu- tion du cordon de soudure déposé à l'extérieur de cette surface La virole 1 porte deux rails 17 constituant une voie de guidage du chariot, voie fixée par l'intermédiaire de fixations 18.Le chariot porte-automate 19 roule, par l'intermédiaire de galets St, sur cette voie qui est disposée de talle manière que la torel soudage 16, portée par le chariot 19 parcourt, lorsque le chariot avance le long de la voie, un chemin correspondant sur toute sa longueur au cordon de soudure à déposer. Dans le cas de la figu- re, le chariot est pendu à un câble 21 et est en outre attaché à un cable de retenue 22. Un dispositif mécanique, non représenté au dessin, agit sur les deux extrémités de câbles 21 et 22 qui peuvent être les deux extrémités d'un même câble, de manière à déplacer progressivement à vitesse régulière le chariot 19 tout le long du cordon de ssu- dure 3. Le fonctionnement de l'installation est le même que pre- cédemment, le chariot 19 comprend un élément de mesure de son in- clinaison, ce qui revient à mesurer la pente du cordon de soudure, élément exécuté, par exemple, selon la fig. 4 ou 5 qui agit sur l'automate de soudage et sur la torche. Dans la description ci-dessus, il a été fait mention de pièces cylindriques, donc de révolution. Or, si l'installation se or la fig. 1 ne peut Aetre utilisée que sur des pièces de révolution, ecniques ou autres, celle selon les fiv. 2 et 3 peut être ut lisée sur n'importe quelle pièce, qu'elle soit de révolution ou non, et être placée contre les surfaces extérieure et intérieure des piè- ces. Les fig.2 et 3 font état d'une voie de guidage avec rails constitués par des pièces spéciales qui peuvent être dans certains cas supprirês, le chariot roulant directement sur les tôles a souder et etant guidé latéralement par des éléments rapportés Le chariot, au lieu de rouler, peut être exécuté sous la forme d'une luge et glisser sur la pièce à souder. Revendications 1. Installation de soudage automatique de pièces métalliques fixes comprenant au moins un élément mécanique porteur d'une torche de soudage et la déplaçant régulièrement le long du cordon de sou- dure en exécution, la pente de l'axe longitudinal dudit cordon de soudure étant variable le long du cordons la torche de soudage étant équipée d'au moins un dispositif de réglage automatique mesurant un paramètre de soudage choisi parmi ceux qui concernent l'intensité du courant de soudage, la vitesse de fusion du fil de soudage, la vitesse de déplacement de la torche de soudage, l'angle de soudage, à savoir l'angle entre l'axe de la torche et la tangente longitudinale au cordon de soudure au point en cours de soudage, cette mesure constituant un signal de réglage qui agit sur le dispositif de réglage automatique pour maintenir ledit paramètre égal à une valeur de consigne et assurer par là le maintien d'une soudure de bonne qualité, caractérisée en ce que l'élément porteur de la torche de soudage comprend un organe sensible à l'inclinaison de la torche de soudage, organe élaborant un signal d'inclinaison de torche, signal agissant sur la valeur de consigne d'au moins un paramètre de soudage et modifiant cette valeur lorsque l'inclinaison de la torche change, ce qui entraîne la modification correspondante du paramètre de soudage concerné, maintenant ainsi automatiquement la qualité d' exécution du cordon de soudure malgré un changement de pente dudit cordon. 2. Installation de soudage automatique de pièces métalliques fi xes comprenant au moins un élément mécanique porteur d'une torche de soudage et la déplaçant régulièrement le long du cordon de soudure en exécution, la pente de l'axe longitudinal dudit cordon de soudure étant variable le long du coro, la torche de soudage étant équipée d'au moins un dispositif de réglage automatique me surait um paramètre de soudage choisi parmi ceux qui concernent l'intensité du courant de soudage, la vitesse de déplacement de la torche de soudage, l'angle de soudage à savoir l'angle entre 11a- xe de la torche et la tangente longitudinale au cordon de soudure au point en cours de soudage, cette mesure constituant un signal de réglage qui agit sur le dispositif de réglage automatique pour maintenir ledit paramètre égal à une valeur de consigne et assurer par là le maintien d'une soudure de bonne qualité, caractéri- sée en ce que l'installation de soudage comprend un organe qui mesure la pente du cordon de soudure au droIt de la position occupée par la torche de soudage et élabore un sigi-l de pente du cordon de soudure3 signal agissant sur la valeur de consigne d'au moins un paramètre de soudage et modifiant cette valeur lorsque la pente du cordon de soudure change, ce qui entraîne la modifi- cation correspondante du paramètre de soudage concerné, mainte- nant ainsi automatiquement la qualité d'executicn du cordon de soudure, malgré un changement de pente dudit cordon. 3. Installation selon les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les pièces en cours de soudure sont de révolution au tout d'un axe non vertical, l'installation comprenant au moins une torche de soudage portée par un bras tournant autour d'un axe correspondant à celui de révolution de la pièce. 4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs bras tournants, porteurs de torches de soudage, travaillant an parallèle chacune selon ses paramètres de soudage correspondant à son inclinaison 5. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au moins une torche de soudage est pote par un chariot guidé par une voie disposée de manière que la torche de soudage décrive tout le cordon de soudure, l'installation comprenant les el&num;ments assurant l'avancement du chariot le long de la voie. 6. Instaîlaticn selon la revendication 5 caractérisée an ou elle comprend plusieurs chariots circulant l'un derrière 'autre le long d'une même voie de guidage, cu le long de voies de guidage différentes, ces chariots étant porteurs de plusieurs torches ce soudage travaillant en parallèle chacune selon les paramètres correspondant à son inclinaison, respectivement à la pente du cordon. 7. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au moins un effet de la variation d'inclinaison de la tor- che de soudage, rasnectivement de la pente du cordon, est discontinu, son action se faisant par paliers. 8. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au moins un effet de la variation d'inclinaison de la torche de soudage, respectivement de la pente du cordon, est continu.