Brevet FR2473378A1 — publié le 19810717

La présente invention concerne un procédé de régulation du temps de soudage dans le cas du soudage par points par résistance. Lors de l'application industrielle du soudage par points par résistance, il est souvent nécessaire d'obtenir une qualité élevée uniforme des soudures par points, même dans le cas o les facteurs d'entrée, qui influencent le processus de soudage et la qualité des liaisons réalisées, comme par exemple la tension du secteur, la propreté des surfaces et la forme des parties à souder, l'état et le degré d'usure des électrodes de soudage, la pression d'air dans le système pneumatique, etc., varient et fluctuent d'une soudure & l'autre. Ce problème est d'autant plus important que le produit fabriqué présente des exigences sévères et que la charge des différentes soudures durant l'exploitation est plus élevée. Le procédé actuel le plus courant en vue de la régulation du processus de soudage par points par résistance se contente ainsi de maintenir à une valeur constante les grandeurs principales commandant le processus de soudage, le courant de soudage, sa durée c'est-à-dire le temps de soudage et la pression appliquée. Une telle pratique ne convient pas à la suppression de la plupart des influences perturba- trices extérieures. La conséquence en est que les soudures par points réalisées ne possèdent pas tou- jours des propriétés uniformes et convenables. Cet état conduit a la méfiance des constructeurs, à un surdimensionnement inutile et coteux du nombre des points de soudure a un multiple du nombre effectivement nécessaire en ce qui concerne la charge en fonctionne- ment du produit fabriqué. -2- D Il est connu que la suppression d'une partie importante des inconvénients précités est possible par la régulation de la durée du courant de soudage, c'est-à-dire par la régulation du temps de soudage à partir de signaux qui sont tirés-du processus de soudage lui-même. On connaît un procédé qui interrompt le courant de soudage à l'instant ou la dilatation thermique de la soudure atteint son maximum, ou se trouve près de celui-ci. Il est ainsi assuré que les dimensions du point de soudure demeurent à proximité d'un optimum, qui résulte des conditions géométriques matérielles et énergétiques données. L'inconvérient de ce procédé réside cependant dans le fait qu'une grandeur mécanique, la grandeur de la dilatation thermique, est mesurée. Celle-ci doit être transfor- mée par un autre traitement en un signal électrique. Ceci nécessite un transducteur de mesure approprié, qui d'une part est coûteux et dont l'installation sur la machine de soudage présente d'autre part des difficultés d'ordre technique et d'exploitation. Ce procédé ne convient pas en outre pour des machines à faible résistance mécanique, dans un état d'usure ou médiocre et pour des machines à guidage imprécis. Il est en outre inapproprié pour des pinces à électrodes de soudage suspendues. On connaît en outre des procédés de régula- tion du temps de soudage à partir de la résistance entre les électrodes durant le soudage, qui mesurent uniquement des grandeurs électriques et n'exigent ainsi aucun transducteur de mesure. Un de ces procédés consiste dans le fait que la valeur maximale de l'allure de résistance est mise en mémoire, qui caractérise le début de l'étape caractéristique de la formation de la liaison par soudage et correspond -3- a peu près au début de fusion du point de soudure. Un pourcentage déterminé de cette valeur maximale est calculé, qui est compris entre 5 et environ 45 %. Le courant de soudage est alors coupé, lorsque la résis- tance diminue après son maximum d'une valeur préala- blement réglée dans la plage précitée de 5 à 45 % de la valeur maximale. L'inconvénient de ce procédé réside dans le fait qu'en raison de la mesure de valeurs de résistance absolues, un pourcentage déter- miné doit toujours être choisi, qui possède des valeurs différentes pour différentes situations technologiques, qui doivent être réglées. Lorsqu'ainsi la partie à souder contient différentes combinaisons de matériaux, épaisseurs et nombre de couches de tôle, le dispositif doit toujours être à nouveau réglé. Un autre procédé connu de régulation du temps de soudage, à partir de la résistance entre les élec- trodes, détecte l'instant tMax auquel la résistance atteint sa valeur maximum Rmax et interrompt le courant de soudage à l'instant t, donné par l'équation t = A + B.tmax L'inconvénient de ce procédé est le même que dans le cas précédent, du fait qu'en raison de la situation technologique concrète, les grandeurs A et B varient. Le dispositif exige un réglage à chaque modification. Un autre inconvénient est que le dispositif ne réagit pas à la projection de métal fondu, qui est provoquée par une surchauffe ou une chute de pression et n'interrompt pas le courant de soudage lors de la projection. Les inconvénients précités sont évités dans une mesure importante par l'invention. La base du procédé de régulation du temps de soudage dans le cas du soudage par points par résistance réside dans le -4.- fait que la résistance R entre les électrodes de sondage est mesurée entre l'instant tMax o la résistance atteint sa valeur maximale locale Rmax et l'instant t ou l'ingé- grale: t (Rmax - R) dt max atteint une valeur préalablement choisie. Lors de l'atteinte de cette valeur, le courant de soudage s'in- terrompt. Le procédé selon l'invention de régulation du temps de soudage dans le cas du soudage par points par résistance est mis en-oeuvre grâce à un dispositif selon l'invention, dont la source de l'allure-de résis- tance entre les électrodes est reliée à un commutateur dont la première sortie est reliée à l'entrée de l'ac- cumulateur pour la valeur maximale de la résistance. La sortie de l'accumulateur est reliée à l'entrée pour la condition initiale de l'intégrateur et simultanément à l'entrée du circuit de tension de comparaison, qui possède une entrée réglable. La sortie du circuit de tension de comparaison est reliée à l'entrée de la grandeur de guidage du comparateur. En outre, la source de l'allure de résistance entre les électrodes est reliée au détecteur de valeur maximale, dont la sortie est reliée à l'entrée de commande du commutateur et à l'entrée de mise à zéro de l'intégrateur. La seconde - sortie du commutateur est reliée à l'entrée de signal de l'intégrateur, dont la sortie est appliquée à l'entr(e de signal du comparateur, qui se trouve en liaison par sa sortie avec le processus de soudage. Comme on l'a constaté, l'intégrale t /( processus du soudage par points par résistance, c'est- à-dire une grandeur qui ne varie pas et demeure cons- tante dans des processus physiques analogues, même lorsque ses grandeurs d'entrée varient et constituent ainsi un critère pour l'analogie des processus. L'uti- lisation d'un tel critère d'analogie en vue de la régulation du temps de soudage assure des avantages importants, avant tout du fait que le dispositif est autorégulé dans une large mesure. Ceci signifie concré- tement les propriétés favorables suivantes du dispositif de lYnvention: Pour un seul et mime réglage de l'intégrale de résistance, il est possible de souder des tôles d'épaisseur différentes, aucune sensibilité excessive par rapport aux épaisseurs de tôles choisies ne se mani- festant. En outre, il est possible de souder des com- binaisons d'épaisseurs différentes et un nombre variable de couches de tôle. La régulation adapte le temps de soudage de sorte qu'il est possible de souder également des tôles et des pièces embouties, qui s'adaptent localement de façon médiocre les unes aux autres. Dans une mesure utilisable pratiquement déterminée, également l'effet indésirable du court- circuit parallèle du courant de soudage, par exemple par l'intermédiaire de points de soudage voisins, ainsi que l'effet indésirable des variations provoquées par l'usure du diamètre des surfaces d'application des électrodes est compensé. -6-: Il est possible de compenser automatiquement l'influence de surfaces souillées des surfaces à souder. Le dispositif peut être utilisé sans modifica- tion de réglage également pour le soudage de tôles traitées superficiellement (par exemple galvanisées). En outre, dans ce cas un nombre accru de 25 % de points de soudure a été réalisé, jusqu'à ce qu'un usinage des électrodes ait été rendu nécessaire. En raison du fait que lors de la projection de métal fondu de la soudure, la résistance entre les électrodes s'abaisse brusquement, l'intégrale de résis- tance croit fortement et la régulation 11otq tôt un tel processus. Ainsi, également l'étendue de la pro- jection, qui est en général indésirable en pratique, est réduite. Ceci est particulièrement avantageux dans le cas du soudage de petites bordures et à proximité du bord de la tôle, o le risque de projection croit fortement. La réalisation de l'invention est représentée sur les dessins annexés. La Figure 1 représente l'allure typique de la résistance de soudage et son partage en différentes zones, qui correspondent aux différents stades de la for- mation de la soudure; 25. La Figure 2 représente l'allure de la résis- tance de soudage lors de la projection; La Figure 3 explique le concept de l'intégra- le de la surface complémentaire et de- l'intégrale de résistance; 30. La Figure 4 représente la variante d'une allure de courant programmée non constante; La Figure 5 représente la variante d'une allure de courant régulée; La Figure 6 représente le schéma synoptique du dispositif de l'invention. -7- L'allure typique de la résistance de soudage R lors du soudage de tôles d'acier à faible teneur en carbone est par exemple appliquée à la réalisation de l'invention. La résistance R est le résultat de rêsis- tances de transition R, qui disparaissent durant la transition de courant au temps t et de la résistance du matériau R. Durant le déroulement temporel de l'allure de la résistance R, on distingue trois zones qui sont caractéristiques pour la soudure par points par résistance. La première zone est celle de la disparition des résistances de transition et dure depuis le début -de la transition du courant de soudage jusqu'à l'ins- tant tMin, o se trouve le minimum local Rmin de la courbe de résistance R. Dans cet intervalle de temps relativement court (dans le cas typique du soudage de tôles minces d'une épaisseur d'environ 1 mm, il s'élève a environ 0,04 s), les résistances de transition disparaissent entre les surfaces en contact mutuel des électrodes de soudage et du matériau à souder et il s'établit une sorte de standardisation des conditions de résistance. La seconde zone est celle de l'échauffement et se trouve dans l'intervalle entre les temps tmin et tL.L, o se trouve le maximum local de résistance R sur la courbe de résistance R. Dans cette période de temps, les matériaux à souder s'échauffent jusqu'à for- mation d'un premier stade, o le matériau à souder commence à fondre et ainsi la liaison par soudage com- mence. La troisième zone est celle de la croissance du point de soudure et se trouve dans l'intervalle entre l'instant tmax et la fin de la transition de courant tZ et est désignée par temps de soudage. Dans cet __ -8intervalle, la liaison par soudure croit depuis la première apparition de la fusion -jusqu'à la formation complète du point de soudure. Il a été constaté que ces formations, qui déterminent de façon prépondérante la qualité de la liaison par soudure sur un matériau à soudabilité satisfaisante, dépendent entre autres avant tout de l'énergie qui a été fournie à la liaison dans la zone de croissance du point de soudure, C'est-à-dire depuis le début de la fusion jusqu'à la fin du processus. En raison du fait qu'on soude dans cette zone presque sans exception avec une valeur constante du courant de soudage I, cette énergie est donnée par l'expression Ptz A111 RI2dt max- et dépend dans une large mesure de l'intégrale tz Rdt max Cette intégrale peut être utilisée comme mesure de la croissance du point de soudure et ainsi pour la régulation du temps de soudage. Il est connu-que dans quelques cas pratiques de soudage, par exemple lors de la fabrication de carrosseries, par suite d'un apport excessif d'énergie, mais également pour d'autres raisons, une projection de métal fondu lors de la soudure se produit. Cet effet est en général indésirable, car le point de soudure s'appauvrit en métal fondu, des traces pro- fondes subsistent sur la surface, la qualité de la -9- liaison diminue, la projection de métal fondu rend le maniement difficile, souille le matériau de soudage, la machine et l'environnement. Dans le cas o une projection se produit ou immédiatement après, il est nécessaire d'interrompre le processus de soudage, car sa poursuite n'a pratiquement plus aucun sens. Il est en outre connu qu'une telle projec- tion se répercute par un abaissement brusque de l'allure de la résistance de soudage. Si cependant on a utilisé pour la régulation la valeur de l'in- tégrale: t z Rdt tmax de façon classique, cela signifie que le processus de soudage dure jusqu'à ce que l'intégrale atteigne une valeur préalablement déterminée. L'apparition de la projection n'a conduit ni à une interruption, ni à un raccourcissement du temps de soudage, mais à un effet exactement contraire. C'est pourquoi il est avantageux de former l'intégrale t z (Rmax - R)dt Jmax qui constitue la surface complémentaire et même cons- titue une mesure de l'énergie, qui a été délivrée à la soudure de l'instant tmax jusqu'à l'achèvement du processus de soudure. En outre, cela présente la propriété très avantageuse qu'elle croit rapidement dans le cas de la projection, ce qui provoque l'in- terruption du processus de soudage ou le raccourcisse- -10- ment du temps de soudage. Il a en outre été constaté que dans le cas du soudage de tôles d'épaisseurs différentes ou d'un nombre différent de pièces ou de combinaisons mutuelles de celles-ci, dans des conditions technologiques par ailleurs comparables et d'un tel temps de soudage, qui assure l'obtention de liaisons par soudure satisfaisan- tes, les valeurs de l'intégrale - tz- f (Rmax - R)dt tmax demeurent constantes. Ces propriétés avantageuses de l'intégrale indiquée sont mises à profit par le procédé selon l'invention. Selon ce procédé, la résistance de soudage R est mesurée durant le soudage. A l'instant tmaxt lorsque la résistance R atteint la valeur R cette valeur est mise en mémoire et à l'aide de celle-ci à partir de la valeur instantanée R est formée l'intégrale indiquée, dont la grandeur est comparée à une valeur précédemment éprouvée et réglée. Lorsque l'intégrale atteint la grandeur de cette valeur préa- lablement réglée, le courant de soudage est interrompu et le processus de soudage terminé. Ce procédé peut également être utilisé dans la variante selon laquelle le courant de soudage n'est pas réglé à une valeur constante, mais varie selon un programme prédéterminé. En pratique, cela signifie avant tout quIl croit brusquement au début du. processus de soudage, dans le plus grand nombre des cas, dans la première et la seconde zones de l'allure caractéristi- que de la résistance de soudage R. Il est également possible d'utiliser une autre -11-- variante du procédé selon l'invention, lorsque notamment au début du processus de soudage, le cou- rant I est régulé depuis une valeur initiale I à une valeur de consigne I. , à partir d'informations, qui sont obtenues à partir de la sortie du processus et utilisées en rétroaction. Il est en général avantageux que cette opération de régulation se déroule dans la première et la seconde zones, c'est-à-dire au plus tard depuis l'instant tMa4, o commence la troisième zone, le courant de soudage devant être maintenu à une valeur constante régulée. Dans le cas du montage selon l'invention; la source 1 de l'allure de résistance entre les élec- trodes est reliée au commutateur 2, dont la première sortie 17 est reliée à l'entrée de la mémoire 3 pour la valeur maximale de la résistance. La sortie de la mémoire 3 est reliée à l'entrée il pour la condition initiale de l'intégrateur 6 et simultanément à l'entrée 12 du circuit de tension de comparaison 4 avec une entrée réglable 13, la sortie du circuit de tension de comparaison 4 étant reliée à l'entrée 14 de la grandeur de guidage du comparateur 7. La source 1 de l'allure de résistance entre les électrodes est en outre simultanément reliée au détecteur de valeur maximale 5 dont la sortie est reliée à l'entrée de com- mande 8 et à l'entrée de mise à zéro 9 de l'intégrateur 6. La seconde sortie 18 du commutateur 2 est appliquée à l'entrée de signal 10 de l'intégrateur 6, dont la sortie est reliée à l'entrée de signal 15 du comparateur 7, qui de son côté est reliée par sa sortie au processus de soudage 16. Le circuit selon l'invention prélève sur le processus de soudage 16 l'allure de la résistance de soudage, qui apparait à la sortie de la source 1 en t:e les électrodes. L'allure de la résistance de soudage -12est délivrée au détecteur de valeur maximale 5, qui lors de l'apparition du maximum commute le commutateur 2 et simultanément supprime la mise à zéro de l'inté- grateur 6. Jusqu'à l'apparition de la valeur maximale, le commutateur 2 délivre l'allure de résistance à la mémoire 3 pour la valeur maximale de résistance. Par inversion du commutateur 2, la valeur maximale de résistance est conservée dans la mémoire 3 et simul- tanément l'allure de la résistance est appliquée à l'intégrateur 6. La sortie de la mémoire 3 pour la va- leur maximale de résistance est délivrée à la sortie 11 pour la condition initiale de l'intégrateur 6, l'intégration étant assurée par la valeur maximale de résistance. La sortie de l'intégrateur 6 est comparée dans le comparateur 7 au niveau tiré de la valeur maxi- male de résistance, qui est engendré dans le circuit 4 de tension de comparaison. La sortie du comparateur 7 régit le processus de soudage 16, c'est-à-dire qu'il interrompt le courant de soudage. -13- REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation du temps de souda- ge dans le cas du soudage par points par résistance, caractérisé en ce que la résistance R entre les élec- trodes de soudage est mesurée entre l'instant tMax o la résistance atteint sa valeur maximale locale Rma et l'instant t o l'intégrale rt (R max) dt tMx atteint une valeur préalablement choisie et préréglée, à l'interruption du courant de soudage. 2. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source (1) de l'allure de résistance entre les élec- trodes est reliée au commutateur (2), dont la premiè- re sortie (17) est commutée sur l'entrée de l'accumu- lateur (3) pour la valeur maximale de résistance, dont la sortie est reliée à l'entrée (11) pour la condition initiale de l'intégrateur (6) et simultanément à l'en- trée (12) du circuit de tension de comparaison (4) à l'entrée (13) réglable, la sortie du circuit de ten- sion de comparaison (4) étant reliée à l'entrée (14) de la grandeur de guidage du comparateur (7), en outre la source (1) de l'allure de résistance entre les électrodes est simultanément reliée au détecteur (5) du maximum de résistance, dont la sortie est reliée à l'entrée de commande (8) du commutateur (2) et à l'entrée de mise à zéro (9) de l'intégrateur (6), la seconde sortie (18) du commutateur (2) étant appliquée -14- à l'entrée de signal (10) de l'intégrateur (6), dont la sortie est reliée à l'entrée de signal (15) du com- parateur (7), qui se trouve en liaison par sa sortie avec le processus de soudage (16). -1.