Brevet FR2489197A1 — publié le 19820305

La présente inventon concerne le soudage électrique et en particulier (mais non exclusivement) le soudage par résis- tance en courant alternatif de coutures longitudinales de corps tubulaires pour boîtes métalliques en trois pièces. La tension efficace ou en phase régnant entre les élec- trodes d'un appareil pour le soudage par résistance en cou- rant alternatif d'une couture de boîte métallique s'accompa- gne d'une tension réactive qui est associée avec le circuit d'alimentation alternative des électrodes et, en particulier, avec l'impédance répartie des barres omnibus d'alimentation. En outre, lors de toute tentative pour surveiller la tension de soudage, il apparaît presqueinévitablement une autre ten- sion réactive, induite dans les connexions de capteur du cir- cuit de surveillance même. Par conséquent,la tension de sou- dage fournie par la surveillance est formée de la composante efficace ou en phase sur laquelle porte la surveillance, ainsi que d'une composante réactive qui peut être sensiblement plus importante que la composante résistive de la tension de sou- dage surveillée, au point de masquer cette dernière. La présente invention a pour but de réaliser un circuit de surveillance de la tension de soudage d'un appareil de soudage électrique, qui soit capable de fournir à partir de la tension de soudage un signal représentatif de la seule composante résistive ou en phase de la tension de soudage, et/ou un signal représentatif de l'intégrale par rapport au temps de la seule composante résistive ou en phase. En conséquence, suivant un aspect de l'invention, il est prévu un circuit de surveillance pour la surveillance de la composante résistive ou en phase de la tension de soudage d'un appareilde soudage à courant alternatif, caractérisé en ce qu'il comprend de premiers moyens pour établir une tension à phase en relation de quadrature avec la composante résisti- ve, et des moyens sommateurs pour faire la somme de la ten- sion en quadrature et de la tension de soudage surveillée de telle sorte que la composante réactive de la tension de soudage surveillée soit sensiblement annulée par la tension en quadrature, et pour engendrer un signal de sortie représen- tatif de ladite somme, ce signal de sortie n'étant quasiment représentatif que de la composante résistive ou en phase de la tension de soudage. Suivant un autre aspect de l'invention, il est prévu un circuit de surveillance destiné à surveiller la composante résistive ou en phase de la tension de soudage d'un appareil de soudage par résistance à courant alternatif, caractérisé en ce qu'il comprend un intégrateur pour intégrer par rapport au temps la tension de soudage surveillée et engendrer un si- gnal de sortie représentatif de l'intégrale, l'intégrale ne comportant quasiment que la composante résistive ou en phase de la tension de soudage. Pour mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant en décrire à titre d'exemples trois modes de réalisation en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement un premier circuit de surveillance selon l'invention, en relation avec les élec- trodes--galets et les barres omnibus d'alimentation d'un appa- reil de soudage par résistance de coutures de boite métalli- que; les figures 2 à 4 représentent diverses formes d'ondes utilisées dans le circuit de surveillance, dans leur relation de phase avec le courantcde soudage; la figure 5 représente schématiquement un second circuit de surveillance selon l'invention, qui est le circuit selon la figure 1 modifié de manière à compenser automatiquement les variations subies à mesure du soudage par la perméabilité magnétique, et la figure 6 représente schématiquement un troisième cir- cuit de surveillance selon l'invention. On va d'abord se référer à la figure 1, qui représente un circuit de surveillance destiné à élaborer un signal re- présentatif de la composante résistive ou en phase VR de la tension régnant entre les électrodes-galets 10 d'un appareil de soudage de couture de corps de botte tel que celui vendu en Grande-Bretagne par Soudronic AG sous les désignations de type ABM et FBB. Les galets sont représentés pendant le fonctionnement de l'appareil, c'est-à-dire appliqués contre deux bords marginaux chevauchants 11 destinés à former la couture latérale du corps en fer blanc d'une boite en trois pièces. Le corps est tubulaire et ouvert aux extrémités, le galet inférieur 10 longeant son intérieur à mesure que le soudage progresse suivant sa longueur. La soudure est réalisée par soudage par résistance avec un courant d'alimentation alternatif. Par conséquent, et de manière connue, elle est formée d'une succession de "pastilles" de soudure régulièrement espacées, mais chevauchantes, dont chacune est constituée au cours d'une alternance respective de la forme d'onde alternative. Bien que non représenté,le circuit d'alimentation est classique. Il comporte un convertisseur de fréquence rotatif recevant une alimentation alternative triphasée standard et comportant un seul enroulement de sortie monophasé à prise mé- diane mise à la terre. Un transformateur de soudage monté aux bornes de cet enroulement alimente les galets 10 à travers des barres omnibus supérieure 13 et inférieure 14, représen- tées sur la figure 1. Deux thyristors montés en parallèle à l'inverse sont incorporés au circuit entre le convertisseur rotatif et le transformateur de soudage et peuvent être com- mandés de manière à régler l'angle de phase du courant de sou- dage et, ainsi, la quantité d'énergie électrique mise en oeuvre par pastille. e Le circuit de surveillance est monté de manière à rece- voir la tension de soudage V, sur des conducteurs 15 et com- porte un amplificateur différentiel 16 aux bornes d'entrée duquel sont reliés les conducteurs 15. La tension de soudage VW telle qu'elle apparaît sur les conducteurs 15 est formée de la composante résistive ou en phase VR avec addition d'une composante inductive VUL sensiblement plus importante, due à l'impédance répartie du circuit présente entre les points de surveillance. En outre, il y a inévitablement induction électromagnétique de la tension VE sur les conducteurs 15 mêmes; cette tension peut, en valeur relative, être impor- tante. La tension apparaissant à l'entrée de l'amplificateur 16, et donc égale à V + V + V (ou à V + VE) est désignée R L E W VE)etdsgé par Vy' sur la figure 1. Elle sera appelée ci-après "tension de soudage surveillée". Une bobine exploratrice 17, en couplage inductif avec le circuit d'alimentation au niveau de la barre omnibus su- périeure 13 (o elle n'est pratiquement pas affectée par les variations de perméabilité magnétique du corps de boîte), fournit une tension de sortie Vs qui s'applique à l'entrée d'un second amplificateur différentiel 18. On notera en pas- sant que Vs est essentiellement inductive et donc en phase avec la composante réactive (VL + VE) de la tension de souda- ge surveillée VI. Les signaux de sortie des amplificateurs 16,18 s'appli- quent à un sommateur 19 qui fournit en conséquence un signal de sortie représentatif de leur différence. Les gains relatifs des amplificateurs 16, 18 sont choi- sis tels que la tension Vs émanant de la bobine exploratrice soit, après amplification dans l'amplificateur 18, approxi- mativement égale en grandeur à la composante réactive de la tension V'w ayant subi l'amplification dans l'amplificateur 16, sur la totalité de chaque alternance de la forme d'onde. Par conséquent, le signal de sortie du sommateur 19 est à peu de chose près représentatif seulement de la composante résis- tive ou en phase VR de la tension de soudage Vw; elle peut donc, après amplification adéquate dans un autre ampliica- teur 21, servir telle que à des fins d'indication et/ou de commande sur une ligne 22. (Le sommateur 19 et l'amplificateur 21 sont usuellement combinés sous forme d'amplificateur dif- férentiel). Avantageusement, et comme représenté, le signal de sortie de l'amplificateur 21 va traverser un intégrateur 23 qui 1' intègre par rapport au temps pour fournir sur une ligne 24 un signal représentatif de JVR dt. Pour une valeur constante du courant de soudage IW, cette intégrale est représentative de l'énergie électrique dépensée dans l'opération de soudage. L'intégrateur est rétabli par un circuit de rétablissement 28 avant chaque alternance du courant IW, de sorte qu'au cours du soudage d'une couture, il apparaît sur la ligne 24 un train de signaux indicatifs des quantités d'énergie électrique con- sommées pour les pastilles individuelles de la couture- Ces signaux sont transmis à un circuit 29 qui, de manière connue, échantillonne leurs valeurs absolues finales et détient les échantillons sur un condensateur 9 jusqu'à mise à jour par l'arrivée du signal suivant. Statistiquement, on sait que pour bien constituer les pastilles, il faut consommer une quantité dénergie comprise entre des limites haute et basse préfixées. Les bottes pour lesquelles une ou plusieurs valeurs d'énergie de pastille sortent de cet intervalle sont automatiquement rejetées par un appareil de rejet de boîtes 25 agissant en réponse au si- gnal de sortie du circuit d'échantillonnage et de détention 29. L'appareil 25 peut comporter des moyens permettant à un opérateur de modifier les limites, après examen visuel (ou autre) des corps de botte soudés, et présente en conséquence des entrées 26,27 permettant respectivement d'introduire (sous forme appropriée) les limites haute et basse. Le signal présent sur la ligne 24 peut servir à des fonc- tions d'indications et/ou de commande autre que le rejet de corps de boîte défectueux tel que décrit. Les figures 2 à 4 représentent deux alternances succes- sives de diverses formes d'onde de tension pour illusrer le fonctionnement du circuit de surveillance. Aux fins de comparaison, le courant de soudage I w est indiqué en traits interrompus sur la figure 2 à l'état superposé à la tension de soudage surveillée V'W qui, on le voit, est en grande par- tie réactive. Le courant de soudage tombe naturellement à zéro aux endroits marqués I wG sur la forme d'onde, la montée sui- vante étant repoussée artificiellement, jusqu'aux endroits marqués IWB' par le réglagle d'angle de phase précité. La figure 3 montre quela tension Vs induite aux bornes de chaque bobine exploratrice 17 est très analogue par sa forme à la tension de soudage surveillée V'W. La figure 4 représente la composante résistive ou en phase VR de la tension de soudage Vw, telle qu'elle apparaît à la sortie du sommateur 19 ou de l'amplificateur 21. Du fait de l'impédance de fuite du transformateur de soudage, une tension faible existe au cours du temps o s' exerce le réglage d'angle de phase, c'est-à-dire entre les points marqués I WO et IwV sur la forme d'onde. L'intégrateur 23 ne tient pas compte de cette tension en déterminant VR dt. La composante résistive ou en phase VR de la tension de soudage V w est établie comme exposé ci-dessus en supposant constante la perméabilité magnétique existant dans la zone de captage de la tension de soudage. Toutefois, avec le cir- cuit de surveillance représenté sur la figure 1, des varia- tions de cette perméabilité magnétique peuvent, dans certai- nes applications, affecter les grandeurs des tensions réacti= ves VR et VE d'une pastille à l'autre, à un degré tel que le signal de sortie du sommateur 19 comporte une composante réactive ou déphasée notable. En particulier, le signal pré- sent sur la ligne 24 est alors peu fiable en tant que mesure de l'énergie électrique consommée par pastille. Afin de ren- dre la tension engendrée par l'amplificateur 18 plus proche de la composante réactive (VL + VE) de la tension de soudage surveillée V'W, on' peut modifier le circuit de surveillance selon la figure 1 comme illustré par la figure 5 pour assurer une compensation automatique des variations de perméabilité magnétique par commande du gain de l'amplificateur 18. En se reportant à la figure 5, on voit que le circuit de surveillance comporte, outre les éléments déjà décrits à propos de la figure 1, un circuit d'échantillonnage et de détention 30, commandé par des impulsions présentes sur la ligne 31 et comportant un condensateur de détention 32 et un comparateur 33 monté de façon à recevoir le signal de sortie du circuit d'échantillonnage et de détention et agencé pour comparer ce signal avec une valeur de référence présente sur une borne 34 et fournir sur la ligne-35 un signal qui est fonction de l'erreur. L'amplificateur 18 est relié à la ligne 35 pour recevoir le signal dépendant de l'erreur qui y est présent et est agencé de façon que son gain varie con- formément à ce signal. La temporisation des impulsions présentes sur la ligne 31 est telle que le circuit d'échantillonnage et de détention est commandé pour échantillonner les valeurs absolues finales d-s impulsions dépendant de VR en provenance de 1' amplificateur 21 à la fin de chaque alternance du courant de soudage IW. Ensuite, le circuit 30 détient tour à tour dans le condensateur 32 les échantillons,qui constituent son signal de sortie appliqué au comparateur 33. Usuellement, le signal présent sur la borne 34 représente une tension nulle, et l'on conçoit donc qu'en réponse aux impulsions présentes sur la ligne 31, le gain de l'amplificateur 18 subit des réglages répétés dans le sens voulu pour-éliminer tout résidu du signal dépendant de VR qui peut exister au début des périodes de réglage d'angle de phase (c'est-à-dire dans les états o le courant est nul). Les impulsions apparaissant sur la ligne 31 pourcamrander le circuit d'échantillonnage et de détention 30 sont fournies par un montage en série comportant un intégrateur 36 monté aux bornes de la bobine exploratrice 17 pour recevoir la ten- sion de bobine exploratrice Vs, un circuit redresseur 37 agencé pour fournir un signal de valeur absolue à partir du signal de sortie alternatif de l'intégrateur, un comparateur 38 agencé pour comparer le signal de sortie du circuit 37 avec un signal de référence, présente sur une borne 39, fai- ble par rapport à la valeur moyenne du signal de valeur ab- solue, et pour engendrer un signal de sortie constant pendant les intervalles o il y a dépassement de ce signal de référen- ce, et un circuit monostable 40 déclenché par les flancs arrière des impulsions à onde carrée fournies par le comna- rateur 38 Dour enqendrerdes impulsions de durée faible cons- tituant les impulsions présentes sur la ligne 31. L'intégrateur 36 est rétabli à la fin de chaque alter- nance du courant de soudage IW. Pendant l'alternance suivante du courant de soudage, il intègre la tension de bobine explo- ratrice Vs qui, ainsi qu'on le voit d'après la figure 3, su- bit au cours de ce temps des variations sensiblement symé- triques entre des maxima positif et négatif. L'intégrateur est bidirectionnel et, par conséquent, son signal de sortie tombe à la valeur faible représentée par le signal de réfé- rence présent sur la borne 39 sensiblement au moment même ou le courant de soudage IW tombe naturellement à zéro. En con- séquence, les impulsions émises sur la ligne 31 par les élé- ments 36 à 40 sont correctement situées (dans le temps) au début des périodes de réglage d'angle de phase, ainsi que l'exige le fonctionnement du circuit de compensation de gain précédemment décrit. Un troisième circuit de surveillance selon l'invention, représenté sur la figure 6, présente un fonctionnement basé sur le fait que, attendu que les composantes de tension réac- tives de V'w sont toutes deux proportionnelles à la vitesse de variation de flux magnétique, elles fournissent, lors de l'intégration de V'w, un signal de sortie proportionnel au flux magnétique et disparaissent donc quand l'intégration est prise sur une alternance complète, c'est-à-dire entre deux états de flux nul. Par conséquent, par intégration de V'W par rapport au temps opérée sur chaque impulsion du courant de soudage, on peutobtenir un signal de tension sensiblement exempt de toute composante réactive et donc représentatif seu- lement de la composante résistive ou en phase VR. En outre, le signal est déjà sous la forme d'intégrale (SVRdt) requise pour le rejet de boite et/ou toute autre fonction d'indication ou de commande exigeant une mesure de l'énergie électrique dépensée par pastille. En considérant maintenant la figure 6, on voit que le troisième circuit de surveillance comporte un amplificateur différentiel 41 agencé pour amplifier la tension de soudage surveillée V'W. Un intégrateur bidirectionnel 42 est relié à la sortie de l'amplificateur 41 pour engendrer sur une li- gne 43 le signalreprésentatif de SVR- Ce signal,une fois les valeurs absolues finales de ses alternances composantes échantillonnées et détenues par le circuit d'échantillonnage et de détention 29 auquel est associé le condensateur 9, peut être utilisé par un appareil de rejet de boites 25 de la manière précédemment décrite. On notera qu'alors que les réalisations selon les figures 1 et 5 fournissent un signal représentatif de la composante résistive ou en phase VR de la tension de soudage, aucun si- gnal de ce genre, dépendant de VR, n'est fourni par le circuit de surveillance selon la figure 6. L'invention n'est pas à considérer comme limitée au sou- dage de coutures opéré sur des corps de boites tubulaires au moyen d'électrodes-galets, mais est applicable à des appa- reils de soudage servant à d'autres fins. En outre, on pourra apporter diverses modifications et variantes aux circuits de surveillance sans sortir, pour autant, du cadre de l'invention. REVEND-ICAT IONS 1. Circuit de surveillance pour la surveillance de la composante résistive ou en phase (VR) de la tension de sou- dage (Vw) d'un appareil de soudage à courant alternatif, ca- ractérisé en ce qu'il comprend de premiers moyens pour établir une tension à phase en relation de quadrature avec la compo- sante résistive (VR) et des moyens sommateurs (19) pour faire la somme de la tension en quadrature et de la tension de sou- dage surveillée(V'w)de telle sorte que la caoposante réactive de la tension de soudage surveillée soit sensiblement annulée par la tension en quadrature, et pour engendrer un signal de sortie représentatif de ladite somme, ce signal de sortie n'étant quasiment représentatif que de la composante résistive ou en phase (VR) de la tension de soudage(VW1 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens comprennent une bobine explora- trice (17) agencée pour fournir un second signal.de sortie (Vs) représentatif du courant de soudage (IW). 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un premier et un second amplificateurs (16,18) agissant respectivement sur la tension de soudage surveillée (VIw) et sur ledit second signal de sortie (Vs), le moyen sommateur (19) agissant en réponse aux signaux de sortie des amplificateurs. 4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de commande de gain agencé pour régler le gain de l'un au moins des premier et second amplificateurs (16,18). 5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de commande de gain est agencé pour soumettre le gain du second amplificateur (18) à des réglages répétés dans le sens voulu pour éliminer tout résidu dudit premier signal de sortie qui peut exister à la fin des alternances du courant de soudage. 6. Circuit selon la revendication 5,caractérisé en ce que le gain du second amplificateur (18) est réglé en réponse au signal de sortie d'un circuit d'échantillonnage et de déten- tion (30) agissant pour échantillonner les valeurs du premier signal de sortie qui existent à la fin des alternances du courant de soudage,et pour détenir ces valeurs en vue du ré- glage du gain du second amplificateur (18). 7. Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen de commande de gain comporte un comparateur (33) qui compare le signal de sortie du circuit d'échantillonnage et de détention (30) à un signal de référence. 8. Circuit selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un intégrateur (23) agencé pour intégrer par rapport au temps le premier signal de sortie et pour engendrer un autre signal de sortie (VR dt) représentatif de l'intégrale du premier signal de sortie, et donc de l'énergie électrique dépensée au cours du soudage. 9. Circuit selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (25) qui, en réponse audit autre si- gnal de sortie (VR dt), fournit un signal d'indication chaque fois que ledit autre signal de sortie franchit des valeurs limites haute et basse préfixées. 10. Circuit selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit moyen (25) est agencé pour commander le mouvement de l'article soudé en réponse au signal d'indication. 11. Circuit de surveillance destiné à surveiller la compo- sante résistive ou en phase (VR) de la tension de soudage (Vw) d'un appareil de soudage par résistance à courant alternatif, caractérisé en ce qu'il comprend un intégrateur (23) pour in- tégrer par rapport au temps la tension de soudage surveillée (V'w) et engendrer un signal de sortie (VR dt) représentatif de l'intégrale, l'intégrale ne comportant quasiment que la composante résistive ou en phase de la tension de soudage. 12. Circuit selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (25) sensible au signal de sortie pour fournir un signal d'indication chaque fois que le signal de sortie franchit des limites haute et basse préfixées. 13. Circuit selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit moyen (25) est agencé pour commander le mouvement de l'article soudé en réponse au signal d'indication. 14. Appareil de soudage par résistance à courant alter- natif pour coutures longitudinales de corps tubulaires de boite métallique, caractérisé en ce qu'il comporte une premiè- re et une seconde électrodes (10) destinées à porter contre des parties opposées (11), à réunir par soudage, d'un corps de boîte métallique, des éléments d'alimentation (13,14) re- liés aux électrodes pour les alimenter en courant électrique alternatif, un circuit de surveillance pour surveiller la ten- sion de soudage (Vw) présente aux bornes desdites électrodes et pour engendrer un signal de sortie représentatif de l'éner- gie électrique dépensée pendant chaque alternance du courant de soudage, ledit circuit de surveillance étant apte à four- nir, comme signal de sortie précité, un signal (VR dt) repré- sentatif de l'intégrale par rapport au temps d'à peu près seulement la composante résistive ou en phase VR de la ten- sion de soudage. 15. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (25) qui, en réponse audit signal de sortie, opère une séparation entre les corps tubulaires pour lesquels ledit signal de sortie franchit éventuellement des limites haute et basse préfixées et les corps tubulaires pour lesquels les signaux de sortie demeurent entre ces limites.