Brevet FR2510447A1 — publié le 19830204

La présente invention concerne le soudage et, plus particulièrement, un procédé pour vérifier que les conditions sont satisfaisantes pour le soulage d'éléments, par exemple le soudage de goujons, sur des pièces métalliques par le procédé de soudage à l'arc commandé en position ou guidé. L'expérience a montré que, dans le soudage des gou- jons par le procédé à l'arc commandé en position, on obtient parfois des résultats de soudage non satisfaisants, que l'on doit attribuer à la contamination des surfaces à souder l'une sur l'autre Ce problème est dl en particulier à la présence de résidus d'huile ou de graisse sur la piece, qui, dans la plupart des cas, ent en du métal en feuille ayant au préalable subi un processus d'étirage et qui, pour cela, a été pourvu d'une huile de lubrification de l'étirage Le soudage des gou- jons par un arc commandé en position sert surtout sur les chai- nes de production industrielle qui fonctionnent dans une large mesure selon un cycle automatique Il est donc inévitable que des éléments contaminés de cette façon parviennent à la chaîne de production Il peut alors en résulter une soudure n'ayant pas suffisamment pénétré et qui, dans la plupart des cas, n'ap- parait qu'à la fin de la chaîne de fabrication, o la soudure imparfaite ne peut être rectifiée qu'à un prix excessivement élevé. La présente invention vise donc à déceler des sur- faces préparées de manière inadéquate ou inappropriée dans la zone à souder, la détection étant réalisée à un stade assez précoce sur une chaîne de fabrication pour éviter des opéra- tions supplémentaires de soudage ou pour interrompre le fonc- tionnement actuel du sondage On résout ce problème selon l'invention en comparant la tension moyenne de l'arc pilote avec une valeur maximale de la tension, établie au préalable, et en provoquant l'émission d'un signal si la tension maximale autorisée est excédée. Il est apparu de façon surprenante qu'une surface fortement contaminée, par exemple par de l'huile ou de la graisse, n'exerce pratiquement aucune influence sur la tension entre les extrémités de l'arc de soudage, bien qu'il soit ad- mis que c'est l'arc de soudage qui est responsable du soudage. Par ailleurs, l'arc pilote est relativement sensible à des contaminations ou au fait que les surfaces ont été insuffi- samment bien préparées Il a en tout cas été établi que des surfaces insuffisamment préparées engendrent une augmentation de la tension entre les extrémités de l'arc pilote, ce qui est probablement dd à des phénomènes d'évaporation ou analo- gues Ces phénomènes influent dans une telle mesure sur l'arc pilote qu'on peut les déterminer en effectuant une vérifica- tion sans que cela implique une grande dépense Dans des con- ditions normales de fonctionnement propre, la tension pré- sente entre les extrémités de l'arc pilote est d'environ 20 à 25 V, alors qu'en présence d'une contamination, il se produit des tensions d'environ 30 à 40 V La tension normale de fonc- tionnement de l'arc pilote s'écarte donc très nettement de la tension qui prévaut dans le cas d'une contamination La ten- sion de l'arc pilote, notamment dans le cas d'une contamina- tion, est une tension de courant continu sujette à des crêtes de tension qui se suivent étroitement et à partir desquelles on peut filtrer, par exemple par un circuit RC, une tension moyenne que l'on peut mesurer et qui peut donner naissance à un signal Un tel signal, qui n'appara t que lorsqu'une ten- sion maximale est dépasséq, est une indication, avant le début de l'arc de soudage, qui constitue un avertissement du fait qu'un soudage insuffisant va se produire, de sorte que l'on peut alors prendre des mesures préventives. Une telle mesure, que l'on peut prendre en réponse à un signal émis comme indiqué ci-dessus, consiste à trans- former le signal en une alarme permettant d'avertir instanta- nément l'opérateur de l'imminence d'une soudure de qualité in- férieure En outre, il est possible d'utiliser le signal pour arrêter l'unité de commande du cycle de travail et empêcher la poursuite du fonctionnement de l'unité de soudage Dans ce cas, l'unité de commande du cycle de travail peut 9 tre arrêtée avant le début de l'arc de soudage, de sorte qu'il ne se pro- duit pas de soudage ou bien, s'il n'y a pas assez de temps pour cela, on peut empocher le début d'un cycle de travail subséquent. Il peut également se produire que la tension en- tre les extrémités de l'arc pilote tombe au-dessous d'une va- leur minimale et, dans ce cas, on peut également provoquer l'émission d'un signal Une chute au-dessous d'une tension mi- nimale mesurée entre les extrémités de l'arc pilote peut par exemple se produire si un court-circuit appara t, par suite d'un mauvais fonctionnement quelconque, dans l'intervalle pré- vu entre les électrodes de l'arc Un tel cas risque par exem- ple de se produire si l'arc pilote conduit à une fusion du métal du goujon,ou d'un autre élément à souder sur la pièce, si intense qu'une goutte de métal fondu forme un pont L'a- morçage approprié de l'arc de soudage serait alors douteux, et il risque vraisemblablement d'en résulter une soudure de qualité inférieure On peut donc déceler aussi un tel cas en mesurant la tension moyenne de l'arc pilote et en la compa- rant à une valeur établie au préalable. Un procédé pour vérifier les conditions du soudage de goujons selon l'invention, et qui illustre cel e-ci, sera maintenant décrit, à titre illustratif et nullement limitatif, en regard des figures annexées sur lesquelles: la figure 1 est un schéma d'un circuit du procédé d'essai comprenant, dans le circuit de base, une représenta- tion d'un pistolet de soudage de goujons; et les figures 2 et 3 sont des schémas montrant diffé- rentes séquences de fonctionnement entrant dans le cadre du procédé de vérification décrit à titre d'exemple illustratif. La figure 1 montre de façon schématique un pistolet 1 de soudage Un manchon 2 de support, qui est placé de ma- nière à reposer sur une pièce métallique 3 de base, fait sail- lie de l'extrémité avant du pistolet 1 Un porte-goujon 4 s'étend à l'intérieur du manchon 2 et porte à son extrémité avant un goujon 5 à souder le porte-goujon 4 est rétractable, de façon connue, à l'aide d'un électro-aimant 6 de levage dans le pistolet 1 à l'encontre de l'élasticité d'un ressort de compression (non représenté) Lorsque l'électro-aimant 6 de le- vage est alimenté, le porte-goujon 4 ainsi que le goujon 5 sont attirés d'environ 1,5 mm dans le pistolet 1 de soudage de goujon (course arrière); lorsque l'électro-aimant 6 n'est pas alimenté, le porte-goujon 4 ainsi que le goujon 5 sont en- tra nés à nouveau vers l'avant par le ressort (course vers l'avant) Ces opérations et les éléments de structure qu'elles nécessitent sont connus Un certain nombre de fils électriques, nécessaires pour l'utilisation en fonctionnement normal du pistolet 1, passent dans la poignée 7 de ce pistolet l Le circuit d'alimentation de l'électro-aimant 6 comporte les fils et 11 De la poignée sort également un fil 13 qui conduit le courant pour les deux arcs, pilote et de soudage En outre, la pièce 3 est reliée à un fil électrique 14, de sorte qu'il s'établit un circuit-comprenant le fil 13, le porte-goujon 4, le goujon 5, la pièce 3 et le fil 14. Les fils 10, 11, 13 et 14 sont reliés à une unité 8 de commande du cycle de travail, qui est d'un type connu destiné à servir dans le cas des pistolets de soudage de gou- jons L'unité 8 fournit à ses bornes 16 et 17 la tension des- tinée à alimenter l'électro-aimant 6 de levage En outre, l'u- nité 8 délivre à ses bornes 18 et 19 la tension nécessaire pour engendrer l'arc pilote et l'arc de soudure L'unité 8 de commande du cycle de travail comporte un contact 9 de commande de temps et, lorsqu'il est fermé, actionne l'électro-aimant 6 de levage de manière à éloigner le porte-goujon 4 ainsi que le goujon 5 de la pièce 3 afin de guider et d'étirer ltarc pilote, qui dure une période de temps déterminée de façon con- nue par l'unité 8 Le circuit d'alimentation de l'électro- aimant 6 est également interrompu à nouveau par l'unité 8 lorsque celle-ci ouvre le contact 9 pratiquement au même mo- ment que l'arc de soudage est amorcé de sorte qu'avec l'af- faiblissement de l'arc de soudage, le goujon à souder est plon- gé dans la masse fondue créée sur la pièce 3, ce qui porte à son terme le processus de soudage. Les opérations que l'on vient juste d'indiquer se- ront maintenant décrites plus en détail en référence aux fi- gures 2 et 3 La ligne a représente le contact 9 qui est mon- tré en 52 comme étant fermé, sous la commande de l'unité 8 de commande du cycle de travail, pendant une période de temps comprise entre t et t 5 La fermeture du contact 9 de commande à l'instant t provoque l'alimentation de l'éelectro-aimant 6 -1 de levage, représentée sur la ligne b, la course arrière étant achevée à l'instant t 3 L'arrêt de l'alimentation de l'électro- aimant 6, par suite de l'ouverture du contact de commande 9, déterminée une fois encore par l'unité 8 de commande du cycle de travail, se produit à l'instant t et, après un délai qui -L 5 constitue une caractéristique du composant électrique, cela est suivi du moment de l'arrêt de l'alimentation de l'électro- aimant 6 le processus est achevé avec la plongée du goujon 5 dans la masse fondue se trouvant sur la pièce 3 h l'instant t 6. Avec le retrait du goujon 5 de la pièce 3 immédiatement après l'instant tl, l'arc pilote est amorcé entre le goujon 5 et la pièce 3, à l'instant t_ La tension mesurée entre les extrémi- tés de l'arc pilote est illustrée sur la ligne c Elle possède. en fonctionnement normal, le niveau moyen Ul qui demeure en gros jusqu'à l'instant, auquel la tension nécessaire à l'arc de soudage est imposée à l'are pilote Il se forme alors, sous l'effet de cette tension, l'augmentation de tension 50 dans l'intervalle existant encore pour l'arc, et il se produit un court-circuit avec la plongée du goujon 5 dans la masse fondue se trouvant sur la pièce 3 à l'instant k Le courant de l'arc de soudage lui-même est illustré en 51 sur la ligne d qui mon- tre clairement qu'à l'instant t il se produit, dans la courbe descendante du courant 51 de l'arc de soudage, une nette élé- vation de courant due au court-circuit et qui est suivie par l'affaiblissement final de l'arc. En se référant à nouveau à la figure 1, on voit que pour mesurer la tension moyenne de l'arc pilote, les bornes 18 et 19 sont reliées à un transformateur d'impédance 24, dont le but est de s'assurer que la tension qui l'alimente par les bornes 18 et 19 est transmise à une valeur de régime, repré- sentant la tension aux extrémités de l'arc, aux bornes de sor- tie 22 et 23 et, de là, à un condensateur 27 par une porte 25 (représentée sur la figure 1 sous la forme simplifiée d'un contact de commande) et d'une résistance 26 La porte 25 est équipée de fils pilotes 28, 29 reliés aux bornes 16 et 17 afin de répondre à l'alimentation de l'électro-aimant 6 de levage. La tension fournie par les fils 28 et 29 correspond donc à la ligne a de la figure 2, c'est-à-dire que, pendant la pé- riode située entre les instants t 1 et t 5, la porte 25 est fer- mée (voir la ligne e de la figure 2), ce qui permet le passa- ge de la tension fournie par le transformateur d'impédance 24. La tension présente aux bornes 16 et 17 (ligne a de la figure 2) est également fournie, par l'intermédiaire des fils préci- tés 28, 29, à un interrupteur 30 jouant le rôle de multivi- brateur monostable qui, à partir de la fermeture du contact 9, reste à l'état fermé indiqué à la ligne f de la figure 2 de l'instant t 1 à un instant t situé peu après. -4 Pendant la période de temps t 1 à t 4, le contact 32 de l'interrupteur 30 court-circuite le condensateur 27 et en assure la décharge complète A l'instant t 4, le contact 32 s'ouvre et le condensateur 27 peut alors être rechargé par la tension présente aux bornes de sortie 22 et 23 du transfor- mateur 24, par l'intermédiaire de la résistance 26 La résis- tance 26 et le condensateur 27 jouent ainsi le rôle d'un cir- cuit RC (résistance-condensateur), ce qui assure le nivelle- ment de crêtes possibles de tension dans l'intervalle entre les extrémités de l'arc, de sorte que la charge du condensa- teur 27 représente la tension moyenne de l'arc pilote, c'est- à-dire la tension U 2 illustrée sur la ligne E de la figure 2 (ou bien la tension Ul de la ligne c). Pour garantir que le condensateur soit pleinement chargé avant de se fier à la tension U 2 comme mesure per- mettant de vérifier que les conditions sont satisfaisantes pour le soudage, la porte 25 est fermée par l'unité 8 de com- mande du cycle de travail à l'instant t 5, et une mesure de la tension aux bornes du condensateur 27 est ainsi amorcée à l'aide de la minuterie 33 juste au moment oâ l'électro-aimant 9 n'est plus alimenté. la minuterie 33 est rendue opérationnelle par l'in- sertion d'un pont A Son mode de fonctionnement consiste en ce que ce fonctionnement débute à la fin de la période de fonctionnement du contact 9 de commande, c'est-à-dire à l'ins- tant t 5, afin de libérer la sortie d'un discriminateur 34 de tension pour la durée d'une impulsion 42 produite par la minu- terie 33 (voir la ligne h de la figure 2) Pour cela, la mi- nuterie 33 est reliée aux fils 28, 29 provenant des bornes 16, 17. Pour établir si la tension U 2 appliquée au conden- sateur 27 excède une tension maximale U 3 (ligne i de la figu- re 2) ou tombe au-dessous d'une tension minimale, un compara- teur 35 est prévu dans le discriminateur 34, auquel, de fa- çon connue, la valeur de tension maximale U 3 et la valeur de tension minimale sont appliquées en même temps qu'elles le sont aux bornes 47 et 48 Si la tension est supérieure (U 4) ouin- férieure, respectivement, à ces valeurs de la tension, la ten- sion appliquée au point de sortie 49 du discriminateur 34 ac- tionne unrelais 36 pourvu que la minuterie 33 soit fermée en même temps La période de fermeture de la minuterie 33 est dé- finie par l'impulsion 42 précitée Pour des raisons de temps, il n'est possible dans le circuit, tel qu'il est décrit en ré- férence à la figure 2, que d'empocher les cycles ultérieurs de soudage; l'impulsion correspondant à l'arc de soudage dé- jà débutée ne peut être arrêtée Par contre, le contact 36 a, relié à l'unité 8 de commande du cycle de travail par des fils k&- 38, coupe un circuit sans possibilité de débuter un autre cycle de soudage Le relais 36 est synchronisé avec un con- tact 36 b de maintien qui doit être réglé de nouveau à la main à l'aide d'un commutateur manuel 60 Le relais 36 peut aussi être agencé de manière à faire fonctionner le dispositif d'a- vertissement audible ou visible. Si l'on désire interrompre un cycle de soudage avant que le courant de soudage ne soit superposé à l'arc pilote, la mesure de la tension aux bornes du condensateur 27 doit s'effectuer avant l'instant t, c'est-àdire avant l'arrêt de l'alimentation de l'électro-aimant 6 du pistolet Contraire- ment au mode, décrit ci-dessus, de fonctionnement de la minu- terie 33 avec envoi d'une impulsion 42 lors de l'arrêt-de l'a- limentation de l'électro-aimant 6 à l'instant t 5 e on peut, en insérant un pont B, s'arranger pour que soit introduite une minuterie 61 qui se ferme à un instant prédéterminé Vz après alimentation de l'électro-aimant 6 à l'instant t, c'est- à-dire qu'une impulsion 43 d'essai est amorcée immédiatement avant l'instant t (voir la ligne e de la figure 3) A ce sta- de, l'arc pilote est voisin de sa fin, et, par conséquent, le condensateur 27 est complètement fermé (voir ligne f de la figure 3), de sorte qu'au moment de l'impulsion 43, la mesure de la tension à l'aide du discriminateur 34 de tension peut être réalisée de façon fiable. La tension, délivrée au point 49 de sortie du dis- criminateur 34 de tension, est appliquée par l'intermédiaire de la minuterie 61,qui est fermée par l'impulsion 43,à un re- lais 37 à un stade assez précoce pour que, si la valeur de la tensien maximale U 3 est excédée (U 4),le début de l'arc de soudage puisse encore être évité dans ce cycle par la fermeture du contact 37 a du relais 37 (relié par des fils 39 à l'unité 8) - Le relais 37 est agencé de manière à arrêter le sou- dage seulement pendant un cycle de l'unité 8 de commande du cycle de travail Avec la pièce insérée placée au-dessus du pont A, le relais 36 serait également alimenté comme décrit ci-dessus, ce qui permet d'éviter unm début supplémentaire de fonctionnement de l'unité 8 de commande du cycle de travail jusqu'à ce que le circuit ait été remis à zéro par l'ouver- ture du contact du commutateur 60. REVENDICATIONS 1 Procédé pour vérifier que les conditions sont satisfaisantes pour le soudage de goujons ou d'autres éléments sur une pièce métallique par soudage à l'arc guidé ou comman- dé en position, procédé caractérisé en ce que la tension moyen- ne existant aux extrémités de l'intervalle entre les électro- des vers la fin de la durée de l'arc pilote est comparée avec une valeur maximale établie au préalable et, si cette valeur est excédée, un signal est engendré. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on oblige le signal à empocher le début d'un nouveau cycle de soudage jusqu'à ce qu'un commutateur manuel ait été manoeuvré. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal provoque l'interruption du cycle de sou- dage en empochant le début de l'arc de soudage. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le signal met en mar- che un dispositif d'avertissement. 5 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le signal est égale- ment engendré si la tension moyenne tombe au-dessous d'une va- leur minimale établie au préalable.