Brevet FR2499729A1 — publié le 19820813

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour l'asservissement de la position d'un organe mobile entre les bords au moins sensiblement parallèles de deux pièces métalliques. Elle sera expliquée ci-après en relation avec un exemple d'application particulier, mais il va de soi qu'elle n'est pas limitée à cette application. On sait que pour assembler deux bords par soudage autogène, et ce quelle que soit la position de soudage, on doit préparer les bords des pièces à assembler de telle sorte que le métal fondu se dépose convenablement pour que la liaison ainsi obtenue satisfasse aux caractéristiques mécaniques souhaitées. Or, la préparation des bords obtenus par des moyens mécaniques variés (oxycoupage-fraisage-rabotagecisaillage etc...) ne présente pas une rectitude parfaite. De plus, les deux pièces ayant été souvent usinées séparément , leurs défauts ne sont pas placés aux mimes endroits dans le sens longitudinal. Il s' ensuit qu'après avoir rapproché les deux bords à assembler, on obtient un volume (appelé chanfrein) d'aspect variable tant dans le sens longitudinal à cause des défauts de rectitude des bords que dans le sens transversal à cause des variations de positionnement de l'outil qui a servi à préparer les bords à souder. Par voie de conséquence, lorsqu'on dépose une couche de métal par soudage, le volume à déposer varie le long du chanfrein. De plus, la torche de soudage qui se déplace parallèlement au sens transversal du chanfrein verra sa position qui par principe doit se trouver au milieu, varier tout au long du parcours ,du fait des défauts transversaux de rectitude des bords préparés en vue du soudage d'une part, du défaut d'alignement du dispositif de guidage longitudinal d'autre part. De même, le dispositif de guidage peut ne pas se trouver dans le plan de la tôle et il s'ensuit une variation de la position en hauteur de la torche par rapport à ce plan. Par ailleurs, par suite de la variation de volume du chanfrein due aux défauts de préparation précités, le niveau du métal fondu déposé variera et il s'ensuivra également certaines variations de hauteur de la torche par rapport à la surface du bain de métal fondu. Pour tenter de remédier à ces inconvénients, on a déjà proposé de monter en avant de la torche des dispositifs de palpage à deux axes qui doivent permettre de régler à la fois la hauteur et le centrage dans la ligne moyenne de la torche de soudage et ce, au fur et à mesure de sa progression longitudinale (défilement) De tels systèmes peuvent améliorer le bon positionnement de la torche de soudage mobile entre les deux bords à assembler, mais présentent cependant de nombreux inconvénients. Pour des raisons d'encombrement et d'échauffement par la torche de soudage, le doigt de palpage ne peut être disposé au voisinage direct du métal fondu, mais doit être nécessairement placé en avant du bain. Il en résulte que ledit doigt ne palpe pas le profil du chanfrein mais un profil qui peut être relativement très différent. Pour pouvoir palper correctement, le doigt doit glisser sur une surface exempte de projections métalliques ou de matière granuleuse susceptible de donner au dispositif des mouvements parasites et, par voie de conséquence, de faire suivre à la torche un profil différent du profil à suivre. Le doigt de palpage et le système de suspension qui le relie au chariot forment un équipement mécanique dont les dimensions sont susceptibles de changer avec la chaleur reçue de la torche de soudage. Afin d'essayer de faire copier à la torche de soudage le profil palpé en avant par le doigt, certains dispositifs de mémorisation intégrant la vitesse de déplacement longitudinal ont été conçus. Toutefois, la synchronisation du profil palpé et de la torche n'est pas toujours parfaite et la logique électronique nécessaire complique ledit système. Pour toutes ces raisons les systèmes connus sont loin d'être parfaits. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus. A cette fin, selon l'invention, le procédé pour l'asservissement de la position entre les bords de deux pièces métalliques ou les deux bords d'un chanfrein d'un organe mobile animé d'un mouvement de défilement relatif par rapport auxdits bords tel que la direction du défilement est sensiblement parallèle à ceux-ci, des moyens étant prévus pour permettre de plus entre ledit organe mobile et chacun desdits bords un mouvement relatif d'écartement et/ou de rapprochement, est remarquable en ce que ledit asservissement met en oeuvre au moins un arc TIG (Tungsten Inert Gaz) ou PLASMA, pour maintenir correcte la position dudit organe mobile, tant en ce qui concerne son centrage par rapport auxdits bords, que sa distance par rapport à ceux-ci. Selon l'invention, trois systèmes peuvent être envisagés a) l'utilisation d'un arc TIG ou pLA-^sçl auxiliaire de faible puissance animé d'un mouvement d'oscillation transversal aux bords,synchronise ou non, lié ou indépendant au mouvement transversal de la torche b) l'utilisation de deux arcs TIG ou PLASMA de faible puissance , l'un détectant le bord droit l'autre le bord gauche, animés ou non d'un mouvement d'oscillation transversal, tsynchronise ou non, lie ou indépendant au mouvement transversal de la torche c) l'utilisation de l'arc TIG ou PLASMA de soudage et dans ce cas la puissance est suffisante pour effectuer le soudage et la torche est animée d'un mouvement d'oscillation transversal de fréquence et d'amplitude variables. Dans le cas des -systèmes mentionnés sous a) et b), le ou les arcs auxiliaires peuvent être disposés sur l'organe mobile suffisamment proche de la torche de soudage pour détecter le profil du chanfrein et non un profil plus ou avant. De plus, l'arc TIG ou PLASMA constitue un élément de mesure de distance immatériel n'exerçant aucune pression sur les bords, insensible à la chaleur de la torche et ne prenant pas en compte les impuretés, mais la surface métallique se trouvant dessous (dans le cas où des projections métalliques adhérant aux bords du chanfrein seraient susceptibles de perturber les mesures de position, il suffira d'augmenter légèrement la puissance du (ou des) arcs TIG auxiliaires, afin que ces adhérences soient fondues par lesdits arcs. On sait que la tension aux bornes d'un arc TIG ou PLASMA est fonction du gaz inerte utilisé, du métal de la telle, de l'intensité du courant de soudage etc... et est directement proportionnelle à la distance séparant l'électrode de soudage TIG ou la tuyère PLASMA de la pièce à souder ; ces propriétés ont déjà été utilisés pour réguler la hauteur d'arc de soudage TIG ou PLASMA et dans le cas du système mentionné sous c) c'est cette même propriété qui est utilisée à la fois pour le soudage et le positionnement . Dans le cas des systèmes mentionnés sous a) et b) au contraire, il ne s'agit pas d'utiliser l'arc pour ses propriétés de soudage, mais uniquement de façon auxiliaire pour une nouvelle application des propriétés de la tension à ses bornes ; et une faible puissance est suffisante pour l'utilisation selon l'invention. Pour la mise en oeuvre de la présente invention, on utilise un dispositif de travail d'un corps métallique comportant un organe mobile porteur d'un outil de travail, des moyens pour permettre entre ledit organe mobile et lesdits bords de deux pièces métalliques un mouvement relatif de position transversale, oscillant ou non (centrage) , et un mouvement relatif de hauteur sensiblement orthogonal à ce mouvement et ce dispositif est remarquable en ce que ledit organe mobile porte de plus au moins une électrode TIG ou PLASMA et en ce qu'on prévoit des moyens de régulation d'un arc TIG ou PLASMA apparaissant sur les bords des pièces métalliques de part et d'autre de façon 1.- à ce que à chaque instant dans le cours de l'utilisation du système mentionné sous a) (arc auxiliaire TIG oscillant transversalement) le milieu de l'oscillation de l'arc coïncide avec le milieu de la distance séparant les deux bords des pièces métalliques au droit de l'outil et ce transversalement au mouvement de défilement longitudinal 2.- en ce que à chaque instant dans le cas de l'utilisation du système mentionné sous b) (deux arcs TIG auxiliaires fixes, chacun suivant un des bords droit et gauche) le milieu de la distance séparant les deux arcs placés transversalemeht coincide avec le milieu de la distance séparant les deux bords des pièces métalliques et ce transversalement au mouvement de défilement longitudinal ; 3.- à ce que à chaque instant dans le cas de l'utilisation du système mentionné sous c) (un arc TIG ou PLASMA de soudage oscillant transversalement) le milieu de l'oscillation de l'arc coincide avec le milieu de la distance séparant les deux bords des pièces métalliques et ce transversalement au mouvement de défilement longitudinal. De plus, dans le cas de l'utilisation de ce dernier système la distance en hauteur séparant l'électrode TIG ou la tuyère PLASMA de la surface du métal en fusion sera également maintenue constante par le même asservissement qui détectera les bords, du fait même de l'oscillation. Dans le cas des systèmes mentionnés sous a) et b) la distance en hauteur séparant l'organe mobile du plan moyen des tôles à assembler sera maintenue constante pour les mêmes raisons. Les figures des dessins annexés feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Les figures 1 et 2 montrent schématiquement deux variantes de dispositif de soudage perfectionné suivant l'invention. Sur ces figures, on a représenté deux tôles 1 et 2 à assembler en soudage suivant un chanfrein 3 et le long duquel on veut déposer une couche de métal par soudage. Pour obtenir un dépôt régulier et un centrage correct, même si le chanfrein 3 est irrégulier et son volume variable, on utilise un dispositif suivant l'invention, comportant un chariot 5, coulissant sur un rail 6 sensiblement parallèle au chanfrein 3 et portant un support 7 pouvant se déplacer perpendiculairement à la surface des tôles (double flèche F1) ainsi que transversalement (double flèche F2 > . Dans le cas du système de la figure 1, le support 7 porte une torche de soudage 8 qui dépose le métal 4 et deux arcs TIG auxiliaires 9 et 10, dont les arcs palpent les deux bords du chanfrein. Dans le cas du système de la figure 2, le support 7 porte un oscillateur 11 sur lequel est fixée la torche de soudage 8 par l'intermédiaire d'un support 12, lequel peut porter également un arc TIG 13 dont la position par rapport à la torche est réglable dans les 3 directions. A l'intérieur du chariot 5 est prévu un dispositif de régulation de hauteur d'arc 14 pour maintenir constantes et égales les longueurs d'arc lues de part et d'autre de chaque bord du chanfrein par les deux arcs TIG (figure 1) ou lors d'une oscillation de gauche à droite et vice-versa (figure 2) , lorsque le chariot 5 se déplace le long du rail 6. Bien entendu, ce dispositif de régulation est suffisamment précis et rapide en fonction de la vitesse de déplacement du chariot le long du rail. On voit donc que selon l'invention, on utilise un arc TIG (ou PLASMA) de faible puissance dans le Système a arc auxiliaire ou de puissance quelconque dans le système sans arc auxiliaire pour maintenir constante la position dudit organe mobile dans deux directions transversalement dans le plan moyen séparant les deux bords. Par ailleurs, la hauteur est maintenue constante SOIt par rapport au plan moyen des tôles constituane-es deux bords dans le cas des arcs auxiliaires figure l) soit par rapport à la surface du métal en fusion dans le cas de l'utilisation de l'arc TIG ou PLUMA de soudage (figure 2) comme outil de travail Pour la mise en oeuvre du procédé selon 1linventinn7 le dispositif comportant un organe mobile, des mayens pour permettre entre ledit organe mobile et ledit corps métallique un mouvement relatif d'écartement et/ou de rapprochement et/ou un mouvement relatif d1oscilla- tion transversale ainsi qu'un mouvement relatif de défilement de direction sensiblement orthogonale auxdits mouvements de rapprochement, d'écartement et/ma d'oscillation, est tel que organe mobile 7 porte au moins une électrode TIG ou une tuyère PLASMA 8,9,10,13 et en ce qu'on prévoit des moyens de régu- lation 14 de l'arc TIG ou PLASMA de faible ou forte puissance apparaissant entre ladite électrode ou ladite tuyère, de façon à maintenir constante la distance entre la pointe de ladite électrode ou ladite tuyère et les deux bords des deux ou plusieurs pièces métalliques 1,2 ou d'une rainure 3 constituant un chanfrein dans une pièce métallique de façon à maintenir constante la position dudit organe mobile 7 en centrage et en hauteur par rapport auxdits bords métalliques. On peut prévoir un dispositif électronique comportant une mémorisation des positions relatives du plan moyen pendant le mouvement de défilement et permettant de restituer ces informations pendant l'exécution de passages successifs pour positionner l'outil de travail porté par l'organe mobile. Le dispositif d'oscillation 11 peut utiliser les propriétés de l'arc TIG ou PLASMA pour détecter toute information susceptible de conférer au mouvement d'oscillation des caractéristiques particulières telles que : autocentrage, temporisation, vitesse variable à droite ou à gauche, comptage de l'amplitude etc... lesdites caractéristiques pouvant être utilisées pour réguler les caractéristiques du générateur de soudage et/ou ou le dispositif de défilement de l'objet mobile et/ou le dispositif d'amenée de fil ; en particulier une telle application peut conduire à l'obtention en soudage de couches successives d'épaisseur constante et au contrôle du transfert dans l'arc lui-même. R E V E N D I C A T I O N S 1.-Procédé pour l'asservissement ae la position entre deux bords métalliques (3) dwun organe mobile 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mouvement relatif d'écartement et/ou de rapprochement est obtenu, par oscillation du ou des arcs TIG ou PLASMA (9,10,i3). 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise un arc TIG ou PLASMA auxiliaire de faible puissance (9,10,13) animé d'un mouvement d'oscillation transversal auxdits bords. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise deux arcs TIG ou PLASMA de faible puissance (9,10) l'un détectant le bord gauche et l'autre le bord droit. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, servant au soudage de pièces métalliques (4,2) au moyen d'une torche TIG ou PLASMA (8), caractérisé en ce qu'on utilise ladite torche de soudage (8) en vue de l'asservissement , la puissance de ladite torche étant suffisante pour réaliser le soudage et 'asservissement. 6.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, et comportant un organe mobile, des moyens pour permettre entre ledit organe mobile et ledit corps métallique un mouvement relatif d'écartement et/ou de rapprochement et/ou un mouvement relatif d'oscillation transversale ainsi qu'un mouvement relatif de défilement de direction sensiblement orthogonale auxdits mouvements de rapprochement, d'écartement et/ou d'oscillation, caractérisé en ce que l'organe mobile 7 porte au moins une électrode TIG ou une tuyère PLASMA 8,9,10,13 et en ce qu'on prévoit des moyens de régulation 14 de l'arc TIG ou PLASMA de faible ou forte puissance apparaissant entre ladite électrode ou ladite tuyère, de façon à maintenir constante la distance entre la pointe de ladite électrode ou ladite tuyère et les deux bords des deux ou plusieurs pièces métalliques 1,2 ou d'une rainure 3 constituant un chanfrein dans une pièce métallique de façon à maintenir constante la position dudit organe mobile 7 en centrage et en hauteur par rapport auxdits bords métalliques.