Brevet FR2535993A1 — publié le 19840518

Des dispositifs de commande de soudage peuvent avoir des formes différentes très diverses De nombreux dispositifs sont utilisés pour contrôler le courant ou la tension et utilisent cette donnée pour produire des signaux qui sont injectés dans un circuit de réaction afin de commander l'opération de soudage. De plus, des paramètres individuels tels que le courant, la tension et la vitesse de déplacement sont utilisés pour établir une valeur moyenne de l'apport de 1 o chaleur Cependant, cette technique donne un signal de commande "fait accompli" et elle ne permet pas de faire varier l'apport de chaleur-en cours de travail afin de maintenir la chaleur fournie à un niveau de référence. Il est important, dans de nombreux cas, de four nir un apport de chaleur constant pour une opération de soudage Un exemple de l'importance du maintien d'un apport de chaleur constant dans une opération de soudage à l'arc réside dans la fabrication d'une roue de camion. Dans cette opération, un disque constitué d'une matière froide relativement mince est soudé à une jante relative- ment épaisse qui est généralement en matière laminée à chaud Dans de telles opérations de soudage à l'arc de roues, il est important de fournir des apports de chaleur précis pour obtenir une pénétration minimale de la sou- dure et de la chaleur fournie tout en préservant la soli- dité du disque travaillé à froid par un recuit minimal de la zone affectée par la chaleur t L'invention a pour objet un dispositif de sou- dage perfectionné dans lequel l'apport de chaleur est maintenu relativement constant. L'invention a également pour objet un dispositif perfectionné de soudage dans lequel l'apport de chaleur est maintenu uniforme et à un niveau déterminé afin que la pénétration soit minimale pour que la soudure soit saine et qu'aucun recuit excessif des pièces soudées en- semble n'apparaisse. Conformément à l'invention, on produit un signal électrique de référence représentant la vitesse par rapport à une pièce, le courant de l'arc et la tension d'arc nécessaires au maintien d'un chauffage uniforme de la pièce Des signaux électriques représentant ces mêmes paramètres sont produits en cours d'opération Deux des signaux électriques sont combinés au signal électrique de référence afin de produire un signal de sortie sensi- blement égal au signal représentant l'un des paramètres utilisés pour produire les signaux électriques de réfé- rence Les signaux combinés concernent le même paramètre, tel que le courant Le signal de sortie constitué des signaux combinés est comparé au signal électrique corres- pondant produit pendant l'opération afin de donner un signal d'erreur Ce dernier est utilisé dans un circuit de réaction pour commander la fonction choisie afin de maintenir l'échauffement uniforme souhaité. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est un schéma simplifié d'un dispo- sitif de soudage selon l'invention; la figure 2 est un schéma simplifié illustrant un peu plus en détail le dispositif de soudage de la fi- gure 1; et les figures 3 A et 3 B sont des schémas, sous une forme partiellement simplifiée, illustrant ensemble en détail le circuit d'une forme de réalisation de l'inven- tion. La description de l'invention porte sur un appa- reil ou dispositif de soudage classique Dans un tel appa- reil, une opération de soudage à l'arc est effectuée sur deux pièces à joindre l'une à l'autre Une opération de soudage à l'arc peut s'effectuer au moyen d'un outil de soudage dans lequel un fil est avancé en continu d'un pis- tolet de soudage vers la pièce afin qu'il se produise entre le fil et la pièce-un arc qui échauffe et fait fondre le fil et le métal nu pour former la soudure - Dans de tels appareils classiques, les trois paramètres concernés sont la tension de l'arc de soudage, le courant de l'arc, en relation avec la vitesse d'avance du fil, et la vitesse de la pièce concernée Dans la pré- sente-invention, on produit un signal de commande qui - tient compte d'une tension d'arc prédéterminée, d'un cou- rant d'arc prédéterminé (vitesse d'avance du fil) et d'une vitesse prédéterminée de la pièce Il est produit un signal électrique représentant la com Ijinaison appropriée de ces trois paramètres L'apport de chaleur est l'énergie, en Joules, par cm de longueur de la pièce Ce signal repré- sente l'apport de chaleur fourni à la pièce et à maintenir à une valeur constante pendant l'opération de soudage. Comme représenté sur la figure 1, un circuit multiplicateur-diviseur 10 est destiné à recevoir plusieurs signaux comprenait le courant d'arc de soudage IA sur la ligne 12, ce signal étant produit par une machine 14 de soudage, la tension EA de l'arc de soudage, présente sur la ligne 16, et la vitesse S de la pièce par rapport à l'outil de soudage, ce signal étant présent sur la ligne 18 Les signaux des lignes 12, 16 et 18 sont des signaux analogiques de-tension représentatifs des paramètres con- cernés. Le signal HC de commande de chauffage est produit sur la ligne 20 et appliqué au circuit 10 Ce signal de commande de chauffage est un signal analogique qui est prédéterminé et représentatif de la tension d'arc prédé- terminée, du courant d'arc et de la vitesse de la pièce programmés dans la machine de soudage Le signal de com- mande de chauffage représente la quantité de chaleur que l'on souhaite obtenir dans le joint soudé Le circuit illustré par le bloc 10 est conçu pour effectuer un cer- tain nombre de calculs afin de produire sur la ligne 22 un signal d'erreur de sortie E. Le bloc 10 renferme divers circuits multiplica- teurs-diviseurs, ainsi qu'un circuit de comparaison qui seront décrits plus en détail ci-après Dans la forme de réalisation représentée, le courant réel IA de soudage est comparé au courant calculé IC utilisé pour produire le signal de commande de chauffage sur la ligne 20 Une com- 25359 q 3 paraison algébrique de ces deux signaux donne un signal d'erreur sur la ligne 22 Ce signal d'erreur ou de con- trôle de chauffage est utilisé pour accélérer ou ralentir un mécanisme d'alimentation en fil, ce qui affecte direc- tement le courant de l'arc afin de le stabiliser à la référence déterminée par le signal de commande de chauf- fage sur la ligne 20. Le signal de commande de chauffage est multiplié par le signal représentant la vitesse de soudage Le pro- duit est ensuite divisé par le signal de la tension réelle de l'arc afin de donner un signal de sortie IC proportion- nel au courant demandé pour produire la chaleur souhaitée. Le courant réel IA de l'arc sur la ligne 12 est soustrait ou comparé algébriquement au signal résultant du calcul portant sur le signal de commande de chauffage, sur la vitesse de la pièce et sur la tension de l'arc afin de donner, sur la ligne 22, le signal d'erreur qui est lui- même utilisé pour accélérer ou ralentir le mécanisme d'en- traînement du fil et la vitesse d'avance du fil dans la machine 14 de soudage. Le circuit indiqué dans le bloc 10 illustre com- ment le signal d'erreur est produit par sommation algébri- que de deux signaux de courant Dans certains cas, il peut être souhaitable d'utiliser le signal de tension d'entrée pour produire un signal d'erreur ou, dans un autre cas, il peut être souhaitable d'utiliser le signal représentant la vitesse de la pièce pour produire le signal d'erreur en comparant chaque signal individuellement à son signal cor- respondant de référence. Comme montré sur la figure 2, trois paramètres sont utilisés initialement pour produire les signaux ana- logiques de sortie Le signal HC de commande de chauffage est produit par un circuit 24 qui représente des Joules par cm de longueur de la pièce Le signal produit par le circuit 26 est déterminé par une intervention sur les trois paramètres comprenant la chaleur commandée, la tension de l'arc et la vitesse de la pièce, afin que l'on obtienne un signal analogique représentant le courant nécessaire 25359 M 3 pour produire le signal d'apport de chaleur souhaité Hc. Le signal de sortie du circuit 24 est appliqué à un circuit multiplicateur-diviseur 26 Un signal de vitesse provenant d'un transducteur convenable, qui mesure la vitesse de la pièce, est conditionné et démultiplié dans un circuit 28 pour être appliqué au circuit multiplicateur-diviseur 26. Les signaux provenant du circuit 24 d'apport de chaleur et du circuit 28 de conditionnement de vitesse sont multipliés dans le circuit 26 Le signal de la tension d'arc est con- ditionné dans un circuit 30 et introduit dans le circuit multiplicateurdiviseur 26 Ce signal de tension d'arc est combiné au produit des deux signaux provenant des circuits 24 et 28 pour donner un signal représentant le courant idéalisé et utilisé pour développer en 24 le signal idéalisé d'apport de chaleur Le produit du signal d'apport de cha- leur par le signal de vitesse conditionné est divisé par le signal de la tension d'arc pour donner un signal repré- sentant le signal de courant idéalisé Ce signal de courant représente une référence à suivre pour maintenir l'opéra- tion à l'apport de chaleur uniforme souhaitée La source 32 d'alimentation est utilisée pour fournir de l'énergie aux divers circuits utilisés. Le signal de sortie du circuit multiplicateur- diviseur 26 et le signal de courant d'arc provenant du circuit 38 sont additionnés en un point 36 par des résis- tances 34 et 74 de sommation Le signal d'erreur au point 36, provenant des circuits 26 et 38, est amplifié par un amplificateur 40 Le circuit amplificateur 40 du signal d'erreur produit sur la,ligne 22 un signal d'erreur qui est appliqué pour la commande d'un mécanisme 44 d'entraî- nement du fil faisant partie de la machine 43 de soudage. A titre illustratif, un pistolet 45 de soudage est disposé de manière à distribuer le fil 47 pour réaliser des soudures sur une pièce 49 qui est déplacée par des moyens classiques. La pièce est représentée sous la forme d'une roue. La vitesse du fil est en relation avec le cou- rant de l'arc Lorsque le fil arrive à l'arc de soudage ou barbote trop rapidement, le courant d'arc s'élève du fait de l'utilisation d'une source d'alimentation à potentiel constant, et une plus grande quantité de fil 47 est brûlée. Si le fil 47 arrive trop lentement à l'arc, le courant est réduit pour maintenir une longueur d'arc préalablement établie (tension d'arc) et la quantité de fil fondant dimi- nue Par conséquent, il existe une relation directe entre la vitesse d'avance du fil et le courant de l'arc Il est donc relativement aisé de régler la vitesse d'avance du fil, car il serait par ailleurs pratiquement impossible de régler le courant réel proprement dit. Le signal d'erreur est appliqué au circuit du moteur du dispositif d'avance du fil et il provoque une accélération ou un ralentissement de ce moteur en fonc- tion des valeurs instantanées du signal Sous l'action du circuit de réaction, le signal d'erreur instantané est réduit à une faible valeur acceptable Fondamentale- ment, le dispositif selon l'invention utilise une compa- raison d'une valeur préalablement calculée de l'un des paramètres de soudage à la valeur réelle du même paramètre prise pendant l'opération de soudage. Les figures 3 A et 3 B, à considérer ensemble, sont des schémas détaillés montrant le mode de fonction- nement des divers blocs de la figure 2 Le coeur du sys- tème est constitué par le circuit 26 qui est un circuit intégré assumant une fonction de multiplication et de divi- sion Ce circuit particulier reçoit le signal de commande du circuit 24 d'apport de chaleur, le multiplie par un signal de vitesse provenant du circuit 28 de conditionne- ment de vitesse et divise le produit par un signal de tension provenant du circuit 30 afin de produire en sortie un signal représentant le courant d'arc à commander. Le circuit intégré 46 est une pièce standard courante qui reçoit un signal numérique de réglage de vitesse par un conducteur 48 et le transforme en une ten- sion continue proportionnelle Le signal d'entrée du cir- cuit 46 peut être constitué d'une série d'impulsions, par exemple, comptant le nombre de dents du pignon du moteur d'entraînement ou bien produit par d'autres procédés o 2535993 applicables Les dents concernées peuvent passer, par exemple, devant un capteur qui produit des impulsions. De tels capteurs sont classiques et bien connus de l'homme de l'art. Une résistance variable 50 est utilisée pour - établir le facteur exact de démultiplication afin que l'on obtienne en sortie une tension particulière pour un nombre particulier de dents de pignon par seconde, représentant la vitesse du pignon Par exemple, le facteur de démulti- plication peut être de 1 volt, correspondant à une vitesse de soudage de 25 cm par minute. Un circuit intégré 52 constitue un amplificateur- adaptateur d'impédance qui adapte le signal à un faible niveau d'impédance afin qu'il puisse être traité dans un circuit intégré 54 Ce dernier permet de modifier le signal d'entrée de vitesse fourni au processeur afin de corriger- les variations de vitesse de soudage dans le cas o le centre de rotation de la pièce est fixe alors que le dia- mètre de la pièce varie. Le circuit 24 comprend un circuit intégré 56 et un potentiomètre 58 permettant de choisir le chauffage commandé nécessaire La commande est une tension analogi- que proportionnelle à l'apport de chaleur en Joules par cm Par exemple, 10 volts sur un potentiomètre peuvent correspondre à 100 000 Joules par cm Un potentiomètre constitue une pièce de commande qui permet de régler le gain pour établir dans le circuit 26 les fonctions appropriées de multiplication et de division. Des commandes 61 et 62 de la source d'alimenta- tion en énergie permettent de régler le clircuit intégré 26 afin qu'il effectue son opération de multiplication- division linéairement sur une plage étendue de tensions allant des niveaux d'entrée des signaux, d'environ 0,01 volt, jusqu'à une valeur de 10 volts à chacune des trois entrées. La tension de l'arc, qui est prise directement sur le circuit de soudage, entre l'anode (fil) et la masse du circuit de soudage constituée par la pièce à souder, est appliquée Eaux bornes de deux résistances 64 et 66. Ces résistances sont utilisées pour démultiplier les ten- sions élevées de 1 'arc de soudage afin de les amener au niveau analogique approprié, demandé par le circuit inté- gré 26 Le signal de courant est traité dans le circuit intégré 68 Ce courant est mesuré par le shunt de courant de valeur élevée en série avec la masse du circuit de soudage La différence de potentiel présente aux bornes du shunt 70 est appliquée au circuit intégré 68 par l'in- termédiaire d'une résistance 72 de réaction Cette résis- tance 72 détermine le gain de l'amplificateur formé par le circuit intégré 68 et ce dernier possède le même fac- teur de démultiplication, ennampères, que la sortie du circuit 26, également en ampères. La polarité des signaux de sortie des circuits 26 et 38 est telle que, lorsque ces signaux de sortie des circuits 26 et 38 sont combinés, le signal de sortie du circuit 38 est soustrait du signal de sortie du circuit intégré 26 Ainsi, on obtient au point 36 une tension d'erreur qui est égale à la différence entre le signal de courant idéalisé provenant du circuit 26 et le signal du courant réel d'arc provenant du circuit 38 Ce signal d'erreur est appliqué à un circuit intégrateur 78 faisant partie du circuit 40 par l'intermédiaire d'une résistance 76. Le circuit de sortie du circuit intégré 78 est également commandé par un potentiomètre 80 qui permet d'effectuer un réglage pour établir un niveau de référence sur la sortie du circuit 40 afin d'établir une vitesse minimale d'avance du fil en fonction de la dimension par- ticulière du fil, cette vitesse pouvant être appliquée à une dimension de fil présente dans la machine Le signal de sortie du circuit 40 est appliqué par deux diodes 82 et 84 au circuit de commande du moteur d'avance du fil dans la machine de soudage (figure 2)> Divers éléments détaillés utilisés dans les cir- cuits électriques sont bien connus de l'homme de l'art. Par exemple, les réseaux de résistances représentés sont utilisés pour déterminer des niveaux de tension auxquels les divers circuits intégrés fonctionnent Les divers condensateurs utilisés sont destinés à effectuer un cou- plage ou une dérivation de signaux, d'une manière bien connue. L'invention est décrite principalement dans son application à la comparaison de signaux représentant indi- viduellement ou collectivement des paramètres de soudage. Comme indiqué, l'un quelconque des trois paramètres cons- titués par le courant d'arc, la tension d'arc et la vitesse de la pièce, peut être utilisé pour produire les signaux d'erreur Ceci signifie que le circuit multiplicateur- diviseur 26 peut prendre différentes formes pour effectuer différentes opérations mathématiques, d'une manière bien connue, afin d'obtenir le signal d'erreur souhaité. Comme indiqué, l'invention apporte un moyen permettant de fournir un apport de chaleur relativement uniforme à une pièce. Ceci est important lorsque des pièces de deux caractéristiques différentes doivent être assemblées ou soudées ensemble Comme mentionné précédemment, l'une des pièces peut être travaillée à froid et l'autre peut être laminée à chaud Pour obtenir une bonne soudure entre les deux pièces sans provoquer un recuit des pièces travaillées a froid, il est nécessaire de travailler avec un certain apport de chaleur constant pour obtenir une qualité maxi- male de soudure. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention - REVENDICATIONS 1 Dispositif de maintien à un niveau fixe de la chaleur fournie à une pièce pendant une opération de soudage effectuée dans une machine automatisée dans laquelle un fil ( 47) de soudure est chauffé en même temps qu'il est avancé d'un pistolet ( 45) de soudage pour effectuer une opération de soudage sur une pièce ( 49) alors qu'un mouve- ment relatif est maintenu entre l'outil de soudage et la pièce, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il utilise un premier signal électrique représentant un apport de chaleur de référence à fournir à la pièce, ce signal étant dérivé de signaux de référence de vitesse de la pièce, de tension et de courant, nécessaires au maintien dudit niveau fixe de l'apport de chaleur, des moyens destinés à produire trois signaux électriques représentant des fonctions concer- nant la vitesse de la pièce, le courant passant dans l'outil de soudage et la tension électrique appliquée à ladite pièce, des moyens ( 1 0) destinés à combiner le premier signal élec- trique à deux des trois autres signaux électriques afin de produire un signal électrique de sortie sensiblement égal au troisième de ces trois signaux électriques, des moyens ( 40) destinés à comparer l'un des signaux de référence au troisième signal afin de produire un signal d'erreur (E), ledit signal de référence et le troisième signal qui lui est comparé concernant la même fonction, et des moyens destinés à utiliser le signal d'erreur pour commander ladite fonction afin que l'apport de chaleur produit pendant l'opé- ration de soudage soit maintenu à un niveau sensiblement fixe. 2 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'opération de soudage consiste en une opération de soudage à l'arc et en ce que les signaux de tension et de courant sont des signaux (EA, IA) représen- tant, respectivement, la tension de l'arc et le courant de l'arc. 3 Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le pistolet de soudage comprend un mécanis- me ( 43) d'avance du fil et en ce que le signal d'erreur est appliqué à ce mécanisme d'avance afin de régler la vitesse à laquelle il fait avancer le fil. 4 Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce que ledit signal de référence et le troisième signal qui lui est comparé sont des signaux de courant. Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que les moyens de combinaison comprennent un circuit multiplicateur-diviseur ( 26) dans lequel ledit premier signal électrique est multiplié par le signal repré- sentant la vitesse de la pièce, et le produit résultant est divisé par le signal de tension de l'arc. 6 Dispositif selon la revendication 5# carac- térisé en ce que la pièce comprend un premier corps en matière relativement mince, laminée à froid,-ce premier corps étant soudé à une jante relativement épaisse, en matière laminée à chaud. 7 Dispositif selon la revendication 6, carac- térisé en ce que la pièce comprend une roue. 8 Dispositif selon la revendication 7, carac- térisé en ce que les trois signaux électriques sont des signaux analogiques. 9 Dispositif selon la revendication 8, carac- térisé en ce que le signal de référence et le troisième signal qui lui est comparé sont soumis à une sommation algébrique pour produire ledit-signal d'erreur - Dispositif selon la revendication 9, carac- térisé en ce que le signal analogique représentant la vitesse de la pièce est dérivé de signaux constitués d'impulsions provenant d'un capteur.