Brevet FR2556260A1 — publié le 19850614

Procédé et dispositif Pour Le contrôle et la commande du processus de soudage Lors du soudage de piéces de travaiL dans les procédés de soudage a l'arc L'invention concerne un procédé et un dispositif pour le contrôle et la commande du processus de soudage lors du soudage de pièces de travail, en particulier de pièces qui diffèrent entre elles par au moins un composant de matière, dans les procédés de soudage automatique à l'arc électrique. Parmi les défauts les plus dangereux d'un joint de soudure, on compte la pénétration défectueuse de la soudure dans les matériaux à assembler, car ce défaut réduit fortement la solidité de l'assemblage par soudure. Cette pénétration défectueuse de la soudure est souvent provoquée par la conduite imprécise du chalumeau ou de l'électrode, dans leur position relative à la jonction, ce qui entraîne la fusion incomplète c' est-à-dire la profondeur de pénétration insuffisante d'une matiere au point de soudure. En conséquence, il est souvent nécessaire de soumettre le point soudé, après la fin du processus de soudage, à un essai, ce qui est effectué entre autres par un examen radioscopique, au moyen de rayons X ou d'ultrasons. Bien entendu, l'examen de qualité d'un joint soudé après finition ne constitue qu'un expédient, car il peut uniquement conduire à détecter et éliminer les pièces à joint soudé défectueux, mais pas à éliminer la cause de ce défaut. Par le passé, des efforts considérables ont été déployés pour améliorer la qualité du joint soudé, dans les processus de soudage automatique avec ou sans robot, par une conduite plus précise du soudage, et pour réduire ainsi le nombre des pièces défectueuses. Ces tentatives n'ont pas été couronnées jusqu'à présent d'un succès décisif. Cela concerne en particulier le domaine des tôles minces, où l'utilisation de détecteurs pour améliorer la conduite du soudage n'a pu être possible à ce jour de façon satisfaisante. L'invention a pour objectif de proposer un procédé convenant également pour le domaine des tôles minces, qui permette une amélioration considérable du guidage pendant le processus de soudage, c'est-à-dire, l'obtention d'une soudure parfaite des matériaux à assembler. Le procédé selon l'invention est particulièrement destiné au soudage à -l'arc électrique automatique, avec ou sans mise en oeuvre de robots. De plus, l'invention devra proposer un dispositif approprié pour la réalisation du procédé. A cet effet, l'invention propose un procédé caractérisé en ce que, pendant le processus de soudage, les radiations émises par la zone de soudage sont déterminées par analyse spectroscopique à l'aide d'un spectromètre d'émission et évaluées de façon à produire un signal de contrôle et/ou un signal corrigeant les processus de soudage. Conformément à l'invention, il est donc utilisé comme détecteur pour déterminer le lieu de soudage, un spectromètre connu en soi, employé pour la détermination analytique de la composition d'alliages ou autres. Dans le procédé selon l'invention, le spectromètre remplit les fonctions d'un détecteur contrôlant le déroulement du procédé , pour le contrôle continu de la lumière émise par le lieu de soudage ou par l'arc. Lorsque des pièces à souder diffèrent entre elles par au moins un constituant, il est possible de détecter avec une bonne fiabilité, par évaluation spectroscopique de l'arc, si le matériau de base des deux pièces à assembler a bien été fondu. Cela donne la possibilité de fournir une information permanente pour savoir si lors de la conduite du soudage une jonction parfaite des matériaux est réalisée.La divergence des pièces à souder concernant au moins un composant, dans le soudage des tôles minces et autres, est souvent donnée ou choisie dans la finition ou la construction. Le procédé selon l'invention est conduit le plus simplement lorsque les deux matériaux contiennent réciproquement au moins-un composant d'alliage, qui n'est pas présent dans l'autre matériau. Par ailleurs, la différence peut être également constituée par la proportion des constituants à l'intérieur de l'alliage.Etant donné que par des moyens spectrométriques, on n'obtient pas seulement une information qualitative, mais aussi une information quantitative sur l'intensité des raies spectrales et les valeurs de mesures photoelectriques, concernant les proportions de composants déterminés, le procédé selon l'invention peut être également utilisé là où les matériaux des pièces à souder diffèrent dans leur composition en matières et/ou dans les proportions contenues. Le procédé selon l'invention peut s'appliquer même lorsque les pièces à souder sont identiques. Dans ce cas les arêtes de jonction des deux pièces à assembler, dont la fusion doit être contrôlée, sont constamment soumise à un contrôle spectrométrigue spécial. Dans l'évaluation automatique par spectromètre d'émission, des tolérances inférieures et supérieures peuvent être également prises en compte, de sorte qu'il est même possible de contrôler le processus de soudage concernant les valeurs de tolérance supérieure et/ou inférieure de composants d'alliage déterminés. Le procédé selon 11 invention peut servir uniquement au contrôle du processus de soudage ou bien, selon un mode de réalisation préféré, il peut être également utilisé pour la commande ou la régulation du procédé.Etant donné que, comme mentionné, à travers l'intensité de la lumière émise, une information est également obtenue sur la quantité de matière fondue, l'intensité croissante ou décroissante permet également d'obtenir une information concernant l'emplacement du joint de soudure sur le matériau de base des deux pièces. -L1évaluation des résultats des mesures effectuées avec le spectromètre d'émission peut être réalisée à l'aide d'un équipement électronique, par exemple de telle sorte qu'en se basant sur l'intensité croissante et décroissante des raies spectrales , une correction automatique de la position du joint de soudure soit effectuée. La transmission des radiations au spectromètre d'émission, qui peut être installé stationnaire, s'effectue de préférence à l'aide d'un guide d'ondes, de préférence un système à base de fibres optiques. Les fibres de quartz sont particulièrement adaptées. Il en résulte que les unités de détection et de commande, qui pourraient recevoir des éclaboussures du soudage, sont situées à l'extérieur de la zone dangereuse. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention se caractérise avant tout en ce que, sur la tête ou chalumeau de soudage, il est disposé un support pour un système de fibres optiques dirigé vers la zone de soudage. De préférence cependant, la position angulaire de ce système par rapport à la zone de soudage est réglable, de sorte au'il peut être dirigé directement sur le lieu de soudage c'est-à-dire sur l'arc. Le support est constitué de préférence par un membre pivotant sur la tête de soudage ou chalumeau, par exemple un bras pivotant ou autre, qui porte le système de fibres optiques et qui peut être situé à la distance souhaitée du point de soudure c'est-à-dire de l'arc. Le spectromètre d'émission est raccordé de préférence à un microprocesseur comprenant une évaluation électronique, qui est également muni d'une commande électronique pour le réajustement. L'invention sera mieux comprise à l'aide des modes de réalisation représentés sur les dessins annexés. Sur ces dessins, les --figures représentent - figure 1 : une vue schématique d'un dispositif selon l'invention pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; - figure 2 : une vue latérale d'un dispositif selon l'invention, avec un système de fibres optiques monté sur le chalumeau; - figure 3 : dans la représentation de la figure 2, un mode de réalisation modifié de l'invention. Sur les figures, 1 et 2 désignent deux pièces métalliques constituées par exemple de tle mince, qui peuvent être reliées par un joint soudé 3. En figure 1, l'indice 4 désigne un chalumeau ou tête de soudage d'un dispositif de soudage automatique ou d'un robot de soudage. La jonction des pièces 1 et 2 s'effectue de préférence par un procédé de soudage automatique à l'arc. Afin d'obtenir au cours du processus de soudage un assemblage parfait c'est-à-dire une pénétration de fusion suffisamment profonde sur les rebords des pièces 1 et 2, l'emplacement du soudage ou l'arc sont balayés pendant le processus de soudage. C'est un spectromètre d'émission 5 avec un système de fibres optiques 6, 7 qui est utilisé ici comme détecteur, dont la partie 6 est conçue sous forme de tête, dans laquelle est maintenu par son extrémité un guide d'ondes constitué par une fibre 7 ou un faisceau de fibres, de préférence en quartz. L'autre extrémité du guide d'ondesest fixée sur la fente d'admission 8 du spectromètre d'émission 5, qui peut être stationnaire. Sur la tête de soudage ou chalumeau 4, la tête 6 du système de fibres optiques est montée sur un support 9 de façon à être dirigée avec précision sur le lieu de soudage ou l'arc, et que la lumière émise soit conduite à travers le fibre-guide 7 au spectromètre d'émission. Le spectromètre d'émission 5 est d'une conception connue; il est constitué -par un instrument spectroscopique# dans lequel le rayonnement de l'arc ou du lieu de soudage est dispersé en raies spectrales séparées, l'intensité d'une raie sélectionnée étant mesurée par voie photoélectrique dans chaque cas. On peut également mesurer ici le rapport -des intensités de raies spectrales déterminées représentant des composants d'alliage déterminés des pièces 1 et 2, le rapport mesuré indiquant les quantités de ces composants dans le bain de soudage. Les fentes de sortie 10 et 11 du spectromètre d'émission 5 sont ajustées suivant les raies spectrales choisies.Derrière ces fentes se trouvent des recep- beurs photoélectriques 12, dont les signaux électriques sont conduits à un microprocesseur 13 qui est muni d'une évaluation et d'une commande automatique de la tête de soudage ou chalumeau 4. Lors du réajustage, la tête de soudage ou chalumeau 4 est ajustée dans la position nominale où la fusion parfaite souhaitée des matériaux des deux pièces 1 et 2 est réalisée. En figure 1, les directions des déplacements de réglage sont indiquées par les quatre flèches. La figure 2 représente un chalumeau mécanique coudé, avec le support 9 pour la tête 6 du système de fibres optiques. La tête 6 est montée de façon réglable, sur l'extrémité libre d'un bras pivotant 14, au moyen d'un dispositif de vissage 5, suivant l'axe longitudinal du bras pivotant L'autre extrémité du bras pivotant 14 est montée en 16 en pivotement autour d'un axe transversal, le bras pouvant être fixé dans ses différentes positions de pivotement au moyen de sa vis de réglage ou autre. Le pivot 16 se trouve sur un collier 17 ou autre du chalumeau ou tête de soudage 4'. A l'aide des possibilités de réglage mentionnées, la tête 6 du système de fibres optiques peut être amenée à la distance prévue du lieu de soudage et dirigée sur celui-ci ou sur l'arc. Dans le mode de réalisation de la figure 3, les systèmes de fibres optiques 6, 7 sont montés avec leurs supports, de façon réglable, sur un chalumeau mécanique droit 4". Ce dernier présente sur une manchette 17 ou autre, un membre pivotant court 14', qui porte la tête 6 du système de fibres optiques de façon réglable à l'aide d'un dispositif de réglage à vis 15. L'indice 18 désigne une conduite de gaz pour l'amenée du gaz de protection. Pendant le processus de soudage, le rayonnement émis dans la zone de soudage ou par l'arc et transmis par le système de fibres optiques 6, 7 au spectromètre d'émission est détermine par ce dernier et évalué afin de fournir un signal de commande ou de réglage corrigeant le processus de soudage et/ou un signal de con tôle. L'évaluation des résultats de mesure s'effectue par l'évaluation électronique du microprocesseur 13. Si les conditions de soudage optimales ne sont pas assurées, un signal d'alarme optique et/ou acoustique peut être déclenché. Le dispositif est cependant conçu de façon qu'un réajustage automatique soit réalisé à l'aide de la commande électronique du microprocesseur 13. La position du chalumeau par rapport à la position du lieu de sondage est alors réajustée de façon à obtenir la fusion ou la pénétration souhaitée sur les rebords des pièces 1 et 2. il est possible ainsi de réaliser un contrôle et une commande précise de la fusion du matériau des pièces 1 et 2 à assembler, et ainsi d'obtenir un contrôle de la position du joint soudé 3 par rapport à la position d'assemblage prévue des pièces 1 et 2, et arriver à réaliser un soudage de liaison et de pénétration appropriées. Le procédé et le dispositif selon l'invention sont très avantageusement utilisables pour le contrôle et/ou la commande des machines à souder avec ou sans robot. Une position de joint soudé prévue dans le programme peut être contrôlée et éventuellement même corrigée en permanence pendant le proce#ssus de soudage à l'aide du procédé selon l'invention, afin de produire des résultats de soudure optimales. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le contrôle ou la commande du processus de soudage lors du soudage de pièces, en particulier, de pièces qui diffèrent entre elles par au moins un composant de matière, dans les soudages automatiques à l'arc, procédé caractérisé en ce que pendant le processus de soudage, le rayonnement émis de la zone de soudage est déterminé par spectroscopie à l'aide d'un spectromètre d'émission, et évalue afin de fournir un signal de contrôle etou un signal corrigeant le processus de soudage. 2. Processus selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transmission du rayonnement au spectromètre d'émission s'effectue au moyen d'un guide d'ondes, en particulier une fibre ou un faisceau de fibres, de préférence une fibre de quartz. 3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, carac térise en ce-que la position du lieu de soudage par rapport à la position du chalumeau ou de la tête de soudage est réajustée dans le sens d'une correction de la fusion ou du soudage, en fonction des résultats de mesure du spectromètre d'émission. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que pour des pièces dont l'une contient un composant (par exemple comme composant d'alliage) qui n'est pas contenu dans le matériau de l'autre pièce, pendant le processus de soudage, la présence de ce composant est déterminée par spectroscopie et utilisée pour le contrôle du processus de soudage et/ou comme grandeur de réglage pour la correction du processus de soudage. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que pendant le processus de soudage, l'intensité d'une ou de plusieurs raies spectrales est déterminée, comme mesure de concentrations en matières définies, et exploitée pour le contrôle et/ou le réglage du processus de sondage. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un support (9) pour un système de fibres optiques (6, 7), dirigé sur la zone de soudage ou sur l'arc, est monté sur le chalumeau (4, 4', 4"). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la position angulaire de la tête (6) du système de fibres optiques est ajustable par rapport à la zone de soudage. 8. Dispositif selon les revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le support (9) comporte un membre (14, 14') pivotant, mobile sur le chalumeau, et qui porte la tête (6) du système de fibres optiques. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-#cations 6 à 8, caractérisé en ce que le spectromètre d'émission (5) est raccordé à un microprocesseur (13) muni d'une évaluation électronique. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le microprocesseur (13) équipé d'une évaluation électronique comporte également une commande pour le réajustage. Il. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 pour la réalisation d'un essai spectrométrique comparatif avec un signal produit avec changement de pièce.