Brevet FR2550336A1 — publié le 19850208

La présente invention concerne les procédés de contrôle des processus utilisant des laitiers électroconducteurs, et a notamment pour objet un procédé de contrôle du niveau d'un bain de métal lors d'un processus utilisant un laitier électroconducteur. L'invention peut être appliquée pour l'automatisation des processus utilisant des laitiers électroconducteurs, notamment des processus de soudage et de rechargement avec obtention de cordons rectilignes et circulaires. On connatt un procédé de contrôle du niveau d'un bain de métal dans un processus utilisant un laitier électroconducteur, selon lequel on applique à un organe de contrôle un signal de contrôle fourni par un capteur à induction, sans contact, sensible au niveau du métal en fusion (voir, par exemple, le certificat d'auteur soviétique NO 376013 , classe G Ol f 23/26). Le principe de fonctionnement d'un tel capteur de niveau est basé sur la distorsion du champ magnétique du capteur par les courants tourbillonnaires induits dans le milieu électroconducteur amagnétique, c'est-à-dire dans le bain de métal dont le niveau est à contrôler. Le capteur est exécuté à base d'un circuit magnétique en double U et est incorporé dans un patin. Comme signal de contrôle portant l'information sur le niveau du bain de métal, on utilise la force électromotrice induite dans un enroulement de mesure enroulé sur la branche médiane du circuit magnétique en double U sous l'effet de la différence des flux magnétiques des bains de laitier et de métal. La fabrication d'un tel capteur est laborieuse et il est pratiquement impossible d'incorporer ce capteur dans le moyen de formation du joint de soudage. En outre, le courant circulant pendant le soudage forme un champ magnétique électromagnétique déformant le champ magnétique du capteur. On connaît aussi un procédé de contrôle du niveau d'un bain de métal dans un processus utilisant un laitier électroconducteur, selon lequel on applique à un organe de contrôle le signal fourni par une sonde plongée dans le bain de laitier. (voir, par exemple, "Equipement électrique pour soudage à l'arc et sous laitier" par B.E. Paton, V.K. Lebedev, Moscou, éd. "Mashinostroenie", 1966, pp. 126 et 127). Selon ce procédé, la sonde est branchée sur une source d'alimentation à travers une self. La sonde est incorporée dans un patin. Lorsque le bain de métal monte, le patin se déplace périodiquement, à une vitesse dépassant celle de soudage. Comme signal de contrôle on utilise, dans ce cas, la chute de tension sur la partie du circuit électrique:sonde-bain de laitier-bain de métal. La chute de tension à la sonde dépend de la distance entre son extrémité et le bain de métal. Cette chute de tension est comparée à une tension de référence. La différence de tension est appliquée à un amplificateur de puissance connecté au moteur électrique faisant partie de la commande déplaçant le moyen de soudage sous laitier électroconducteur. Ce procédé, qui est le plus simple, est préférable pour les processus utilisant des laitiers électroconducteurs caractérisés par des bains de soudage de faible volume, c > est-à-dire pour le soudage et le rechargement. Sur les sondes en cuivre à refroidissement par air utilisées à l'heure actuelle, il se forme un garnissage de scorie (une couche de laitier solidifié), car la température de sa fusion est supérieure de 50 à 2000C à celle du cuivre. La présence du garnissage de scorie ne permet pas d'obtenir une relation stable entre la chute de tension à la sonde et la distance séparant son extrémité et le bain de métal, d'où une basse fiabilité du signal de contrôle portant l'information sur le niveau du bain de métal. Lorsqu'on utilise en tant que sonde une tige non refroidie en un métal à haut point de fusion, par exemple en tungstène, aucun garnissage de scorie ne se forme sur sa surface, mais dans ce cas on n'arrive pas non plus à obtenir un signal de contrôle sar portant l'information sur le niveau du bain de métal, vu qu'il n'y a pas de relation stable entre la chute de tension à la sonde et la distance entre son extrémité et le bain de métal. Souvent, le signal est fourni par une sonde se trouvant à une grande distance du bain de métal. Le manque de fiabilité de l'information sur le niveau du bain de métal a des conséquences négatives pour l'automatisation des dispositifs réalisant des processus tels que le soudage et le rechargement; elle peut aussi conduire à des défauts dans le cordon de soudage. La présente invention vise donc à mettre au point un procédé de contrôle du niveau d'un bain de métal lors d'un processus utilisant un laitier électroconducteur, de préférence lors d'un processus de soudage ou de rechargement, selon lequel le signal de contrôle utilisé serait tel qugil permettrait d'élever sensiblement la fiabilité du contrôle. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un procédé de contrôle du niveau d'un bain de métal pendant un processus utilisant un laitier électroconducteur, selon lequel on applique à un organe de contrôle un signal de contrôle fourni par une sonde plongée dans un bain de laitier, ce procédé étant, suivant l'invention, caractérisé en ce qu'en tant que signal de contrôle on utilise le potentiel apparaissant à l'intervalle sonde-bain de métal et résultant du passage d'un courant à travers le laitier, potentiel d'après lequel on juge du niveau du bain de métal par rapport à l'extrémité de la sonde. Le procédé proposé de contrôle du niveau du bain de métal pendant le processus utilisant un laitier électroconducteur permet d'employer, pour l'automatisation d'un tel processus, des dispositifs de construction simple fournissant un signal de contrôle d'une fiabilité élevée pour contrôler le niveau du bain de métal. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparatront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente le schéma général d'un dispositif de contrôle du niveau d'un bain de métal pendant un processus utilisant un laitier électroconducteur, selon l'invention, - la figure 2 représente un schéma général d'un autre mode de réalisation du dispositif de contrôle duniveau d'un bain de métal lors d'un processus utilisant un laitier électroconducteur, selon l'invention:: - la figure 3 est un circuit électrique équivalent du dispositif représenté schématiquement sur la figure 1; - la figure 4 montre la partie encerclée A de la figure 2, à échelle agrandie. Le procédé proposé de contrôle du niveau d'un bain de métal lors d'un processus utilisant un laitier électroconducteur sera décrit ici, pour plus de clarté, au moyen d'un exemple de sa mise en oeuvre par un dispositif qui est représenté sur les figures I à 4. Le dispositif pour le contrôle du niveau d'un bain de métal pendant un processus utilisant un laitier électroconducteur, mettant en oeuvre le procédé revendiqué, comporte une sonde I (figures 1 et 2) raccordée à un amplificateur à émetteur asservi 2 dont les sorties sont connectées à un amplificateur 3 couplé à un organe de contrôle 4. Dans le dispositif montré sur la figure 1, la sonde est incorporée dans un patin 5 monté avec possibilité de se déplacer le long du cordon de soudure 6 ainsi que le long du bain de laitier 7 et du bain de métal 8 se formant lors dudit processus, notamment lors du soudage ou du rechargement. Selon un autre mode de réalisation du dispositif, montré sur la figure 2, la sonde 1 est incorporée dans des plaquettes 9 pour le cratère, montées sur la pièce à souder 10, et est connectée à l'amplificateur à émetteur asservi 2. La figure 1 représente un bec guide-électrode Il avec l'électrode consommable 12 du dispositif mettant en oeuvre le procédé utilisant le laitier électroconducteur, ce dispositif ne faisant pas l'objet de la présente invention. Le bec guide-électrode 11 est branché sur une source d'alimentation 13 représentée d'une manière conventionnelle sur le dessin par des bornes; cette source est raccordée, à son tour, au cordon de soudure 6 couplé à l'émetteur asservi 2. Sur la figure 2, est montré un bec guideélectrode 14 avec une électrode non consommable 15 faisant partie du dispositif mettant en oeuvre le processus utilisant le laitier électroconducteur, et ne faisant pas l'objet de l'invention. Le bec guide-électrode 14 est branché sur une source d'alimentation 13 qui, à son tour, est raccordée à une plaque en cuivre 16 faisant partie d'un moyen de formation du cordon de soudure 17 de la pièce à souder 10. Les plaquettes 9 entourent le bain de laitier 18 en contact avec le bain de métal 19. Le procédé de contrôle du niveau du-bain de métal pendant le processus utilisant un laitier électroconducteur, selon l'invention, consiste à appliquer à l'organe de contrôle 4 (figure 1 ou 2) un signal de contrôle fourni par la sonde 1 plongée dans le bain de laitier 7 ou 18, ce signal se présentant sous forme du potentiel apparaissant à l'intervalle sonde 1-bain de métal 8 ou 19 lors du passage d'un courant à travers le laitier, et à juger, d'après ce potentiel, du niveau du bain de métal 8 ou 19 par rapport à l'extrémité de la sonde. Lorsqu'on branche à travers l'électrode 12 le bec guide-électrode il (figure 1) sur la source de courant 13 à laquelle est disponible une tension U (figure 3), dans le circuit électrode 12 (figure 1)-bain de laitier 7 à résistance R1 (figure 3)-bain de métal 8 (figure 1) à résistance R2 (figure 3), passe un courant I. Dans ces conditions, à la sonde 1 (figure 1) plongée dans le bain de laitier 7 et électriquement isolée par rapport au patin 5, apparaît un potentiel U1 qui subit une décroissance monotone avec la diminution de la distance i . C'est sur cette loi qu'est basée l'obtention d'un signal de contrôle sous forme d'un potentiel U2 (figure 3) correspondant à une distance 4 1 déterminée séparant la sonde 1 (figure 1) du bain de métal 8. La valeur U2 (figure 3) correspond à la chute de tension aux résistances Zi R1 et R2 , respectivement, du laitier sur l'intervalle sonde 1-bain de métal 8 et du bain de métal 8, ayant lieu lors du passage du courant I. L'intensité du courant I est déterminée par la formule U I = --- z + R1 2 où U est la tension de la source de courant 13, z est l'impédance du circuit extérieur. La valeur du signal de contrôle est déterminée par la formule U2 = I(R2 + ti R1) (2) Comme on le voit sur la figure 3, la résistance r du garnissage de scorie est une résistance supplémentaire dans le circuit de mesure du signal de contrôle. Ainsi, la résistance du garnissage de scorie n'influence pas la valeur du signal de contrôle, c'est-à-dire la valeur du potentiel U2 , et ne figure pas dans la formule (2). La résistance r du garnissage de scorie peut avoir un effet sur l'erreur de mesure de U2 . C'est pourquoi, pour réduire l'erreur de mesure à une valeur admissible, une résistance supplémentaire R3 est insérée dans le circuit de mesure, qui est de beaucoup supérieure à la résistance r du garnissage de scorie.Dans ce cas U2 = ir + iR3 (3) où i est l'intensité du courant passant par le circuit sonde 1-bain de laitier 7- bain de métal 8 - résistance R3. Dans ces conditions, pour R3 > p r, A U2 = irt iR3, où U2 est l'erreur de mesure du potentiel ctest- à-dire que l'erreur de mesure est faible et peut être négligée. I1 est évident que l'absence de garnissage de scorie n'aura pas non plus d'influence sur le signal de contrôle U2 Dans le dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, la résistance R3 est constituée par l'amplificateur à émetteur asservi 2 (figure 1) et l'amplificateur 3. Pour une meilleure compréhension du procédé selon l'invention, on va maintenant examiner le fonctionnement du dispositif mettant en oeuvre ce procédé. Pendant le processus utilisant un laitier électroconducteur, tel que le soudage ou le rechargement, comprenant l'amenée dans le bain de laitier 7 d'un métal d'apport au moyen d'une électrode consommable 12, cette dernière fond et forme un bain de métal 8 qui, en se solidifiant, forme un cordon de soudure 6. A la sonde 1 plongée dans le bain de laitier 7 apparaît un potentiel U1 qui, au fur et à mesure que le bain de métal monte et que la distance t diminue, décroît jusqu'à zéro, ce dernier étant atteint lorsque la sonde touche le bain de métal 8. Par exemple, lorsque la distance t entre la sonde et le bain de métal 8 est de 1 mm, la valeur du signal de contrôle U2 sera égale à 200 mV. Lorsque le bain de métal se rapproche de la sonde I jusqu'à une distance à laquelle le potentiel U1 diminue jusqu'à la valeur U2 du signal de contrôle, le signal de contrôle est transmis, à partir de la sonde 1, par l'intermédiaire de l'amplificateur à émetteur asservi 2 et de l'amplificateur 3, à l'organe de contrôle 4 qui met en marche le mécanisme de déplacement (non représenté sur les dessins) du patin 5, ce dernier se déplaçant avec une vitesse supérieure à la vitesse de montée du bain de métal 8. Avec l'augmentation de la distance t séparant l'extrémité de la sonde I du bain de métal 8, le potentiél à la sonde 1 croSt,et lorsqu'il devient supérieur au signal de contrôle U2, l'organe de contrôle 4 débranche le mécanisme de déplacement du patin 5. Ensuite le cycle recommence. Un autre exemple de réalisation du procédé selon l'invention est constitué par le dispositif montré sur les figures 2 et 4 et fonctionnant comme suit; Pendant le procès surs utilisant un laitier électroconducteur, tel que le soudage ou le rechargement d'une pièce 10 (figure 2), il se forme un bain métallique 19 qui, au fur et à mesure que le cordon de soudure 17 se forme, monte en faisant monter aussi le bain de laitier 18. A l'extrémité du cordon 17, la sonde 1 incorporée dans les plaquettes 9 pour le cratère est plongée dans le bain de laitier 18. Alors apparaît à la sonde 1 un potentiel U1 7, 2V qui décroît au fur et à mesure que le bain de métal 19 se rapproche, et atteint la valeur, par exemple 200 mV, pour laquelle est réglé l'organe de contrôle 4, cette même valeur constituant le signal de contrôle U2. Lorsque le bain de métal 19 (figure 4) atteint les bords supérieurs de la pièce à souder 10, la distance entre l'extrémité de la sonde 1 et le niveau du bain de métal 19 devient égale à la valeur 2 1 correspondant au potentiel U2 constituant le signal de contrôle. Puis le signal de contrôle est transmis à l'organe de contrôle 4 par l'intermédiaire de l'amplificateur à émetteur asservi 2 et de l'amplificateur 3. L'organe de contrôle 4 met au repos le mécanisme de déplacement (non montré sur les dessins) de l'électrode consommable et fait passer le processus utilisant le laitier électroconducteur au régime de chauffage du bain de métal 19,effectué au moyen de l'électrode non consommable 15 et nécessaire à la prévention de la formation dans le cordon d'une cavité de retrait. Le procédé de contrôle du niveau du bain de métal lors d'un processus utilisant un laitier électroconducteur selon l'invention permet d'améliorer la fiabilité de l'information sur le niveau du bain de métal se formant lors d'un tel processus, notamment lors du soudage ou du rechargement, le procédé en question pouvant être mis en oeuvre par un dispositif de construction simple et commode en utilisation. REVENDICATION Procédé de contrôle du niveau d'un bain de métal pendant un processus utilisant un laitier électroconducteur, tel que par exemple un processus de soudage ou de rechargement, du type consistant à appliquer à un organe de contrôle (4) un signal de contrôle fourni par une sonde (1) plongée dans le bain de laitier (7), caractérisé en ce qu'on utilise comme signal de contrôle le potentiel (U2) apparaissant à l'intervalle sonde (1) - bain de métal (8) du fait du passage d'un courant électrique à travers le laitier, et que, d'après ce signal de contrôle, on juge du niveau du bain de métal (8) par rapport à l'extrémité de la sonde (1).