Brevet FR2570010A1 — publié le 19860314

La présente invention concerne le domaine du soudage et a notamment pour objet un dispositif de commande d'une machine de soudage en bout par résistance et étincellement. La présente invention peut être appliquée au soudage en bout exécuté sur des machines dans lesquelles on utilise une commande d'asservissement électrohydrauli- que. Parmi ces machines figurent, avant tout, celles sur lesquelles on soude les pièces d'une grande section compacte, par exemple, des rails, des laminés divers , des carters des blocs de moteurs diesels des locomotives, des bagues. A l'heure actuelle, le problème principal à résoudre dans le soudage est d'élever la productivité du travail. Ce problème peut être résolu par la réduction du temps du soudage, c'est-a-dire, en faisant appel au chauffage plus intensif pendant une plus petite durée de soudage, ce qui permet de réduire, à son tour, la consommation du métal de façon d'autant plus notable que la section des pièces à souder est plus grande. On connaît un dispositif de commande de la vitesse de déplacement des pièces à souder pendant le soudage en bout par résistance et étincellement (su., par exemple, le brevet d'invention des Etats-Unis dAmérique N 3335257 cl. 219-101, 1967) constitué par un cylindre hydraulique qui assure le déplacement mutuel des pièces à souder, un tiroir d'asservissement hydraulique qui commande le vérin hydraulique composé d'un corps et d'une tige à ressort, un réducteur qui agit sur la tige du tiroir hydraulique, un moteur à courant continu, qui détermine la vitesse de rapprochement des pièces à souder et un bloc électrique de commande de la vitesse de rotation du moteur.Le bloc de commande comprend une amplidyne dont l'enroulement de commande est branché sur une source de tension de consigne (il impose la vitesse de rapprochement des pièces à souder). Le même enroulement de commande de l'ampli dyne est relié à un générateur du courant de soudage. Si le courant de soudage est au-dessus du niveau de référence d'appui imposé, l'enroulement de commande est traversé par le courant qui constitue la somme algébrique du signal de consigne et de cette partie du signal de réaction. Cette somme dépasse le niveau de référence imposé. Du fait que le dispositif comporte un tiroir hydraulique commandé au moyen d'une action mécanique ainsi qu'un réducteur caractérisé par la présence des jeux inévitables dans la transmission, la rapidité de l'action dudit dispositif se trouve assez limitée. L'ordre pour l'inversion n'est élaboré dans les machines de soudage en bout équipées dlun tel dispositif qu'au bout de 0,7 à 1 s. De ce fait, il est impossible de conduire d'une manière expéditive l'allure du processus de soudage. Cet inconvénient se manifeste assez fortement pendant le soudage des pièces ramassées d'une grande section ainsi que des pièces à parois d'une grande épaisseur. On connaît également un dispositif de commande d'une machine de soudage en bout par résistance et étincellement (cf., par exemple, le brevet d'invention des Etats Unis d'Amérique n0 3555237, cl. 1323 K 11/04, 1971) comportant un transformateur de soudage dans l'enroulement primaire duquel est inséré un transmetteur de tension sur les pièces à souder, couplé avec une commande électrohydraulique, mettant en mouvement le plateau mobile de la machine, par l'intermédiaire d'un bloc de commande de l'organe d'en tralnement. Le bloc de commande envoie les ordres à une bobine électrique du tiroir électrohydraulique de l'organe de déplacement en variant, à chaque demi-période du circuit d'alimentation, la direction et la valeur du courant dans la bobine électrique. Dans ce cas, la direction et la quantité de liquide hydraulique circulant à travers le tiroir électrohydraulique de l'organe d'entraînement varient eux aussi. En conséquence, le plateau de la machine soudeuse se trouve mis en mouvement pulsatoire. Le bloc de commande comprend un circuit de com mutation à haute vitesse, lié à ladite bobine électrique. La valeur et la direction du courant dans la bobine électrique dépendent du niveau de la tension sur les pièces à souder. Dans ce cas, l'augmentation de cette tension provoque l'augmentation de la période du mouvement du plateau de la machine "en avant" dans les limites de chaque demipériode et la diminution de cette tension provoque la diminution du mouvement de la machine "en avant" et l'augmentation correspondante du mouvement "en arrière". Le circuit de commutation à haute vitesse du bloc de commande comporte deux transistors entre les collecteurs desquels est branchée une bobine électrique en série avec deux potentiomètres et avec des diodes connectés à ceux-ci en parallèle. La base d'un des transistors est couplé par l'intermédiaire d'une résistance au collecteur de l'autre transistor. En résultat, si le deuxième transistor est fermé le premier transistor est obligatoirement ouvert et le courant fourni par la source d'alimentation à travers la bobine et le transistor ouvert fait déplacer le volet de l'orifice du tiroir électrohydraulique de façon que la machine se déplace en avant, le courant passant par la bobine est réglé par l'un des potentiomètres, le deuxième est alors shunté par une diode, la variation du courant permet de régler la vitesse de dépla- cement. La base du deuxième transistor est reliée à la sortie du trigger de Shmîtt, à lwentree duquel est envoyée la tension de réaction, proportionnelle à la tension de soudage débitée par le transformateur de soudage. Si la tension de réaction dépasse le seuil de la mise en action du trigger de Shmitt, il se bascule et le deuxième transistor du circuit de commande s'ouvre mais le premier transistor se ferme. En conséquence, le courant dans la bobine change de direction et le plateau mobile de la machine commence à se déplacer "en arrière. La vitesse de déplacement peut être réglée par le potentiomètre qui n'est pas shunté par la diode. Le dispositif envisagé assure un procédé stable d'étincellement grâce au fait qu'il permet de réagir à la variation de la tension de sondage à chaque demi-période. Toutefois, du fait qu'il est possible de varier la tension de soudage dans de larges limites, il est difficile d'assurer la reproductibilité du chauffage des pièces à souder. En outre, les variations inévitables de la tension du circuit et de l'impedance de la machine dans le temps en cas d'utilisation de ce dispositif de commande aboutissent à une modification du caractère du processus lui-même Une vitesse constante imposée du rapprochement et de l'écartement cause, en présence des perturbations susmentionnées, la variation de l'intensité de l'etincel- lement des pièces à souder et, par conséquent, un chauffa- ge instable, ce qui baisse la qualité d'un joint soudé. On s'est donc proposé de mettre au point un dispositif de commande d'une machine de soudage en bout par résistance et étincellement qui assurerait, grâce à la stabilisation du chauffage des pièces à souder, l'amé- lioration de la qualité des joints soudés. Le problème posé est résolu à l'aide d'un dispositif de commande d'une machine de soudage en bout par résistance et étincellement comportant un transformateur de soudage, dans l'enroulement primaire duquel est inséré un transmetteur du paramètre électrique du processus de soudage relié à un organe d'entraînement électrohydraulique effectuant le déplacement du plateau mobile de la machine par l'intermédiaire d'un bloc de commande de l'organe d'entraînement, caractérisé, selon l'invention, en ce que le bloc de commande est constitué par deux amplificateurs d'entrée, dont les premières entrées sont reliées à la sortie d'un transmetteur du paramètre électrique du processus de soudage, ce générateur étant constitué par un transmetteur de courant de soudage et qu'une source de tension de consigne est connectée aux secondes entrées des amplificateurs d'entrée, la sortie de chacun des amplificateurs d'entrée étant reliée par Iintermédiaire-d'un tran sistor et d'un diviseur à l'entrée d'un amplificateur opérationnel, dont la sortie est connectée à l'entrée de l'organe d'entraînement électrohydraulique effectuant le déplacement du plateau mobile de la machine, et un bloc de stabilisation de la tension de soudage dont l'entrée de commande est connectée à l'enroulement secondaire du transformateur de soudage, lui-même-étant branché sur le circuit primaire du transformateur de soudage. Ce mode de réalisation du bloc de commande de l'organe d'entraînement ainsi que la présence du bloc de stabilisation de tension de soudage et de la source de tension de consigne permettent, grâce à la stabilisation du chauffage intensif des pièces à souder, d'améliorer la qualité du joint soudé et d'assurer, en même temps, une grande productivité des travaux. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la Pigure I représente un schéma de principe d'un dispositif de commande d'une machine de soudage en bout par résistance et par étincellement, selon l'invention - la Figure 2 montre un schéma de principe électrique d'un stabilisateur de tension, selon l'invention - la Figure 3 représente un graphique illustrant le fonctionnement du dispositif de commande de la machine de soudage en bout par résistance et étincellement, selon l'invention. Le dispositif de commande de la machine de soudage en bout par résistance et étincellement, selon l'invention, comporte un transformateur de soudage 1 (Figure 1), dont un enroulement secondaire est lié à des mors de serrage 2, 3, le mors 2 étant monté sur un plateau mobile et le mors 3 entant monté sur un plateau fixe de. la machine, entre lesquels sont serrées des pièces à souder 4 et 5. L'enroulement primaire du transformateur de soudage 1 est branché sur le circuit d'alimentation par l'intermédiaire d'un bloc de stabilisation 6 de la tension de soudage dont l'entrée de commande est couplée à l'enroulement secondaire du transformateur de soudage 1. Un transmetteur 7 de courant de soudage comportant un transformateur 8 de courant lié à l'enroulement primaire d'un transformateur élé- vateur 9, est branché sur le circuit de l'enroulement primaire du transformateur de soudage. L'enroulement secondaire du transformateur élévateur 9 est branché sur un pont redresseur 10 dont la sortie est reliée à un potentiomètre 11. La sortie du transmetteur 7 de courant de soudage est connectée à une entrée d'un bloc de commande 12 de l'organe d'entraînement dont la seconde entrée est reliée à une source 13 de tension de consigne. Un bloc de commande 12 de l'organe d'entraîne- ment est constitué par deux amplificateurs d'entrée 14 et 15 qui sont liés par leurs premières entrées à travers des résistances d'entrée 16, 17 à un potentiomètre 18, branché sur la source 13 de tension de consigne et par leurs secondes entrées à travers des résistances 19 et 20 à un po tentiomètre 11 du transmetteur 7 de courant de soudage. Les sorties des amplificateurs d'entrée 14 et 15 sont reliées aux bases des Ihyristors 21 et 22 dont les collecteurs sont reliés aux résistances de charge 23 et 24 et aux potentiomètres 25 et 26. Une résistance de charge 23 et un potentiomètre -25 et une résistance de charge 24 et un potentiomètre 26 respectivement forment deux diviseurs de tension. Les curseurs des potentiomètres 25 et 26 sont reliés par l'intermédiaire de résistance d'entrée 27 et 28 à l'entrée d'un amplificateur opérationnel 29. Un organe d'entraînement électrique 30 est relié à la sortie de bloc de commande 12 et il est constitué par un tiroir électrohy- draulique 31 lié à la sortie du bloc de commande 12 et par un vérin hydraulique 32 qui est commandé par le tiroir 31 et assure le déplacement des pièces à souder 4 et 5. On va examiner ci-apres en détail le schéma de principe du bloc de stabilisation 6 de la tension de soudage (Figure 2). Le bloc de stabilisation 6 de la tension de soudage comprend un contacteur à thyristors 33, un bloc de commande 34 du contacteur à thyristors 33 et une source d'alimentation 35 d'un bloc de commande 34. Le contacteur à thyristors 33 est constitue par deux thyristors de puissance branchés en oppositions 36 et 37 dont les électrodes de commande sont reliées à travers des diodes 38 et 39 et des résistances 40 et 41 aux enroulements secondaires d'un transformateur 42. L'enroulement primaire du transformateur 42 est connecté par une extrémité à la base d'un transistor 43 unxjunction du bloc de commande 34 et par l'autre extré- mité à une borne d'un condensateur 44 ; l'émetteur du transistor 43 et l'autre borne du condensateur 44 du bloc de commande 34 sont reliés entre eux et sont connectés par l'intermédiaire d'une résistance 45 au collecteur d'un transistor 46. La base d'un transistor 46 est connectéé à travers une résistance 47 à la sortie d'un amplificateur 48. Une tension positive est appliquée à partir d'un potentiomètre 50 à l'une des entrées de l'amplificateur 48 à travers une résistance 49. La valeur de cette tension détermine l'angle initial de coupure des thyristors 36 et 37 du contacteur à thyristors 33.Une résistance 51 est insérée entre l'entrée et la sortie de l'amplificateur 48 et sert à déterminer le coefficient de transmission de l'amplificateur 48. La seconde entre de l'amplificateur 48 est connectée à travers une résistance 52 à la sortie d'un amplificateur 53. Une entrée d'un amplificateur 53 est couplée à travers une résistance 54 au curseur d'un potentiomètre 55. La tension négative, qui détermine la valeur imposée de la tension descudaqe. arrive du curseur du potentiomètre 55 a l'entrée de l'amplificateur 53. Cet- te seconde entré de l'amnlificateur 53 est liée à travers une resistance 56 à la sortie d'un pont redresseur 57 a la sortie duquel est connecté un condensateur de filtrage 58. L'entrée du pont redresseur 57 est raccordée aux extrémités du second enroulement du tranformateur de soudage 1. Le coefficient d'amplification de l'amplificateur 53 est déterminé par une résistance 59 insérée entre l'entrée et la sortie de l'amplificateur 53. Depuis le pont redresseur 57, la tension positive proportionnelle à la tension de soudage parvient à travers la résistance 56 à l'entrée de l'amplificateur 53. A l'entrée de l'amplificateur 53, cette tension est algébriquement additionnée à la tension prélevée du potentiomètre 55 et une tension égale à la différence entre la valeur imposée et la valeur réelle de la tension de soudage anparait à entrée de l'amplificateur 53. Le signe de la tension de sortie de l'amplificateur 53 est choisi de façon qu'au moment où la tension de soudage se trouve au-dessus d'un niveau imposé, la tension de sortie de l'amplificateur 53 est soustraite de la tension prélevée du potentiomètre 50.Alors, la tension de sortie de l'amplificateur 48 diminue et par conséquent, le courant de base du transistor 46 diminue lui aussi. De ce fait, le courant du collecteur du transistor 46 diminue,,c'est-à-dire, le courant de la charge du condensateur 44 se trouve diminué. En résultat, le transistor 43 à un passage entre en action avec un retard. A ce moment, une brève impulsion de courant provoqué par la décharge du condensateur 44 passera par ltenroulement primaire du transformateur 42. Les impulsions de commande d'une phase déterminée (par rapport à la valeur zéro de la sinusoïde du courant alternatif) arrivent des enroulements secondaires du transformateur 42 aux électrodes de commande des thyristors 36 et 37. Ainsi, la phase (angle électrique) des impulsions de commande dépend de la valeur de la tension prélevée du potentiomètre 50 et de la tension de sortie de l'amplificateur 53. A l'accroissement de la phase des impulsions de commande, l'angle de coupure des thy- - ris tors 36 et 37 augmente et, par conséquent, la tension de soudage croît elle aussi. Si la tension de soudage baisse au-dessous d'un niveau imposé, le processus qu'on vient de décrire ci-dessus se déroulera dans la succession inverse donc, la phase des impulsions de commande diminue, l'angle de coupure des thyristors 36 et 37 diminue et la tension de soudage s'élève jusqu'à une valeur imposée. Le dispositif de commande d'une machine de soudage en bout par résistance et étincellement fonctionne de la manière suivante. Une tension U1 (Figure 1 et 3) du circuit d'alimentation est appliquée à l'enroulement primaire du transformateur de soudage 1 (Figures 1, 2) à travers le contacteur à thyristors 33 (Figure 2) du bloc de stabilisation 6 de la tension de soudage. Depuis, l'enroulement secondaire du transformateur de soudage 1 (Figure 1) la tension est appliquée à travers les mors de serrage 2 et 3 aux pièces à souder 4 et 5. A l'application de la tension d'alimentation au bloc de commande 12 de l'organe d'entraî- nement et à la source 13 de tension de consigne, une tension U2 de polarité positive (Figures 1 et 3) est fournie du potentiomètre 18 à travers les résistances 16 et 17 (Figure 1) aux entrées non inversantes des amplificateurs d'entrée 14 et 15 du bloc de commande 12 de l'organe d'entraînement.La tension aux entrées non inversantes des amplificateurs d'entrée 14 et 15 est nulle du fait que le processus de soudage ne s'est pas encore amorcé et le courant de soudage I1 (Figure 3) est nul. En résultat, une tension de polarité positive se trouve appliquée aux sorties des amplificateurs d'entrée 14 et 15 et ouvre le transistor 22 (de la structure N - P - N) et shunte le potentiomètre 26 ce qui est identique à "la mise à la terre" de la résistance d'entrée 28. En même temps, le transistor 21 (de la structure P - N - P) se trouve fermé et la tension négative de la source d'alimentation est alors envoyée à travers la résistance 23 au potentiomètre 25. La tension négative, dont la valeur dépend de la position du curseur du potentiomètre 25, est envoyée à travers la résistance 27 à l'entrée de l'amplificateur opérationnel 29.A partir de la sortie de cet amplificateur, la tension U3 (Fi gures 1 et 3) est envoyée à l'entrée du tiroir électrohydraulique 31 de l'organe d'entraînement électrohydraulique 30. Le tiroir 31 électrohydraulique commande le vérin hydraulique 32 de manière que les pièces à souder 4 et 5 commencent à se rapprocher. Après qu'elles sont entrées en contact, un courant de soudage apparaît dans l'enroulement primaire du transformateur de soudage 1. Ce courant est transformé par le transformateur 8 de courant en tension amplifiée par le transformateur élévateur 9 du transmetteur 7 de courant de soudage. La tension proportionnelle au courant de soudage I1 (Figure 3) est débitée du transformateur élévateur 9 (Figure 1) au pont redresseur 10 et, ensuite, la tension redressée prise à la sortie du pont redresseur 10 est appliquée au potentiomètre 11. La valeur de-la tension U4 (Figure 1 et 3) dépend de la position du curseur du potentiomètre 11 (Figure 1) à partir duquel elle est appliquée aux entrées inversantes des amplificateurs 14 et 15. Les pièces à souder 4 et 5 (Figure 1) se rapprochent à une vitesse imposée tant que le courant de soudage I1 (Figure 3) ne dépasse pas le niveau détermine au préalable.Mais, dès que le courant de soudage I1 (Figure 3) devient supérieur au niveau préétabli, la tension U4 devient supérieure à la tension U2 et le signe de la tension aux sorties des amplificateurs 14 et 15 (Figure 1) change du plus au moins d'une façon brusque. En conséquence, le transistor 21 s'ouvre et shunte le potentiomètre 25 en arrêtant le rapprochement des pièces à souder 4 et~5. A ce moment le transistor se ferme et la tension de polarité positive arrive du curseur du potentiomètre 26 à travers la résistance 28 à l'entrée de l'amplificateur opérationnel 29 et détermine la vitesse d'écartement des pièces à souder 4 et 5.A partir de la sortie de l'amplificateur 29, la tension se dirige vers l'entrée du tiroir électrohydraulique 31 qui règle le débit de liquide moteur refoulé dans l'enceinte du vérin hydraulique 32. Les pièces à souder 4 et 5 s'écartent jusqu'! ce que la tension U4 (Figures 1 et 3) soit supérieure à la tension de consigne U2. Dès que la tension U4 baisse au-dessous de cette valeur les amplificateurs d'entrée 14 et 15 (Figure 1) reviennent d'un bond dans la position de départ, les pièces à souder- 4 et 5 commencent à se rapprocher à nouveau et le processus recommence. Pendant le soudage, la tension aux pièces à souder 4 et 5 peut varier tant à la suite de la variation du courant de soudage qu'à cause des variations éventuelles du courant dans le réseau ainsi que par suite de l'augmentation de l'impédance de la machine. Tous ces facteurs, peuvent influer sensiblement sur la stabilité du chauffage des pièces à souder 4 et 5 et sur la qualité des joints soudés. Dans le but de supprimer l'influence de ces facteurs, on a prévu le réglage de l'angle d'ouverture du contacteur à thyristors 33 du bloc de stabilisation fi de la tension de soudage en fonction d une valeur instantannée de la tension sur les pièces à souder 4 et 5 en assurant ainsi une tension stable sur les pièces à souder 4 et 5 pendant le soudage. REVENDICATION Dispositif de commande d'une machine de soudage en bout par résistance et étincellement, comportant un transformateur de soudage (1) dans l'enroulement primaire duquel est inséré un transmetteur de paramètre électrique du processus de soudage, couplé à un organe d'entraînement électrohydraulique (30) mettant en mouvement un plateau mobile de la machine par l'intermédiaire d'un bloc de commande (12) dudit organe d'entraînement, caractérisé en ce que le bloc de commande (12) de l'organe d'entraînement est constitué par deux amplificateurs d'entrée (14, 15), dont les premières entrées sont reliées à la sortie du transmetteur de paramètre électrique du processus de soudage en qualité duquel on utilise un transmetteur (7) de courant de soudage et qu'une source de tension de consigne (13) est couplée aux secondes entrées des amplificateurs d'entrée (14, 15), la sortie de chacun des amplificateurs d'entrée (14, 15) étant reliée par l'intermédiaire d'un transistor (21, 22) et un diviseur de tension à l'entrée de l'amplificateur opérationnel (29) dont la sortie est reliée à l'entrée de l'organe d'entraînement électrohydraulique (30) mettant en mouvement le plateau mobile de la machine, et qu'un bloc de stabilisation (6) de tension de soudage, dont l'entrée de commande est reliée à l'enroulement secondaire du transformateur (1), est branché sur le circuit primaire du transformateur de soudage 1.