Brevet FR2618097A1 — publié le 19890120

L'invention concerne un procédé et une machine pour la réalisation automatique de la soudure entre elles de pièces en matière plastique. On sait que pour de nombreux emplois, et en particulier pour l'établissement de réseaux de distri- bution de gaz, on utilise aujourd'hui de plus en plus fréquemment des tubes en matière plastique et particuliè-. rement en polyéthyLène. L'assemblage de ces tubes ne peut se faire de façon satisfaisante par collage et l'on est donc amené à les souder et plus précisément à les thermosouder. Une technique de plus en plus employée consiste à assembler les tubes au moyen de manchons qui comportent un bobinage électrique sur leur face interne. L'opération de soudage est réalisée en raccor- dant le bobinage à une source d'alimentation électrique qui,. par effet joule, va échauffer le bobinage et pro- voquer la fusion de la matière plastique du manchon et du tube correspondant,réalisant ainsi le soudage. D'autres pièces, telles que prises de bran- chement, bouchons, etc... sont également assemblées sur le réseau suivant le même principe. Il faut également savoir qu'il existe actuel- lement plusieurs fabricants de pièces, en particulier en polyéthylène, qui sont assemblées de cette façon par électrosoudage. Chaque fabricant a établi des règles précises pour souder dans de bonnes conditions son matériel. Toutefois, ces règles sont aujourd'hui fondées sur une technique de soudage d'une part dans laquelle les seuls relevés de température effectués pour favoriser le bon déroulement de la soudure sont ceux qui sont opérés directement sur les pièces à souder, et, d'autre part, dans laquelle la source électrique délivre aux bornes du manchon une énergie, c'est-à-dire une tension ou une intensité, qui est constante en valeur efficace pendant toute la durée du temps de soudage conseillé. Le maintien sous tension (ou intensité) constante du bobinage pendant toute la durée du chauffage provoque, comme on le comprend, une élévation continue de sa tem- pérature, jusqu'à ce que le temps de soudage soit écoulé. Chaque fabricant est donc tenu de déterminer avec précision la durée optimale permettant de souder son matériel. Il faut en outre que cette durée de soudage soit strictement respectée en pratique, sur le terrain. En fait, il est apparu que ce mode de soudage présentait divers inconvénients pouvant affecter la qualité de la soudure. Lorsque la durée retenue de soudage est trop courte, l'élévation de température n'est pas suffisante et la soudure est de qualité médiocre. Lorsque cette même durée est trop longue, une dégradation de la matière plastique constitutive des pièces à souder et qui est portée à haute température, est à craindre et des courts-circuits entre les spires du bobinage peuvent survenir. Par ailleurs, il a été remarqué qu'une mauvaise préparation du tube (grattage irrégulier, trop superfi- ciel...) ainsi que la présence d'un jeu entre les tubes à souder et le manchon influaient, dans ce cas, de façon importante sur la qualité de la soudure. Par conséquent, la technique actuelle de soudage qui vient d'être présentée impose La plupart du temps d'effec- tuer une correction du temps de soudage en fonction de la température initiale des pièces à assembler, ou bien de prévoir une tolérance de fabrication étroite sur la valeur de la résistance électrique du bobinage du manchon. L'invention a pour objet d'éviter les diffi- cultés qui viennent d'être mentionnées en permettant à l'utilisateur d'effectuer la soudure dans les meilleures conditions, en particulier sans risquer une détérioration des pièces à souder provoquée par une élévation de la température de soudage au-deLà de la température de dégradation de la matière plastique constitutive de ces pièces. A cet effet, le procédé de l'invention se caractérise en ce que, lors de la phase de soudage, on maintient la température du bobinage dont est pourvu le manchon précité entre une température minimale en- dessous de laquelle la soudure entre-eLLes des pièces ne peut s'effectuer et une température maximale corres- pondant à la température de dégradation des pièces. De préférence, on prévoira de maintenir la température de bobinage dans la gamme des températures précitées en la faisant évoluer pendant la durée de la phase de soudage, de sorte qu'elle suive une loi déterminée; à savoir log t = A + B T Avec T: température du bobinage; t: temps pendant lequel T1 paramètres de soudage. En procédant de cette façon, on éLimine prati- quement tout risque de chauffage excessif des pièces à souder, ce qui permet d'effectuer la soudure quelle que soit la durée de celle-ci comprise entre un intervalle de temps minimal (correspondant à une élévation suffi- sante de température pour permettre la soudure entre- elles des pièces) et un intervalle de temps maximal (correspondant à une fusion excessive des pièces à souder). En pratique, La différence entre ces deux intervalles de temps sera de plusieurs minutes. On notera également que si l'on applique le procédé de l'invention, le temps de soudage (c'est- à- dire la durée pendant laquelle le bobinage électrique va être chauffé) n'est plus un paramètre essentiel à une bonne qualité de la soudure et peut, de ce fait, être choisi de telle sorte que la qualité de cette soudure ne soit pratiquement influencée ni par la préparation des pièces à assembler (grattage...), ni par le jeu entre ces pièces et le manchon, ni même par la température initiale de ces mêmes pièces. En outre, le procédé de l'invention permet une tolérance de fabrication plus large sur la valeur de la résistance du bobinage électrique et présente l'avantage d'être aisément applicable aux manchons électro- soudables existants. En ce qui concerne la machine qui permet la mise en oeuvre du procédé de l'invention, elle comprend notamment des moyens de régulation de l'énergie électri- que (tension ou intensité) délivrée au bobinage, de façon à faire évoluer celle-ci pendant la phase de soudage de telle sorte que la température de ce même bobinage soit, à ce moment, comprise entre les températures minimale et maximale de soudage précitées. L'invention apparaîtra plus clairement de la description qui va suivre faite en référence aux dessins d'accompagnement illustrant schématiquement et à titre d'exemple trois modes de mise en oeuvre de l'invention. Dans ces dessins: - la figure 1 est un schéma synoptique corres- pondant à un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est un schéma synoptique corres- pondant à un second mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est égaLement un schéma synoptique correspondant à un troisième mode de réalisation de l'invention, - les figures 4 et 5 sont des courbes illus- trant, conformément au procédé de l'art antérieur, l'évo- lution en fonction du temps t respectivement de la tempé- rature T du bobinage et de l'énergie électrique (tension U ou intensité I) délivrées à ce même bobinage, - les figures 6 et 7 présentent chacune une courbe d'évolution, conformément au procédé de l'inven- tion, de la température T du bobinage en fonction du temps t, - les figures 8 à 10 présentent chacune une courbe d'évolution, en fonction du temps t et conformé- ment au procédé de l'invention, de l'énergie électrique (tension U ou intensité I) délivrée au bobinage. Si l'on se réfère, tout d'abord, à la figure 1, on voit illustrés schématiquement deux éléments de conduite 1, 2, en matière plastique, par exemple du polyéthyLène, devant être réunis au moyen d'un manchon 3, également en polyéthylene, qui sera thermosoudé à cheval sur les extrémités des éléments 1 et 2 aboutés. Le manchon 3 comprend, de manière habituelle, un bobinage électrique (non représenté) au voisinage de sa paroi intérieure, les extrémités du bobinage étant accessibles par deux bornes 4 et 5 d'alimentation. De façon connue, la thermosoudure du manchon 3 sur les éléments 1, 2, s'effectue en faisant passer entre les bornes 4, 5 une énergie électrique délivrée par une source 6 et précisément calculée pendant une durée déterminée, et ce pour obtenir la montée en tempé- rature convenable des pièces de sorte à réaliser une bonne thermosoudure. Essentiellement, ces données dépendent de la pièce 3 et notamment des paramètres suivants: diamètre du manchon, épaisseur de sa paroi, résistance du bobinage électrique intégré, longueur du manchon, qualité de la matière plastique, temps ts estimé de soudage, etc...). Ces paramètres sont, tel qu'illustré, stockés dans une mémoire interne 8 de l'étage analogique/logique 9 de la machine 7. Toutefois, conformément à l'invention et de façon à permettre de maintenir strictement, pendant la phase de soudage, la température du bobinage entre une tempéra- ture minimale T1 en dessous de laquelle la soudure entre- elles des pièces 1, 2, 3, ne peut s'effectuer et une température maximale T2 correspondant à la température de dégradation ou de fusion excessive de ces mêmes pièces, la mémoire 8 comprend en outre, des informations relatives à la valeur TMde la température maximale du bobinage autorisée (T1 stockées dans la mémoire 8. A partir des informations lues par tout moyen connu, dans la mémoire 8 et transmises par le circuit 11, et en fonction d'un programme informatique de soudure pré établi, interne à la machine, une unité de traitement va déterminer, au niveau de l'étage analogique/logique 9 l'énergie qui doit être déLivrée par l'étage de puissance 12 au fil 13 d'alimentation de l'enroulement de chauffage entre les bornes 4, 5 du manchon 3. Tel qu'illustré, l'énergie électrique admise par l'étage de puissance 12, dans le fil 13 est fournie par la source d'énergie électrique 6 qui peut être cons- tituée par exemple, par le courant électrique du réseau ou par une génératrice de chantier. Plus précisément, la source 6 est reliée par 14 à une unité 15 de régulation de l'énergie électrique (tension U ou intensité I efficace) délivrée au bobinage, cette unité 15 étant elle-même reliée, par le circuit repéré 25, à l'unité 10 de traitement précitée. De cette façon, l'unité de traitement 10 dans laquelle s'effectue la détermination des réglages de l'énergie électrique et qui peut être pilotée par un micro-processeur intégré, va pouvoir adresser les signaux de commande à l'unité 15 de régulation de L'étage 12 de puissance. Jusqu'à présent, dans Les procédés de soudage connus, l'alimentation en énergie électrique du bobinage était telle qu'on délivrait entre les bornes 4, 5 de ce dernier une tension ou une intensité efficace constante pendant tout le temps de soudage ts, c'est-à-dire pendant toute la durée conseillée par le fabricant pour obtenir une soudure "convenable" des pièces 1, 2, 3. (voir figure ). De ce fait, l'élévation de la température du bobinage était continue tout au long de l'intervalle de temps ts (figure 4). Dans l'invention, l'unité de régulation 15, sous la commande de l'unité de traitement 10, va faire varier et va adapter, tout au long du temps de soudage ts, la valeur de l'énergie électrique que l'on va déLivrer au bobinage de façon que la température de ce dernier soit maintenue, pendant la phase de soudage, entre les températures T1 et T2 précitées. En pratique, on va réguler la température du bobinage, suivant la loi log t = A + B T o A et B sont des constantes correspondant à des paramètres de soudure à adapter en fonction des données fournies par le fabricant. Ainsi pour une tempér- ature T du matériau, comprise alors entre T1 et T2 on va maintenir cette température pendant un temps t, de sorte que les moLécules au niveau de l'interface des pièces à assembler se déplacent et s'enchevêtrent suffi- samment pour conduire un soudage de.qualité. Le bobinage va donc suivre au cours de la - phase de soudage, cette loi d'évolution. On a illustré figures 6 et 7 deux exemples caractéristiques d'évolution de la température du bobi- nage suivant la loi précitée, au cours de l'intervalle de temps ts. A la figure 6, on voit que La température croit d'abord progressivement pour se stabiliser ensuite à une valeur déterminée sensiblement constante comprise entre T1 (température limite de soudage) et T2 (température de dégradation de la matière), et ce jusqu'à ce que l'intervalle de temps ts se soit écoulé. Par contre, à la figure 7, la température croit pendant une plus Longue durée jusqu'à une valeur limite, également comprise entre T1 et T2, après quoi elle décroit progressivement jusqu'à la fin du temps ts. En pratique, trois modes de régulation de la tension ou de l'intensité efficace délivrée au bobinage peuvent être retenus. Tout d'abord, tel qu'illustré figures 8 et 9, l'unité de traitement 10 peut commander à l'unité de régulation 15 de délivrer d'abord une tension effi- cace U (respectivement une intensité efficace I), de valeur constante U1 pendant un temps t1 (inférieur à ts) puis de la faire décroître progressivement, soit de façon linéaire (figure 8), soit de façon non linéaire (figure 9), jusqu'à ce que le temps de soudage ts soit écoulé. Tel qu'illustré figure 10 on peut également choisir de maintenir, pendant cette même durée ts, la tension efficace (respectivement l'intensité efficace) délivrée au bobinage à une valeur constante U2 pendant des intervalles de temps successifs déterminés entrecoupés de périodes o l'énergie électrique délivrée par la source 6 sera sensiblement nulle. Comme on le comprend, la durée des intervalles de temps successifs de chaque palier sera déterminée et ajustée de façon à conduire à la température limitée voulue du bobinage. De même pour les valeurs U1, U2 et les pentes et-équations de courbe de décroissance de l'énergie délivrée. Suivant le mode d'évolution retenue de la vaLeur efficace de L'énergie déLivrée au bobinage, ces données nécessaires pour mener à bien La soudure seront entrées dans la mémoire 8 de façon à être prises en compte par l'unité de traitement 10. Suivant le cas, il s'agira notamment du temps t1 pendant Lequel une énergie constante est délivrée, de La pente 3 de chute d'énergie'(cf. figure 8), ou de La courbe de décroissance non Linéaire (figure 9), ou encore des intervalles de temps t ti successifs de chaque palier de régulation (figure 10). Si l'on se reporte maintenant figure 2, on voit illustré un autre mode de réalisation de la machine de soudure conforme à l'invention. Ce mode de réalisation diffère du précédent en ce qu'il est prévu, de façon complémentaire, un cap- teur thermique 16 dont la prise 17 de température est mise en contact du manchon 3 pour déterminer la tempéra- ture effective de la pièce au début de la soudure. La sonde thermique 16 qui est reliée par un câble 18 à la machine 7 permet d'introduire ce paramètre suppLémen- taire de température dans l'étage analogique/logique 9 de la machine. Plus précisément, le capteur 16 transmet ses signaux à un amplificateur 19 et les signaux amplifiés arrivent à un étage de mesure 20 tel qu'un convertisseur analogique/numérique qui applique à l'unité de traitement le signal de mesure correspondant. Compte-tenu de ce signal de mesure et des informations contenues dans la mémoire 8 et qui lui sont transmises, l'unité 10 de traitement est capable d'adresser, par le circuit précité, les signaux de commande à l'étage de puissance 12. Dans ce cas, l'unité mémoire 8 comprendra, outre les données essentielles fournies par te fabricant (diamètre du manchon, résistance du bobinage...), les informations nécessaires (t1, ts, pente ou à ti, température maximale T du bobinage) pour que l'énergie électrique délivrée au bobinage évolue au cours du temps de soudage ts de La façon retenue (cf. figures 8, 9, ), de telle sorte que la température du bobinage soit maintenue dans la gamme considérée entre les températures limites de régulation T1 (température limite inférieure de soudure) et T2 (température Limite, avant dégradation, des pièces à souder). Si l'on se reporte maintenant figure 3 on voit un troisième mode de réalisation de la machine 7 à souder de l'invention. Dans cette variante, la machine 7 va, au niveau d'une unité 21 de calcul de l'unité analogique/logique 9, calculer la température T atteinte par le bobinage pendant le temps de soudage ts pour ajuster l'évolution de la valeur efficace délivrée à ce même bobinage de sorte à conduire à une température limitée de ce dernier comprise entre T1 et T2. Une telle procédure de calcul est couramment utilisée sur un tel type de machine à souder. On rappel- lera néanmoins brièvement les principales opérations. Le paramètre supplémentaire de température T0 du manchon 3 avant soudage est tout d'abord relevé par le capteur 16, et l'information correspondante est délivrée à l'unité 21 de calcul qui appartient à l'unité de traitement. La résistance électrique R0 du bobinage est alors calculée. On peut à cet effet prévoir d'utiliser les premières valeurs U0 et Io de la tension et de l'inten- sité délivrées en tout début de chauffage par la source 6 (on rappellera pour mémoire que la résistance R0 est calculée par la relation R0 = U0). Ces valeurs sont I0 relevées, par exemple par un voltmètre/ampermètre 27, et transmises, via l'unité 15, à l'unité de calcul 21, par l'intermédiaire du circuit 26 de liaison à l'étage analogique/logique 9. On aurait également pu utiliser les valeurs de la tension et de l'intensité provenant d'un test effectué avant le début du soudage sur le manchon 3, lequel aurait été alimenté en tension (ou 1 1 en intensité) de faible valeur efficace. La résistance R0 du bobinage étant connue et la mémoire.8 contenant toutes les données nécessaires à la conduite de la soudure et notamment dans ce cas la valeur du coefficient -( de variation de la résistance électrique du bobinage en fonction de la température, l'unité 21 de l'étage analogique/logique 9 calcule La température T du bobinage en cours de soudage (on rappelle que ce calcul peut s'effectuer en utilisant la relation R = R0 [1 + "(T - TO), c'est-à-dire, compte tenu de la relation R = I T = (R 1) + TO La température T du bobinage au cours de la soudure entre-elles des pièces étant connue, la machine va effectivement pouvoir ajuster l'évolution de la valeur efficace de la tension ou de l'intensité délivrée par la source 6-et réguLée par l'unité 15 de l'étage 12 de puissance, de façon à conduire à une température limitée du bobinage permettant une soudure de très bonne qualité des pièces entre- elles sans craindre une élévation trop importante de température risquant de les endommager. Comme on-le comprend, l'invention ne se limite pas strictement aux modes de réalisation qui viennent -d'être décrits. On aurait notamment pu prévoir une mémoire 8 externe à la machine 7, cette mémoire se présentant, par exemple, sous la forme d'une carte d'identification (non représentée) associée aux pièces à souder. Des moyens de lecture de cette carte (crayon optique, magné- tique...) seraient alors prévus pour relever les paramètres contenus dans la carte et les transmettre à l'unité analogique/logique 9 de la machine. Egalement,bien que dans la description qui précède on n'ait fait référence qu'à une régulation en tension ou en intensité, tout autre type de régulation pourrait être retenu. On aurait notamment pu utiliser un capteur thermique (tel que 16) pour relever au cours du soudage la température à l'interface des pièces à souder. REVENDICATIONS 1. - Procédé pour la réalisation, au moyen d'une machine à commande automatique, de la soudure entre-elles de pièces en matière plastique comportant un bobinage intégré permettant le chauffage électrique des pièces à souder, caractérisé en ce que lors de la phase de soudage, on maintient strictement la température du bobinage entre une température minimale (T1) en dessous de laquelle la soudure entre-elles des pièces ne peut s'effectuer et une température maximale (T2) correspon- dant à la température de dégradation desdites pièces. 2. - Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'on maintient ladite température du bobi- nage dans la gamme précitée, en la faisant évoluer sui- vant la loi log t = A + B T avec t: temps pendant lequel la température du bobinage est comprise entre T1 et T2; T: température atteinte par le bobinage; A et-B: constantes correspondant à des paramètres de soudure. 3. - Machine pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, destinée à réaliser la soudure entre-elles de pièces (1, 2, 3) en matière plastique comportant un bobinage intégré, ladite machine comprenant des moyens (6) d'alimentation en énergie électrique du bobinage permettant le chauffage des pièces à souder et des moyens (9,) de réglage de la durée du chauffage permettant de réaliser la soudure, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (10, ,) de régulation pour maintenir l'énergie électrique délivrée au bobinage à une valeur déterminée constante pendant une première partie (t1) de la durée (ts) du chauffage, puis pour faire décroître progressivement la valeur de cette énergie, pendant l'intervalle de temps restant, de sorte à maintenir, lors de la phase de soudage, la température du bobinage entre une tempé- rature (T1) minimale en dessous de laquelle La soudure entre-elles des pièces (1, 2, 3) ne peut s'effectuer et une température (T2) maximale correspondant à La température de dégradation de ces mêmes pièces. 4. Machine pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, destinée à réaliser la soudure entre-elles de pièces (1, 2, 3) en matière plastique comportant un bobinage intégré, ladite machine comprenant des moyens (6) d'alimentation en énergie électrique du bobinage permettant le chauffage des pièces à souder et des moyens (9) de réglage de la durée du chauffage permettant de réaliser la soudure, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (10, 15) de régulation pour maintenir, au cours de la durée du chauffage, l'énergie électrique destinée au bobinage à une valeur constante pendant des intervalles de temps successifs déterminés entrecoupés de périodes o l'énérgie électrique délivrée est sensiblement nulle, de sorte à maintenir, lors de la ph.ase -de soudage, la température du bobinage entre une température (T1) minimale en- dessous de laquelle la soudure entre-elles des pièces ne peut s'effectuer et une température (T2) maximale correspondant à la température de dégradation de ces mêmes pièces. 5. - Machine selon la.revendication 3 ou la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison: - des moyens (8) mémoire dans lesquels sont stockés au moins tous les paramètres nécessaires à l'évo- Lution précitée de l'énergie électrique délivrée au bobinage, - des moyens (11), en soi connus, de lecture de ces moyens (8) mémoire et de transmission des infor- mations lues vers une unité (10) de traitement détermi- nant, en fonction de ces informations, les caractéristiques d'un programme de soudure -à appliquer, et - des moyens (15, 25) de commande de la source (6) électrique de soudage pour appliquer auxdites pièces à souder l'énergie électrique requise par le programme de soudure établi. 6. - Machine selon la revendication 5, caracté- risée en ce qu'eLLe comprend: - un capteur (16) thermique mesurant un paramètre supplémentaire de température des pièces, et - des moyens (17, 18, 19, 20) de lecture dudit capteur (16) et de transmission des informations lues vers ladite unité (10) de traitement. 7. - Machine seton la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison: - des moyens (8) mémoire dans lesquels sont stockés au moins tous les paramètres nécessaires à l'évo- lution précitée de l'énergie électrique du bobinage, à l'exception du paramètre de température de ce même bobinage, lesdits moyens mémoire étant associés à des moyens (11) de lecture, en soi connus, - des moyens (19, 20) de lecture liés à un capteur (16) thermique mesurant la température des pièces, - des moyens (12, 27) de relevé de l'énergie électrique délivrée au bobinage par les moyens (6) d'ali- mentation, - des moyens (21) de calcul de la température du bobinage au cours du chauffage, en fonction de la température mesurée par ledit capteur (16) et de certains des paramètres lus et relevés issus respectivement desdits moyens mémoire (8) et desdits moyens (12, 27) de relevé, - une unité (10) de traitement déterminant en fonction des paramètres lus dans lesdits moyens mémoire (8) et de la température calculée du bobinage, les carac- téristiques d'un programme de soudure à appliquer, et - des moyens (15, 25) de commande de la source (6) électrique de soudage pour appliquer auxdites pièces à souder l'énergie électrique requise par le programme de soudure établi.