Brevet FR2644090A1 — publié le 19900914

L'invention a pour objet un procédé et un dispositif destinés à assurer de manière simple et rapide la qualité de pièces réalisées par soudure à l'arc. Dans l'industrie automobile, de nombreuses pièces telles que, par exemple, les berceaux de caisse, sont réalisées par cette méthode. La figure 1 ci-jointe en rappelle schématiquement le principe. Pour réaliser la pièce 1, par exemple par jonction de deux éléments le long d'une ligne de soudure, on peut utiliser un métal d'apport qui se présente sous la forme d'un fil 2 que l'on amène à une torche 3 et on fait jaillir un arc électrique entre ce fil et la pièce 1. Ceci a pour effet de faire fondre le métal du fil et les gouttes de métal successivement déposées assurent la soudure. Dans l'exemple illustré à la Figure 1, le fil 2 est enroulé sur une bobine 4 et il est amené à la torche 3 grâce à un dévidoir 5, lequel est relié à un dispositif de commande 6. Le fil est véhiculé au travers d'une platine d'entraînement Sa, équipant le dévidoir 5, puis d'une gaine guide fil 7, puis au centre du corps de torche pour sortir à l'extrémité de celle-ci. Pour faire jaillir un arc électrique entre le fil 2 et la pièce 1, on utilise une source de courant 8 également reliée au dispositif de commande 6. Le pôle positif de la source 8 est relié au fil 2 tandis que son pôle négatif est relié à la pièce 1. Dans l'exemple décrit, le pôle positif est en fait relié au corps de torche et le pôle négatif au support 9 de la pièce 1, mais le contact électrique est assuré entre le fil 2 et le corps de torche d'une part, la pièce 1 et le support 9 d'autre part (voir également la figure 2). Afin de protéger le bain de fusion, un flux gazeux est canalisé vers la torche. Pour cela, on utilise une source de gaz comprimé 10, par exemple une bouteille, équipée d'un détendeur il et reliée à la torche par une canalisation 12. Sur cette dernière est interposée une électrovanne 13 reliée au dispositif de commande 6. Le flux gazeux est amené à la partie supérieure de la torche et il en sort à sa partie inférieure, au droit du bain de fusion, comme cela est illustré à la figure 2. Ceci a pour effet de protéger le bain de fusion contre les agents atmosphériques et d'éviter ainsi sa pollution. Dans le cas du soudage MIG (metal inert gas), le soudage est réalisé par fusion d'une électrode en métal sous un flux de gaz inerte (argon ou mélange argon-hélium notamment) qui sert uniquement à la protection. Dans le cas du soudage MAG (metal active gas), on utilise toujours la fusion d'une électrode en métal, mais sous un flux de gaz actif (notamment C02 et mélanges argon-C02, argon-oxygène, argon-C02-oxygène). Ces gaz provoquent un certain nombre de réactions chimiques au contact de l'arc électrique, ce qui permet d'améliorer le processus de soudage (par exemple par apport de chaleur supplémentaire dû à certaines réactions). La torche 3 peut être manoeuvrée à l'aide d'un robot (non représenté). Quant au dispositif de commande 6, il peut être associé à l'armoire du robot ou à un automate programmable, si l'on est en soudage automatique. Les pièces ainsi réalisées pouvant être des pièces importantes pour la sécurité du véhicule, comme par exemple les berceaux de caisse, il est nécessaire de contrôler la qualité de la soudure. A l'heure actuelle, ce contrôle se fait par différents moyens (ultra-sons, etc...) sur la pièce terminée et chaque pièce est contrôlée. On comprend que cette méthode allonge la durée de fabrication, ce qui augmente les couts de production. L'invention a pour but de rémédier à cet inconvénient en proposant un procédé et un dispositif qui permettent d'assurer la qualité des pièces réalisées par soudage à l'arc de manière beaucoup plus rapide qu'avec les méthodes de l'art antérieur. Selon la principale caractéristique de ce procédé, celuici, destiné à assurer la qualité des pièces réalisées par soudage à l'arc à l'aide d'une torche reliée à un dispositif de commande et alimentée en gaz protecteur, comprend les étapes suivantes consistant à: a)- mesurer, à des intervalles de temps prédéterminés, le débit de gaz à l'extrémité de la torche; b)- vérifier si la valeur obtenue correspond à des valeurs, préalablement déterminées, pour lesquelles la qualité du cordon de soudure est assurée; et c)- agir sur le dispositif de commande en fonction de la valeur déterminée à l'étape a). En effet, les inventeurs ont montré que certains paramètres de soudage, et notamment le débit de gaz, avaient une influence sur la qualité de la soudure. Le flux gazeux assure la protection du bain de fusion contre les agents atmosphériques lors du soudage. D'autre part, le jaillissement de l'arc entre le fil 2 et la pièce 1 correspond à un court-circuit qui a pour effet de faire fondre une partie du fil 2 et de déposer une goutte de métal. Le cordon de soudure est donc constitué d'une série de gouttes de métal solidifiées 14 (figure 2) dont chacune représente un court-circuit. De plus, chaque court-circuit entraîne des projections de particules 15. Un défaut de débit du gaz, en particulier un débit insuffisant, peut entraîner un taux de porosité important au sein du cordon de soudure et, par là même, affaiblir ses caractéristiques mécaniques. L'insuffisance du débit peut provenir de diverses causes, par exemple d'un défaut de la canalisation d'amenée 12 qui peut être poreuse, coupée, pincée, etc... Il se peut aussi que l'extrémité de la torche, c'est-à-dire la buse de sortie du gaz, présente un encrassement excessif, celui-ci ayant pu être provoqué par un taux de projections 15 particulièrement élevé ou par le non-respect des fréquences de nettoyage. Il est bien entendu que le débit de gaz n'est pas le seul paramètre qui influe sur la qualité de la soudure, mais il est plus rapide et facile de contrôler les paramètres de soudage que les pièces terminées. On peut, par des essais préalables, déterminer les valeurs de ces paramètres pour lesquelles on peut assurer la bonne qualité des soudures. Il est donc inutile de contrôler les pièces elles-mêmes tant que les valeurs des paramètres de soudage restent dans les limites ainsi déterminées. De préférence, le contrôle du débit de gaz est effectué en temps masqué, c'est-à-dire entre la fin de la réalisation d'une pièce et le début de la réalisation de la suivante. En effet, il y a toujours un temps mort pour permettre l'évacuation de la pièce qui vient d'être réalisée et la mise en place de la suivante: le contrôle du débit de gaz peut se faire très rapidement pendant ce temps mort, ce qui n'affecte pas la durée totale de réalisation des pièces. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Selon la principale caractéristique de ce dispositif, celui-ci comprend: - un appareil de mesure de débit de gaz; - des moyens de raccordement entre la torche et cet appareil; et - des moyens pour amener la torche à ces moyens de raccordement. Selon d'autres caractéristiques de ce dispositif: - l'appareil de mesure de débit de gaz est du type comportant une colonne dans laquelle évolue un flotteur mobile qui, sous l'action d'un courant gazeux s'écoulant verticalement de bas en haut à travers cette colonne, se stabilise à une hauteur fonction du débit de gaz; - l'appareil de mesure de débit de gaz est équipé d'au moins un détecteur de seuil relié au dispositif de commande; - les moyens de raccordement entre la torche et l'appa reil de mesure de débit de gaz comprennent une pièce rigide percée d'un conduit ayant une première extrémité présentant un siège sur lequel l'extrémité de la torche peut être appliquée de manière étanche et une deuxième extrémité pouvant être mise en communication avec l'entrée de l'appareil de mesure de débit de gaz;; - la pièce rigide comporte un joint fixé sur ledit siège et sur lequel l'extrémité de la torche peut être appliquée; - la pièce rigide est montée mobile à l'intérieur d'un logement ménagé dans un support fixe; - des moyens de rappel sont interposés entre le support et la pièce rigide, la torche agissant à l'encontre de ces moyens de rappel lorsqu'elle est appliquée sur le siège; - la torche est montée sur un robot apte à l'amener en contact avec les moyens de raccordement, constituant ainsi lesdits moyens d'amenage. L'invention apparaîtra mieux à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la Figure 1 représente schématiquement l'ensemble d'une installation de soudage à l'arc; - la Figure 2 est une vue schématique à échelle agrandie, partiellement en coupe, de l'extrémité de la torche utilisée dans l'installation de la figure 1; et - la Figure 3 est une vue schématique partiellement en coupe du dispositif objet de l'invention. Lorsqu'on désire procéder au contrôle du débit de gaz, on amène la torche 3 au dispositif objet de l'invention, qui est illustré à la figure 3. Si la torche est actionnée par un robot, ce dispositif est de préférence placé à proximité du poste de soudage afin que la torche puisse être amenée à ce dispositif par le robot. Le dispositif objet de l'invention comprend tout d'abord une pièce rigide 16 percée d'un conduit 17. Dans l'exemple décrit ici, la pièce 16 est disposée sensiblement verticalement et le conduit 17 s'élargit à sa partie supérieure pour se terminer par un siège 18 en forme de tronc de cône, sur lequel peut être appliquée l'extrémité de la torche 3 qui est, elle aussi, en forme de tronc de cône. Un joint 19 prévu sur le siège 18 assure l'étanchéité et garantit que la totalité du débit de gaz de la torche, et seulement ce débit, passe par le conduit 17. La pièce 16 est montée mobile en translation à l'intérieur d'un passage 20 prévu dans un support 21. Dans l'exemple décrit ici, la pièce 16 présente à sa partie supérieure une partie de grandes dimensions 16a dont la section correspond à celle du passage 20 et une partie inférieure 16b de dimensions plus faibles apte à passer dans un passage 22 de section correspondante prévu à la partie inférieure du support 21. Un ressort 23 est interposé entre le fond du passage 20 et la face inférieure de la partie 16a, de manière à pousser la pièce 16 vers le haut. Ce mouvement est limité par la présence d'une collerette 24 montée à la partie inférieure de la pièce 16 et qui vient en butée contre la face inférieure du support 21. Celui-ci peut être équipé d'une embase 25 permettant de le fixer sur un support. A cet effet, l'embase 25 peut être percée de trous tels que 26 pour le passage de vis. L'extrémité du conduit 17 opposée au siège 18 est en communication avec un conduit 27, par exemple par l'intermédiaire d'un raccord 28. Le conduit 27 peut être un tuyau souple qui aboutit à un appareil de mesure de débit de gaz 29. Dans l'exemple décrit ici, cet appareil est du type débilitre", c'est-à-dire qu'il comporte un flotteur 30 mobile à l'intérieur d'une colonne de verre disposée verticalement. Ce flotteur se déplace sous l'action d'un courant gazeux s'écoulant verticalement de bas en haut et il se stabilise à une hauteur fonction du débit de gaz. Ce dernier arrive à la partie inférieure de l'appareil 29 et s'en échappe à sa partie supérieure par une tubulure 31. Le gaz peut être évacué soit directement dans l'atmosphère, soit dans un circuit spécial d'échappement. L'appareil 29 est équipé d'un détecteur de seuil 32 relié au dispositif de commande 6 pour pouvoir déclencher une alarme et/ou donner des ordres appropriés si la valeur du débit de gaz n'est pas correcte. Pour des raisons pratipues, le détecteur 32 est placé à une hauteur correspondant non pas à une valeur maximale ou minimale du débit de gaz, mais à la valeur optimale prédéterminée. En effet, il est facile de savoir si le flotteur 30 se trouve ou non en face du détecteur mais, s'il n'y est pas, il est très difficile de savoir s'il est passé au-dessus ou au-dessous. C'est pourquoi on préfère agir ainsi et déclencher l'alarme dès que le flotteur 30 s'éloigne du détecteur 32, c'est-à-dire dès que le débit de gaz s'écarte de la valeur optimale. Une opération de contrôle du débit de gaz avec le dispositif objet de l'invention se déroule-de la manière suivante: Une fois terminée la réalisation d'une pièce, le robot déplace la torche 3 pour l'amener au-dessus du siège 18 de la piece 16. L'emplacement du dispositif illustré à la figure 3 est de préférence choisi pour que ce mouvement puisse se faire facilement et rapidement. Le robot fait ensuite descendre la torche 3 jusqu'à ce que son extrémité soit en contact avec le joint 19 et le mouvement continue jusqu'à ce que la pièce 16 descende légèrement dans le passage 20 en comprimant le ressort 23. L'effort ainsi exercé sur la torche assure un bon contact avec le joint 19 et tout le débit de gaz passe à travers le dispositif objet de l'invention. Si le débit est correct (flotteur 30 en face du détecteur 32), le dispositif de commande autorise la poursuite du cycle de fabrication et le robot ramène la torche au poste de soudure. Si le débit varie, le flotteur 30 n'est plus au niveau du détecteur 32 (par exemple, il passe en dessous de celui-ci si le débit diminue). Le détecteur donne alors des ordres appropriés au dispositif de commande 6 (déclenchement d'une alarme, interruption du cycle de fabrication, etc...). Le procédé et le dispositif objets de l'invention présentent de nombreux avantages dont le principal est de réduire la durée de fabrication des pièces, puisqu'il n'est pas nécessaire de contrôler celles-ci tant que le débit de gaz et, bien entendu, les autres paramètres de soudage, sont bons. C'est uniquement lorsque le détecteur 32 détecte un débit anormal que l'on est amené à contrôler la ou les pièces qui ont été réalisées depuis le contrôle précédent (et seulement celles-ci) et à vérifier le système d'alimentation en gaz. Comme le dispositif interrompt le cycle de fabrication, on est sûr qu'on ne fabriquera pas d'autres pièces mauvaises ou risquant de l'être. De plus, le contrôle du débit de gaz peut se faire en temps masqué, dans l'intervalle de temps qui sépare la réalisation de deux pièces consécutives, ce qui ne modifie en rien la durée du cycle de fabrication. Ce contrôle peut donc être effectué aussi souvent que nécessaire, et même à chaque pièce si on le désire. Enfin, t est bien entendu que l'invention ne se limitc pas au seul mode de réalisation qui vient d'être décrit, mais qu'on peut imaginer de nombreuses variantes sans sortir pour autant du cadre de l'invention. C'est ainsi que l'homme du métier pourra choisir, en fonction de chaque cas particulier, les paramètres tels que la fréquence des contrôles, les moyens d'amenage de la torche au dispositif de contrôle, la constitution et l'emplacement de celui-ci, le type de l'appareil de mesure du débit de gaz, etc... REVENDICATIONS 1. Procédé pour assurer la qualité de pièces (1) réalisées par soudage à l'arc à l'aide d'une torche (3) reliée à un dispositif de commande (6) et alimentée en gaz protecteur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à: a)- mesurer, à des intervalles de temps prédéterminés, le débit de gaz de la torche (3); b)- vérifier si la valeur obtenue correspond à des valeurs, préalablement déterminées, pour lesquelles la qualité de la soudure est satisfaisante; et c)- agir sur le dispositif de commande (6) en fonction de la valeur déterminée à l'étape a). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape a) est réalisée en temps masqué, c'est-à-dire entre la fin de la réalisation d'une pièce et le début de la réalisation de la suivante. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend: - un appareil de mesure de débit de gaz (29); - des moyens de raccordement entre la torche (3) et cet appareil; et - des moyens. pour amener la torche (3) à ces moyens de raccordement. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'appareil de mesure de débit de gaz (29) est du type comportant une colonne dans laquelle évolue un flotteur mobile (30) qui, sous l'action d'un courant gazeux s'écoulant verticalement de bas en haut à travers cette colonne, se stabilise à une hauteur fonction du débit de gaz. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'appareil de mesure de débit de gaz (29) est équipé d'au moins un détecteur de seuil (32) relié au dispositif de commande (6). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les moyens de raccordement entre la torche (3) et l'appareil de mesure de débit de gaz (29) comprennent une pièce rigide (16) percée d'un conduit (17) ayant une première extrémité présentant un siège (18) sur lequel l'extrémité de la torche (3) peut être appliquée de manière étanche et une deuxième extrémité pouvant être mise en communication avec l'entrée de l'appareil de mesure de débit de gaz (29). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pièce rigide (16) comporte un joint (19) fixé sur ledit siège (18) et sur lequel l'extrémité de la torche (3) peut être appliquée. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que la pièce rigide (16) est montée mobile à l'intérieur d'un logement (20) ménagé dans un support fixe (21). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que des moyens de rappel (23) sont interposés entre le support (21) et la pièce rigide (16), la torche (3) agissant à l'encontre de ces moyens de rappel (23) lorsqu'elle est appliquée sur le siège (18). 10. Dispositif selon llune quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que la torche (3) est montée sur un robot apte à l'amener en contact avec les moyens de raccordement, constituant ainsi lesdits moyens d'amenage.