Brevet FR2683755A1 — publié le 19930521

La présente invention concerne un procédé de contrôle de paramètres d'une opération de soudage effectuée par une machine à soudure par point. Une machine à souder par point est une machine qui comprend essentiellement deux électrodes mobiles Ces deux électrodes sont respectivement reliées aux bornes de sortie d'une source de courant Pour effectuer le soudage de plusieurs pièces, on plaque les pièces les unes contre les autres puis on applique, avec une pression prédéterminée, les extrémités en regard de chaque électrode sur les faces externes des pièces externes On fait alors passer un courant de soudage entre les deux électrodes Ce courant traverse l'épaisseur de chaque pièce et il est suffisamment intense pour créer une fusion locale de chaque pièce dans la zone traversée par le courant et ainsi les solidariser Une fois la soudure réalisée, on interrompt le passage du courant et on relâche la pression des électrodes sur les pièces. Différents paramètres interviennent dans l'exécution de l'opération de soudage par point: l'intensité du courant de soudage, la durée de l'opération, la pression des électrodes sur les pièces à souder, etc Il est possible de prévoir des machines de soudage dont ces différents paramètres sont ajustables en fonction de conditions données d'une opération de soudage comme, par exemple, les matériaux des pièces à souder. De même, il est possible de modifier et donc de con- trôler ces paramètres en cours d'une même opération de soudage Aussi, pour rendre ce contrôle efficace, on a cherché à mettre en oeuvre des moyens qui permettraient de connaître, pendant l'opération de soudage, la température de soudage, c'est-à-dire des moyens qui engendreraient au moins un signal fonction de la température de la zone de soudage. Un but de l'invention est de prévoir un procédé qui permet le contrôle des paramètres de l'opération de soudage en fonction de la température de la zone de soudage et dans lequel sont mis en oeuvre des moyens pour délivrer au moins un signal fonction de la température de soudage. Ce but est atteint par l'invention par le fait que, ledit ou lesdits signaux électriques sont prélevés aux bornes, d'une part, de l'une ou de l'autre électrode et, d'autre part, de l'une des pièces à souder ou de l'autre électrode, et en ce qu'on prévoit des moyens pour que ledit signal ou lesdits signaux soient des signaux thermoélectriques. Ces signaux ont une valeur en tension qui est représentative de la température de la zone de soudage. Il peut donc servir à piloter une unité qui peut commander alors, en temps réel, les différents paramètres de l'opération de soudage Par exemple, une telle unité peut commander l'arrêt du passage du courant de soudage lorsque, au vu du ou des signaux de température, une température de soudage prédéterminée est atteinte. Dans la présente description, lorsqu'on désigne un couple de métaux comme présentant un pouvoir thermoélectrique, cela signifie que ce couple peut engendrer un signal de température mesurable, c'est-à- dire dont la valeur en tension est au minimum de l'ordre du millivolt, valeur qui en réalité dépend de l'électronique de détection. Précisons que la température de la zone de soudage est de l'ordre de 1500 C, voire, dans certains cas, plus, et que le nombre de couples de matériaux qui, à cette température, répondent à la condition mentionnée ci-dessus est relativement important. Pour mettre en oeuvre la présente invention telle qu'on vient de la définir, différentes solutions sont envisageables Dans la suite de la description, on présente, à titre d'exemple de réalisation, quelques unes de ces solutions. La description de ces solutions est faite en relation avec les dessins joints parmi lesquels: les Figs 1 sont respectivement des vues schématiques de machines selon des premier, second et troisième modes de mise en oeuvre de l'invention, et la Fig 4 est une vue schématique d'une machine comportant une unité de commande, cette vue illustrant un mode de fonctionnement possible de ladite unité de commande. A la Fig 1, on voit une première électrode 10 et une seconde électrode 20 d'une machine à souder par point Les électrodes 10 et 20 sont représentées avec les extrémités respectivement en appui sur les faces externes de deux pièces à souder 30 et 40. Les deux électrodes 10 et 20 sont respectivement reliées aux bornes d'une source de courant 50 destinée à délivrer le courant de soudage Ce courant est ainsi prévu pour traverser chacune des pièces 30 et 40 dans une zone comprise entre les deux électrodes 10 et 20 afin de créer, dans cette zone, une fusion des pièces 30 et 40 qui assure leur soudage. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'électrode 10 est constituée dans un matériau tel qu'il soit un des éléments d'un couple thermoélectrique dont le second élément est le matériau de l'une des pièces à souder ou de l'autre électrode. Par exemple, si une des pièces à souder 30 ou 40 est en acier, on peut prévoir une électrode 10 en un alliage de cupronickel, l'autre électrode 20 pouvant être en cuivre Le signal de température peut être prélevé entre, d'une part, l'électrode 10 en cupronickel et, d'autre part, l'une ou l'autre pièce à souder 30 ou 40 ou même l'électrode 20 en cuivre comme le montrent les flèches A, B, C de la Fig 1. L'alliage de cupronickel de l'électrode 10 est tel que son pouvoir thermoélectrique avec une des pièces à souder 30 ou 40 soit suffisamment important pour être mesuré, ce qui implique qu'il présente une teneur en nickel relativement élevée Mais, compte tenu de la forte intensité du courant de soudage et pour éviter des pertes en chaleur trop importantes, l'électrode 10 doit présenter une faible résistivité La teneur en nickel ne peut donc pas être trop élevée En conséquence, cet alliage de cupronickel contient avantageusement moins de % de nickel, voire moins de 10 % Des essais ont montré qu'une teneur de 2 % donne de bons résultats, c'est-à-dire que les pertes par effet Joule sont faibles et que le signal de température présente une valeur encore suffisamment élevée pour pouvoir être mesurée. L'invention ne se limite pas aux matériaux mentionnés ci- dessus qui le sont seulement à titre explicatif mais englobe également les matériaux qui remplissent les fonctions de ceux-ci. La Fig 2 représente un second mode de réalisation. Dans ce mode particulier, une électrode 10 est traversée longitudinalement par un conducteur 11 dont l'extrémité affleure à la surface de l'extrémité de l'électrode 10 si bien que, lorsque cette dernière est en appui sur la pièce 30, l'extrémité du conducteur 11 est en contact avec ladite pièce 30 Le conducteur 11 est constitué dans un matériau qui présente un pouvoir thermoélectrique avec une des pièces à souder 30 ou 40 ou avec l'électrode 20. Le signal de mesure de la température de soudage est prélevé entre, d'une part, le conducteur 11 et, d'autre part, soit une des pièces à souder 30 ou 40 (flèches B et C), soit encore l'autre électrode 20 (flèche A) Il peut encore être prélevé entre le conducteur 11 et le corps de l'électrode 10 (flèche C'), celui-ci étant en contact électrique avec la pièce à souder 30. Le matériau qui constitue le conducteur 11 est, par exemple, un alliage de cupronickel, comme du constantan. La Fig 3 montre un autre mode de réalisation o une pastille 12 de relativement faible épaisseur est fixée à l'extrémité de l'électrode 10 La pastille 12 est dans un matériau tel qu'elle présente, avec une des pièces à souder 30 ou 40, un pouvoir thermoélectrique mesurable. Le signal de mesure de la température de soudage est prélevé entre, d'une part, la pastille 12 et, d'autre part, une des pièces à souder 30 ou 40 (flèches B et C) ou l'autre électrode 20 (flèche A). On notera que si la pastille 12 est de faible épaisseur, elle peut présenter une grande résistivité sans que les pertes par effet Joule soient élevées De ce fait, il est possible de choisir un matériau présentant une fort pouvoir thermoélectrique comme, par exemple, un alliage de cupronickel à relativement fort pourcentage en nickel comme le constantan. Dans la description que l'on vient de faire, on a considéré le soudage de deux pièces L'homme du métier comprendra que le procédé de l'invention s'applique également quel que soit le nombre de pièces à souder. Les moyens mis en oeuvre représentés aux Figs 2 et 3 sont en réalité des inserts prévus pour venir en contact avec une des pièces à souder (ici 30) On comprendra que d'autres formes d'insert ayant une fonction équivalente à ceux décrits entrent dans le cadre de la présente invention. L'homme du métier ayant pris connaissance de l'enseignement contenu dans la présente description peut mettre en oeuvre un procédé selon l'invention o l'on contrôle les paramètres de soudage en fonction de plus d'un signal de température. Par exemple deux signaux de température peuvent être obtenus en prévoyant des moyens, tels que ceux que l'on vient de décrire, pour que deux interfaces entre électrodes 10 et 20 et pièces à souder adjacentes ou entre pièces à souder entre elles présentent un pouvoir thermoélectrique Un signal est prélevé aux bornes, d'une part, d'une électrode 10 et, d'autre part, de l'une des pièces à souder alors que l'autre signal est prélevé aux bornes, d'une part de l'autre électrode 20 et, d'autre part, de l'une ou l'autre pièces à souder. La Fig 4 montre schématiquement une machine à souder par point avec ses deux électrodes 10 et 20 et une source de courant 50 dont les bornes sont respectivement reliées aux électrodes 10 et 20 Le signal de mesure de température S est délivré ici aux bornes des deux électrodes 10 et 20 mais on comprendra qu'il puisse en être autrement comme cela a déjà été expliqué. La machine représentée comporte encore une unité de commande 60 Celle- ci possède une entrée 61 sur laquelle est appliqué un signal d'horloge alternatif qui, pour chaque période, comporte deux demi- périodes de durées sensiblement égales. L'unité 60 possède également deux entrées 62 et 63 auxquelles sont fournies le signal de mesure de température S. L'unité 60 possède également une sortie 64 pour piloter la source de courant 50 et une autre sortie 65 pour contrôler d'autres paramètres de la machine. Le fonctionnement de l'unité 60 est le suivant. Pendant les premières demi-périodes du signal d'horloge, l'unité 60 commande la source de courant 50 pour qu'elle applique un courant d'intensité prédéterminée entre les deux électrodes 10 et 20 Par ailleurs, elle attribue une valeur à chacun des paramètres de la machine Pendant les secondes demi-périodes du signal d'horloge, elle effectue la lecture du signal de mesure de température et déduit de l'évaluation de la température ainsi faite les nouvelles valeurs des paramètres de la machine qu'elle attribuera au cycle suivant. La manière dont l'unité de commande 60 détermine les valeurs des paramètres de l'opération de soudage relève de la compétence de l'homme du métier et n'est donc pas décrite ici plus en détail. La fonction essentielle de l'unité de commande 60 peut ainsi consister, après la phase de lecture du ou des signaux de température, à commander, si l'évaluation de la température n'a pas atteint une valeur seuil prédéterminée, le passage d'un courant de soudage d'une intensité prédéterminée dans les pièces à souder, c'est- à-dire, en d'autres termes, attribuer cette valeur d'intensité au courant de soudage, ou, si l'évaluation de la température de soudage a atteint cette valeur seuil, l'arrêt du passage du courant de soudage dans les pièces à souder, c'est-à-dire attribuer une valeur nulle à son intensité. On notera que le temps de réponse de l'unité 60 correspond à une période du signal d'horloge Avec une fréquence d'horloge de 50 Hz, ils sont de vingt millisecondes, ce qui est suffisant pour une opération de soudage par point Une précision plus importante peut être obtenue, par exemple, avec une fréquence d'horloge de 1000 Hz. On comprendra que le fonctionnement de l'unité de commande 60 pourrait être sensiblement le même si plusieurs signaux de température étaient disponibles. REVENDICATIONS 1) Procédé de contrôle de paramètres d'une opération de soudage effectuée par une machine à soudure par point, ladite machine comprenant deux électrodes mobiles respectivement reliées à une source de courant fournissant un courant de soudage et prévues pour appliquer, pendant l'opération de soudage de pièces, une pression normale auxdites pièces, ledit procédé consistant à contrôler lesdits paramètres sur la base d'au moins un signal électrique fonction de la température de la zone de soudage, caractérisé en ce que ledit ou lesdits signaux électriques sont prélevés aux bornes, d'une part, de l'une ou de l'autre électrode ( 10 ou 20) et, d'autre part, de l'une des pièces à souder ( 30, 40) ou de l'autre électrode (respectivement 20 ou 10), et en ce qu'on prévoit des moyens pour que ledit signal ou lesdits signaux soient des signaux thermoélectriques. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens consistent à prévoir une électrode ( 10) dans un matériau tel qu'il soit un des éléments d'un couple thermoélectrique dont le second élément est le matériau de l'une des pièces à souder ( 30) ou de l'autre électrode ( 20). 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite électrode ( 20) est constituée en cupronickel. 4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite électrode ( 20) est constituée en un cupronickel dont la teneur en nickel est inférieure à 20 %. ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite électrode ( 20) est constituée en un cupronickel dont la teneur en nickel est de l'ordre de 2 %. 6) Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'autre électrode ( 20) est en cuivre. 7) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens consistent à munir une électrode ( 10) d'un insert ( 11, 12) venant au moment de l'opération de soudage en contact avec l'une des pièces à souder ( 30), ledit insert ( 11, 12) étant constitué dans un matériau tel qu'il soit un des éléments d'un couple thermoélectrique dont le second élément est le matériau de l'une des pièces à souder ( 30) ou de l'autre électrode ( 20), ledit signal étant délivré aux bornes, d'une part, de l'insert ( 11, 12) et, d'autre part, de l'une des pièces à souder ( 30, 40) ou de l'une ou l'autre électrode ( 10, 20). 8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit insert est constitué d'un conducteur ( 11) qui traverse longitudinalement ladite électrode ( 10, 20) et dont l'extrémité qui affleure la surface de l'extrémité de ladite électrode ( 10, 20) peut venir en contact avec la pièce à souder adjacente en même temps que ladite électrode ( 10, 20). 9) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit insert consiste en une pastille ( 12) montée à l'extrémité de ladite électrode. ) Procédé selon une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que ledit insert est en cupronickel. 11) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit insert est en constantan. 12) Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit ou lesdits signaux sont fournis à une unité de commande ( 60) qui fonctionne selon des cycles à deux phases: une première o, à partir dudit ou desdits signaux, elle évalue la température de la zone de soudage et une seconde phase o elle commande les différents paramètres de l'opération de soudage et le passage du courant de soudage entre les électrodes ( 10 et 20).