Brevet FR2696369A1 — publié le 19940408

L'invention est relative au soudage par résistance de deux tôles se recouvrant l'une l'autre et plus particulièrement au contrôle de la qualité du soudage par résistance de deux tôles. Notamment dans les installations de traitement en continu de tôles d'acier en bande on raboute deux bandes successives de tôles en soudant l'une à l'autre les extrémités des deux bandes. Pour celà, on fait se recouvrir les deux extrémités des bandes, on serre les extrémités entre deux molettes par lesquelles on fait passer un fort courant électrique et on fait rouler les molettes sur la largeur des bandes. Le courant électrique traverse les deux tôles et provoque un échauffement important qui fait fondre localement les deux tôles qui, sous la pression des molettes, se soudent. Pour éviter des ruptures de bande dans l'installation de traitement en continu, on contrôle la qualité des soudures à l'aide d'images thermographiques. Mais cette méthode présente des inconvénients en particulier parce que les images thermographiques sont fonction de la nature de 1 'acier des tôles et de l'épaisseur des tôles, si bien que pour interpréter les résultats, il est nécessaire de disposer d'une base de données importante. Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient en proposant un procédé de contrôle non destructif de la soudure de deux tôles soudées par résistance, rapide à mettre en oeuvre, qui ne nécessite pas de bases de données importantes et dont les résultats sont disponibles en temps réel. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de contrôle de la qualité de la soudure de deux tôles d'épaisseur e1 et e2 et d'indice de résistivité p1 et P2, se recouvrant partiellement l'une l'autre, serrées entre deux électrodes se déplaçant sur la surface des tôles à une vitesse de soudage V, les électrodes étant alimentées en un courant électrique d'intensité instantanée Iin sous une tension instantanée Uin par un générateur qui reçoit une consigne d'intensité Ic et délivre une tension nominale Un, selon lequel - on calcule l'intensité optimale de soudage I@@ K1, K2, K3 étant les coefficients caractéristiques du dispositif avec lequel on réalise le soudage, - on détermine un seuil AIop, - on mesure en continu et on enregistre Iin, - on compare lin à Iop Si Iop - AIop On peut en outre mesurer la tension instantanée Uin Uin, calculer la résistance dynamique instantanée Rin lin enregistrer la variation en fonction du temps de Rin, fixer un seuil AR et comparer les valeurs de Rin à la valeur Un Rop = --- ; si Rin Iop Rin en fonction du temps présente une pente, on considère que le recouvrement des deux tôles n'est pas bon. On peut également mesurer la vitesse de soudage lin Vin, calculer à chaque instant A = ---, déterminer un seuil Vin Iop AAop et comparer A à sa valeur optimale Aop = --- ; si Aop V A - AAop ou Aop > A + AAap et si Iop - #Iop Lorsque les deux tôles sont en acier, pour déterminer les indices de résistivité p1 et P2, on réalise une analyse chimique des deux tôles et on calcule les indices de résistivité par la formule p = 9,9 + 30 (C + N) + 6 Mn + 12 Si + 14 P 10 S + 1 Co + 2,9 Ni + 5,5 Cr + 2,8 Mo + 1,3 W + 3,3 V + 6,4 Ti + 3,9 Cu + 13 Al dans laquelle les symboles chimiques Si, P, Co, Ni, Cr, Mo, W, V, Ti, Cu et Al représentent les teneurs des différents éléments d'alliage de l'acier exprimées en parties par million (ppm). L'invention a également pour objet un dispositif pour le soudage de deux tôles se recouvrant au moins partiellement l'une l'autre comportant des moyens de contrôle de la qualité du soudage et du type comprenant un cadre, un chariot en forme de C pouvant se déplacer dans le cadre, des moyens de déplacement du chariot, deux molettes conductrices de l'électricité, en regard l'une de l'autre et portées par le chariot, des moyens de serrage des molettes l'une contre l'autre, une alimentation électrique comportant un transformateur avec un circuit primaire et un circuit secondaire, des moyens de liaison entre le circuit secondaire du transformateur et les molettes et comportant en outre des moyens pour mesurer l'intensité du courant électrique dans le circuit secondaire et des moyens de comparaison de l'intensité mesurée à des valeurs de consigne. Le dispositif peut comporter en outre des moyens pour mesurer la tension aux bornes du circuit secondaire et des moyens de comparaison de la tension mesurée à des valeurs de consigne. Le dispositif peut également comporter des moyens pour mesurer la vitesse de déplacement du chariot et des moyens de calcul d'un paramètre à partir de la valeur mesurée de la vitesse de déplacement et de comparaison du paramètre à des valeurs de consigne. De préférence les moyens pour mesurer l'intensité du courant électrique dans le circuit secondaire comportent une sonde magnétorésistive. De préférence, les moyens pour mesurer la tension aux bornes dans le circuit secondaire comportent un pont de Graetz. De préférence, les moyens pour déplacer le chariot comportent une vis sans fin à billes mise en rotation par un moteur et les moyens pour mesurer la vitesse de déplacement du chariot comportent une dynamo tachymétrique entraînée par ledit moteur. Le dispositif peut comporter en outre un ordinateur qui reçoit au moins la mesure d'intensité et éventuellement les mesures de tension et de vitesse de déplacement du chariot. L'invention va maintenant être décrite plus en détail en regard des figures annexées dans lesquelles - La figure 1 est une vue schématique en perspective d'une machine de soudage par molettes, - La figure 2 est une représentation schématique des moyens d'alimentation électrique et de mesure d'une machine de soudage à molettes. La machine à souder par résistance repérée généralement par 1 à la figure 1 comporte un cadre 2 à l'intérieur duquel un chariot 3 en forme de C peut se déplacer. Une vis sans fin 4 entraînée en rotation par un moteur 5 permet d'assurer le déplacement longitudinal du chariot 3. Le moteur 5 entraîne une dynamo tachymétrique 6 qui permet de connaître la vitesse de rotation instantanée du moteur 5. Le chariot 3 porte une molette inférieure 7 montée rotative sur un support 8 et une molette supérieure 9 montée rotative sur un support 10 porté par un vérin 11. Les deux molettes 7 et 9 sont en regard l'une de l'autre et sont reliées par deux barres conductrices 12 et 13 à un dispositif 14 d'alimentation électrique et constituent les électrodes du dispositif de soudage. Pour souder deux tôles 15 et 16, on fait se chevaucher les deux tôles et on les serre entre les deux molettes 7 et 9 à l'aide du vérin 11. Puis, tout en assurant le déplacement du chariot à l'aide de la vis sans fin 4 mise en rotation par le moteur 5, de façon à faire rouler les molettes 7 et 9 le long de la ligne de recouvrement des tôles 15 et 16, à l'aide du dispositif d'alimentation 14 on fait passer un fort courant électrique entre les deux molettes 7 et 9. Ce fort courant électrique traverse les tôles 15 et 16 et les soude en les faisant fondre localement. Le dispositif d'alimentation électrique 14 représenté schématiquement à la figure 2 comporte un transformateur 17, dont le circuit primaire 18 possède un dispositif 19 de réglage de l'intensité et dont le circuit secondaire 20 est relié aux molettes 7 et 9 qui enserrent les tôles 15 et 16. Un pont de Graetz 21 destiné à mesurer la tension électrique est branché aux bornes du circuit secondaire 20. Une sonde magnétorésistive 22 associée à des moyens électroniques de mesure 23 est placée à proximité d'une barre conductrice 12 de façon à mesurer l'intensité du courant électrique qui alimente les molettes 7 et 9. Le pont de Graetz 21 et les moyens électroniques de mesure 23 sont reliés à un ordinateur 24. Des moyens électroniques 25 sont reliés à la dynamo tachymétrique 6 et à l'ordinateur 24. Les moyens électroniques 25 permettent de mesurer la vitesse de rotation de la vis sans fin 4 et de déterminer la vitesse de translation du chariot 3. Lorsqu'on soude deux tôles 15 et 16, à l'aide du dispositif 19 de réglage de l'intensité, on fixe une valeur Ic de consigne d'intensité, le transformateur 17 est réglé pour délivrer une tension nominale Un et on fixe une vitesse V de déplacement du chariot 3. On serre les tôles 15 et 16 entre les molettes 7 et 9 à l'aide du vérin 11, on met sous tension le dispositif d'alimentation 14 et on met en mouvement le chariot 3. Au cours du soudage le chariot 3 se déplace à une vitesse instantanée Vin mesurée à l'aide de la dynamo tachymétrique 6 et du dispositif 25 ; l'intensité du courant électrique qui passe dans le circuit secondaire 20 a une valeur instantanée 1in et la tension instantanée aux bornes de ce circuit est Uin. 1in est mesurée à l'aide des dispositifs 22 et 23 et Uin à l'aide du dispositif 21. Les grandeurs Vin, Iinr Uin sont enregistrées par l'ordinateur 24. Pour contrôler la qualité du soudage et diagnostiquer certains défauts, on compare Vin, lin et Uin à des valeurs optimales. On a constaté que, pour que la soudure soit bonne, il fallait que l'intensité du courant qui circule dans le circuit secondaire 20 soit voisine de K1, K2, K3 sont trois constantes caractéristiques du dispositif avec lequel on réalise le soudage, e1, e2 sont les épaisseurs des deux tôles sou dées, P1, p2 sont les indices de résistivité des deux tôles soudées, Ic est la consigne d'intensité déjà définie. Les indices de résistivité peuvent être calculés à partir des compositions chimiques des deux tôles. Si on désigne les teneurs exprimées en parties par million (ppm) des différents éléments d'alliage d'une tôle en acier par leurs symboles chimiques, l'indice de résistivité p de la tôle peut être calculé par la formule suivante p = 9,9 + 30 (C + N) + 6 Mn + 12 Si + 14 P 10 S + 1 Co + 2,9 Ni + 5,5 Cr + 2,8 Mo + 1,3 W + 3,3 V + 6,4 Ti + 3,9 Cu + 13 Al. Pour contrôler la qualité d'une soudure, on détermine expérimentalement un seuil #Iop, et on compare Iin à Iop ; Si Iop - AIop Dans le cas contraire, la soudure est considérée comme mauvaise ou douteuse. On peut également calculer la résistance dynami Uin que Rin = ---, et enregistrer les variations de Rin en Iin fonction du temps et après avoir déterminé un seuil ARap, Un comparer les valeurs de Rin à la valeur optimale Rop = Iop Si Rin iin On peut enfin calculer A = ---, déterminer un Vin seuil AAop et comparer A à sa valeur optimale Aop = ---; V Si A Aop + #Aop et si Iop - Aiop Tous les calculs et toutes les comparaisons sont faits par l'ordinateur 24. Ces comparaisons permettent de faire un diagnostic très rapide de la qualité des soudures réalisées. REVENDICATIONS 1.- Procédé de contrôle de la qualité de la soudure de deux tôles d'épaisseur e1 et e2 et d'indice de résistivité p1 et P2, se recouvrant partiellement l'une l'autre et serrées entre deux électrodes se déplaçant à la surface des tôles à la vitesse de soudage V et alimentées en un courant électrique d'intensité instantanée 1in sous une tension instantanée Uin par un générateur qui reçoit une consigne d'intensité Ic et délivre une tension nominale Unr caractérisé en ce que - on calcule l'intensité optimale de soudage Iop K1, K2, K3 étant les coefficients caractéristiques du dispositif avec lequel on réalise le soudage, - on détermine un seuil Ai0p, - on compare 1in à Iop Si Iop - hIop 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu on mesure en outre la tension instantanée Uin, on calcule la résistance dynamique instantanée Uin Rin = ---, on enregistre les variations en fonction du T temps de Rin, on détermine un seuil AR, on compare les Un valeurs de Rin à la valeur optimale Rop = --- ; si Rin iop Rop - AR et si la courbe de variation Rin en fonction du temps présente une pente, on considère que le recouvrement des deux tôles n'est pas bon. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on mesure en outre la vitesse instantanée Vin de déplacement des électrodes à la surface des 1in tôles, on calcule à chaque instant A = ---, on détermine Vin un seuil AAop et on compare A à sa valeur optimale Iop Aop = ---; Si A Aop + AAop et si V Iop - hIop 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, lorsque les deux tôles sont en acier, pour déterminer les indices de résistivité p1 et p2 on réalise l'analyse chimique des tôles et on calcule les indices de résistivité par la formule p = 9,9 + 30 (C + N) + 6 Mn + 12 Si + 14 P 10 S + 1 Co + 2,9 Ni + 5,5 Cr + 2,8 Mo + 1,3 W + 3,3 V + 6,4 Ti + 3,9 Cu + 13 Al dans laquelle les symboles chimiques C, N, Mn, Si, P, Co, Ni, Cr, Mo, W, V, Ti, Cu et Al représentent les teneurs des différents éléments d'alliage de l'acier exprimées en parties par million (ppm). 5.- Dispositif pour le soudage de deux tôles se recouvrant au moins partiellement comportant des moyens de contrôle de la qualité de soudage et du type comprenant deux électrodes (7, 9) en regard l'une de l'autre, des moyens (11) pour serrer les électrodes (7, 9) l'une contre l'autre, des moyens (4) pour déplacer les électrodes (7, 9), un moyen (17) d'alimentation en électricité des électrodes (7, 9), caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (22, 23) pour mesurer l'intensité du courant électrique qui circule dans les électrodes et des moyens de comparaison (24) de l'intensité mesurée à des valeurs de consigne. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (21) pour mesurer la tension aux bornes du moyen d'alimentation en électricité des électrodes (7, 9) et des moyens (24) de calcul du rapport de la tension à l'intensité du courant de soudage et de comparaison de ce rapport à des valeurs de consigne. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (25) pour mesurer la vitesse de déplacement des électrodes (7, 9) et des moyens (24) de calcul d'un paramètre à partir de la valeur mesurée de la vitesse de déplacement et de comparaison du paramètre à des valeurs de consigne. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les moyens (22, 23) pour mesurer l'intensité du courant électrique traversant les électrodes comportent une sonde magnétorésistive (22). 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les moyens (21) pour mesurer la tension aux bornes du moyen d'alimentation électrique (17) comportent un pont de Graetz. 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que les moyens pour déplacer les électrodes comportent une vis sans fin (4) entraînée par un moteur et en ce que les moyens (25) pour mesurer la vitesse de déplacement des électrodes (7, 9) comportent une dynamo tachymétrique (6) entraînée par ledit moteur. 11.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un ordinateur (24) auquel est relié le moyen (22, 23) de mesure de l'intensité du courant électrique, et éventuellement les moyens (21) de mesure de la tension aux bornes du moyen (17) d'alimentation électrique, et les moyens (25) de mesure de la vitesse de déplacement des électrodes (7, 9).