Brevet FR2814794A1 — publié le 20020405

L'invention concerne un procédé pour faciliter la gestion des gaz de soudage/coupage et protection dans une installation de soudage/coupage, TIG, MIG ou Plasma. Il existe des installations de soudage avec contrôle de présence ou de débit de gaz, des bouteilles'et des détendeurs équipés de manomètres ou de débitmètres. Par ailleurs, on connaît aussi des centrales de détente assurant une alimentation constante en gaz et signalant leur commutation d'une rampe à l'autre. Actuellement, lorsque les gaz intervenant directement dans le procédé ou indirectement (protection envers) viennent à manquer, l'opération doit être interrompue. Dit autrement, lorsqu'ils sont effectivement mis en oeuvre, les dispositifs connus à ce jour ne donnent l'information de défaut de gaz que lorsqu'il est trop tard. Or, dans les travaux de qualité exigeante, il peut être extrêmement préjudiciable au résultat d'interrompre une opération de soudage ou de coupage en cours. Le problème à résoudre est de disposer alors automatiquement d'une information sur l'épuisement de la ou des sources de gaz, suffisamment tôt pour autoriser l'exécution dans de bonnes conditions de l'opération ou pour la différer et commander un réapprovisionnement en ce ou ces gaz. La solution de l'invention est alors un procédé de gestion et de suivi de la consommation de gaz durant une opération de soudage, de coupage ou de traitement thermique consommant au moins un gaz, dans lequel au moins un gaz issu d'au moins une source de gaz sous pression alimente au moins une torche ou un chalumeau, caractérisé en ce qu'on procède selon les étapes suivantes : (a) on détermine la valeur de la pression de gaz résiduel dans la source de gaz, (b) on compare la valeur de pression obtenue à l'étape (a) à une valeur de pression-seuil préfixée, (c) on déclenche une alarme lorsque, à l'étape (b), on détermine que la pression de gaz résiduel est inférieure ou égale à ladite pression-seuil. Selon le cas, le procédé de l'invention comprend l'une ou l'autres des caractéristiques suivantes : - la détermination de la pression de gaz de l'étape (a) est réalisée en continu, - la valeur du pression-seuil est ajustable par l'opérateur, - une étape de détermination de la dérivée de la pression, - l'opération de soudage est une opération de soudage TIG, MIG, plasma et/ou laser, ou à la flamme. - l'opération de coupage est une opération de coupage par jet de gaz plasma, d'oxycoupage ou par faisceau laser, - le gaz est choisi dans le groupe formé par l'argon, l'azote, l'oxygène, l'hydrogène, l'hélium, le CO2, les hydrocarbures et leurs mélanges, - l'opération de soudage ou de coupage est mise en oeuvre de façon automatique ou manuelle, - la détermination de la pression du gaz est réalisée au moyen d'un détendeur avec capteur de pression, - à partir des valeurs de pression et de dérivée de pression déterminées, on détermine le temps restant avant que la source de gaz atteigne une quantité de gaz préfixée, de préférence on déclenche une alarme lorsque le temps restant avant que la source de gaz ne soit vide devient inférieur à une valeur de durée préfixée. La solution de l'invention repose donc sur le contrôle direct ou indirect de la pression dans la source gaz et non sur une intégration dans le temps des débits écoulés et sa comparaison au contenu initial de la source car cette solution implique une connaissance préalable du contenu de la source. La solution de l'invention peut se passer de la connaissance préalable du contenu exact de la source de gaz, étant donné que l'invention est basée soit : - sur une mesure directe de la haute pression (source) : en dessous d'un seuil convenu (et ajustable) une alarme est émise ; toutefois, des niveaux intermédiaires peuvent être signalés si besoin ; - sur une mesure directe de la haute pression associée à une mesure de la dérivée de la haute pression (pendant les phases de travail). Ces mesures associées donnent une indication du temps de travail restant possible ; - sur une mesure indirecte de la haute pression pouvant être associée ou non à un calcul de la dérivée de la pression, permettant de ramener les composants actifs dans l'équipement de soudage ou de coupage sans véhiculer les gaz sous haute pression. Chacune des variantes de l'invention va être maintenant détaillée, en références aux figures annexées. Pour réaliser une mesure directe de la haute pression du gaz issu de la source de gaz 5, deux possibilités existent : - un détendeur 1 ou le robinet détendeur intégré est doté d'un capteur de pression spécifique avec contact électrique ou détecteur 2 de proximité commandé par une membrane 3 ou un piston. Le système est étalonné ou réglable pour déclencher l'alarme 4 au niveau de pression voulu, à savoir le niveau d'alarme N ALARME compris entre un niveau de pression maximum N MAXI et un niveau de pression minimum N MINI. Ce mode de réalisation est schématisé sur la figure 1 : - un manomètre 6 préexistant du détendeur 1 ou du robinet détendeur intégré est utilisé pour déclencher l'alarme. Un dispositif optique 7 (couplage opto-électronique utilisant la différence de coefficients de réflexion 1 absorption du cadran et de l'aiguille) ou inductif lorsque l'aiguille est métallique (détecteur de proximité) est rapporté sur le manomètre 6, lorsque l'aiguille vient occuper la position correspondant à la pression voulue, l'alarme est donnée. L'aiguille comporte généralement une pointe et une palette plus large. Il peut être intéressant de placer le capteur sur la palette, ainsi en effet, la pointe reste lisible . Le dispositif peut être réglable 8 en coulissant autour de l'axe du manomètre, un repère ménagé dans le dispositif facilite le réglage. Ce mode de réalisation est schématisé sur la figure 2. Par ailleurs, la mesure de la pression et le calcul de sa dérivée (cf. figure 3) peut se faire comme suit. Le détendeur est équipé d'un capteur de pression, c'est-à-dire donnant un signal de 4 à 20 mA ou 0 à 10 V par exemple, proportionnel à la pression mesurée. Ce capteur permet de mesurer la pression à chaque instant et donc la variation de pression, en associant une horloge, la dérivée temporelle de pression peut-être connue. On n'active le calcul de la dérivée que pendant les temps d'opération du procédé. En connaissant le niveau de pression et la dérivée, on calcule le temps restant avant que le seuil de pression d'alarme soit atteint. En variante, on calcule le temps restant avant que la bouteille ne soit vide et on peut déclencher l'alarme dans un temps voulu avant que la bouteille ne soit vide. La quantité de gaz contenu dans la bouteille est en simplifiant (pour un gaz parfait) le produit du volume géométrique de la bouteille par la pression du gaz contenu, soit : Quantité de gaz restant = Volume géométrique X pression Le volume géométrique de la bouteille étant constant, la dérivée de la quantité de gaz restant est égale à la dérivée de la pression. L'intérêt principal de cette méthode, outre qu'il est plus simple de mesurer la pression que le débit, réside dans le fait qu'il n'est pas nécessaire de connaître l'état initial de la bouteille (son volume géométrique et sa pression) pour déterminer à chaque instant, dans les conditions d'utilisation du moment, l'autonomie restante. Ainsi on peut utiliser une bouteille partiellement vidée ou changer le débit de soutirage, le dispositif donne une information utile sans nécessité de mémoriser les paramètres et l'histoire de la bouteille et sans nécessité de reconnaître la dite bouteille. En outre, dans le cas d'une mesure indirecte de la pression, telle que représentée sur la figure 4, la caractéristique d'irrégularité d'un détendeur 1 (monté en sortie de la source 5) est mise à profit pour obtenir une pression intermédiaire (MP) qui soit une fonction connue de la haute pression (HP) ! La pression intermédiaire (MP) est mesurée et traitée au niveau de l'équipement de soudage pour déclencher les alarmes souhaitées. Un second étage de détente l'intégré dans l'équipement de soudage 10 ou placé à proximité, permet de régler et contrôler le débit dans le même lieu que les autres paramètres de soudages Il est intéressant d'utiliser en première détente un détendeur 1 avec clapet dans la basse pression (BP) car cette configuration est particulièrement économique pour un appareil préréglé surtout lorsqu'on recherche une irrégularité plutôt forte, ce type de détendeur donne une basse pression (BP) directement proportionnelle à la haute pression (HP) jusqu'en fin de vidange de la bouteille 5. Toutefois, si un détendeur 1 à clapet dans la haute pression (HP) est préféré, il convient de tenir compte dans l'interprétation ou le calcul du fait que la basse pression est inversement proportionnellement à la haute pression jusqu'au moment où celle-ci s'approche de la valeur de la consigne de détente. Néanmoins, ceci complique le dispositif et son exploitation. L'invention est applicable à tous les procédés mettant en oeuvre des gaz comprimés, en phase gazeuse. REVENDICATIONS 1. Procédé de gestion et de suivi de la consommation de gaz durant une opération de soudage, de coupage, de brasage ou de traitement thermique consommant au moins un gaz, dans lequel au moins un gaz issu d'au moins une source de sous pression alimente au moins une torche ou un chalumeau, caractérisé en ce qu'on procède selon les étapes suivantes : (a) on détermine la valeur de la pression de gaz résiduel dans la source de gaz ; (b) on compare la valeur de pression obtenue à l'étape (a) à une valeur de pression-seuil préfixée, (c) on déclenche une alarme lorsque, à l'étape (b), on détermine que la pression de gaz résiduel est inférieure ou égale à ladite pression-seuil. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination de la pression de gaz de l'étape (a), est réalisée en continu. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur de premier-seuil est ajustable par l'opérateur. 4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, une étape de détermination de la dérivée de la pression. 5. Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'opération de soudage est une opération de soudage TIG, MIG, plasma eUou laser ou à la flamme. 6. Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'opération de coupage est une opération de coupage par jet de gaz plasma ou d'oxycoupage ou par faisceau laser. 7. Procédé selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le gaz est choisi dans le groupe formé par l'argon, l'azote, l'oxygène, l'hydrogène, l'hélium, le C02, les hydrocarbures et leurs mélanges. 8. Procédé selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'opération de soudage ou de coupage est mise en oeuvre de façon automatique ou manuelle. 9. Procédé selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la détermination de la pression du gaz est réalisée au moyen d'un détendeur avec capteur de pression. 10. Procédé selon les revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'à partir des valeurs de pression et de dérivée de pression déterminées, on détermine le temps restant avant que la source de gaz atteigne une quantité de gaz préfixée, de préférence on déclenche une alarme lorsque le temps restant avant que la source de gaz ne soit vide devient inférieur à une valeur de durée préfixée.