Brevet FR2850597A1 — publié le 20040806

La présente invention concerne un dispositif de soudage à l'arc, tel qu'un générateur de courant de soudage, comportant des moyens permettant à un opérateur de trouver immédiatement et facilement le réglage 5 du poste désiré en fonction du type de joint à souder et/ou la position de soudage qu'il veut adopter Un poste de soudage à l'arc possède habituellement une face avant sur laquelle sont disposés des moyens de réglage du procédé de soudage à mettre en oeuvre et/ou du poste lui-même. Cette face avant est, en général, composée de plusieurs blocs ou pavés qui ont chacun leurs propres fonctionnalités. La face avant du poste de soudage peut ainsi comporter, par exemple, un bloc de réglage du courant, de la tension, de la vitesse fil ou de l'épaisseur des tôles à souder; un bloc de sélection du couple fil/gaz à 15 utiliser, notamment en soudage MIG (Metal Inert Gas); un bloc de sélection des paramètres du procédé à mettre en oeuvre, notamment courant lisse ou pulsé... ; ou encore un bloc de paramétrage du cycle de soudage. Quand un opérateur utilise le poste, il doit d'abord paramétrer le cycle de soudage envisagé et choisir le couple fil/gaz qu'il va utiliser. Ensuite, il détermine à la fois le procédé qu'il veut utiliser et le réglage de son poste, en fixant la valeur du courant, de la tension, de la vitesse fil ou de l'épaisseur à souder, qu'il estime la plus adaptée pour permettre de souder correctement les pièces à souder, compte tenu de l'assemblage qu'il veut réaliser. Or, il arrive très souvent qu'il soit obligé de modifier ces réglages car il n'a pas obtenu la pénétration ou le mouillage désiré. C'est le cas, en général, quand l'assemblage qu'il réalise n'est pas un assemblage à plat, position retenue par la majorité des constructeurs pour établir les synergies. En effet, la plupart des courbes de synergie qui sont incorporées ou mémorisées dans un poste de soudage ont été établies pour un type d'assemblage particulier, en général des pièces à souder mises bout-àbout à plat. L'opérateur doit donc procéder à des modifications si le type de joint à souder et la position de soudage choisie sont différents, ce qui l'oblige à entamer alors un processus d'essais/erreurs qui est fastidieux, prend du temps et est basé uniquement sur la pratique. De là, le problème qui se pose actuellement est de pouvoir faciliter le 10 réglage d'un poste de soudage par un opérateur lorsque celui-ci souhaite réaliser un soudage d'un type de joint spécifique et/ou dans une position de soudage particulière, que ce type de joint et/ou cette position de soudage correspondent ou, au contraire, ne correspondent pas à un soudage classique de pièces à souder mises bout-à-bout à plat, et de ce fait, de 15 diminuer le nombre de passes de soudage à effectuer. En d'autres termes, le but de l'invention est de permettre à l'opérateur de trouver immédiatement et facilement le réglage du poste désiré en fonction du type de joint à souder, principalement bout-à-bout et en angle, et la position de soudage qu'il veut adopter, principalement à plat et en 20 montant. La solution de l'invention est alors un dispositif de soudage comportant des moyens de sélection permettant à un opérateur de sélectionner, avant le début du soudage, au moins un paramètre primaire choisi parmi le type de joint à souder, la position de soudage et leurs 25 combinaisons. Selon le cas, le dispositif de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes: - les moyens de sélection permettent, en outre, de sélectionner un ou plusieurs paramètres secondaires choisis parmi l'épaisseur à souder, le type 30 de métal à souder, la nature ou le diamètre du fil de soudage, le type de gaz à utiliser, le type de procédé de soudage et le type de régime de transfert désiré. Selon le cas, les paramètres secondaires peuvent être soit choisi par l'opérateur, comme les paramètres primaires, soit proposés ou suggérés par le dispositif lui-même en fonction des paramètres primaires choisis par l'opérateur et de tables de corrélation pré-définies mémorisées. - le dispositif de l'invention peut prendre des formes diverses, en particulier il peut être intégré ou constituer, tout ou partie, d'un générateur de courant de soudage, d'une commande à distance de générateur de courant de soudage, un dévidoir de fil de soudage, un ordinateur ou 10 analogue. - les moyens de sélection sont manoeuvrables manuellement ou digitalement ou vocalement par l'opérateur. - les moyens de sélection comprennent au moins un organe d'actionnement mobile entre plusieurs positions, chacune desdites positions 15 correspondant à un type de joint à souder et/ou à une position de soudage. - les moyens de sélection permettent de sélectionner au moins un type de joint à souder choisi parmi les assemblages à clin, en soyage, boutà-bout ou en angle, avec ou sans préparation, tel qu'un chanfrein, un talon ou autre. - les moyens de sélection permettent de sélectionner au moins une position de soudage choisie parmi un soudage à plat, un soudage incliné et un soudage vertical, montant ou descendant, ou en corniche. - il est un générateur de courant de soudage comprenant un carrossage externe comportant une face avant sur laquelle sont agencés 25 lesdits moyens de sélection, de préférence lesdits moyens de sélection sont incorporés au sein d'un bloc de sélection. - lesdits moyens de sélection coopèrent avec des moyens de mémorisation de manière à sélectionner et à afficher, sur des moyens d'affichage, la vitesse du fil et/ou la longueur d'arc et/ou le courant de 30 soudage, lesdits moyens de sélection comprennent un ou plusieurs boutons ou touches de sélection. - il comprend des moyens d'affichage de passes permettant d'afficher ou d'indiquer à l'opérateur le nombre de passes à effectuer ou ayant été effectuées. L'invention est illustrée sur les figures ci-annexées données à titre illustratif mais non limitatif. L'invention est basée sur le fait d'incorporer, par exemple, à la face avant d'un poste de soudage, sur le dévidoir de fil (cas du soudage MIG) ou 10 sur la commande à distance permettant de commander à distance le poste de soudage, un bloc supplémentaire qui évite les ajustements fastidieux et qui permette à l'opérateur de sélectionner directement un type de joint et/ou une position de soudage, puis en fonction de cette sélection, de l'assister dans la détermination de tout ou partie des paramètres de soudage 15 nécessaires ou indispensables à l'obtention d'un cordon de soudage de bonne qualité. La figure 1 ci-jointe schématise la face avant 1 d'un poste de soudage à l'arc selon l'invention comportant des moyens de sélection 2, 3 sur sa face avant 1, du type de joint et de la position de soudage 10 à 13. Plus précisément, la face avant 1 du poste comporte plusieurs blocs classiques dont: - un bloc 20 de choix de paramètres de cycle ou du procédé ou régime de transfert, tel que soudage maintenu ou par impulsions exercées sur la gâchette de la torche (2T, 4T), procédé par court-circuit (CC) ou pulsé 25 (P)... - un bloc 30 de réglage du point de fonctionnement du poste avec choix de la vitesse du fil et réglage de la tension U, et - un bloc 40 de visualisation avec afficheur, par exemple à cristaux liquides ou analogues, et de réglage de paramètres de soudage, tel que 30 diamètre et nature du fil ou type de gaz de soudage. Par ailleurs, cette face avant 1 incorpore aussi un bloc 50 supplémentaire avec des moyens de sélection 2 du type de joint et de la position de soudage comportant un sélecteur 3 de position, tel un commutateur rotatif pouvant être déplacé par l'opérateur dans plusieurs 5 positions angulaires 10 à 13, les différentes positions angulaires 10 à 13 étant représentatives du type joint à effectuer et de la position de soudage. Ceci est également visible sur la figure 6 qui est une vue agrandie d'une partie de la face avant du générateur de la figure 5 intégrant la présente invention. Ainsi, la position 10 correspond à un soudage à effectuer à plat et en angle, sur des pièces en position inclinée; la position Il correspond à un soudage à effectuer dans le sens de la montée, en angle et sur des pièces en position verticale; la position 12 correspond à un soudage à effectuer dans le sens de la montée et en position verticale, sur des pièces mises 15 bout-à-bout jointifs; et la position 13 correspond à un soudage à effectuer à plat sur des pièces mises bout-à-bout jointifs. En face des différentes positions angulaires 10 à 13, il a été représentés des schémas des différents types ou configurations de joint et positions de soudage correspondant à ces positions angulaires 10 à 13. Ces 20 schémas peuvent être gravés sur la face avant du poste ou être imprimés sur des étiquettes qui y sont collées. En outre, ces schémas peuvent être aussi remplacés par d'autres repères analogues. Le sélecteur de position 3 peut revêtir différentes formes et n'est pas nécessairement rotatif. Ainsi, il peut se présenter sous forme de touches ou 25 de boutons à actionnement digital, chaque touche ou bouton correspondant à un type ou une configuration de joint et une position de soudage. On peut aussi imaginer utiliser un curseur mobile en translation entre plusieurs positions chacune représentative, là encore, d'un type ou d'une configuration de joint et d'une position de soudage. L'invention est préférentiellement utilisée en soudage manuel mais elle peut aussi s'appliquer au soudage automatique. Lorsqu'il souhaite opérer un soudage avec un dispositif selon l'invention, l'opérateur choisit son type d'assemblage et la position de 5 soudage en choisissant la position angulaire 10 à 13 désirée qui correspond à la soudure qu'il doit réaliser. Ensuite, l'opérateur sélectionne, à l'aide des moyens de sélection du dispositif, tout ou partie des autres paramètres du Tableau i qui correspondent à l'opération à réaliser. Tableau I Diamètre Position de Epaisseur Type de du fil Type de gaz Type de soudage à souder métal (mm) procédé acier puisé bas A plat 1 à 12 mm 1.6 bruit acier inox Sélection en Bord à bord (par pas 1.2 fonction du arc puisé Vertical de 0.5 à 1 1 métal à mm) aluminium souder courtAngle 0.8 circuit En fonction des paramètres sélectionnés, le dispositif de soudage va aller retrouver dans sa mémoire un point de fonctionnement dans une synergie donnée (courbe pré-enregistrée) correspondant aux paramètres 15 sélectionnés, c'est-à-dire notamment des valeurs de vitesse de fil (Vfil) et de hauteur d'arc à adopter, et le nombre de passes à effectuer. Le dispositif pourrait aussi répondre par deux points de fonctionnement dans la partie o il y a recouvrement entre les synergies sans et avec préparation. Il est à souligner que l'opérateur pourrait aussi imposer le critère de choix "avec" ou "sans préparation", lors de la sélection des paramètres. Les différents points de fonctionnement pourront être obtenus de manière empirique par soudage d'une préparation témoin, comme celle 5 montrée en figure 2, puis incorporés dans une base de données du dispositif ou en liaison avec celui-ci. Dans la base de données, on doit retrouver toutes ces informations, comme montré en Tableau Il, pour les diamètres de fils en fonction de l'épaisseur à souder, avec ou sans la préparation de la figure 2, et en 10 Tableau 111 pour ce qui concerne l'épaisseur et le régime de transfert obtenues, par exemple, pour un fil de 1.2 mm de diamètre en acier doux 70S, sur des pièces en configuration bord-à-bord en verticale montante et sans préparation, avec une torche de soudage de 450W alimentée en courant par un générateur de LA SOUDURE AUTOGENE FRANCAISE 15 commercialisé sous la référence 480 TRI et avec gaz ATAL 5 de L'AIR LIQUIDE (18% en volume de CO2 + Argon pour le reste). Tableau Il Epaisseur (mm) 1 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 Sans préparation 1 1.5 2 2.5 3 4 5 6 Avec préparation 4 5 6 8 10 12 (*) plusieurs passes si nécessaire Tableau 1I1 Epaisseur (mm) 0.8 1 1.5 2 2.5 3 4 5 6 Transfert Arc puisé Vitesse fil (m/min) 1.8 2 2.1 2.3 2.6 3 Longueur d'arc 32 33 32.6 33 33 34 (V) Tension moyenne (V) 20.8 21.2 21.2 20.4 20.2 20.6 Intensité moyenne (A) 62 68 70 74 80 88 Des tableaux de correspondances similaires doivent donc être mémorisés pour tous les paramètres possibles: position de soudage, 5 épaisseur des pièces à souder, type de métal, diamètre du fil, type de gaz, type de procédé... On doit donc avoir en mémoire du poste une arborescence englobant tous les cas possibles obtenus par exemple en réalisant des essais de soudage de manière empirique. Ensuite, en fonction de critères fixes que l'on a pondéré en amont, à 10 partir des paramètres position de soudage, épaisseur des pièces à souder, type de métal, diamètre du fil, type de gaz, type de procédé, le dispositif va rechercher le point de fonctionnement correspondant. Les trois premières données (position de soudage, épaisseur des pièces à souder, type de métal) sont généralement imposées par l'opérateur, 15 tandis que la question des degrés de liberté se pose sur les autres paramètres, c'est-à-dire type d'assemblage si il y a lieu (avec ou sans préparation), une ou plusieurs passes, vitesse du fil, intensité moyenne (Imoy), tension moyenne (Vmoy) et longueur d'arc (Larc). Ainsi, pour effectuer, en verticale montante, une soudure sur pièces en acier d'épaisseur de 3 mm mises bord à bord, il existe plusieurs solutions 5 possibles en fonction du diamètre du fil, du type de gaz, du type de procédé et du critère de performance retenu, c'est-à-dire un critère de productivité ou de qualité, ou les deux; celles-ci sont données dans le tableau Il ci-après. Tableau 1I1 Diamètre fil Type de Type de Critère de (mm) gaz procédé performance (*) Court-circuit 1 ATAL 5 Puisé 2 1.6 Court-circuit +3 C02 Court-circuit 4 Court-circuit + 5 ARCAL 14 Pulsé 6 Court-circuit 7 ATAL 5 Puisé 8 1.2 Court-circuit + 9 C02 Court-circuit 10 Court-circuit + 11 ARCAL 14 Pulsé 12 Court-circuit 13 ATAL 5 Pulsé 14 1 Court-circuit + 15 C02 Court-circuit 16 Court-circuit + 17 ARCAL 14 Pulsé 18 (*) Valeurs arbitraires Court-circuit +: soudage en court-circuit sur plage de valeurs de vitesse fil étendue par rapport au soudage en court- circuit simple ATAL 5 de composition: 18% en vol, de CG2 + argon ARCAL 14 de composition: 3% en vol. de CG2 + 1% de 2 + argon 5 Les gaz ATAL 5 et ARCAL 14 sont commercialisés par la société L'AIR LIQUIDE. Par ailleurs, la figure 3 représente un écran de sélection avec un menu possible de sélection (mode sélection) d'un générateur de soudage selon l'invention comportant des moyens de sélection permettant de choisir 10 des paramètres primaires et secondaires, non seulement position de soudage et type de joint à souder mais aussi l'épaisseur des pièces.... Avant soudage, l'opérateur choisit sur cet écran les paramètres désirés, par exemple soudage à plat, acier et 3 mm, respectivement, dans l'exemple illustré. Cette sélection engendre alors une interrogation de la base de données mémorisées dans le générateur, comme expliqué ci-avant, et subséquemment le poste va afficher sur l'écran un jeu de paramètres conseillés les plus adaptés à la sélection de l'opérateur. Ensuite, l'opérateur sera libre d'adopter ces paramètres ou, à 20 l'inverse, de ne pas en tenir compte ou les modifier. Pour une sélection correspondant à la figure 3, le poste va par exemple afficher les paramètres donnés en figure 4, à savoir dans cet exemple, le nombre de passe à réaliser (ici 1 passe), le diamètre du fil à choisir (1. 2 mm), le type de gaz à utiliser (ATAL par exemple), le procédé... 25 L'opération de soudage peut alors débuter et se dérouler dans les conditions que le générateur de soudage aura considérées comme les plus adaptées à l'opération à réaliser. De façon générale, la base de donnée comportant des différentes tables de données peut être stockée dans une mémoire du générateur de 30 type EPROM, disque dur, mémoire flash ou autre. Le traitement des bases de données mémorisées se fait, quant à lui, via un microcontroleur en fonction des informations sélectionnées par l'opérateur. Un logiciel adapté exploite la base de données de manière à 5 répondre au mieux aux critères internes du poste de soudage ou fixés par l'opérateur. Revendications 1. Dispositif de soudage comportant des moyens de sélection (2, 3, 5 1013) permettant à un opérateur de sélectionner, avant le début du soudage, au moins paramètre primaire choisi parmi le type de joint à souder, la position de soudage et leurs combinaisons. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les 10 moyens de sélection (2, 3, 10-13), permettent, en outre, de sélectionner un ou plusieurs paramètres secondaires choisis parmi l'épaisseur à souder, le type de métal à souder, la nature ou le diamètre du fil de soudage, le type de gaz à utiliser, le type de procédé de soudage et le type de régime de transfert désiré. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de sélection sont manoeuvrables manuellement, digitalement ou vocalement par l'opérateur. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de sélection (2, 3, 10-13) comprennent au moins un organe d'actionnement (3) mobile entre plusieurs positions, chacune desdites positions correspondant à un type de joint à souder et/ou à une position de soudage. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de sélection (2, 3, 10-13) permettent de sélectionner au moins un type de joint à souder choisi parmi les assemblages à clin, en soyage, bout-à-bout ou en angle, avec ou sans préparation. 30 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de sélection (2, 3, 10-13) permettent de sélectionner au moins une position de soudage choisie parmi un soudage à plat, en corniche, incliné et vertical, montant ou descendant, ou en corniche. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est un générateur de courant de soudage comprenant un carrossage externe comportant une face (1) avant sur laquelle sont agencés lesdits moyens de sélection (2, 3, 10-13), de préférence lesdits moyens de 10 sélection (2, 3, 10-13) sont incorporés au sein d'un bloc (2) de sélection. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de sélection (2, 3, 10-13) coopèrent avec des moyens de mémorisation de manière à sélectionner et à afficher, sur des moyens 15 d'affichage, une ou plusieurs informations choisies parmi la vitesse du fil, le courant de soudage, la longueur d'arc, le nombre de passes à effectuer ou ayant été effectuées, le diamètre du fil, le type de gaz et le type de procédé de soudage. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de sélection (2, 3, 10-13) comprennent un ou plusieurs boutons ou touches de sélection. 10. Procédé de soudage à l'arc électrique mettant en oeuvre un 25 dispositif selon l'une des revendications 1 à 9.