Brevet FR2847505A1 — publié le 20040528

La présente invention concerne une installation et un procédé de soudage, en particulier robotisé, et l'utilisation de cette installation pour le soudage de pots d'échappements, de filtres anti-particules, notamment pour véhicules automobiles, ou de toute autre structure tridimensionnelle préférentiellement de section tubulaire, notamment circulaire, ovale ou ovode. En soudage robotisé, pour obtenir des cordons de soudure de bonne qualité, il est indispensable de mettre les pièces à souder en position dans l'espace de manière à les positionner correctement par rapport au robot de soudage. Actuellement, les installations de soudage robotisées classiques sont deux types, à savoir elles sont dotées d'un ou deux axes inclinables et d'un robot de soudage fixe ou alors elles comportent un axe horizontal à barillet ou table tournante, et rabot déplaçable et/ou orientable. Toutefois, il est apparaît que ces installations posent un certain nombre de problèmes. Ainsi, dans le premier cas, lors de l'orientation du positionneur de pièces, il se produit obligatoirement une perte du volume d'action du robot de soudage, donc une diminution de ses performances pouvant conduire, dans certaines situations, à une impossibilité de souder correctement les pièces. En effet, lorsque les pièces sont orientées et positionnées dans leur position de soudage dans l'espace de travail, il peut arriver que le robot de soudage n'ai pas un débattement suffisamment ou alors ne puisse être positionné correctement pour pouvoir souder les pièces. Dans le deuxième cas, la présence d'un barillet horizontal ou d'une table tournante ne permet pas de réaliser une inclinaison des pièces, ce qui empêche de souder efficacement les pièces de faibles épaisseurs, par exemple de l'ordre de 0.3 mm à 1.5 mm, car pour pouvoir obtenir des joints de soudure de qualité sur ce type de pièces, il est primordial de pouvoir réaliser, pendant le processus de soudage, des inclinaisons précises des pièces à souder de sorte de permettre un écoulement adéquat par gravité du métal en fusion qui, en se solidifiant, va conduire à la formation du joint de soudure. On comprend aisément que si des pièces de faible épaisseur sont mal positionnées, alors le filet de métal en fusion risque d'engendrer une fusion excessive ou inadaptée du métal qui les constitue, voire même à transpercer l'une de ces pièces. Ce problème d'inclinaison précise les pièces à souder se ressent non seulement lors du soudage entre elles de pièces de faibles épaisseurs mais aussi lors du soudage d'une pièce de faible épaisseur sur une pièce plus épaisse, par exemple un pot catalytique pour pot d'échappement de véhicule. Le problème qui se pose alors est de pouvoir souder des pièces, y compris de faible épaisseur, sans rencontrer les problèmes susmentionnés existant avec les installations robotisées de l'art antérieur. Autrement dit, le problème à résoudre est de proposer une installation de soudage permettant de souder des pièces, y compris de faible épaisseur, en leur conférant une orientation adéquate dans l'espace tout en évitant les inconvénients susmentionnés. La solution de la présente invention est une installation de soudage comprenant un châssis supportant une structure à au moins deux bras comprenant - un premier bras portant des moyens de positionnement et d'entraînement de pièce comportant au moins un premier élément apte à être entraîné en rotation autour d'un axe (X-X), et - un troisième bras portant des moyens de soudage de pièces, caractérisée en ce qu'elle comprend, en outre, un système de pivotement angulaire permettant de réaliser un déplacement angulaire d'au moins les deux bras selon une trajectoire angulaire donnée en conservant inchangée, pendant ledit déplacement angulaire, la position relative des moyens de soudage de pièces par rapport auxdits moyens de positionnement et d'entraînement de pièces. Selon le cas, l'installation de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes: - elle comporte, en outre, un deuxième bras portant des moyens de maintien de pièces comportant au moins un deuxième élément libre en rotation autour de l'axe (X25 X), les moyens de positionnement et d'entraînement de pièces coopérant avec lesdits moyens de maintien de manière à permettre un maintien, direct ou indirect, des pièces à souder et à les entraîner en rotation autour de l'axe (X-X). - les moyens de positionnement et d'entraînement de pièces sont motorisés, de préférence les moyens de positionnement et d'entraînement de pièces comportent un positionneur motorisé. - les moyens de soudage comprennent une torche de soudage portée par un système robotisé. - le premier bras et le deuxième bras forment les branches d'un "U" ou d'un "V". - le système de pivotement angulaire comporte un moteur et/ou le système de pivotement angulaire est porté par le châssis. - un bras articulé robotisé est supporté par le troisième bras ou constitue une partie dudit troisième bras, ledit bras articulé robotisé étant commandé par des premier moyens de pilotage, de préférence lesdits premier moyens de pilotage sont supportés par ledit troisième bras et/ou par ledit bras articulé robotisé. - les moyens de positionnement et d'entraînement et les moyens de maintien sont conçus pour recevoir, de façon solidaire, un élément- support intermédiaire sur lequel peuvent être fixées les pièces à souder dans leur position de soudage, par exemple un élément-support intermédiaire ayant une forme d'équerre ou de plateau. - la torche de soudage est alimentée en au moins un fil fusible par un dispositif d'alimentation en fil de soudage, de préférence le dispositif d'alimentation en fil de soudage est porté par le troisième bras. - elle comporte, par ailleurs, des second moyens de pilotage coopérant avec le système de pivotement angulaire pour contrôler le déplacement angulaire des trois bras selon une trajectoire angulaire donnée, de préférence les premier et second moyens de pilotage sont des moyens de pilotage unique. - les moyens de maintien de pièce comprennent un dispositif de type poupée folle constituant un entre-pointe. L'installation de l'invention peut être utilisée dans une opération de soudage à l'arc électrique d'un dispositif d'évacuation de gaz, en particulier de pot d'échappement de pot catalytique, d'une enceinte destinée à constituer un filtre à particules ou plus généralement d'une structure tridimensionnelle préférentiellement de section tubulaire, notamment circulaire, ovale ou ovode. L'invention concerne aussi un procédé de soudage à l'arc électrique mettant en oeuvre une installation de soudage comprenant un châssis supportant une structure à au moins deux bras, comprenant un premier bras portant des moyens de positionnement et d'entraînement de pièces comportant au moins un premier élément apte à être entraîné en rotation autour d'un axe (X-X) et un troisième bras portant des moyens de soudage de pièces, caractérisé en ce qu'on opère une mise en position angulaire des pièces, avant ou pendant soudage, de préférence avant soudage, par déplacement angulaire d'au moins les deux bras selon une trajectoire angulaire donnée en conservant inchangée, pendant ledit déplacement angulaire, la position relative des moyens de soudage de pièces par rapport auxdits moyens de positionnement et d'entraînement de pièces. De préférence, le déplacement angulaire selon la trajectoire angulaire donnée est obtenu au moyen d'un système de pivotement angulaire des bras. Par ailleurs, les moyens de soudage de pièces comprennent une torche MIG, MAG, TIG ou plasma. L'installation de la présente invention est particulièrement avantageuse car elle permet de conférer une inclinaison donnée à l'ensemble formé par la torche robotisée de soudage, l'entre-pointe et la ou les pièces à souder selon une même valeur angulaire choisie de façon à permettre un soudage de la ou desdites pièces dans une position dans l'espace dans laquelle le métal fondu par l'arc électrique délivré par la torche s'écoule par gravité de manière à obtenir des soudures de qualité élevée et ce, en conservant intactes les performances et caractéristiques du robot de soudage. L'invention va être mieux comprise grâce à la description détaillée qui va suivre faite en références aux figures annexées. La figure 1 représente une vue latérale d'une installation de soudage selon l'invention comprenant un châssis 4 supportant une structure à trois bras 1, 2, 3. Le premier bras 1 et le deuxième bras 2 forment ici les branches d'un "U" et sont formés d'une poutre unique, comme visible sur la figure 2 (vue de dessus). Comme visible sur la figure 2, le premier bras 1 porte des moyens de positionnement et d'entraînement 5, 15 de pièces comprenant au moins un premier élément 15 apte à être entraîné en rotation autour d'un axe (X-X) par un moteur (non représenté) venant entraîner en rotation un dispositif rotatif de type embrayage servant à entraîner lui-même le premier élément 15. De préférence, les moyens de positionnement et d'entraînement 5, 15 sont fixés à l'extrémité du premier bras 1 et constituent un positionneur rotatif servant à maintenir la ou les pièces à souder dans la position dans laquelle elles doivent être soudées. Le deuxième bras 2 porte, par ailleurs, des moyens de maintien 6 de pièce comportant au moins un deuxième élément 16 libre en rotation autour de l'axe (X-X). Les moyens de maintien 6 forment ou comprennent un dispositif de type poupée folle constituant un entre-pointe. Les moyens de positionnement et d'entraînement 5, 15 de pièce coopèrent avec les moyens de maintien 6, 16 de manière à permettre un maintien des pièces à souder et à les entraîner en rotation autour de l'axe (X-X). Ce maintien peut être direct ou indirect, c'est à dire que les pièces peuvent être maintenues directement par les moyens de positionnement et d'entraînement 15 de pièce et les moyens de maintien 16, ou alors indirectement entre ces moyens 15, 16 par l'intermédiaire d'un support 14 intermédiaire porté ou maintenu par ces moyens 5, 6. Dit autrement, les pièces peuvent être maintenues directement par les premier élément 15 et deuxième élément 16, ou alors peuvent être retenues indirectement par ceux-ci, par exemple en étant bridées et/ou fixées à un support 14 luimême rendu solidaire des élément 15 et 16, telle l'équerre schématisée en figures 3 et 4; de préférence la maintien des pièces est indirect. Le troisième bras 3 porte des moyens de soudage 7 de pièces, en particulier une torche de soudage à l'arc électrique, telle une torche MIG ou MAG alimentée en fil fusible par un dispositif d'alimentation 9 en fil de soudage adapté, par exemple une torche MIG commercialisée par la société DINSE sous la référence S504F et le dispositif d'amenée de fil commercialisé par COMMERCY SOUDURE sous la référence DV EURO 4 galets. Les moyens de soudage 7 peuvent comprendre d'autres types de torches de soudage à l'arc électrique, par exemple une torche plasma ou TIG ou des torches multifils. Ici, un bras articulé 8 robotisé porté par le troisième bras 3 est commandé par des premier moyens de pilotage. L'ensemble des moyens de pilotage du bras articulé 8 sont rassemblés dans une armoire de commande (non montrée), par exemple une armoire de type RJ-3B commercialisée par FANUC. A l'aide du boîtier de programmation faisant partie des moyens de pilotage, des points sont déterminés sur la trajectoire que doit suivre le robot avec la position angulaire de chacun de ses axes de sorte que le moyen de soudage, c'est-à-dire la torche 7, situé en bout de bras se déplacera ensuite de l'un à l'autre en reproduisant à l'identique la position de ses différents axes. Selon l'invention, un système de pivotement angulaire 10 assure le déplacement angulaire des trois bras 1, 2, 3 selon une trajectoire angulaire donnée, adaptée au soudage à réaliser, en conservant inchangée, pendant ce déplacement angulaire, la position relative des moyens de soudage 7 de pièce par rapport aux moyens de positionnement et d'entraînement 5 de pièce et auxdits moyens de maintien 6. Ce système permet de se mettre dans les conditions les plus adaptées pour le soudage des pièces de faible épaisseur sans avoir à déplacer le robot portant la torche de soudage sur de grandes hauteurs ou selon des débattements très importants. Le système de pivotement angulaire 10 comporte un moteur 11 qui entraîne l'arbre d'entrée d'un réducteur à la sortie duquel est monté un pignon qui engrène luimême sur une couronne à galets sur laquelle sont montés les bras 1, 2 et 3. Toutefois, il va de soi que d'autres systèmes de pivotement peuvent être utilisés en lieu et place de l'ensemble motorisé 11, par exemple un système de pivotement par vérins ou analogues. Le déplacement angulaire des trois bras 1, 2, 3 se fait en rotation autour de l'axe (Z-Z). Une fois en position et le soudage commencé, le bain de fusion (i.e. le joint non encore solidifié) entre les pièces ne coule pas par gravitation sur l'une des pièces mais reste bien en contact avec celles-ci. La chaleur de l'arc est diffusée à travers les deux pièces, ce qui diminue considérablement les risques de percement des pièces. La soudure obtenue est dès lors plus robuste. En d'autres termes, grâce au système de pivotement angulaire 10, qui peut être un positionneur rotatif incliné, il est désormais possible d'opérer une inclinaison simultanée de l'ensemble formé par la poutre en U portant les premier et deuxième bras 1, 2, l'entre-pointe et la torche 7, et ce, en conservant la même position relative de ces parties les unes par rapport aux autres, même si leur inclinaison angulaire est modifiée. Un ou plusieurs des bras 1, 2, 3 est formé d'une structure oblongue creuse, en particulier d'une poutre creuse, au sein de laquelle sont insérés un ou des câbles 12 électriques. Comme on le voit sur la figure 2, qui est une vue de dessus de l'installation de la figure 1, le premier bras 1 et le deuxième bras 2 forment les branches d'un "U" et sont formés d'une poutre unique portant, à ses extrémités, les moyens de positionnement et d'entraînement 5 de pièces muni du premier élément 15 apte à être entraîné en rotation autour de l'axe (X-X) et les moyens de maintien 6 portant le deuxième élément 16 libre en rotation autour de l'axe (X-X). En fait, les pièces à souder peuvent être maintenues, c'est-à-dire bridées, directement entre les premier élément 15 et deuxième élément 16, ou alors elles peuvent être maintenues indirectement par ces premier élément 15 et deuxième élément 16, par exemple au moyen d'un ou plusieurs éléments-supports 17 intermédiaires (voir figure 3) servant à maintenir les pièces dans la position dans laquelle elles doivent être soudées ensemble. Les figures 3 et 4 représentent une installation analogue à celle de la figure 1 mais ne comportant que deux bras, à savoir le premier bras 1 portant des moyens de positionnement et d'entraînement 5 de pièces et le troisième bras 3 portant les moyens de soudage 7, c'est-à-dire la torche 7 robotisée. Dans ce cas, les pièces à souder sont simplement maintenues en position à l'aide des moyens de positionnement et d'entraînement 5 de pièces et d'un élément-support 17 intermédiaire ayant ici une forme d'équerre et sur lequel sont fixées les pièces à souder dans leur position de soudage, comme visible sur la figure 2 qui est une vue de dessus de l'installation de la figure 3. Revendications 1. Installation de soudage comprenant un châssis (4) supportant une structure à au moins deux bras (1, 3) comprenant: - un premier bras (1) portant des moyens de positionnement et d'entraînement (5, 15) de pièce comportant au moins un premier élément (15) apte à être entraîné en rotation autour d'un axe (X-X), et - un troisième bras (3) portant des moyens de soudage (7) de pièces, caractérisée en ce qu'elle comprend, en outre, un système de pivotement angulaire (10) permettant de réaliser un déplacement angulaire d'au moins les deux bras (1, 3) selon une trajectoire angulaire donnée en conservant inchangée, pendant ledit déplacement angulaire, la position relative des moyens de soudage (7) de pièces par rapport auxdits moyens de positionnement et d'entraînement (5, 15) de pièces. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, un deuxième bras (2) portant des moyens de maintien (6, 16) de pièces comportant au moins un deuxième élément (16) libre en rotation autour de l'axe (X-X), les moyens de positionnement et d'entraînement (5, 15) de pièces coopérant avec lesdits moyens de maintien (6, 16) de manière à permettre un maintien, direct ou indirect, des pièces à souder et à les entraîner en rotation autour de l'axe (X-X). 3. Installation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens de positionnement et d'entraînement (5, 15) de pièces sont motorisés, de préférence les moyens de positionnement et d'entraînement (5, 15) de pièces comportent un positionneur motorisé. 4. Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens de soudage (7) comprennent une torche de soudage (7) portée par un système robotisé. 5. Installation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le premier bras (1) et le deuxième bras (2) forment les branches d'un "U" ou d'un "V". 6. Installation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le système de pivotement angulaire (10) comporte un moteur (11) et/ou le système de pivotement angulaire (10) est porté par le châssis (4). 7. Installation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'un bras articulé (8) robotisé est supporté par le troisième bras (3) ou constitue une partie dudit troisième bras (3), ledit bras articulé (8) robotisé étant commandé par des premier moyens de pilotage, de préférence lesdits premier moyens de pilotage sont supportés par ledit troisième bras (3) et/ou par ledit bras articulé (8) robotisé, 8. Installation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la torche de soudage est alimentée en au moins un fil fusible par un dispositif d'alimentation (9) en fil de soudage, de préférence le dispositif d'alimentation (9) en fil de soudage est porté par le troisième bras (3). 9. Installation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte, par ailleurs, des second moyens de pilotage coopérant avec le système de pivotement angulaire (10) pour contrôler le déplacement angulaire des trois bras (1, 2, 3) selon une trajectoire angulaire donnée, de préférence les premier et second moyens de pilotage sont des moyens de pilotage unique. 10. Installation selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les moyens de positionnement et d'entraînement (5, 15) et les moyens de maintien (6, 16) sont conçus pour recevoir, de façon solidaire, un élément-support (17) intermédiaire sur lequel peuvent être fixées les pièces à souder dans leur position de soudage, par exemple un élémentsupport (17) intermédiaire ayant une forme d'équerre ou de plateau. i1. Utilisation de l'installation selon l'une des revendications 1 à 10 dans une opération de soudage à l'arc électrique d'un dispositif d'évacuation de gaz, en particulier de pot d'échappement ou un pot catalytique. 12. Utilisation de l'installation selon l'une des revendications 1 à 10 dans une opération de soudage à l'arc électrique d'une enceinte destinée à constituer un filtre à particules. 13. Utilisation de l'installation selon l'une des revendications 1 à 10 dans une opération de soudage à l'arc électrique d'une structure tridimensionnelle préférentiellement de section tubulaire, notamment circulaire, ovale ou ovode. 14. Procédé de soudage à l'arc électrique mettant en oeuvre une installation de soudage comprenant un châssis (4) supportant une structure à au moins deux bras (1, 3), comprenant un premier bras (1) portant des moyens de positionnement et d'entraînement (5, 15) de pièces comportant au moins un premier élément (15) apte à être entraîné en rotation autour d'un axe (X-X) et un troisième bras (3) portant des moyens de soudage (7) de pièces, caractérisé en ce qu'on opère une mise en position angulaire des pièces, avant ou pendant soudage, de préférence avant soudage, par déplacement angulaire d'au moins les deux bras (1, 3) selon une trajectoire angulaire donnée en conservant inchangée, pendant ledit déplacement angulaire, la position relative des moyens de soudage (7) de pièces par rapport auxdits moyens de positionnement et d'entraînement (5, 15) de pièces. 15. Procédé de soudage selon la revendication 14, caractérisé en ce que le déplacement angulaire selon la trajectoire angulaire donnée est obtenu au moyen d'un système de pivotement angulaire (10) des bras (1, 3). 16. Procédé de soudage selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens de soudage (7) de pièces comprennent une torche MIG, MAG, TIG ou plasma.