Procédé de contrôle du soudage électrique par points.
La présente invention est relative à un procédé de contrôle du soudage par résistance par points, particulièrement intéressant dans le cas des tôles d'acier utilisées dans l'industrie automobile.
Les opérations de soudage en production sont exécutées
de manière à obtenir des soudures de résistance uniforme supérieure au minimum imposé. Le problème du contrôle de la qualité des soudures effectuées est donc très important et cela d'autant plus que les cadences
de production sont élevées comme c'est le cas notamment dans l'industrie automobile.
Il existe deux catégories de contrôle de la qualité des soudures : d'une part, le contrôle par essais destructifs (déboutonnage, torsion, cisaillement, micrographie, dureté, fatigue, choc) et d'autre part, le contrôle par essais non destructifs (mécaniques, radiographies).
Le contrôle de la première de ces deux catégories est très efficace et d'utilisation courante, mais il présente les inconvénients d'exiger un certain temps et de consommer de la matière. Le contrôle de la deuxième catégorie est,encore à l'heure actuelle, relativement
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les cadences élevées de la production industrielle de masse. C'est précisément un contrôle de cette dernière catégorie que le demandeur a mis au point et qui fait l'objet de la présente invention.
Cette invention est fondée sur les considérations suivantes.
On sait que pour effectuer des soudures électriques
par point, on se fixe généralement une valeur optimum pour chacune des grandeurs suivantes : intensité de courant (au secondaire), effort aux électrodes (pression d'air comprimé) et temps de soudage (nombre de périodes). Au point de vue du processus de soudage à contrôler, ces trois grandeurs sont à considérer comme des grandeurs d'entrée ou d' action.
Le demandeur a eu alors l'idée originale d'étudier l' indication fournie par un capteur de déplacement branché en parallèle sur les électrodes et enregistrant la courbe de dilatation des tôles au cours du soudage.
La figure 1 donnée en annexe représente schéma tiquement un exemple de montage d'un tel capteur sur une ligne de soudage par points. Les tôles (1) et (2) sont destinées à être assemblées par soudage au moyen des électrodes (3) et (4). Le capteur (5) de déplacement est en contact avec deux lames (6) et (7) solidaires des deux électrodes
(3) et (4) et enregistre le déplacement vertical des électrodes au cours du soudage. Le point de soudure est représenté en (8) à l'interface des tôles (1) et (2) et au droit des électrodes (3) et (4). La figure 2 ci-annexée représente une telle courbe de dilatation enregistrée au moyen d'un capteur installé comme dit cidessus. On a reporté les valeurs de la dilatation des tôles au cours du soudage en ordonnée et celles du temps en abscisse. Cette courbe fournit les renseignements suivants :
a) accostage
La phase d'accostage est représentée par la droite
(9 - 10) parallèle à l'axe des abscisses.
b) début dû soudage
Le début du soudage est situé au point (10) à partir duquel croft la dilatation des tôles à assembler.
c) soudage
La phase de soudage est représentée par la courbe croissante (10 - 11), le point (11) correspondant à la fin du soudage.
L'ordonnée (12 - 13) représente la dilatation des tôles après un temps fixé (10 - 13) de soudage et l'ordonnée (il - 14) représente la dilatation finale des tôles soudées après le temps (10 -
14).
d) refroidissement
La phase de refroidissement est représentée par la courbe décroissante (11 - 15) et l'ordonnée (16 - 17) représente la contraction des tôles après un temps de refroidissement fixé (14 -
18).
La figure 3 donne l'évolution de la dilatation finale
(en ordonnée) en fonction de l'intensité du courant de soudage (en abscisse) pour un effort aux électrodes et un temps de soudage donnés.
La dilatation finale reprise en ordonnée sur la figure
3 est celle donnée par la courbe de la figure 2 à la fin du soudage.
En ce qui concerne la courbe de la figure 3, on peut faire les commentaires suivants :
1. On constate l'existence d'un maximum (19) sur la courbe donnant
la dilatation finale en fonction de l'intensité du courant. La position de ce max:mum dépend notamment de l' effort aux électrodes.,
2. Il existe une relation entre la position des points sur la courbe de la figure 3 et l'allure de la courbe de la figure 2, cette position étant repérée par rapport au maximum (19) de la courbe de la figure 3; cette relation est également significative de la qualité des points soudés, comme expliqué ci-après.
Le point (20) est situé sur la partie croissante de la courbe et à une grande distance du maximum.
La pente de la courbe dilatation - temps (21) est sensiblement constante et la dilatation finale est faible. Les points de soudure sont défectueux et il existe des risques de collage.
Le point (22) est situé sur la partie croissante de la courbe pas très éloigné du maximum.
La courbe de dilatation - temps (23) s'incurve légèrement et présente une pente plus faible en fin de soudage. La dilatation finale augmente et les points de soudure sont généralement de bonne qualité.
Le point (24) est situé sur la partie croissante de la courbe, très proche du maximum.
La courbe dilatation - temps (25) s'aplatit en fin desoudage. Les points de soudure sont de bonne qualité.
Le point (26) est situé sur la partie décroissante de la courbe.
En de telles circonstances, il se produit une diminution brutale de la dilatation au cours du soudage (27). Il y a risque de crachement avec pour conséquence, des points de 'soudure défectueux.
3. On peut en conclure que les points de soudure de bonne qualité
présentent l'une ou l'autre des caractéristiques suivantes :
Une dilatation finale suffisante, c'est-à-dire supérieure à
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valeur maximum.
Une dilatation finale proche de la valeur maximum et sur la partie croissante de la courbe (fig. 3).
4. En outre, le demandeur a fait les remarques suivantes :
Il y a lieu de noter que la position du maximum (19) de la dilatation finale (fig. 3) dépend notamment de l' effort aux électrodes.
Pour un effort aux électrodes et un temps de soudage don-
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courant de soudage peut être modifiée par suite d'une variation dans l'état de surface des tôles ou de l'état des électrodes. En effet, de telles variations provoquent des modifications des résistances de contact. La figure 4 montre le déplacement des courbes et donc du maximum de la dilatation finale pour des valeurs d'effort aux électrodes égales à 170 kg, 220 kg, 270 kg et 320 kg, toutes les autres conditions étant égales.
5. Le demandeur a recherché s'il existe une corrélation entre le
diamètre (D) du point soudé (mesuré après un essai' de torsion)
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Une série d'essais ont été réalisés pour vérifier la qualité des points soudés et il a été constaté que pour des points dont le diamètre est inférieur à une certaine valeur (4 mm), les soudures sont défectueuses. Par contre, pour des diamètres supérieurs à cette valeur, toutes les soudures sans exception se sont révélées de bonne qualité.
Cette vérification lui a permis d' établir la figure 5 sur laquelle les diamètres des points soudés sont repris en ordonnée et les dilatations finales en abscisse. Les mesures ont été faites
pour différents efforts aux électrodes (170 kg, 220 kg, 270 kg, 320 kg).
En fonction de la bonne corrélation montrée par la figure 5 entre D et df, on voit manifestement qu'à une telle valeur critique de D (4) correspond également une valeur critique de df en dessous de laquelle les soudures sont défectueuses.
Sur la base de ces considérations, le procédé objet de la présente invention est essentiellement caractérisé en ce que l'on commence l'opération de soudage, en se fixant une valeur optimum pour chacune des grandeurs d'entrée suivantes : intensité de courant, effort aux électrodes et temps de soudage, en ce qu' au moyen d'un capteur approprié, on enregistre la courbe de dilatation des tôles au cours du soudage, en ce que l'on compare la valeur de la dilatation ainsi enregistrée av �c une valeur de consigne préalablement déterminée et en ce que, dans le cas d'un écart entre la valeur enregistrée et la valeur de consigne, on modifie au moins une des grandeurs d'entrée, de préférence l'intensité de courant, pour supprimer cet écart dans le plus bref délai.
Suivant une modalité de l'invention, la valeur de consigne consiste en une valeur minimum de la dilatation préalablement déterminée.
Suivant une autre modalité de l'invention, la valeur de consigne consiste d'une part, en une dilatation proche de la valeur maximum et d'autre part en une valeur positive et très fai-
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de l'intensité de courant et A d, la variation correspondante des tôles.
Suivant une modalité particulièrement intéressante de l'invention, la régulation de l'opération de soudage est effectuée automatiquement à l'aide d'un régulateur fonctionnant sur la base de la ou des fonctions de transfert existant d'une part entre la grandeur de sortie (dilatation des tôles) et d'autre part, les grandeurs d'action (intensité du courant, temps de soudage, effort aux électrodes).
Bien entendu, il est à noter que, comme dans la majorité des procédés de contrôle, dans le cas d'un grand écart entre les valeurs enregistrées et de consign� de la dilatation, ce qui exigerait une modification importante de la valeur initiale des grandeurs d'action, il est à conseiller d'arrêter l'opération de sou-
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l'usure de l'électrode ou un mauvais état de surface des tôles (présence de graisse, de rouille, etc... ).
La figure 6 montre à titre d'exemple non limitatif, un schéma de régulation automatique conforme à l'invention.
Le bloc (28) représente le processus de soudage électrique par points à réguler. Les flèches (29), (30) et
(31) constituen; les grandeurs d'entrée ou d'action du processus
(28), c'est-à-dire respectivement l'intensité du courant (29), le temps de soudage (30) et l'effort aux électrodes (31). La flèche (32) constitue la grandeur de sortie, représentative du processus à réguler. Cette grandeur de sortie est la dilatation des tôles au cours du soudage mesurée au moyen d'un capteur approprié.
Le signal du capteur de mesure de la dilatation des tôles est transmis à un module comparateur (33) qui reçoit d'autre part l'indication de la consigne choisie affiché dans un module approprié (34), par exemple un potentiomètre. Le module (33) effectue la comparaison entre les valeurs mesurées et de consigne et en cas d'écart entre ces deux valeurs, ce module (33) sensibilise le module régulateur (35) qui est conçu pour pouvoir agir sur au
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indiquent les circuits représentés, de façon à supprimer rapidement l'écart constaté. Le trait renforcé reliant l'enregistreur (35) à l'intensité de courant (29) indique notamment une réaction sur
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au point par le demandeur.
REVENDICATIONS
1. Procédé de contrôle du soudage électrique par points, notamment lors du soudage de tOle, d'acier utilisées dans
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opération de soudage, en se fixant une valeur optimum pour chacune des grandeurs d'entrée suivantes : intensité du courant, effort aux électrodes et temps de soudage, en ce qu'au moyen d'un capteur approprié. on enregistre la courbe- de dilatation des tôles au cours du soudage, en ce que l'on compare la valeur de la dilatation ainsi enregistrée avec une valeur de consigne préalablement déterminée et en ce que , dans le cas d'un écart entre la valeur enregistrée et la valeur de consigne, on modifie au moins une des grandeurs d'entrée, de préférence l'intensité de courant, pour suprimer cet écart dans lé plus bref délai.
Electric spot welding control method.
The present invention relates to a method for controlling resistance spot welding, which is particularly advantageous in the case of steel sheets used in the automotive industry.
Welding operations in production are performed
so as to obtain welds of uniform strength greater than the minimum imposed. The problem of controlling the quality of the welds carried out is therefore very important and all the more so as the rates
production are high, as is the case in particular in the automotive industry.
There are two categories of quality control of welds: on the one hand, control by destructive tests (unbuttoning, torsion, shearing, micrography, hardness, fatigue, impact) and on the other hand, control by non-destructive tests ( mechanical, x-rays).
The control of the first of these two categories is very efficient and in common use, but it has the disadvantages of requiring a certain time and consuming material. The control of the second category is, still at the present time, relatively
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the high rates of industrial mass production. It is precisely a control of this latter category that the applicant has developed and which is the subject of the present invention.
This invention is based on the following considerations.
We know that to perform electrical welds
per point, an optimum value is generally fixed for each of the following quantities: current intensity (at the secondary), force at the electrodes (compressed air pressure) and welding time (number of periods). From the point of view of the welding process to be controlled, these three quantities are to be considered as input or action quantities.
The applicant then had the original idea of studying the indication provided by a displacement sensor connected in parallel to the electrodes and recording the expansion curve of the sheets during welding.
FIG. 1 given in the appendix schematically represents an example of mounting such a sensor on a spot welding line. The sheets (1) and (2) are intended to be assembled by welding by means of the electrodes (3) and (4). The displacement sensor (5) is in contact with two blades (6) and (7) integral with the two electrodes
(3) and (4) and records the vertical displacement of the electrodes during welding. The weld point is represented in (8) at the interface of the sheets (1) and (2) and in line with the electrodes (3) and (4). FIG. 2 attached represents such an expansion curve recorded by means of a sensor installed as said above. The values of the expansion of the sheets during welding were plotted on the ordinate and those of time on the abscissa. This curve provides the following information:
a) docking
The docking phase is represented by the right
(9 - 10) parallel to the x-axis.
b) start of welding
The start of welding is located at point (10) from which increases the expansion of the sheets to be assembled.
c) welding
The welding phase is represented by the increasing curve (10 - 11), the point (11) corresponding to the end of the welding.
The ordinate (12 - 13) represents the expansion of the sheets after a fixed welding time (10 - 13) and the ordinate (il - 14) represents the final expansion of the welded sheets after the time (10 -
14).
d) cooling
The cooling phase is represented by the decreasing curve (11 - 15) and the ordinate (16 - 17) represents the contraction of the sheets after a fixed cooling time (14 -
18).
Figure 3 gives the evolution of the final dilation
(on the ordinate) as a function of the intensity of the welding current (on the abscissa) for a given electrode force and a given welding time.
The final expansion shown on the ordinate in the figure
3 is that given by the curve of FIG. 2 at the end of the welding.
With regard to the curve of figure 3, the following comments can be made:
1. We note the existence of a maximum (19) on the curve giving
the final expansion as a function of the intensity of the current. The position of this max: mum depends in particular on the force at the electrodes.
2. There is a relationship between the position of the points on the curve of Figure 3 and the shape of the curve of Figure 2, this position being identified with respect to the maximum (19) of the curve of Figure 3; this relationship is also significant for the quality of the welded points, as explained below.
Point (20) is located on the increasing part of the curve and at a great distance from the maximum.
The slope of the expansion - time curve (21) is substantially constant and the final expansion is small. The solder points are defective and there is a risk of sticking.
Point (22) is located on the increasing part of the curve not very far from the maximum.
The expansion - time curve (23) curves slightly and presents a lower slope at the end of welding. The final expansion increases and the welds are generally of good quality.
Point (24) is located on the increasing part of the curve, very close to the maximum.
The expansion - time curve (25) flattens at the end of the welding. The solder points are of good quality.
Point (26) is located on the decreasing part of the curve.
Under such circumstances, there is a sharp decrease in expansion during welding (27). There is a risk of spitting with the consequence of defective soldering points.
3. It can be concluded that the good quality welds
have any of the following characteristics:
Sufficient final expansion, i.e. greater than
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maximum value.
A final expansion close to the maximum value and on the increasing part of the curve (fig. 3).
4. In addition, the Applicant made the following remarks:
It should be noted that the position of the maximum (19) of the final expansion (fig. 3) depends in particular on the force at the electrodes.
For a stress on the electrodes and a welding time given
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Welding current can be changed as a result of a variation in the surface condition of the sheets or the condition of the electrodes. Indeed, such variations cause modifications of the contact resistances. FIG. 4 shows the displacement of the curves and therefore of the maximum of the final expansion for force values at the electrodes equal to 170 kg, 220 kg, 270 kg and 320 kg, all other conditions being equal.
5. The applicant investigated whether there is a correlation between
diameter (D) of the welded point (measured after a torsion test)
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A series of tests were carried out to verify the quality of the welded points and it was found that for points whose diameter is less than a certain value (4 mm), the welds are defective. On the other hand, for diameters greater than this value, all the welds without exception proved to be of good quality.
This verification enabled him to establish FIG. 5 in which the diameters of the welded points are shown on the ordinate and the final expansions on the abscissa. Measurements have been made
for different efforts at the electrodes (170 kg, 220 kg, 270 kg, 320 kg).
As a function of the good correlation shown in FIG. 5 between D and df, it can clearly be seen that such a critical value of D (4) also corresponds to a critical value of df below which the welds are defective.
On the basis of these considerations, the method which is the subject of the present invention is essentially characterized in that the welding operation is started, by setting an optimum value for each of the following input quantities: current intensity, force electrodes and welding time, in that by means of a suitable sensor the expansion curve of the sheets during welding is recorded, comparing the value of the expansion thus recorded with &# 65533 c a previously determined setpoint value and in that, in the case of a difference between the recorded value and the setpoint value, at least one of the input quantities, preferably the current intensity, is modified to eliminate this discrepancy as soon as possible.
According to one embodiment of the invention, the set value consists of a minimum value of the expansion determined beforehand.
According to another form of the invention, the set value consists on the one hand of an expansion close to the maximum value and on the other hand of a positive and very low value.
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of the current intensity and A d, the corresponding variation of the sheets.
According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the regulation of the welding operation is carried out automatically using a regulator operating on the basis of the transfer function (s) existing on the one hand between the output quantity (expansion of the sheets) and on the other hand, the action quantities (current intensity, welding time, force at the electrodes).
Of course, it should be noted that, as in the majority of control methods, in the case of a large difference between the recorded and set values � expansion, which would require a significant modification of the initial value of the action quantities, it is advisable to stop the support operation.
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wear of the electrode or poor surface condition of the sheets (presence of grease, rust, etc.).
FIG. 6 shows, by way of nonlimiting example, an automatic regulation diagram in accordance with the invention.
The block (28) represents the electric spot welding process to be regulated. Arrows (29), (30) and
(31) constituen; the input or action quantities of the process
(28), that is to say respectively the intensity of the current (29), the welding time (30) and the force at the electrodes (31). The arrow (32) constitutes the output quantity, representative of the process to be regulated. This output quantity is the expansion of the sheets during welding measured by means of a suitable sensor.
The signal from the sensor for measuring the expansion of the sheets is transmitted to a comparator module (33) which also receives the indication of the chosen setpoint displayed in an appropriate module (34), for example a potentiometer. The module (33) performs the comparison between the measured and setpoint values and in the event of a difference between these two values, this module (33) sensitizes the regulator module (35) which is designed to be able to act on the
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indicate the circuits shown, so as to quickly eliminate the observed deviation. The reinforced line connecting the recorder (35) to the current (29) indicates in particular a reaction on
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developed by the applicant.
CLAIMS
1. Control method of electric spot welding, especially when welding sheet metal, steel used in
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welding operation, by fixing an optimum value for each of the following input quantities: intensity of the current, force at the electrodes and welding time, by means of an appropriate sensor. the expansion curve of the sheets is recorded during welding, in that the value of the expansion thus recorded is compared with a previously determined set value and in that, in the case of a difference between the value recorded and the setpoint value, at least one of the input quantities, preferably the current intensity, is modified in order to eliminate this difference in the shortest possible time.