FR2478508A1 - Procede de guidage des chalumeaux d'installations de soudage a commande mecanique - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE GUIDAGE DES CHALUMEAUX D'UNE INSTALLATION DE SOUDAGE. CHAQUE CHALUMEAU 1 DECRIT DES MOUVEMENTS TRANSVERSAUX A LA SOUDURE, QUI SONT REGLES, AINSI QUE LA HAUTEUR DU CHALUMEAU 1 AU DESSUS DE LA PIECE 2 EN COMPARANT LE COURANT OU LA TENSION DE SOUDAGE AVEC UNE VALEUR DE CONSIGNE; SELON L'INVENTION, LE PALPAGE DE LA HAUTEUR ET LA DETECTION DU BORD DU JOINT SUR LA PIECE 2 ONT LIEU SEPAREMENT DANS LE TEMPS: VERS LE MILIEU DE LA SOUDURE, SEULE LA HAUTEUR EST CAPTEE; VERS LES BORDS, LA HAUTEUR DU CHALUMEAU 1 EST MAINTENUE CONSTANTE, ET UNE VALEUR PRESCRITE DE LA DIFFERENCE ENTRE LE COURANT OU LA TENSION DE SOUDAGE ET UNE VALEUR DE CONSIGNE, EST UTILISEE POUR RENVERSER LE SENS DU MOUVEMENT DU CHALUMEAU 1. L'INVENTION EST APPLICABLE AUX INSTALLATIONS DE SOUDAGE.

Description

L'invention concerne un procédé de guidage des têtes de soudage des chalumeaux dtinstal- lations de soudage à commande mécanique dans lesquel les chaque tête de soudage exécute, pendant le soudage, perpendiculairement à la soudure, des mouvements transversaux s'étendant sur la largeur de la soudure, et est réglable en hauteur relativement à la soudure, procédé dans lequel, pour le palpage en hauteur et le palpage latéral, la valeur instantanée du courant ou de la tension de soudage est comparée avec une valeur de consigne prescrite, et le chalumeau est déplace' de façon correspondante, en hauteur ou relativement à la soudure, en fonction de la différence déterminée.

Dans la technique du soudage, il arrive souvent que, en raison de conditions géométriques particulières, un joint préparé pour l'assemblage de deux pièces ne peut pas être rempli de métal dans des conditions optimales en déposant plusieurs chenilles parallèles Par suite, lorsqu'on applique un procédé de soudage à l'arc avec électrode fusible en fil sur des joints très larges, il est utile de déplacer le chalumeau d'un bord à l'autre, transversalement à la direction de soudage, et de faire en sorte que le transport dans la direction de soudage s'effectue pas à pas, ou encore de façon continue.

Il serait désirable, dans la mise en oeuvre du procédé, de guider automatiquement le chalumeau de façon telle que la couche de métal introduite soit adaptée à des écarts relativement à un tracé rectiligne du joint et à des tolérances de préparation du joint. Cela nécessite à la fois une commande de la distance entre le chalumeau et la pièce, et un renversement automatique du sens du mouvement transversal du chalumeau; à cet effet, il est nécessaire de détecter automatiquement les bords du joint.

On connait déjà un système qui permet de guider le chalumeau à une distance constante de la pièce en comparant l'intensité du courant de soudage avec une intensité constante, à prescrire, et, en cas d'écarts relativement à la valeur de consigne, en-déplaçant automatiquement le chalumeau dans la direction verticale jusqu'à ce que s'établisse à nouveau l'intensité prescrite du courant de soudage. Le principe de la mesure repose sur le fait que toute variation de la distance entre le tube de contact du chalumeau et la pièce produit un déplacement du point de travail dans le circuit source-arc, conduisant à une variation de la longueur de l'arc et de l'extrémité libre du fil, ainsi qu'à une variation permanente du courant.

Toutefois, il est apparu dans la pratique que la variation du courant de soudage est fréquemment très irrégulière, par suite du détachement de gouttes et de mouvements de l'arc, cevqui peut conduire à des perturbations dans l'interprétation des mouvements du point de travail.

L'invention permet d'éliminer ces perturbations dans une mesure suffisante pour que l'on obtienne,d'une part,une commande satisfaisante du chalumeau en hauteur et, d'autre part, une reconnaissance sûre des bords du joint.

Le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait que le palpage de la hauteur et la détection du bord du joint ont lieu séparément l'un de l'autre au cours du temps, que, dans la région du milieu de la soudure, il y a exclusivement détermination et correction de la hauteur, et que, dans la région des bords du joint, la position du chalumeau en hauteur est maintenue constante et une valeur prescrite de l'écart de la valeur instantanée du courant ou de la tension de soudage rela tivement à sa valeur de consigne est utilisée pour renverser le sens du mouvement du chalumeau.

La région où a lieu exclusivement le palpage en hauteur et la correction de la hauteur du chalumeau est choisie de façon telle qu'elle ne soit pas influencée par les bords. Par contre, dans la région des bords, la hauteur du chalumeau relativement à la soudure est maintenue telle qu'elle a été établie en dernier lieu, de sorte que la variation du courant ou de la tension de soudage est assurée exclusivement par le fait que le chalumeau se rapproche du bord du joint.

Selon une autre caractéristique de l'in vention, l'installation de soudage fonctionne selon la technique du soudage à arc pulsé, de manière connue en soi, et la détection des valeurs instantanées du courant de soudage a lieu aussi bien dans la région du milieu de la soudure que dans la région des bords du joint, dans la phase du courant de base qui est exempte de fusions goutte à goutte et de turbulences. L'avantage réside dans le fait que, pendant la phase du courant de base, la mesure du courant de soudage peut s'effectuer avec un rapport signal/bruit avantageux. Les fusions goutte à goutte se produisent exclusivement lors de la phase impulsionnelle du courant, pendant laquelle on interrompt la mesure du courant.Il faut que la série des impulsions de courant de soudage soit synchronisée avec le déroulement périodique de la mesure pour la commande de la hauteur du brûleur. A la différence du procédé décrit dans la demande de brevet en République Fédérale d'Allemagne publiée sous le NO 2 611 377.9, on n'effectue pas une comparaison continue, mais une comparaison périodique entre valeur de consigne et valeur instantanée.

Le renversement automatique du sens du mouvement transversal du chalumeau, qui est à la base de l'invention, est illustré à la figure 1.

Sur celle-ci, la coordonnée x est transversale à la direction longitudinale du joint, la coordonnée ffi est perpendiculaire à la première, et notamment verticale, et l'axe z est orienté dans la direction principale de soudage. Lorsque les points x = a et x = b sont atteints, le renversement du chalumeau 1 doit avoir lieu. Dans l'intervalle x2 < x < x1, la commande de la hauteur fonctionne de la façon décrite. Quand le #chalumeau 1, en partant de x = 0, dépasse, dans son mouvement transversal, le point x1, l'opération périodique de mesure de la hauteur s'arrête, et la position y du chalumeau 1 est conservée.La mesure périodique du courant, qui recommence alors, sert à reconnaitre le bord du joint de la pièce 2 : une comparaison continuelle entre le résultat de la mesure actuelle (intégrale du courant sur un laps de temps déterminé3 et une valeur de consigne à prescrire, fournit le signal de renversement, car, au point x = a, il se produit, comme on l'a déjà expliqué plus haut, un mouvement du point de travail par raccourcissement de l'arc. La reconnaissance du bord du joint peut aussi être assurée, dans la zone x > x1 , par dérivation continue du courant ou de la tension de soudage après formation de la moyenne, et par déclenchement du renversement du chalumeau lorsqu'un#e valeur limite prescrite est dépassée.

Il est prévu d'arrêter le chalumeau 1 au point de renversement pendant un laps de temps réglable, pour assurer une pénétration suffisante au bord du joint.

Au début du retour du chalumeau (dans le sens x négatif), on remet en service la commande de la hauteur. Le processus de mesure qui commence lorsque les points x = x2 ou x = b sont atteints s'effectue de façon analogue à celui qui a eu lieu du côté opposé.

La distance ss = /a - xa b /b - x2/ est constante; la fixation des valeurs x1 et x2 est assurée par un système électronique de commande, représenté schématiquement à la figure 2. Sur celle ci, 3 désigne une source d'énergie, qui alimente le fonctionnement de l'arc (chalumeau 1 à fil poussé en avant de façon constante, pièce 2). Le courant de soudage est capté par un pont de mesure 4 et transmis au dispositif électronique central de commande 5 . Un générateur d'impulsions 6 transmet ses signaux à la source 3 et au dispositif électronique de commande 5, et il produit de cette manière le fonctionnement synchronisé en arc pulsé.

Avec les potentiomètres 7 et 8, on fixe les valeurs de consigne du courant pour la commande de la hauteur et le renversement du sens. Le moteur 9, commandé par le dispositif électronique central 5, déplace le brûleur 1 dans la direction transversale, tandis qu'une répétition de la coordonnée de position x s'effectue par l'intermédiaire du transmetteur de position 10. Le moteur 11, également commandé par le dispositif électronique central, maintient constante la distance entre brûleur 1 et pièce 2.

Le procédé décrit ci-dessus opère de facon sûre tant que la distance entre la dernière couche de métal déposée et la face supérieure de la pièce n'est pas devenue inférieure à un certain minimum m (sur la figure 3). Un tel minimum est nécessaire (1 à 2 mm) pour qu'une reconnaissance sûre du bord par l'arc reste possible. Toutefois, cette circonstance empêche d'utiliser le guidage automatique du chalumeau lors du soudage de la couche terminale selon le procédé connu.

La pratique montre que, même avec une préparation très imprécise du joint (c'est-à-dire avec de grandes tolérances dans l'angle d'ouverture des bords et éventuellement dans l'écartement des flancs s'il s'agit de joints en Y), l'allure du bord de la dernière couche (point c sur la figure 4) permet de conclure à l'allure de l'arête de la tôle (point k sur la figure 4), car si la grandeur m' est suffisamment petite, les lignes passant par tous les points c et k dans la direction z sont suffisamment parallèles (voir figure 4).

Selon l'invention, on tire parti de ce fait pour pouvoir travailler avec un guidage automatique du chalumeau même lors du soudage de la couche terminale. A cet effet, on introduit successivement dans une mémoire électronique de type connu, les coordonnées x = c et x = d (voir figure 3) du chalumeau aux moments du renversement de son mouvement, pendant que la dernière couche (L sur la figure 3) pour une grandeur m suffisante est soudée dans le joint. Les coordonnées x sont captées grâce au transmetteur de position 10, et mémorisées grâce à une entrée supplémentaire correspondante du dispositif électronique central 5 (figure 2). Après la fin du soudage, on ramène le chalumeau exactement à son point de départ zo; là commence le soudage de la couche terminale en utilisant des coordonnées mémorisées.

Le chalumeau se déplace alors, comme précédemment, transversalement à la direction de la soudure, tandis que les données mémorisées sont à nouveau appelées dans l'ordre primitif, et utilisées, après traitement, pour renverser le mouvement du chalumeau aux points e, f (figure 3). Les points e et f s'obtiennent comme suit
e=c+q
f = d - q, avec q z O / q = constante.

La grandeur g doit être prescrite dans le dispositif électronique central 5 (figure 2).

En outre, l'utilisation de l'enregistre ment des coordonnées peut aussi avoir lieu, de fa çon analogue, selon un autre principe de guidage de la tête de soudage.

On connaît notamment un procédé selon lequel, en faisant osciller périodiquement la tête de soudage, on mesure le courant total de soudage aux deux points de renversement du mouvement d'oscillation et, par comparaison entre les valeurs mesurées, la tête de soudage est guidée au milieu du joint, de façon connue.

Par ce procédé, il est possible, dans des joints en V ou en Y, ainsi que dans des soudures d'angle, de souder des chenilles droites avec guidage automatique du chalumeau. La condition est que l'arc puisse atteindre les deux bords du joint pendant le mouvement d'oscillation, ce qui, dans le cas d'un joint sur des pièces épaisses selon la figure 5, n'est plus réalisé au-delà d'un certain nombre de couches. Alors, le procédé comme cité plus haut n'est plus applicable.

Selon l'invention, de la façon décrite plus haut, on introduit dans une mémoire les coordonnées x (c'est-à-dire la position du chalumeau relativement au milieu du joint), et plus précisément, pour des positions discrètes Zn (avec zn+î zon + de pendant le soudage du fond de la soudure ou d'une couche plus élevée, la tête de soudage étant guidée, de façon connue, au milieu du joint.

Ensuite, on ramène le chalumeau exactement à son point de départ zo, et il commence à souder une nouvelle chenille (R sur la figure 5), les données mémorisées étant appelées successivement et utilisées, après addition d'une grandeur constante v (décalage latéral) à prescrire manuellement, pour le guidage de la tête de soudage. Un mouvement oscillant du chalumeau est ici possible, mais il n'est pas nécessaire au guidage du chalumeau. De cette ma nière, on peut réaliser le guidage de la tête de soudage lors du soudage de toutes les autres couches de remplissage sous la forme de chenilles droites, si l'on prescrit chaque fois une valeur v correspondante.

Le soudage de la dernière couche peut devenir problématique lorsque le joint a déjà été presque complètement comblé par la soudure précédente. Pour éviter avec certitude un dépassement de la course du chalumeau, même lorsque le bord du joint n'est pas identifié, on renverse obligatoirement le mouvement du chalumeau lorsqu'une grandeur prescrite a est dépassée.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Procédé de guidage des têtes de soudage des chalumeaux d'installations de soudage à commande mécanique, dans lesquelles chaque tête de soudage exécute, pendant le soudage, perpendiculairement à la soudure, des mouvements transversaux s'étendant sur la largeur de la soudure, et est réglable en hauteur relativement à la soudure, procédé dans lequel, pour le palpage en hauteur et le palpage latéral, la valeur instantanée du courant ou de la tension de soudage est comparée avec une valeur de consigne prescrite, et le chalumeau est déplacé de façon correspondante, en hauteur ou relativement à la soudure, en fonction de la différence déterminée, procédé caractérisé par le fait que le palpage de la hauteur et la détection du bord du joint ont lieu séparément l'un de l'autre au cours du temps, que, dans la région du milieu de la soudure, il y a exclusivement détermination et correction de la hauteur, et que, dans la région des bords du joint, la position du chalumeau en hauteur est maintenue constante et une valeur prescrite de l'écart de la valeur instantanée du courant ou de la tension de soudage relativement à sa valeur de consigne est utilisée pour renverser le sens du mouvement du chalumeau.

2. Procédé selon la revendication 1, ca ractérisé par le fait que le chalumeau est maintenu au point de renversement de son mouvement pendant un laps de temps prédéterminé.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'installation de soudage fonctionne, de manière connue en soiS selon la technique de l'arc pulsé, et que la détection de la valeur instantanée du courant ou de la tension de soudage a lieu dans la phase du courant de base.

4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que, pour renverser le mouvement de la tête de soudage, l'intégrale du courant instantané ou de la tension instantanée est déterminée périodiquement dans un laps de temps prescrit, ou bien la moyenne du courant instantané ou de la tension instantanée est dérivée par rapport au temps, et que cette valeur est comparée avec une valeur de consigne prescrite.

5. Procédé de soudage de la couche terminale d'une soudure à plusieurs couches, selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les coordonnées des bords de la couche de soudage précédente sont déterminées et mémorisées lors du renversement du mouvement du chalumeau, et que la largeur du mouvement transversal du chalumeau lors du dépôt de la couche terminale est supérieure d'une quantité prédéterminée (q) à la largeur de la couche de soudure précédente.

6. Procédé selon la revendi~cation 4, caractérisé par le fait que le mouvement du chalumeau est renversé obligatoirement lorsque la quantité prescrite (q) est dépassée.