FR2814794A1 - Control and tracking of gas consumption during heat treatment operations by comparing residual gas pressure in the gas source with predetermined threshold values - Google Patents
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Abstract
Description
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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. The invention relates to a method for facilitating the management of welding / cutting and protection gases in a welding / cutting installation, TIG, MIG or 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. There are welding installations with gas presence or flow control, cylinders and regulators fitted with pressure gauges or flow meters. Furthermore, expansion stations are also known providing a constant supply of gas and signaling their switching from one rail to another.
Actuellement, lorsque les gaz intervenant directement dans le procédé ou indirectement (protection envers) viennent à manquer, l'opération doit être interrompue. Currently, when the gases intervening directly in the process or indirectly (protection against) run out, the operation must be interrupted.
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. In other words, when they are actually implemented, the devices known to date do not give gas fault information until it is too late.
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. However, in work of demanding quality, it can be extremely detrimental to the result of interrupting a welding or cutting operation in progress.
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. The problem to be solved is then to automatically have information on the exhaustion of the gas source (s), sufficiently early to authorize the execution in good conditions of the operation or to defer it and order a replenishment in this or these gases.
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, The solution of the invention is then a method for managing and monitoring the consumption of gas during a welding, cutting or heat treatment operation consuming at least one gas, in which at least one gas originating from at least one pressurized gas source feeds at least one torch or torch, characterized in that the following steps are carried out: (a) determining the value of the residual gas pressure in the gas source, (b) comparing the pressure value obtained in step (a) at a preset pressure-threshold value,
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(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. (c) an alarm is triggered when, in step (b), it is determined that the residual gas pressure is less than or equal to said threshold pressure.
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. Depending on the case, the method of the invention comprises one or other of the following characteristics: - the gas pressure of step (a) is determined continuously, - the value of the threshold pressure is adjustable by the operator, - a step of determining the pressure derivative, - the welding operation is a TIG, MIG, plasma and / or laser, or flame welding operation.
- 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. - the cutting operation is a cutting operation by plasma gas jet, flame cutting or by laser beam, - the gas is chosen from the group formed by argon, nitrogen, oxygen, hydrogen , helium, CO2, hydrocarbons and their mixtures, - the welding or cutting operation is carried out automatically or manually, - the gas pressure is determined by means of a pressure reducer with pressure sensor, - on the basis of the determined pressure and pressure derivative values, the time remaining before the gas source reaches a pre-set quantity of gas is determined, preferably an alarm is triggered when the time remaining before the source no empty gas becomes less than a preset time value.
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 ; The solution of the invention is therefore based on direct or indirect control of the pressure in the gas source and not on an integration over time of the flow rates and its comparison with the initial content of the source because this solution implies a prior knowledge of the content from the source. The solution of the invention can dispense with prior knowledge of the exact content of the gas source, since the invention is based either: - on a direct measurement of the high pressure (source): below a agreed (and adjustable) threshold an alarm is issued; however, intermediate levels can be reported if necessary;
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- 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. - on a direct measurement of the high pressure associated with a measurement of the derivative of the high pressure (during the working phases). These associated measures give an indication of the possible remaining working time; - on an indirect measurement of the high pressure which may or may not be associated with a calculation of the pressure derivative, allowing the active components to be brought back into the welding or cutting equipment without conveying the gases under high pressure.
Chacune des variantes de l'invention va être maintenant détaillée, en références aux figures annexées. Each of the variants of the invention will now be detailed, with reference to the appended figures.
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. To carry out a direct measurement of the high pressure of the gas coming from the gas source 5, two possibilities exist: - a regulator 1 or the integrated regulator valve is provided with a specific pressure sensor with electrical contact or proximity sensor 2 controlled by a membrane 3 or a piston. The system is calibrated or adjustable to trigger alarm 4 at the desired pressure level, namely the alarm level N ALARM comprised between a maximum pressure level N MAXI and a minimum pressure level N MINI. This embodiment is shown diagrammatically in FIG. 1: - a pre-existing pressure gauge 6 of the regulator 1 or of the integrated regulator valve is used to trigger the alarm. An optical device 7 (opto-electronic coupling using the difference in reflection coefficients 1 absorption of the dial and the needle) or inductive when the needle is metallic (proximity detector) is attached to the pressure gauge 6, when the needle comes to occupy the position corresponding to the desired pressure, the alarm is given. The needle generally has a point and a wider palette. It can be interesting to place the sensor on the pallet, so indeed, the tip remains legible. The device can be adjustable 8 by sliding around the axis of the pressure gauge, a mark provided in the device facilitates adjustment. This embodiment is shown diagrammatically in FIG. 2.
Par ailleurs, la mesure de la pression et le calcul de sa dérivée (cf. figure 3) peut se faire comme suit. Furthermore, the measurement of the pressure and the calculation of its derivative (cf. FIG. 3) can be done as follows.
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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. The regulator is equipped with a pressure sensor, that is to say giving a signal of 4 to 20 mA or 0 to 10 V for example, proportional to the pressure measured. This sensor makes it possible to measure the pressure at each instant and therefore the pressure variation, by associating a clock, the time derivative of pressure may be known. The derivative calculation is only activated during the process operating times. Knowing the pressure level and the derivative, we calculate the time remaining before the alarm pressure threshold is reached. As a variant, the time remaining before the bottle is empty is calculated and the alarm can be triggered in a desired time before the bottle is empty.
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. The quantity of gas contained in the bottle is by simplifying (for an ideal gas) the product of the geometric volume of the bottle by the pressure of the gas contained, that is:
Quantity of gas remaining = Geometric volume X pressure
The geometric volume of the bottle being constant, the derivative of the quantity of gas remaining is equal to the derivative of the pressure.
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. The main interest of this method, besides being easier to measure the pressure than the flow, lies in the fact that it is not necessary to know the initial state of the bottle (its geometric volume and its pressure) to determine at any time, under the conditions of use of the moment, the remaining autonomy. Thus one can use a partially emptied bottle or change the withdrawal rate, the device gives useful information without the need to memorize the parameters and history of the bottle and without the need to recognize said bottle.
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, In addition, in the case of an indirect measurement of the pressure, as shown in FIG. 4, the irregularity characteristic of a regulator 1 (mounted at the outlet of the source 5) is used to obtain a pressure intermediate (MP) which is a known function of high pressure (HP)! The intermediate pressure (MP) is measured and processed at the welding equipment to trigger the desired alarms. A second expansion stage integrated into the welding equipment 10 or placed nearby,
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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. allows to set and control the flow in the same place as the other welding parameters
It is interesting to use a first pressure regulator 1 with valve in the low pressure (BP) because this configuration is particularly economical for a preset device especially when looking for a rather strong irregularity, this type of regulator gives a low pressure ( BP) directly proportional to the high pressure (HP) until the end of cylinder emptying 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. However, if a high pressure (HP) valve regulator 1 is preferred, account should be taken in the interpretation or calculation of the fact that low pressure is inversely proportional to high pressure until such time as it this approaches the value of the trigger setpoint.
Néanmoins, ceci complique le dispositif et son exploitation. However, this complicates the device and its operation.
L'invention est applicable à tous les procédés mettant en oeuvre des gaz comprimés, en phase gazeuse. The invention is applicable to all processes using compressed gases, in the gas phase.
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