WO2000032346A1 - Procede d'evaluation de l'etat de surface d'une electrode d'une machine de soudage par point et machine a souder par point utilisant un tel procede - Google Patents

Procede d'evaluation de l'etat de surface d'une electrode d'une machine de soudage par point et machine a souder par point utilisant un tel procede Download PDF

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    • B23K11/24—Electric supply or control circuits therefor
    • B23K11/25—Monitoring devices
    • B23K11/252—Monitoring devices using digital means
    • B23K11/256—Monitoring devices using digital means the measured parameter being the inter-electrode electrical resistance

Definitions

  • the present invention relates to a method for evaluating the surface condition of an electrode of a spot welding machine.
  • Such a welding operation is carried out on a spot welding machine which essentially comprises two mobile electrodes respectively connected to the output terminals of a current source. During the welding operation of two parts, they are pressed against each other and then the opposite ends of each electrode are applied to their external faces with a predetermined pressure. A welding current is then passed between the two electrodes, which crosses the thickness of each part to create a local fusion and the welding point. Once the welding has been completed, the flow of current is interrupted and the pressure of the electrodes on the parts is released.
  • the object of the invention is to propose a method for evaluating the surface condition of an electrode of a spot welding machine as it has just been described.
  • Such an evaluation method will make it possible to determine the parameters of a welding machine in an optimal manner. It can for example be used when the electrodes of the welding machine are subject to rapid degradation during successive welding operations.
  • the first phenomenon has the effect of increasing the sheet metal-electrode contact resistance
  • the second phenomenon has the effect of modifying the electrical resistivity of the surface of the electrode, as well as its mechanical characteristics, in particular the hardness.
  • the layer in which the zinc has diffused is of the order of 10 to 20 microns after welding of approximately 1000 points on an electro-galvanized sheet.
  • the implementation of a method according to the invention may also make it possible to estimate or deduce the temperature at the surface of the electrode and, from there, the temperature of the melting point. If this temperature is too high, the welding current will be decreased, and conversely if this temperature is too low, the welding current will be increased.
  • a method of measuring the surface condition of an electrode of a spot welding machine is characterized in that it consists in measuring the impedance of a volume on the surface of the part of said electrode close to the part likely to be in contact with a part to be welded.
  • the injected measurement current is for example between 10 MHz and 1 GHz, advantageously between 20 MHz and 400 MHz.
  • the frequency of the injected current can be variable. According to another characteristic of the invention, it consists in measuring the voltage generated between the injection terminals of said measurement current and in deducing from said voltage, the impedance of said volume.
  • it consists in capturing the electromagnetic waves radiated by said electrode part traversed by the injected measurement current, in detecting them and in measuring their amplitude.
  • the measurement of the impedance of the volume of the part of said electrode is used to control control parameters of said welding machine.
  • the measurement of the impedance of said volume of the part of said electrode is for example carried out during times of inactivity of the welding current and is used to deduce the structural modifications of said volume.
  • It can also be performed during times of activity of the welding current and is used to deduce the temperature of the melting point of the parts to be welded.
  • the present invention also relates to a spot welding machine of the type which comprises at least one electrode capable of being in contact with a part to be welded to another part, said machine being provided with means for evaluating the state of said electrode.
  • said evaluation means comprise a high frequency generator which supplies a high frequency signal between two distinct points A and B of said electrode and neighbors of said electrode part capable of being find in contact with said piece to be welded and an apparatus for measuring the impedance at the operating frequency of the generator of the part of said electrode comprised between the injection points A and B and traversed by the measurement current.
  • Said measuring device is for example provided for measuring the voltage across the injection points of said measuring current.
  • it consists of a receiver which picks up the electromagnetic waves radiated by the portion of electrode traversed by the measurement current Im and which detects their amplitude.
  • the spot welding machine 10 shown in FIG. 1 comprises a source of welding current 11 provided for supplying the welding current to two electrodes 12 and 13.
  • This welding machine is provided for welding two parts 21 and 22 which are arranged one against the other, between the two electrodes 12 and 13.
  • a welding machine according to the invention comprises a high frequency generator 14 which delivers a high frequency signal between two distinct points A and B of the electrode 12 whose state is to be evaluated.
  • These two points A and B are at a short distance from the part 12a of the electrode 12 which is likely to be in contact with one of the two parts to be welded 21 and 22.
  • these two points A and B can be diametrically opposite in the case of a cylindrical electrode 12.
  • the generator 14 is a generator which operates at a relatively high frequency, for example between 10 MHz and 1 GHz, advantageously between 20 MHz and 400 MHz.
  • the signal delivered by the generator 14 results in the passage of a measurement current I m in the electrode.
  • the welding machine according to the invention also includes a measuring device
  • the measuring device 15 measures the voltage which is present between the terminals A and B. It is then possible to deduce therefrom the impedance at the operating frequency of the generator 14 of the part of the electrode 12 between the points A and B and traversed by the measurement current Im.
  • the measuring device 15 can also be a receiver which picks up the electromagnetic waves radiated, like an antenna, by the part of the electrode through which the measuring current Im passes, which detects their amplitude and delivers an output signal. proportional to this amplitude.
  • the measurement current Im varies then generating a corresponding variation in the amplitude of the signal detected by the receiver.
  • the high frequency current injected by the generator 14 essentially flows on the surface of the electrode 12 between points A and B by a phenomenon known as the skin effect.
  • the evaluation signal is representative of a more or less extended volume beyond the surface of the electrode.
  • the frequency of the generator 14 may vary and even be swept over a range of frequencies, for example from 10 MHz to 1 GHz.
  • the method of the invention therefore consists in injecting between two points A and B distinct from a welding electrode a high frequency current and in measuring at this frequency the impedance of the part of the electrode traversed by the measurement current I'm injected.
  • the welding current is advantageously a pulse current where it is active for a time t a and inactive for a time t; (see Fig. 2).
  • the welding current Is passes through the two parts 21 and 22 causing their point fusion to create the welding point.
  • the current Is is zero and the electrodes cool down.
  • the measurement carried out by the measuring device 15 is carried out during the idle times t; welding current Is to allow the temperature of the electrode to drop to room temperature.
  • the modifications deduced from the measurement of the impedance of the electrode 12 may be due to variations in the temperature of the welding point, and more precisely, in the temperature of said skin. From the signal from the measuring device 15, it is therefore possible to evaluate the temperature of the welding point. In this case, the measurement is made during the activity times t a of the welding current Is.
  • the signal at the output of the measuring device 15 can be processed, for example by a digital processing unit, the signal thus processed can be used to control welding parameters, such as the welding current, the pressure with which the electrodes press on the welding parts, etc.
  • the digital processing unit can for example be a unit operating by comparison with previously determined values and the values at the output of the apparatus 15 and determination of the parameters on the basis of this comparison.

Abstract

La présente invention concerne un procédé d'évaluation de l'état de surface d'une électrode d'une machine de soudage par point. Selon l'invention, il est caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer l'impédance d'un volume à la surface de la partie de ladite électrode voisine de la partie susceptible d'être en contact avec une pièce à souder. La présente invention concerne également une machine à souder par point qui utilise un tel procédé.

Description

Procédé d'évaluation de l'état de surface d'une électrode d'une machine de soudage par point et machine à souder par point utilisant un tel procédé.
La présente invention concerne un procédé d'évaluation de l'état de surface d'une électrode d'une machine de soudage par point.
Une telle opération de soudage est effectuée sur une machine de soudage par point qui comprend essentiellement deux électrodes mobiles respectivement reliées aux bornes de sortie d'une source de courant. Pendant l'opération de soudage de deux pièces, on les plaque l'une contre l'autre puis on applique, avec une pression prédéterminée, les extrémités en regard de chaque électrode sur leurs faces externes. On fait alors passer un courant de soudage entre les deux électrodes, lequel traverse l'épaisseur de chaque pièce pour y créer une fusion locale et le point de soudure. Une fois la soudure réalisée, on interrompt le passage du courant et on relâche la pression des électrodes sur les pièces.
Le but de l'invention est de proposer un procédé d'évaluation de l'état de surface d'une électrode d'une machine de soudage par point telle qu'elle vient d'être décrite.
Généralement, un tel procédé d'évaluation permettra de déterminer les paramètres d'une machine de soudage d'une manière optimale. Il pourra par exemple être utilisé lorsque les électrodes de la machine de soudage sont l'objet d'une dégradation rapide au cours d'opérations de soudage successives.
Cela est le cas lors du soudage, en particulier dans l'automobile, de tôle revêtue de zinc, que ce soit par galvanisation ou par électro-zingage. La dégradation rapide des électrodes entraîne le risque d'obtenir des points de soudage défectueux.
On sait que cette dégradation des électrodes est due, d'une part, au fait que le zinc adhère sous forme d'une pellicule sur lesdites électrodes et, d'autre part, diffuse peu à peu dans ces électrodes. Le premier phénomène a pour effet d'augmenter la résistance de contact tôle-électrode, alors que le deuxième phénomène a pour effet de modifier la résistivité électrique de la surface de l'électrode, ainsi que ses caractéristiques mécaniques, notamment la dureté.
En ce qui concerne le processus de diffusion, on a pu constater que la couche dans laquelle le zinc a diffusé est de l'ordre de 10 à 20 microns après soudage d'environ 1000 points sur une tôle électro-zinguée. Ces modifications de structure de la surface des électrodes impliquent qu'il est nécessaire de modifier les réglages de la machine, notamment le courant de soudage, afin d'éviter les risques de collage d'électrodes.
La mise en œuvre d'un procédé selon l'invention pourra également permettre d'estimer ou de déduire la température à la surface de l'électrode et, de là, la température du point de fusion. Si cette température est trop élevée, le courant de soudage sera diminué, et inversement si cette température est trop basse, le courant de soudage sera augmenté.
Afin d'atteindre le but susmentionné, un procédé de mesure de l'état de surface d'une électrode d'une machine de soudage par point selon l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer l'impédance d'un volume à la surface de la partie de ladite électrode voisine de la partie susceptible d'être en contact avec une pièce à souder.
Plus particulièrement, il consiste à injecter entre deux points A et B distincts d'une électrode de soudage et voisins de la partie de ladite électrode susceptible d'être en contact avec une pièce à souder un courant de mesure à haute fréquence et à mesurer, à cette fréquence, l'impédance de la partie de l'électrode parcourue par le courant de mesure injecté. La fréquence du courant injecté est par exemple comprise entre 10 MHz et 1 GHz, avantageusement entre 20 MHz et 400 MHz.
La fréquence du courant injecté peut être variable. Selon une autre caractéristique de l'invention, il consiste à mesurer la tension engendrée entre les bornes d'injection dudit courant de mesure et de déduire de ladite tension, l'impédance dudit volume.
Selon une variante de mise en œuvre, il consiste à capter les ondes électromagnétiques rayonnées par ladite partie d'électrode parcourue par le courant de mesure injecté, à les détecter et à mesurer leur amplitude.
Avantageusement, la mesure de l'impédance du volume de la partie de ladite électrode est utilisée pour commander des paramètres de commande de ladite machine de soudage. La mesure de l'impédance dudit volume de la partie de ladite électrode est par exemple effectuée pendant des temps d'inactivité du courant de soudage et est utilisée pour déduire les modifications structurelles dudit volume.
Elle peut également être effectuée pendant des temps d'activité du courant de soudage et est utilisée pour déduire la température du point de fusion des pièces à souder.
La présente invention concerne également une machine à souder par points du type qui comprend au moins une électrode susceptible de se trouver en contact avec une pièce à souder à une autre pièce, ladite machine étant pourvue de moyens pour évaluer l'état de ladite électrode. Selon la présente invention, elle est caractérisée en ce que lesdits moyens d'évaluation comprennent un générateur à haute fréquence qui fournit un signal à haute fréquence entre deux points distincts A et B de ladite électrode et voisins de ladite partie d'électrode susceptible de se trouver en contact avec ladite pièce à souder et un appareil de mesure de l'impédance à la fréquence de fonctionnement du générateur de la partie de ladite électrode comprise entre les points d'injection A et B et parcourue par le courant de mesure.
Ledit appareil de mesure est par exemple prévu pour mesurer la tension aux bornes des points d'injection dudit courant de mesure.
Selon une variante de réalisation, il est constitué d'un récepteur qui capte les ondes électromagnétiques rayonnées par la partie d'électrode parcourue par le courant de mesure Im et qui détecte leur amplitude.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec le dessin joint représentant un schéma synoptique d'une machine à souder par points sur la présente invention. La machine à souder par points 10 représentée à la Fig. 1 comprend une source de courant de soudage 11 prévue pour délivrer le courant de soudage à deux électrodes 12 et 13. Cette machine de soudage est prévue pour souder deux pièces 21 et 22 qui sont disposées l'une contre l'autre, entre les deux électrodes 12 et 13. Une machine à souder selon l'invention comporte un générateur à haute fréquence 14 qui délivre un signal à haute fréquence entre deux points distincts A et B de l'électrode 12 dont l'état est à évaluer. Ces deux points A et B sont à une faible distance de la partie 12a de l'électrode 12 qui est susceptible d'être en contact avec une des deux pièces à souder 21 et 22. De plus, ces deux points A et B peuvent être diamétralement opposés dans le cas d'une électrode 12 cylindrique.
Le générateur 14 est un générateur qui fonctionne à une fréquence relativement élevée, par exemple comprise entre 10 MHz et 1 GHz, avantageusement entre 20 MHz et 400 MHz. Le signal délivré par le générateur 14 a pour résultat le passage d'un courant de mesure Im dans l'électrode. La machine à souder selon l'invention comporte encore un dispositif de mesure
15 qui est prévu pour mesurer directement ou indirectement le signal aux bornes des points A et B.
Par exemple, si le générateur 14 est un générateur à courant constant, le dispositif de mesure 15 mesure la tension qui est présente entre les bornes A et B. Il est alors possible d'en déduire l'impédance à la fréquence de fonctionnement du générateur 14 de la partie de l'électrode 12 comprise entre les points A et B et parcourue par le courant de mesure Im.
Le dispositif de mesure 15 peut être encore un récepteur qui capte les ondes électromagnétiques rayonnées, à l'instar d'une antenne, par la partie d'électrode parcourue par le courant de mesure Im, qui détecte leur amplitude et délivre un signal de sortie proportionnel à cette amplitude. Lorsque l'impédance de la partie de l'électrode entre les points A et B varie, le courant de mesure Im varie engendrant alors une variation correspondante de l'amplitude du signal détecté par le récepteur.
Le courant haute fréquence injecté par le générateur 14 circule essentiellement à la surface de l'électrode 12 entre les points A et B par un phénomène connu sous le nom d'effet de peau. On sait que l'épaisseur de la peau en centimètres dans laquelle passe environ 37 % du courant total injecté est approximativement donnée, pour le cuivre, par la relation suivante: δ = 6.62/Vf. Ainsi, pour des fréquences de 10 MHz, 100 MHz et 1 GHz, l'épaisseur de peau est respectivement de 20 μ, 6 μ et 2 μ. Elle serait de l'ordre de 3,3 μ pour une fréquence de 400 MHz.
Ainsi, on peut constater qu'en faisant varier la fréquence, le signal d'évaluation est représentatif d'un volume plus ou moins étendu au-delà de la surface de l'électrode. Selon une caractéristique de l'invention, la fréquence du générateur 14 pourra varier et même être balayée selon une gamme de fréquences, par exemple de 10 MHz à 1 GHz.
Le procédé de l'invention consiste donc à injecter entre deux points A et B distincts d'une électrode de soudage un courant à haute fréquence et à mesurer à cette fréquence l'impédance de la partie de l'électrode parcourue par le courant de mesure Im injecté.
On comprendra qu'une modification des caractéristiques physiques de la surface de l'électrode 12 va entraîner des modifications de l'impédance de la peau comprise entre les deux points A et B, modifications d'impédance qui seront mesurées ou déduites des mesures effectuées au moyen du dispositif de mesure 15. En particulier, elles peuvent résulter de la modification structurelle de l'électrode
12 (par exemple, dans le cas de soudage de pièces 21 et 22 recouvertes de zinc, par la diffusion du zinc à la surface de l'électrode 12). Il est préférable que le moment de la mesure soit effectué un temps après l'arrêt du courant de soudage suffisant pour permettre à la surface de l'électrode 12 de s'abaisser à la température ambiante. Pour ce faire, le courant de soudage est avantageusement un courant impulsionnel où il est actif pendant un temps ta et inactif pendant un temps t; (voir Fig. 2). Lorsqu'il est actif, le courant de soudage Is traverse les deux pièces 21 et 22 provoquant leur fusion ponctuel afin de créer le point de soudage. Lorsqu'il est inactif, le courant Is est nul et les électrodes se refroidissent. La mesure réalisée par l'appareil de mesure 15 est opérée pendant les temps d'inactivité t; du courant de soudage Is pour permettre à la température de l'électrode de descendre à la température ambiante.
Il est possible de déduire des mesures effectuées par l'appareil 15, l'épaisseur de diffusion du zinc dans l'électrode 12 et d'effectuer ainsi les modifications de réglage du courant de soudage en conséquence.
Les modifications déduites de la mesure de l'impédance de l'électrode 12 peuvent être dues à des variations de la température du point de soudage, et plus précisément, de la température de ladite peau. Du signal issu du dispositif de mesure 15, il est donc possible d'évaluer la température du point de soudage. Dans ce cas, la mesure est effectuée pendant les temps d'activité ta du courant de soudage Is.
On comprendra que le signal en sortie de l'appareil de mesure 15 peut être traité, par exemple par une unité de traitement numérique, le signal ainsi traité pouvant servir à commander des paramètres de soudage, tels que le courant de soudage, la pression avec laquelle les électrodes appuient sur les pièces de soudage, etc. L'unité de traitement numérique peut par exemple être une unité fonctionnant par comparaison avec des valeurs préalablement déterminées et les valeurs en sortie de l'appareil 15 et détermination des paramètres sur la base de cette comparaison.

Claims

REVENDICATIONS
1) Procédé d'évaluation de l'état de surface d'une électrode d'une machine de soudage par point, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer l'impédance d'un volume à la surface de la partie de ladite électrode voisine de la partie susceptible d'être en contact avec une pièce à souder.
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter entre deux points A et B distincts d'une électrode de soudage et voisins de la partie de ladite électrode susceptible d'être en contact avec une pièce à souder un courant de mesure à haute fréquence et à mesurer, à cette fréquence, l'impédance de la partie de l'électrode parcourue par le courant de mesure injecté.
3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fréquence du courant injecté est comprise entre 10 MHz et 1 GHz.
4) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fréquence du courant injecté est comprise entre 20 MHz et 400 MHz. 5) Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence du courant injecté est variable.
6) Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer la tension engendrée entre les bornes d'injection dudit courant de mesure et de déduire de ladite tension, l'impédance dudit volume. 7) Procédé selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à capter les ondes électromagnétiques rayonnées par ladite partie d'électrode parcourue par le courant de mesure injecté, à les détecter et à mesurer leur amplitude.
8) Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure de l'impédance dudit volume de la partie de ladite électrode est utilisée pour commander des paramètres de commande de ladite machine de soudage.
9) Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure de l'impédance dudit volume de la partie de ladite électrode est effectuée pendant des temps d'inactivité du courant de soudage et est utilisée pour déduire les modifications structurelles dudit volume. 10) Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure de l'impédance du volume de la partie de ladite électrode est effectuée pendant des temps d'activité du courant de soudage et est utilisée pour déduire la température du point de fusion des pièces à souder. 11) Machine à souder par points du type qui comprend au moins une électrode susceptible de se trouver en contact avec une pièce à souder à une autre pièce, ladite machine étant pourvue de moyens pour évaluer l'état de ladite électrode, caractérisée en ce que lesdits moyens d'évaluation comprennent un générateur à haute fréquence qui fournit un signal à haute fréquence entre deux points distincts A et B de ladite électrode et voisins de ladite partie d'électrode susceptible de se trouver en contact avec ladite pièce à souder et un appareil de mesure de l'impédance à la fréquence de fonctionnement du générateur de la partie de ladite électrode comprise entre les points d'injection A et B et parcourue par le courant de mesure. 12) Machine à souder par points selon la revendication 11, caractérisée en ce que ledit appareil de mesure est prévu pour mesurer la tension aux bornes des points d'injection dudit courant de mesure.
13) Machine à souder par points selon la revendication 11, caractérisée en ce que ledit appareil de mesure est un récepteur qui capte les ondes électromagnétiques rayonnées par la partie d'électrode parcourue par le courant de mesure Im et qui détecte leur amplitude.
14) Machine à souder par points selon une des revendications 11 à 13, du type dont le courant de soudage est impulsionnel où il est actif pendant des temps d'activité et où il est inactif pendant des temps d'inactivité, caractérisée en ce que lesdits moyens d'évaluation sont utilisés pour déduire l'état de la surface de ladite électrode dans le cas où celle-ci subit des modifications structurelles, ladite mesure d'impédance étant effectuée pendant des temps d'inactivité du courant de soudage.
15) Machine à souder par points selon une des revendications précédentes, du type dont le courant de soudage est impulsionnel où il est actif pendant des temps d'activité et où il est inactif pendant des temps d'inactivité, caractérisé en ce que lesdits moyens d'évaluation sont utilisés pour déduire la température du point de fusion, ladite mesure d'impédance étant effectuée pendant des temps d'activité du courant de soudage.
16) Machine de soudage selon une des revendications 11 à 15, caractérisée en ce que le signal en sortie dudit appareil de mesure est traité par une unité de traitement qui délivre un signal traité pour la commande de paramètres des opérations de soudage effectuées par ladite machine.
17) Machine selon une des revendications 11 à 16, caractérisée en ce que la fréquence de fonctionnement du générateur est comprise entre 10 MHz et 1 GHz. 18) Machine selon une des revendications 11 à 17, caractérisée en ce que la fréquence de fonctionnement du générateur est comprise entre 20 MHz et 400 MHz.
19) Machine selon une des revendications 11 à 18, caractérisée en ce que la fréquence de fonctionnement du générateur est variable.
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