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Soudage industriel : Gestion des fluides

Le processus de soudage industriel implique souvent des robots et des pistolets de soudage. Lorsqu’une chaîne de production en comprend plusieurs , comme c’est le cas dans l’industrie automobile, la surveillance de l’énergie, les économies d’énergie et la maintenance deviennent des sujets fondamentaux.

 

Robot de soudage à l’arc
Robot de soudage à l’arc Fanuc
Robot de soudage par point ABB
Robot de soudage par point ABB

Dans le cas du soudage par points, on utilise généralement de l’eau de refroidissement et de l’air comprimé  pour le dispositif de soudage. La question se posedonc du transport et du contrôle de ceux ci.
Chacune de ces énergies s’accompagne de ses spécificités et d’un ensemble d’équipements, comme l’illustrent les sections suivantes.

 

L’air comprimé pour le soudage industriel par point :

On utilise l’air dans les processus de soudage pour les différents outils de préhension ou de serrage. C’est d’autant plus important lorsqu’il s’agit de fermer les pistolets de soudage avec des efforts considérables.

Le principe du soudage par points par résistance consiste à presser et à chauffer de manière appropriée des électrodes sur les pièces métalliques à souder. Le courant qui traverse les électrodes et le métal provoque l’apparition du point de soudure. On dimensionne la résistance des électrodes par rapport à celle du métal  de façon à ce que le métal présente une résistance plus importante au passage du courant. La conséquence est donc un échauffement plus important par effet joule. Cela provoque donc la fusion locale de la pièce ou des pièces métalliques au point de contact. Un vérin pneumatique fourni la force nécessaire. Il est gnéralement de grand diamètre. En effet l’effort développé par un vérin pneumatique est promotionnel à sa pression d’alimentation (généralement en 6 et 8 bar dans l’industrie) et la section du piston du vérin.

Schémas de principe d'un soudage par point
Schémas de principe d’un soudage par point
Exemple de pince de soudage
Exemple d'une pince de soudage
Exemple d’une pince de soudage

L’air circule à travers tous les robots, qui peuvent être individuellement soumis à un entretien ou à une panne. Par conséquent, les fonctions suivantes sont nécessaires pour la surveillance et les opérations :

  • Isolation pneumatique
  • Une mise hors tension en toute sécurité
  • Réglage et contrôle de la pression
  • Suivi individuel des flux
  • Surveillance générale des flux
  • Filtration
Exemple d’unité de traitement d’air avec capteurs intégrés
Exemple d’unité de traitement d’air avec capteurs intégrés

L’eau pour refroidissement

Étant donné que l’on réalise le soudage avec une électrode chauffée au moyen d’un courant élevé, il faut gérer son refroidissement. C’est un flux d’eau refroidit qui permet cela. Il part d’une alimentation générale en eau froide jusqu’à l’extrémité de chaque électrode et revient au réseau général pour être refroidi à nouveau.
Les électrodes de soudage sont exposées à une pression et à une chaleur considérables pendant le processus de soudage par résistance. Il s’agit donc d’une pièce d’usure, et l’extrémité de l’électrode doit être remplacée périodiquement.

Illustration de la circulation de l’eau dans les électrodes de soudages

Ce système pose plusieurs problèmes :

  • Fuites d’eau dans le réseau, qui peuvent affecter les équipements voisins ou diminuer l’efficacité du refroidissement
  • Déversement d’eau lors du changement de capuchon de soudure.

Une solution pour détecter fuites d’eau est de mesurer les débits d’eau amont/aval du réseau général. Mais il est plus pertinent d’avoir une indication plus précise de l’endroit où se trouve la fuite, et donc intéressant de mettre en place une mesure du débit avant et après chaque robot. De cette façon, si le débit de sortie de l’eau varie par rapport à l’entrée d’un circuit de refroidissement spécifique, le diagnostic est plus facile.

débitmètre
débitmètre
Différents types de débitmètres
débitmètre

Lors du changement de l’extrémité de l’électrode de soudure, le circuit d’eau est ouvert. Pour réaliser cette opération, le circuit de refroidissement du robot doit être isolé individuellement. Mais même après cette opération, il reste de l’eau isolée qui sortira de l’électrode ouverte. On évite cela en introduisant un vérin de  de rappel dans cette partie du circuit, il sera actionné avant l’ouverture du capuchon pour retenir l’eau restante.

Processus d'isolation hydraulique de la pince de soudure
Processus d’isolation hydraulique de la pince de soudure
Vérin d’aspiration
Vanne à siège incliné
Vanne à siège incliné
Vanne à boisseau sphérique
Vanne à boisseau sphérique

Platines ligne complète et platines pour robot.

Hall Installation Plates (HIP) & Robot Installation Plates (RIP)

Les sections précédentes ont montré que pour gérer correctement l’air et l’eau des robots de soudage, de multiples capteurs (débitmètres, capteurs de pression, …) et divers actionneurs (vérin d’isolement, vannes, …) sont nécessaires à la fois pour l’installation globale et pour chaque robot. Chaque installation a des besoins différents, et la quantité d’équipement nécessaire peut varier en fonction des habitudes et des objectifs des utilisateurs. Dans tous les cas, un moyen pratique d’intégration consiste à concevoir des HIP et des RIP.

RIPs : Robot Installation Plates, contiennent l’équipement nécessaire à la gestion de l’air et de l’eau d’un robot. Il peut également comprendre la collecte des entrées et sorties électriques pour l’équipement du robot.
HIPs : Hall Installation Plates, gèrent le contrôle de l’eau et de l’air pour toute l’installation, en distribuant les énergies aux RIP. Selon la taille de l’installation et le nombre de RIP, il peut y avoir plusieurs HIP.

photo d'un HIP hall installation plate
Photo d’un HIP hall installation plate, monté sur barrière avec tubing inox et pompes de process
photo d'un RIP Robot installation plate
Photo d’un RIP Robot installation plate, de chez Becker-Robotic
Schéma d'implantation des HIP et RIP
Schéma d’implantation des HIP et RIP

 

Quelle conception pour les HIP/RIP ?

Les HIP et le RIP sont réalisés le plus couramment en profilés et plaques de montage aluminium. De cette façon, l’installation est rapide et facile.
La platine intègre tous les composants et les tubes pour l’alimentation en air et en eau, selon les interfaces utilisateur. Cela permet de gagner du temps pour l’exploitation et la maintenance.
Selon l’application, les HIP et les RIP peuvent être constitués de plusieurs vannes et tubes, ou d’un grand nombre d’équipements comme vu précédemment.
Pour permettre l’actionnement des vannes et la remontée d’information capteurs, les HIPs & RIPs comprennent généralement des E/S déportées et des terminaux de distribution.

Exemples de HIPs
Exemples de HIPs, à gauche coté eau, à droite coté air.
Exemples de RIPs
Exemples de RIPs, à gauche coté eau, à droite coté air.

 

D’autres technologies de soudage industriel ?

Il existe aussi d’autres technologies de soudage, par exemple le soudage laser. Pour ce type d’installation, on retrouve aussi des LIP, pour Laser Installation Plate, qui fonctionnent de la même façon.

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