Solutions de régulation de pression pour les systèmes de contrôle du vide en soudage micro-laser

1. Introduction du régulateur de pression proportionnel
Le soudage par microfaisceau laser (LBW), également appelé microsoudage, consiste à fusionner des métaux dissemblables en projetant un faisceau laser de très petit diamètre afin de créer une soudure microscopique. Récemment, un client a formulé une demande spécifique pour un système de contrôle du vide permettant une régulation précise de la pression dans son système de soudage par microfaisceau laser. Les exigences spécifiques sont les suivantes : la chambre de soudage doit être remplie de gaz inerte et la pression absolue dans cette chambre doit être maintenue avec précision et constance dans la plage de vide comprise entre 10 Pa et une atmosphère (0,1 MPa). La fluctuation de pression en tout point de contrôle doit être inférieure à ±1 %.


Cet article propose des solutions répondant aux exigences techniques des clients mentionnés ci-dessus concernant la régulation de pression des systèmes de contrôle du vide pour le soudage par micro-faisceau laser. Le plan de mise en œuvre consiste à équiper le système de manomètres à vide de différentes gammes, de régulateurs de pression proportionnels Kao Lu en entrée, de vannes à bille électriques en sortie et de régulateurs PID haute précision à deux canaux. Des modes de contrôle amont et aval sont utilisés pour les différentes plages de vide afin d'obtenir une régulation de la pression d'air constante sur toute la plage de contrôle. Cette solution permet un contrôle constant du vide à n'importe quel point de consigne sur toute la plage d'échelle, avec un taux de fluctuation inférieur à ±1 %.


2. Solution du régulateur de pression proportionnel
La plage de réglage de la pression d'air (pression absolue) requise pour le soudage par micro-faisceau laser correspond à un niveau de vide de 10 Pa à 0,1 MPa. Ainsi, le taux de fluctuation du niveau de vide en régime permanent peut être fixé arbitrairement à moins de ±1 % sur toute la plage de réglage. Le procédé de soudage exige également que les fluctuations de pression d'air soient rapidement et constamment compensées. C'est pourquoi cette solution utilise deux boucles de régulation pour couvrir toute la plage de réglage.

La première boucle de régulation assure le contrôle de la haute pression d'air (de 1 kPa à 101 kPa) à l'aide d'un vacuomètre à capacité de film d'une plage de mesure de 1 000 Torr. Ce vacuomètre est connecté au premier canal d'un régulateur PID. Ce dernier ajuste le régulateur de pression en comparant le signal de vide reçu à une valeur de consigne, permettant ainsi à la pression d'air dans la chambre de soudage d'atteindre rapidement cette valeur et de s'y maintenir. La seconde boucle de régulation assure le contrôle de la basse pression (de 10 Pa à 1 kPa) à l'aide d'un vacuomètre à capacité de film d'une plage de mesure de 10 Torr.

Le manomètre à vide est relié au deuxième canal du régulateur PID. Ce dernier ajuste le régulateur de pression proportionnel en comparant le signal de vide reçu à une valeur de consigne, de sorte que la pression d'air dans la chambre de soudage atteigne rapidement cette valeur et s'y maintienne.

Afin de garantir la précision et la stabilité du contrôle, cette solution requiert un régulateur de pression proportionnel avec un temps de réponse inférieur à une seconde et un contrôleur PID à deux canaux avec une conversion analogique-numérique (CAN) de 24 bits et une conversion numérique-analogique (CNA) de 16 bits de haute précision. Cette solution a été largement utilisée avec succès.


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