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Inl11111111111111111111W1111111111!tW 1n1111W-1y11W------------- "" PERFECTIOJ!JEEMENTS AUX PROCEDES ET MACHINES de SOUDM ELEOTEIQOE A 1VARCels-
La présente addition a pour objet des perfectionnements aux pro- cédés et aux machines de soudure électrique à l'arc, notamment à ceux qui font l'objet du brevet principal, et elle porte plus particulièrement sur des moyens perfectionnés pour commander et contrôler l'action de l'arc.
Ces perfectionnements sont particulièrement applicables aux pro- cédés et aux machines de soudure électrique comportant un arc maintenu entre un crayon ou électrode de soudure et la pièce d'ouvrage, et des moyens pour produire un mouvement relatif entre l'électrode et la pièce d'ouvrage le long de la ligne du joint à souder.
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Ces perfectionnements portent notamment sur un système pour oon- trôler l'arc de manière magnétique, et sur un dispositif simple, robuste et sar, de barre de soutien comportant des moyens agencés pour contrôler la po- sition de l'arc de manière magnétique.
Dans les systèmes de soudure électrique à l'arc, où la pièce constitue une électrode, et le crayon de soudure l'autre électrode, le courant de soudure produit des champs magnétiques dérivés qui ont des intensités et des positions variables, en raison de la présence de la matière magnétique de la pièce d'ouvrage ou de ses moyens de support, En outre, par l'effet d'opé- rations de soudure antérieures, les pièces de châssis de la machine de soudu- re sont aimantées, et les champs magnétiques ainsi produits ont aussi des in- tensités et des positions variables.
En présence de ces champs, le corps de l'arc est dévié en quan- tités et en directions variables, et par suite l'arc est instable, se déplace, et est même parfois soufflé et éteint. Il est désirable que l'arc soit dévié ou infléchi dans la direction de son trajet ou déplacement le long du joint à souder, ou en d'autres termes, qu'il soit infléchi vers la portion de couture ou joint non encore soûlée.
On a déjà. proposé d'assurer cette inflexion de l'arc vers l'avant, en faisant passer le courant à travers la pièce à souder, de telle façon que la boucle partielle dans le circuit comprenant le trajet de courant à travers la pièce d'ouvrage et à travers l'électrode, produise un champ en arrière de l'arc, de façon à diriger l'arc vers l'avant; par exemple, la source ou la connexion à la terre a été établie, sur la pièce d'ouvrage, à l'extrémité de la couture où a comnenoé la soudure.
Toutefois, pour que ce procédé donne de bons résultats, il est nécessaire que le courant se dirige de ce point à l'arc suivant un trajet directe
Lorsque le courant est amené dans la pièce d'ouvrage par les or- ganes de support de pièce, ou par des organes fixés sur la pièce d'ouvrage, le point auquel le courant pénètre dans la pièce n'est pas bien déterminé, car le courant tend à passer par le trajet de moindre résistance, et la résis- tance dépend du degré de serrage des pièces de fixation, des saletés et des pellicules diverses sur la pièce d'ouvrage et lespièces de fixation, etc,., A partir du point ou des points par lesquels le courant pénètre dans la pièce
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d'ouvrage, le trajet du courant est de nouveau variable à travers la pièce elle-même,
car le courant cherche encore le trajet de moindre résistance, et en outre ce trajet change continuellement au cours de l'avancement du travail de soudure.
En conséquence, l'arc est dévié ou infléchi dans des directions variables et de quantités variables, du fait que la direction et l'intensité du champ magnétique sont ainsi continuellement variables, en fonction du trajet de passage du courant et de la différence des réluctances magnétiques pour les divers trajets de courant.
Ceci posé, la présente addition porte essentiellement sur des moyens pour établir un champ magnétique ayant une intensité et une direction convenables pour exercer une influence correcte sur l'arc, pendant la totali- té de l'opération de soudure. la description qui va suivre, en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple, fera bien comprendre la nature et les avantages de la présente addition.
La Fig.l représente en élévation une machine de soudure con- forme à l'addition.
La Fig.2 est une coupe partielle de cette machine, prise sui- vant la ligne 2-2 de la Fig.l.
La Fig.3 est une vue schématique de détail relative à une réa- lisation particulière de l'invention.
La Fig.4 enfin est une autre vue schématique relative à une variante. la Fig.l montre l'application de l'invention à une machine au- tomatique de soudure à l'arc. L'électrode 1 se déroule d'une bobine et est amenée vers la pièce d'ouvrage, par un mécanisme convenable monté sur la tête de soudure 3. Dans l'exemple envisagé, la tête de soudure est agencée pour se déplacer par rapport à la pièce d'ouvrage. la pièce d'ouvrage est agencée pour être montée entre des moyens de support convenables comprenant des pièces 4 et 5, qui sont fixées à une extrémité sur le châssis de la machine. Les autres extrémités de ce$ pièces 4 et 5 sont maintenues ensemble par un boulon oscillant 6 après que la pièce d'ouvrage a été insérée, et avant qu'elle soit fixée en place dans
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la mâchée.
La pièce d'ouvrage, qui n'est pas représentée sur la Fig.l, est supportée @@ sur une barre de soutien ? formant dossier. Cette barre 7 com- porte un conducteur 8 qui s'étend le long de cette barre, et qui en est iso- lée.
Le courant passant dans ce conducteur 8, produit un champ magné- tique le long de la ligue du joint à souder, s'étendant transversalement à ce joint, et le sens de ce courant est tel que l'arc établi entre l'électrode
1 et la pièce d'ouvrage est dévié ou infléchi dans le sens du déplacement de la tête de soudure par rapport à la pièce d'ouvrage. Le principe du fonction- nement sera exposé en regard de la Fig.3, et une réalisation pratique de l'in- vention sera exposée en regard de la Fig.2.
L'invention est applicable indifféremment au cas où la pièce d' ouvrage est fixe et la tête de soudure est mobile (Fig.l), et au cas où la tête de soudure est fixe et la pièce d'ouvrage mobile au-dessous d'elle. En outre, l'invention n'est aucunement limitée à une construction particulière du support de pièce d'ouvrage ou des moyens de fixation, ni à un système par- ticulier pour la tête de soudure.
En se reportant à la Fig.2, la pièce d'ouvrage est constituée par deux plaques courbes 9 et 10, dont le joint de séparation est destiné à être soudé. Ces plaques sont serrées entre la barre de soutien 7, formant dossier, représentée au-dessous d'elles, et une paire de pièces de fixation 11 et 11a, qui peuvent être montées sur les pièces 4 de la Fig.l. la barre de soutien 7 représentée Fig.2, comporte un conducteur 8 de type déjà indiqué. Avant de décrire plus en détail le dispositif de la Figeas il est préférable de se reporter d'abord à la Fig.3.
En se reportant à la Fig.3, on voit que l'électrode 1 est reliée par un conducteur 12 à un cote d'un circuit de soudure convenable ; dans l'en xemple envisagé, le circuit de soudure est à courant continu, et dans ce cas, le conducteur 12 est de préférence relié au côté négatif du circuit. la pièce d'ouvrage, désignée ici par 9, (ou éventuellement son support est reliée par un conducteur 13 à l'autre côté du circuit de soudure. Dans l'exemple repré- senté Fig.3, la liaison entre le conducteur 13 et le côté positif du circuit de soudure , est réalisée à travers un rhéostat 14.
Le conducteur 8 s'étendant le long de la barre de soutien 7, est monté en parallèle avec le rhéostat 14, @
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et il est ainsi monté en série avec l'aro.
Le courant venant du côté positif de la source, traverse en parallèle le rhéostat 14 et le conducteur 8, jusqu'au point 15, puis la pièce d'ouvrage 9, l'arc, l'électrdde 1, et retourne au côté négatif de la source, par le conducteur 12. Le passage du courant dans le conducteur 8 pro- duit un champ maléfique autour de ce conducteur, et dans lequel l'arc est maintenu.
Pour simplifier la Fig. 3, le mécanisme destiné à produire le mou- vement relatif entre l'électrode et la pièce d'ouvrage, le long du joint à souder, n'a pas été représenté, mais la flèche voisine de l'électrode indique que la soudure est exécutée de droite à gauche,
Bien entendu, si la soudure devait être exécutée dans l'autre sens, c'est-à-dire de gauche à droite dans le cas de la Fig. 3, le courant traverserait le conducteur 8 dans le sens inverse, lorsque la pièce d'ouvrage est reliée au côté positif de la source, et l'électrode à son côté négatif, ainsi que c'est le cas en l'espèce. En outre, lorsque diverses soudures suc- cessives doivent être exécutées dans des sens opposés, il convient de dispo- ser des organes de commutation convenables pour renverser le sens du courant dans le conducteur 8, de manière manuelle ou automatique.
Il n'est pas nécessaire qui le conducteur 13 soit relié à une extrémité de la pièce d'ouvrage, comme représenté Fig.3; le courant peut pé- nétrer dans cette pièce, en une place quelconque et de manière quelconque.
Le conducteur 13 peut être relié à une extrémité quelconque de la pièce d'ou- vrage, ou bien à une partie des dispositifsde support qui sont en contact avec la pièce d'ouvrage. Un système pratique pour amener le courant dans la pièce, consiste à fixer le conducteur 13 à une partie du châssis qui est en contact électrique aveo lee pièces de fixation 11 et 11a.
Si la place où le courant pénètre dans la pièce d'ouvrage est indifférente, c'est parce que le champ magnétique produit par le conducteur 8 au-dessous de la pièce d'ouvrage, est celui qui commande ou contrôle l'arc, et ce champ magnétique surmonte les effets gênants des champs de fuite. Des moyens sont prévus pour contrôler l'intensité du champ magnétique produit par la conducteur 80 dans l'exemple représenté Fig.3, ces moyens sont constitué s par le rhéostat 14, qui est réglé de façon que le conducteur 8 reçoive soit
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la totalité, soit une fraction convenable du courant de ]Soudure.
L'intensité du champ magnétique nécessaire dépend de la cons- truction particulière de la machine à laquelle 1'invention est appliquée, et du travail particulier qu'il s'agit d'exécuter. Dans de nombreux cas, on obtient un champ suffisamment intense en faisant passer, à travers un con- ducteur unique dans la barre de soutien, un courant ayant une intensité com- prise entre 25 et 50% de celle du courant de soudure.
Le conducteur 8 n'est pas néoessairement monté en série avec l'arc, et il peut être parcouru par un courant provenant d'une source con- venable quelconque, par exemple une source à tension constante et indépen- dante de l'arc* En outre, la barre de soutien peut recevoir, au lieu d'un seul conducteur 8, plusieurs conducteurs reliés soit en série, soit en pa- rallèle, soit autrement. Dans le cas de plusieurs conducteurs reliés en sé- rie, le montage comprend de préférence une bobine plate dont un côté est dirigé le long de la ligne du joint, et au-dessous de la pièce d'ouvrage.
Toutefois, en général, on obtient un champ magnétique suffisamment intense pour le but envisagé, avec un seul conducteur, et le courant relativement intense nécessaire pour ce dispositif, est obtenu de manière simple et éco- nomique en reliant le conducteur en série avec l'arc.
Il parait préférable de disposer le conducteur dans la barre de soutien, avec montage isolant, pour des motifs de simplicité et de com- pacité, mais l'invention n'est nullement limitée à cette disposition.
Bien que la Fig.2 représente des plaques courbes, l'invention s'applique bien entendu aussi au cas des plaques plates,
La barre de soutien 7, représentée Fig.2, constitue avec les pièces de fixation 11 et 11a, les parties engageant l'ouvrage, du mécanisme de serrage de la pièce d'ouvrage, de la machine représentée Fig.l. la barre de soutien 7 est montée entre les pièces 5 de cette machine, de manière con- venable quelconque lui permettant d'être forcée ou refoulée contre la pièce d'ouvrage, en vue de la serrer contre les pièces de fixation stationnaires 11 et 11a, qui sont montées sur les pièces 4 de la machine.
Suivant une disposition avantageuse, l'organe de soutien est flexible et supporté sur une manche souple s'étendant le long et au-dessous de la ligne de soudure, comne décrit dans le brevet principale
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Dans le système représenté Fig.2, le dispositif de soutien ou dossier comprend des pièces 16 et 17 qui engagent l'ouvrage de chaque côté de la ligne Au joint, et qui coopèrent avec les pièces de fixation 11 et 11a, qui engagent l'autre surface de l'ouvrage en des places plus proches de la couture, de façon à produire dans la pièce d'ouvrage, au joint, des moments de flexion qui refoulent les bords de la pièce d'ouvrage en contact intime avec la bande 18 formant dossier.vOette pièce 18 est établie en une matière non-magnétique convenable, par exemple du cuivre,
à laquelle le métal de sou- dure N'adhère pas facilement ; sasurface de contact ou d'engagement avec la pièce d'ouvrage est conformée de façon à faire contact avec cette pièce, à la couture, le long d'une aire de largeur restreinte, en assurant ainsi un enga- gement ferme de la pièce d'ouvrage avec elle, sous l'effet des forces et des moments engendrés dans l'ouvrage. la bande 18 peut être construite de diverses façons, suivant les travaux à exécuter.
Pour des pièces d'ouvrage minces, elle est établie de façon à présenter une partie étroite seulement en contact avec l'ouvrage, et au contraire, cette aire de contact doit être plus large pour les pièces d'ou- vrage plus importantes, Pour certaines catégories d'ouvrages importants, il peut être avantageux de ménager une rainure dans la partie en contact avec la pièce d'ouvrage, juste au-dessous de la couture; de cette façon, pendant la soudure, une bande de renfort du métal de soudure peut être formée sur la face inférieure de la pièce d'ouvrage. Le conducteur 8, mentionné, plus haut, est disposé immédiatement au-dessous de la bande 18 formant dossier, et en est isolé, de sorte qu'il est isolé de la pièce d'ouvrage sur toute la longueur de la couture.
L'organe de soutien7 sauf la bande 18 et le conducteur 8, est établi en matière magnétique, et forme, avec les pièces d'ouvrage 9 et 10, si celles-ci sont aussi en matière magnétique, un circuit magnétique pour di- riger le flux produit par le courant passant dans le conducteur 8, à travers le joint à souder. Un bon trajet magnétique est ainsi ménagé au-dessous du conducteur pour ce flux.
On conçoit que les pièces 16 et 17 de l'organe de soutien 7, qui engagent l'ouvrage, peuvent être séparées et distinctes de la pièce qui supporte la bande 18; il suffit que ces pièces 16e t 17 coopèrent avec les
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pièces de fixation Il et lift pour produire, dans la pièce d'ouvrage, des moments qui pressent ou refoulent les bords de cette dernière en contact in- time avec la bande de soutien le Dans l'exemple représenté, les pièces 16 et 17 sont solidaires de la pièce qui supporte la bande 18, et peuvent être réglées ou ajustées par rapport à cette dernières L'organe de soutien 7 étant ainsi agencé, peut être utilisé pour des pièces d'ouvrage de toutes courbures, et même pour des pièces plates.
.La pièce 19 de l'organe de soutien 7 est agencée pour supporter une partie de cet organe en coopération avec les moyens ou les pièces qui pressent certaines parties de cet organe en contact avec la pièce d'ouvrage, pour la serrer con- tre les pièces de fixation 11 et 11a. la Fig.4 représente schématiquement une autre réalisation de l'inventtion. la borne positive de la source de courant de soudure est reliée en 20 à une borne d'une résistance fixe 21 et à une borne d'une résistance ré- glable 22.
Cette dernière est constituée par une pièce à rainure ou coulisse, dont la partie mobile ou coulissante est fixée, par un dispositif 26 à boulon et écrou, à un conducteur 23 relié à une extrémité du conducteur 8, La varia- tion de la distance séparant la connexion 24 de la borne 20, détermine la quantité de la résistance fournie par la résistance réglable 22 dans le circuit comprenant le conducteur 8. L'autre extrémité de ce dernier est reliée, par un conducteur 25, à l'autre borne de la résistance fixe 21.
Cette résistance 21 peut être court-circuitée par un interrupteur ou commutateur 26. Si celui-ci est ouvert, comme représenté, le courant vouant de 20, se divise en deux circuits en parallèle aboutissant au point 27, qui peut coïncider avec la borne supérieure 28 de la résistance fixe 21; une de ces circuits comprend cette résistance fixe 21, et éventuellement une partie du conducteur 25, et l'autre circuit comprend la résistance réglable 22, le fil 2-3, le conducteur 8, et le conducteur 25. Du point 27, le courant se di- rige à la pièce d'ouvrage par un fil 29.
En fait, cette connexion est établie avec le châssis de la ma- chine, et le courant traverse les organes de cette machine jusqu'aux pièces de fixation 11 et 11a, et de là pénètre dans la pièce d'ouvrage. Ensuite, le courant se dirige à travers l'arc, à l'électrode 1, et de là à la borne néga- tive de la source d'alimentation. Comme dans le cas de la Fig,3, le champ
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magné tique produit par le conducteur 8 est dirigé dans un sens propre à dé- vier l'arc de droite à gauche lorsque l'opération de soudure est exécutée dans ce sens. lorsque l'interrupteur 26 est fermé, la résistance fixe 21 est court-circuitée, et l'intensité du courant traversant le conducteur 8 est no- tablement réduite, en raison du trajet de moindre résistance établi en déri- vation par rapport à ce dernier.
Au cours de l'opération de soudure, il est avantageux de shunter le courant du conducteur 8 jusqu'à ce que l'arc ait été établi et que la soudure ait été exécutée sur quelques centimètres le long du joint.
Le champ produit par le courant d'intensité normale traversant le conducteur 8, a parfois pour effet de rendre difficile la formation de l'arc, et pour cette raison, l'intensité du champ est notablement diminuée en shuntant le conducteur 8 jusqu'à ce que l'arc ait été établi; ensuite, l'intensité du courant traversant le conducteur 8, est ramenée à la valeur la plus appropriée au travail de soudure à exécuter.
Au lieu d'un interrupteur-commutateur 26 relié aux bornes de la' résistance fixe 21, on peut utiliser un rhéostat. Dans certains cas, l'utili- sation d'un rhéostat est préférable, car sinon l'établissement brusque du champ magnétique peut avoir pour effet de rompre l'arc. En outre, les résistan- ces 21 et 22 peuvent être remplacées par un rhéostat unique dont la résistance est reliée avec le circuit représenté Fig. 4, aux points 24 et 28, et auquel le courant est amené à travers une pièce de contact réglable située en un point intermédiaire.
Dans les montages représentés Fig.3 et 4, le courant de soudure peut être fourni par une source convenable quelconque, par exemple une source à courant constant, une génératrice à tension variable et à réglage propre ou inhérent, ou une génératrice à tension constante, alimentant l'aro à travers une résistance de stabilisation montée en série. Dans le dernier système, le courant traversant le conducteur 8 qui fournit le champ magnétique de contrôle, peut être obtenu en reliant ou disposant ce conducteur dans un circuit shunté par une partie de la résistance de stabilisation.
Bien que l'invention ait été décrite dans son application à la soudure d'une couture ou d'un joint entre plaques, elle est applicable aussi
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aux opérations comportant le dépôt d'un revêtement ou d'un renfort sur une pièce ne comportant ni couture ni joint. Dans ce cas, le courant nécessaire pour produire le champ magnétique, est généralement plus intense lorsque la pièce d'outrage est établie en matière magnétique, car elle tend alors à offrir un circuit ferme pour les lignes de force, beaucoup plus que dans le cas où exis te un joint.
Bien que la Fig.l se rapporte à un système de soudure à l'arc com- portant une électrode métallique qui se déroule d'une bobine, l'invention s'ap- plique aussi aux procédés de soudure utilisant une électrode en carbone, ou une électrode métallique à très faible consommation.
L'invention n'est pas limitée à l'utilisation du courant continu; dans le cas du courant alternatif, lorsque le conducteur 8 est monté en série avec l'arc, les courants passant dans le conducteur et dans l'arc varient en même temps et demeurent en phase.
D'une manière générale, l'invention s'applique sur systèmes et aux appareils dans lesquels l'arc est établi entre deux électrodes, au lieu d'être établi entre une électrode et la pièce d'ouvrage. Toutefois, dans ce cas l'action du champ magnétique ne consiste pas à dévier l'arc seulement dans la ligne ou le plan du joint à souder, mais tend aussi à étendre l'arc, en lui donnant un peu la forme d'un S, lorsque le plan des deux électrodes est perpen diculaire au plan du joint à souder. lorsque le plan des deux électrodes coïncide avec le plan du joint à souder, l'arc établi entre les extrémités des deux électrodes est recouru* soit en s'écartant de la pièce d'ouvrage, soit vers celle-ci, suivant le sens du courant passant dans le conducteur 8.
lorsque l'arc et le conducteur 8 sont parcourus par un courant alternatif, le courant passant dans le conducteur 8 doit être approximativement en phase avec celui de l'arc. lorsque le conducteur est excité par une source à courant continu, et les deux électrodes par du courant alternatif, le sens de la déviation de l'arc pendant une demi-période est inverse de celle correspondant à l'autre demi-période. Il est permis de supposer que l'invention est particulièrement avantageuse lorsqu'elle est appliquée aux systèmes dans lesquels l'arc est éta- bli entre une électrode et la pièce d'ouvrage.
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Il est bien entendu que les dispositions et les applications qui ont été indiquées ci-dessus, à titre d'exemple, ne sont nullement limitatives, et qu'on peut s'en écarter sans pour cela sortir du cadre de la présente addi- tion.