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"SYSTEMES DE COMMANDE POUR MACHINES A SOUDER ET A
DECOUPER"
La présente invention concerne le soudage et le découpage de métaux et vise, plus particulièrement, des systèmes capables de fonctionner automatiquement ou semi- automatiquement pour produire de façon continue une soudure, ou une coupe, de qualitéuniformément excellente.
Dans le soudage de métaux par fusion au moyen de la flamme oxyacétylénicue ou de l'arc électrique, comme dans le soudage en série, ou à la machine, la soudure pro- duite est la résultante d'un certain nombre de facteurs
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variables tels que : la chaleur soudante de la flamme ou de l'arc, la vitesse à laquelle la pièce est entraînée par rappcrt à cette flamme ou à cet arc, les propriétés chimi- ques et métallurgiques du métal, la largeur de l'intervalle entre les bords en cours de soudage, et, lorsque du métal d'apport doit être fondu et ajouté à la couture, la vitesse à laquelle une tige de soudure, ou une' électrode de soudure, est avancée dan.s la plaque fondue aussi bien que la gros- seur et les propriétés de cette tige ou électrode.
Pour produire une couture soudée d'excellente qualité prédéter- minée, il est essentiel que ces facteurs soient très exac- tement en. corrélation en chaque point le long de la couture.
Jusqu'à présent, dans la plupart des types de machines à souder automatiques, la vitesse d'entraînement, ou d'avance, de la pièce et la chaleur sont réglées à une valeur prédéterminée au commencement d'une soudure et ne sont point changées pendant que celle-ci progresse. Par suite, puisque les facteurs qui contribuent à produire la soudure ne restent pas habituellement constants, il en ré- sulte souvent des soudures peu satisfaisantes. Dans cer- tainesmachines à souder, pour compenser ces variations, la vitesse de soudage a été changée par un préposé à la con- duite de la machine (appelé ci-après, plus brièvement, le surveillant) dont les manipulations sont déterminées par ses propres appréciations de l'aspect de la soudure, de la chaleur soudante, et d'autres facteurs, pendant que la soudure se fait.
Lorsqu'il pense que la soudure en cours n'est pas satisfaisante, le surveillant s'en repose sur son appréciation pour faire les réglages de la vitesse de soudage, des moyens de chauffage, de l'avance de la tige de soudure, et ainsi de suite, afin d'essayer de compenser un changement dans un ou plusieurs de ces facteurs dans l'es- poir de rétablir par cela même la condition combinée qui @
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produit une soudure de la qualité requise. Il n'y a pas eu de relation définie entre les réglages du surveillant et les conditions de soudage, prédéterminées, qu'ils visent à rétablit.
Chaque surveillant introduit ainsi un facteur variable personnel dans le soudage fait par une machine confiée à ses soins, parce que sa régulation et sa manipu- lation dépendent principalement de sa perspicacité et de son habileté, qui diminuent habituellement au cours de la jour- née de travail. Dans ces conditions, il a été pratiquement impossible de maintenir une corrélation satisfaisante de tous les facteurs variables entrant dans une opération de soudage de couture dans tout le cours de cette opération, du commencement à la fin d'une couture soudée.
Suivant la présente invention, l'habileté et le jugement de l'homme peuvent être sensiblement éliminés de l'opération de soudage et remplacés par un mécanisme de ré- gulation qui tend constamment à rétablir l'opération de sou- dage normale et est instantanément sensible, et obéissant, à des changements, même les plus légers, dans les divers facteurs qui coopèrent pour produire une soudure de péné- tration et de qualité prédéterminées.
La demanderesse a déterminé qu'un des critériums, sur lesquels on peut compter, d'une soudure sensiblement parfaite est l'état des bords métalliques fortement chauffés, ou légèrement fondus, immé- diatement en avant du point de soudage, ou l'état de la sou- dure au moment où elle se fait et est dans un état de fusion:
et que l'énergie rayonnante émise par ces bords fortement chauffés, ou ce métal fondu, est une des caractéristiques que l'on peut utiliser pour maintenir la corrélation exacte désirée des facteurs donnant la condition d'où résulte une soudure sensiblement pa@aite, On a constaté selon l'invention qu'une cellule phcotoélectrique.
lorsqu'elle est mise au point sur le métal fortement chauffé, ou fondu, qui est adja-
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cent au point de soudage ou se trouve en ce point, peut être employée comme moyen de déceler instantanément des chan- gements, dans la zone de soudage, au-dessus ou au-dessous d'une condition normale prédéterminée et que des effets de lumière et de chaleur, invisibles aussi bien que visibles, de ces changements, trop petits pour être discernés par un sur- veillant, produisent instantanément des variations correspon- dantes dans un courant photoélectrique normal, prédéterminé.
Ces variations, avec ou sans amplification, peuvent être utilisées pour régler le mécanisme soudeur et rétablir une condition de soudage normale, prédéterminée. Dans la pratique, il est préférable de régler l'opération de soudage en faisant varier automatiquement ou semi-automatiquement la vitesse à laquelle la pièce est mue par rapport aux moyens de soudage, c'est-à-dire à la flamme oxyacétylénique ou à l'arc électri- que, avec ou sans une tige de soudure ou électrode de soudure.
Au commencement de l'opération de soudage, on règle cette vitesse, aussi bien que la chaleur soudante et d'autres fac- teurs, pour produire une soudure d'excellente qualité pré- déterminée et de pénétration correcte, après quoi le méca- nisme, sous le contrôle de l'élément photoélectrique, peut être maintenu automatiquement ou semi-automatiquement en état de donner continûment le même résultat dans toute la longueur de la couture.
Sur le dessin ci-joint :
Fig. 1 est une vue schématique représentant un appareil à souder réalisant l'invention ;
Fig. 2 et 3 sont des vues schématiques du système de régulation représenté sur la Fig. 1;
Fig. 4 représente, schématiquement, une portion d'une couture en coursde soudage ;
Fig. 5 est une vue de l'unité à élément photo- électrique, avec le tube de mise au point en coupe.
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Sur la Fig. l, on a.représenté les principes de l'invention appliqués à un appareil pour souder la couture longitudinale, S, d'un objetmétallique tubulaire comme un tube ou tuyau d'acier W. Un chalumeau oxyacétylénique, ou chalumeau similaire, B, ou un arc électrique, peut fournir la haute température nécessaire pour chauffer et fondre les bords à unir et fondre une tige de soudure, D, si du métal d'apport doit être ajouté pour former le joint. La tige de soudure peut servir d'électrode porteuse de courant lorsqu'on fait usage de l'arc électrique et cette tige ou électrode, à mesure que son extrémité fond, peut être avancée ou en- traînée à la zone de soudage par un mécanisme bien connu (non représenté).
La pièce, telle par exemple que les bords contigus de la couture, peut être chauffée progressivement, comme en mouvant cette pièce et le moyen de soudage l'un par rapport à l'autre dans le sens de la longueur de la cou- ture, pour former une soudure continue. Comme c'est repré- senté ici, des galets d'entraînement F, commandés au moyen d'un train d'engrenages approprié par un moteur électrique à vitesse variable M, peuvent être en prise avec des côtés opposés du tube W et le faire avancer'de façon que sa cou- ture passe devant le chalumeau relativement fixe et la tige de soudure y associée.
Pour essayer de produire une soudure satisfaisante sur toute la longueur de la couture, un surveillant a, jusqu'ici, réglé à la main l'entraînement ou avance de la pièce par rapport au moyen de soudage, en tournant, par exemple, à droite ou à gauche la manette H' d'un rhéostat H intercalé dans le circuit inducteur du moteur pour augmenter ou diminuer la vitesse du moteur M et faire varier par cela même, d'une manière correspondante, le mouvement de la cou- ture par rapport au moyen de soudage. Pour procéder à ces
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réglages, le surveillant est guidé principalement par l'aspect de la soudure, ce qui exige par conséquent, de sa part, une attention constante.
Cela a ses limitations physiques : le surveillant ne peut déceler de minimes changements, non plus que les changements plus prononcés dès qu'ils commencent à se manifester, et il existe toujours un intervalle notable, suffisant pour qu'un défaut de soudure se développe, avant qu'une régulation correctrice soit faite. De plus; cette ré- gulation n'est qu'approximative puisqu'il n'y a pas de relation définie entre les changements survenant dans la sou- dure et lesmesures correctrices appliquées par le surveillant pour rétablir la condition initiale.
Pour surmonter ces difficultés et produire une soudure uniforme continue, de qualité prédéterminée, on emploie selon l'invention, des moyens variables proportionnel- lement et instantanément en réponse à des changements dans une caractéristique de la soudure fondue, ou du métal de base fortement chauffé y adjacent, et on utilise ces variations pour actionner un mécanisme capable de rétablir une condition qui assurera un soudage de qualité uniforme en chaque point, le long de la couture. Parmi les moyens propres à déceler ces changements et à y répondre, il est préférable de faire usage d'une cellule photoélectrique qui réagit à des change- ments dans l'énergie rayonnante émise par le métal fortement chauffé, ou fondu, qui se trouve au point de soudage ou y est adjacent.
Comme représenté, une telle cellule photoélec- trique est disposée de telle sorte qu'elle peut être mise au point sur le métal fortement chauffé et est de préférence connectée en circuit avec un amplificateur thermolonique de type courant, A. Le courant de sortie de l'amplificateur A peut être livré à un relais R qui commande le circuit d'un moteur électrique réversible relativement petit, K, mécani-
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quement relié au rhéostat H qui est capable de mettre de la résistance dans le circuit, ou hors du circuit, inducteur du moteur de commande à vitesse variable M et d'augmenter ou de diminuer par cela même la vitesse d'entraînement, ou d'avance, de la pièce W.
A mesure que de la chaleur est appliquée pour faire une soudure dans de l'acier, la couleur de l'acier change du noir, en passant par les rouges, presque jusqu'au blanc au point de soudage. A mesure que la température de l'acier augmente, des rayons rouges et infra-rouges sont émis en quantités croissantes et, étant donné que l'on peut faire usage d'une cellule photoélectrique qui est très sen- sible à l'énergie rayonnante correspondant aux zones rouges et infra-rouges du spectre, de très légers changements dans la condition existant à l'endroit de la soudure peuvent être instantanément décelés par cette cellule. Les change- ments dans l'énergie rayonnante transmise de la pièce, à travers le bube C', à la cellule photoélectrique C produisent une augmentation ou une diminution proportionnelle dans l'énergie électrique passant à travers cette cellule.
Parfois, des particules d'oxyde et autre matière qui se trouvent dans la zone de soudage deviennent très lumineuses et émettent une lumière blanche brillante et, peut-être, un peu de lumière ultra-violette qui peuvent donner un faux signal à la cellule photoélectrique. Pour remédier à cela, on peut placer un écran-filtre dans le tube C' adjacent à la cellule photoélectrique pour ne permettre qu'à des rayons rouges et infra-rouges de passer à cette cellule, ce qui augmente ainsi la stabilité de celle-ci et la fait travailler plus sur des rayons calorifiques que sur des rayons lumineux.
Cet écran, comme représenté sur la Fig. 5, peut être fait de deux morceaux de verre : l'un en verre clair 6, dépoli d'un côté pour diffuser lesrayons allant à la cellule
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photoélectrique, et l'autre en verre clair rouge, 7, qui ne laisse pas passer les rayons courts, y compris les ultra-violets. On peut également insérer dans le tube con- veneur.'de lumière C', une série de diaphragmesfixes 9 pour empêcher une réflexion par les parois de ce tube.
Des conducteurs 10 et 11 connectent électriquement la cellule photoélectrique C aux bornes d'entrée d'une unité amplificatrice à courant continu convenable A, (Fig.
1, 2 et 3) telle qu'un amplificateur Loftin-White, qui peut avoir une connexion d'alimentation en courant de fila- ment, 12, et un bouton de réglage d'amplification, 13.
L'énergie électrique amplifiée peut être livrée, par les conducteurs 14 et 15, à la bobine 16 d'un milliampèremètre G où les changements d'énergie rayonnante correspondant à des variations dans la soudure peuvent être électriquement indiqués sur une graduation 18 par une aiguille 19 qui est actionnée par la bobine 16.
Lorsqu'on commence l'opération de soudage à l'une des extrémités de la couture, on règle d'une manière désira- ble les divers facteurs tels que le chalumeau ou l'arc électrique, la vitesse d'entrainement de la pièce et la vi- tesse d'avance de la tige ouélectrode de soudure, conformé- ment à l'expérience précédente et à des données types, de façon qu'ils coopèrent pour produire en ce point une sou- dure ayant une excellente qualité prédéterminée et une pé- nétration normale, Les connexions de circuit de la cellule photoélectrique et de l'amplificateur ayant été complétées par des interrupteurs appropriés, la cellule photoélectrique sera excitée par le flux lumineux émanant de la soudure fondue sur laquelle elle est mise au point, ce qui fait qu'à mesure que le soudage progresse l'aiguille 19 du milliampèremètre indiquera,
sur la graduation 18, tous changements dan,s les conditions initiales ; ou bien le
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milliampèremètre peut être calibré de telle façon que la condition initale désirée soit indiquée au commencement de l'opération de soudage, lorsque l'aiguille 19 se trouve à une division prédéterminée de la graduation 18.
Puisque les effets des différents facteurs de soudage sont intégrés dans la soudure, l'un de ces facteurs, comme la vitesse d'entraînement de la pièce, peut être réglé en réponse à des variations dans la condition initiale ou désirée de la soudure, pour produire une soudure uniforme sur toute la longueur de la couture, même si' des variations .peuvent survenir de temps à autre dans les autres facteurs, coopérants, de l'opération de soudage.
Par suite, pour ré- gler semi-automaticuement le soudage, un surveillant peut observer les mouvements de l'aiguille 19 et, guidé par ceux-ci, peut maintenir la condition de soudage prédéter- minée en tournant à la main à droite ou à gauche la manette H' du rhéostat selon les positions successives de l'aiguille
19 par rapport à un point zéro fixe, ou à une division pré- déterminée de la graduation 18. Cela augmentera ou diminue- ra la résistance dans le circuit inducteur du moteur Met, par cela même, augmentera ou diminuera la vitesse de ce moteur dont le circuit inducteur est connecté à la résis- tance du rhéostat H par des conducteurs 22 23.
En consé- quence, lorsque' le flux lumineux allant de la soudure à la cellule photoélectrique diminue, le débit électrique 'de la cellule diminue ce qui fait que l'aiguille 19 se meut sur l'un des côtés de sa position prédéterminée on neutre. Le surveillant en conclut que la vitesse de soudage est trop rapide et, alors, il actionne le rhéostat H pour réduire la vitesse du moteur M à un point où la température, à l'en- droit de la soudure, a l'occasion de devenir suffisamment élevée pour ramener l'aiguille à sa position neutre, Inver-
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sèment, lorsque les rayons lumineux émis augmentent, au point d'amener l'aiguille 19 de l'autre côté de sa position neutre, le surveillant en conclut que la pièce se meut trop lentement et, en conséquence,
il actionne le rhéostat H pour augmenter la vitesse d'entraînement de la pièce jusqu'à ce que l'aiguille soit revenue à sa position neutre., Avec une telle régulation, on peut facilement obtenir des vitesses de soudage d'où résultera toujours une soudure uniforme, d'excellente qualité, complètement pénétrée.
Pour supprimer entièrement une régulation manu- elle, il est préféraole de disposer le système de régula- tion de telle façon que la vitesse du moteur de commande M soit automatiquement réglée selon les variations de la sou- dure et on a par conséquent représenté, sur la fig. 1, un système grâce auquel le contacteur du rhéostat H peut être tourné dans un sens ou dans l'autre par un moteur réversible K qui est commandé par les légers changements décelés par la cellule photoélectrique C. Par exemple, l'aiguille 19, qui obéit aux variations amplifiées de courant de la cellu- le photoélectrique, peut être électriquement connectée, par l'intermédiaire d'une batterie T, à un point intermédiaire d'un conducteur 25 dont les extrémités opposées sont connec- tées aux bobines de solénoide 26 et 27, respectivement.
Les autres extrémités de ces bobines sont connectées, par des conducteur 28 et 29, à des contacts 30 et 31 qui sont dis- posés sur des côtés opposés d'un contact 32 monté sur l'ai- guille 19 et avec lesquels ce dernier contact peut venir en prise. Lorsque le soudage progresse conformément au type prédéterminé, l'aiguille se trouve dans sa position neutre, le contact 32 n'est en prise ni avec l'un ni avec l'autre des deux contacts 30 et 31, et les distances séparant ce contact 32 des deux autres peuvent être tellesque des varia- tions infinitésimales seront sans effet pour fermer les
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circuits que ces contacts commandent.
Mais, lorsque le contact d'aiguille 32 vient en prise avec le contact 30, la bobine 26 se trouve excitée par du courant venant de la batterie T et la bobine 27 sera excitée d'une manière simi- laire lorsque le contact 32 viendra en prise avec le contact 31.
Ces bobines 26 et 27, lorsqu'elles sont excitées, actionnent un mécanisme commutateur étudié pour effectuer l'inversion du courant d'induit du moteur de régulation K et faire par conséquent tourner dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre, ou en sens inverse de ce mou- vement, son arbre d'induit qui peut porter une vis sans fin 33 engrenant avec une roue hélicoïdale 34 portant le contac- teur du rhéostat H.
La bobine 26 actionne simultanément des interrup- teurs 35 et 36 capables de connecter 'électriquement l'en- roulement inducteur et l'enroulement d'induit du moteur K en circuit avec les conducteurs principaux d'alimentation en courant, L, L', pour faire tourner l'arbre de ce moteur dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre et la bobine 27 actionne, d'une manière similaire, des interrup- teurs 37 et 38 pour connecter électriquement les enroulements inducteur et d'induit avec les conducteurs L, L' pour faire tourner l'arbre d'induit du moteur en sens inverse du mou- vement des aiguilles d'une montre.
La vis sans fin 33, montée sur cet arbre, engrène constamment avec la roue hélicoïdale 34, portant le contacteur du rhéostat H, ce qui fait que la résistance intercalée dans le circuit inducteur du moteur M peut être augmentée ou diminuée, par la rotation du moteur k, pour augmenter ou diminuer la vitesse du dit moteur M et la vitesse d'entraînement de la pièce suivant les besoins.
Normalement, l'aiguille 19 est dans sa position
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neutre, ou au milieu de la graduation, les circuits des bobines sont ouverts, le moteur K est inactif et le moteur M entraîne la pièce W à la vitesse correcte pour produire une soudure de qualité prédéterminée. En supposant que le contact 32 vienne en prise avec le contact 30, les interrup- teurs 35 et 36 se fermeront et du courant passera sur le circuit suivant :conducteur d'alimentation L, conducteur 40,enroulement inducteur 41, conducteur 42, interrupteur 35, conducteurs 43 et 44, induit 45, conducteurs 46 et 47, in- terrupteur 36, conducteurs 48 et 49, conducteur d'alimen- tation L'.
De même, en supposant que le contact d'aiguille vienne en prise avec le contact 31, les interrupteurs 37 et 38 se fermeront et du courant passera sur le circuit sui- vant : conducteur d'alimentation L, conducteur 40, enrou- lement inducteur 41, conducteurs 42 et 49', interrupteur 38, conducteurs 47 et 46, induit 45, conducteurs 44 et 43, in- terrupteur 37, conducteur 49, ligne d'alimentation L'. Dans les branches du circuit de relais contenant les bobines 26 et 27 peuvent être intercalées des lampes à incandescence de couleursdifférentes, 50 et 51, dont l'une ou l'autre s'allu- mera lorsque le moteur K marchera et servira de signal in- formant immédiatement le surveillant que le mécanisme d'en- traînement de la pièce est accéléré ou retardé.
Le système de réglage représenté sur la Fig. 2 est semblable, à la plupart des égards, à celui représenté sur la Fig. 1. Dans cette disposition, le moteur de commande K et les connexions y associées sont supprimées et, à leur pla- ce, les bobines 26 et 27, intercalées dans le circuit de relais commandé par le contact d'aiguille 32, sont disposées pour ouvrir ou fermer directement des interrupteurs pour aug- menter ou diminuer instantanément la résistance dans le cir- cuit inducteur du moteur de commande. Comme représenté, une ,résistance principale réglable, 53, et deux résistances fixes,
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54 et 55, sont montées en série avec les conducteursd'in- ducteur, 22, 23 du moteur de commande M.
Normalement, la résistance 54 est hors de circuit et la résistance 53 est réglée de telle sorte que le moteur M marche à la vitesse voulue pour entraîner la pièce W à la vitesse requise pour produire une soudure parfaite au commencement de l'opération de soudage. A mesure que le soudage progresse, lorsqu'il survient une condition d'où résulte une surchauffe du métal l'endroit de la soudure, l'augmentation résultante d'énergie rayonnante, en tant qu'intensité ou couleur de lumière, sera décelée par la cellule photoélectrique C et l'augmentation de l'énergie électrique amplifiée émanant de cette dernière actionnera l'aiguille 19 pour fermer les contacts 32 et 30;
alors, la bobine 26, excitée, ouvrira l'interrupteur 56 pour intercaler la résistance 54 et augmenter par cela même la vitesse du moteur suffisamment pour rétablir la condition initiale, ou pour étanlir une condition qui produira une sou- dure de pénétration et de qualité normales en chaque point.
D'un autre côté, si l'énergie rayonnante émanant du métal qui se trouve à l'endroit de la soudure tombe au-dessous de la normale, ce qui indique une insuffisance de chauffe, le courant de la cellule photoélectrique baisse et le courant électrique amplifié dans la uobine du milliampèremètre ac- tionne l'aiguille 19 pour ouvrir les contacts 30 et 32, ce qui fait que la bobine 26, se trouvant désexcitée, laisse l'interrupteur 56 se fermer pour mettre hors circuit la ré- sistance 54 et, si l'insuffisance de chauffe continue,' les contacts 32 et 31 se fermeront et la bobine 27, excitée, fer- mera l'interrupteur 57 pour mettre hors circuit la résistance 55 et réduire par cela même encore la vitesse du moteur de commande,
suffisamment pour rétablir la condition initiale Si la vitesse d'entralnement de la pièce devient trop faible et que l'énergie rayonnante émanant du métal fondu augmente,
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les contacts 32 et 31 s'écarteront et l'interrupteur 57 s'ouvrira pour réintercaler la résistance 55 et augmenter par cela même instantanément la vitesse d'entraînement de la pièce.
Le système de réglage représenté sur la Fig. 3 est sensiblement une combinaison des deux systèmes représentés sur les Figs. 1 et 2 et offre sur l'un et l'autre de ceux-ci certains avantages en ce sens qu'un petit degré de changement de vitesse peut être obtenu instantanément, après quoi le changement de vitesse peut être continué, si c'est nécessaire, jusqu'à ce que la cellule photoélectrique n'en appelle point davantage.
Dans cette disposition, la cellule photoélectrique C, mise au point sur la zone de soudage comme auparavant, est connectée à un amplificateur A qui peut être alimenté en courant continu à 220 volts par les conducteurs d'alimen- tation L, L'et dont les bornes de sortie sont connectées à un relais convenable E, comme cela a été décrit déjà, celui représentéétant d'un type, connu comme relais Westoh Modèle 534, possédant des contacts, une graduation et une aiguille indicatrice similaires à ceux représentés schématiquement sur les Figs. 1 et 2.
Le courant pour exciter les bobines de relais 26', 27' peut être dérivé des conducteurs principaux L, L' par des conducteurs19', 19" et 25', 25", ce dernier étant connecté au conducteur principal L' par l'intermédi- aire de la plus grande partie d'une haute résistance 60.
Lorsque la bobine 26' est excitée, les contacts normalement ouverts 61, 62, 63 se ferment et le contact normalement fermé 64 s'ouvre et, lorsque la bobine 27' est excitée, les con- tacts normalement ouverts 65, 66, 67, 68 se ferment. Lorsque l'un ou l'autre des contacts 61 et 65 se ferme, soit une lampe verte 50' ou une lampe rouge 51' s'allume du fait qu'elle reçoit alors du courant venant des conducteurs prin- cipaux L, L' par les conducteurs 19", 69,70 et 71, de sorte 'qu'un surveillant peut tourner à la main la manette H' du /
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rhéostat H pour augmenter ou réduire, semi-automatiquement, la vitesse du moteur de commande M, selon celle des lampes qui s'est allumée.
A cet effet, on metles trois lames 72, 73,74 d'un commutateur à deux positions, J, en prise avec des plots 72', 73', 74', respectivement; mais, lorsque le réglage doit être entièrement automatique, on manoeuvre le commutateur J de façon que ses lames se trouvent en prise avec les contacts 72", 73", 74", respectivement.
Normale- ment, une résistance réglable 54t est mise hors du circuit inducteur du moteur M, par des conducteurs 75, 76, connec- tés aux contacts normalement fermés 64, et une résistance réglable 55' est normalement intercalée dans ce circuit in- ducteuro Lorsque le commutateur J est en position pour un fonctionnement complètement automatique et que la bobine 26' vient à se trouver excitée, les contacts 64 stouvrent et intercalent instantanément la résistance 54' dans le circuit, en effectuant par cela même une augmentation immé- diate dans la vitesse d'entraînement de la pièce.
En même temps, les contacts 62 et 63 se ferment et complètent le circuit du moteur de régulation K' sur le trajet suivant t Conducteur principal L', conducteur 77, enroulement induc- teur 78, conducteurs 79 et 80, contacts 63, conducteur 81, iuduit 82, conducteurs 83 et 84, contacts 62, conducteurs 85 et 86, lame 74, conducteur 87, enroulement inducteur 88, conducteur 19", conducteur principal L. L'arbre de l'induit 82, relié qu'il est à la manette H', fait tourner cette dernière en sens inverse du mouvement des aiguilles d'une montre pour augmenter la résistance du rhéostat jusqu'à ce qu'un soudage normal soit rétabli et que le courant photo- électrique accru fasse que l'aiguille du relais E ouvre le circuit de la bobine 26'; alors, les contacts 61, 64, 62. 63 reviennent à leurs positions normales.
Lorsque la
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bobine 27' vient à se trouver excitée, les contacts 66 se ferment pour mettre instantanément hors circuit la résis- tance 55' par un shunt consistant en les conducteurs 76, 89, les contacts 66, le conducteur 90, la lame 73 et le conducteur 91, ce qui effectue par cela même une réduction immédiate de la vitesse d'entraînement de la pièce. En même temps, les contacts 67 et 68 se ferment et complètent le circuit du moteur auxiliaire K' sur le trajetsuivant : Conducteur principal L', conducteur 77, enroulement inducteur 78, conducteur 79, contacts 68, conducteur 83, induit 82, conducteurs 81 et 92, contacts 67, conducteur 86, lame 74, conducteur 87, enroulement inducteur 88, conducteur 19", conducteur principal L.
L'induit 82 tourne alors dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre en agissant sur la manette H" pour mettre une partie de la résistance du rhéos- tat hors de circuit jusqu'à ce qu'un soudage normal se trouve rétabli et que le courant diminué de la cellule photo- électrique fasse que l'aiguille 19 ouvre les contacts 32, 31 (comme sur les Figs. 1 et 2) et désexcite la bobine de relais 27'; alors, les contacts 65, 66,67 et 68 se rouvrent.
Une résistance réglable 53' peut être intercalée automatique- ment dans le circuit inducteur du moteur de commande par un mécanisme qui ouvre un interrupteur normalement fermé, 94, au moment voulu près de la fin d'une soudure, de façon que le moteur de commande augmente rapidement la vitesse d'entraînement de la pièce et compense la rapide accumula- tion de chaleur et la surchauffe dans la dernière partie de la soudure.
Bien qu'il soit praticable et avantageux de mettre au point une cellule photoélectrique sur la plaque de métal de soudure fondu, et de régler par cela même ins- tantanément la vitesse de soudage selon des changements
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survenant dans l'énergie rayonnante ou l'intensité lumineuse ou couleur de cette plaque, on a trouvé que, dans un sou- dage à flammesmultiples, danslequel une série de jets chauffants peuvent être successivement appliqués aux bords à souder et le long de ceux-ci, de plus grands changements d'énergie rayonnante se manifestent à une courte distance en avant de la plaque.
Pour cette raison, dans bien des cas, il est préférable de mettre la cellule photoélectrique au point sur une partie fortement chauffée des bords du métal, située à une courte distance en avant de la plaque fondue, partie que l'on peut, pour plus de commodité, appeler le "point guide". Par exemple, lorsquton soude à la machine une couture entre les bords de tôle mince, en faisant usage d'un chalumeau oxyacétylénique à flammes multiples, la flamme de soudage qui agit sur la plaque produit une soudure correc- tement pénétrée lorsque les flammes chauffantes successives sont disposées de telle manière que ce qu'on appelle la flamme de préchauffage arrière fonde légèrement les bords à une courte distance en avant de la flamme de soudage.
On peut donner à cette flamme de préchauffage arrière le nom de "flamne guide" et le "point guide" sur lequel on met au point la cellule photoélectrique est, de préférence, la région légèrement fondue située le long de la couture immé- diatement après que cette dernière a passé la "flamme guide".
Lorsque la cellule photoélectrique est convenablement mise au point sur le "point guide", des changements relativement grands dans l'intensité de l'énergie rayonnante sont pro- duits par le rétrécissement ou l'élargissement de la zone de métal fondu en ce point, changements que l'on peut utiliser, dans les systèmes représentés sur les Figs. 1, 2 et 3, pour régler la vitesse d'entrainement de la pièce.
Par suite, lorsque la "flamme guide" ne fond pas les bords de la tôle,
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les iadications, au "point guide", sont que les uords du métal n'ont pas été chauffés suffisamment' pour permettre à la flamme de soudage de produire une soudure normale ou com- plètement pénétrée ; par conséquent, la cellule photoélec- trique fait instantanément que la vitesse d'entraînement de la pièce est retardée jusqu'à ce que l'état préchauffé désiré soit obtenu; d'un autre côté, lorsqu'il y a beaucoup trop de fusion par la "flamme guide", le "point guide" in- dique que la soudure finale dénotera une pénétration de soudure excessive et le système de réglage répond alors instantanément pour accélérer la vitesse d'entraînement de la pièce.
La façon de procéder que l'on vient de décrire est représentée schématiquement sur la Fig. 4, dans laquelle une soudure de la pénétration normale préférée est montrée en cours de formation. Les bords x,y des parties X, Y de la plaque, tuyau ou pièce métallique similaire sont disposés bout à bout ou légèrement séparés pour produire la couture S à souder. La partie terminée de la soudure est représentée en Z et la plaque fondue en P.
Le nombre de flammes oxya- cétyléniques appliquées à la couture par le chalumeau à flammes multiples peut varier; comme représenté,. une flamme de soudage 60' peut jouer directement sur la plaque, une flamme de préchauffage arrière, ou flamme guide, 61' peut fondre légèrementles bords non soudés à une courte distance de la plaque etune pairede flammesde préchauffage avant, 62' et 63',peuvent appliquer de la chaleur aux bords non soudés à une courte distance en arrière de la couture et avant que ces bords passent sous la flamme guide.
Comme in- diqué en 64', le tube de mise au point de la cellule photo- électrique peut présenter une ouverture allongée qui s'étend en travers de la ,couture, au point guide, entre les flammes
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60' et 61', pour recevoir de l'énergie rayonnante des bords légèrement fondus et du métal fortement chauffé contigu et transmettre cette lumière à la cellule photoélectrique.
Le chalumeau produisant les flammes 60', 61', 62', 63' et le tube de mise au point, présentant l'ouverture 64', peuvent être immobiles tandis que les parties X et Y de la pièce peuvent être entraînées ensemble dans le sens de la longueur de la couture, comme indiqué par la flèche; alors, la cellule photoélectrique et le mécanisme y associé, comme représenté sur les Figs. 1, 2 et 3, régleront semi-automatiquement ou automatiquement la vitesse d'entraînement de la pièce pour produire une soudure continue uniforme.
On voit d'après ce qui précède qu'on peut produire une soudure continue uniforme en faisant varier convenable- ment la quantité de chaleur fournie à la couture pour former la soudure comme, par exemple, en faisant varier le mouve- ment du chalumeau et de la pièce l'un par rapport à l'autre tout en faisant usage d'une source de chaleur constante et, dans la façon de procéder, avantageuse, décrite en détail, cn peut faire varier la vitesse d'entraînement de la pièce tandis que le chalumeau est immobile.
D'un autre côté, si la vitesse d'entraînement de la pièce est maintenue pratiquement constante, on peut obtenir d'excellents résultats soit en faisant varier les pressions des gaz fournis au chalumeau, ce qui fait ainsi varier la grosseur des flammes de chalu- meau, soit en faisant varier la distance entre la pièce et la flamme de chalumeau; dans l'un comme dans l'autre de ces deux cas, la quantité de chaleur appliquée à la couture est réglée, bien entendu, selon les variationsde l'énergie rayonnante émise par la pièce chauffée et décelée par une cellule photoélectrique.
Le mécanisme de réglage faisant varier les pressions des gaz tandis que la vitesse d'entraînement de la pièce
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reste contante peut comprendre une cellule photoélectrique mise au point sur le métal chauffé, une unité amplifica- trice et un milliampèremètre à contacts, comme cela a été décrit déjà, ainsi que des relais ou solénoïdes ac- tionnés électrique ment, convenables, tels que ceux repré- sentés en 26 et 27, qui ouvrent ou ferment des valves commandant des orifices dans les conduites d'amenée de gaz, pour livrer de l'oxygène et de l'acétylène au chalumeau dans une mesure réglée et assurer par cela même des flammes de soudage plus grosses ou pluspetites et, ainsi,
augmenter ou diminuer la quantité de chaleur fournie à la couture par le chalumeau conformément à la variation dans l'énergie rayonnante émise par le métal chauffé.
Pour faire varier la distance entre la flamme de chalumeau et la coutureen cours de soudage, et régler par cela même la qualité de la soudure tandis que la vitesse d'entraînement de la pièce et les pressions des gaz restent constantes, on peut rapprocher et éluigner le chalumeau de la pièce sur laquelle il est dirigé, à mesure que démission d'énergie rayonnante par le métal chauffé varie. Cela peut être effectué par un mécanisme de réglage similaire à celui déjà décrit en détail et pouvant comprendre une cellule photoélectrique mise au point sur le métal chauffé, une unité amplificatrice, un milliampèremètre à contacts et un moteur électrique réversible dont le sens de rotation peut être régi par des relais convenables en série avec les contacts du milliampèremètre.
Le moteur réversible peut être relié par un moyen convenable, tel qu'un engrenage à vis sans fin, à un dispositif propre soit à relever ou à abais- ser le chalumeau et sa flarnme par rapport à la pièce qui passe. Lorsque l'énergie rayonnante transmise de la pièce chauffée à la cellule photoélectrique indique que la soudure
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est surchauffée, le mécanisme est actionné pour éloigner automatiquement le chalumeau de la pièce afin de réduire son effet chauffant et, si l'énergie rayonnante passant par la cellule photoélectrique indique que la soudure est in- suffisamment chauffée, le mécanisme rapprochera automati- quement le chalumeau de la pièce pour augmenter la chaleur appliquée à celle-ci.
Il rentre également dans le cadre de la présente ir.vention d'employer des combinaisons des méthodes et mé- canismes déjà décrits; c'est-à-ùire qu'on pourrait faire varier la vitesse d'entraînement de la pièce et, en même temps, faire varier aussi les pressions des gaz de soudage ou la distance entre le chalumeau et la pièc,e.
Par exemple :des résistances fixes commandées par relais, similaires à celles représentées en 54, 55 et 54', 55' sur la Fig. 3, lorsqu'elles sont intercalées en circuit, ou mises hors circuit, peuvent changer rapidement la vitesse du moteur principal, M, d'entraînement de la pièce et un moteur auxiliaire, commandé par relais, peut simultanément actionner un mécanisme pour rapprocher ou éloigner le chalumeau et sa flamme de la pièce pour obtenir des changementsgraduels dans la chaleur de soudage fournie à la soudure. Une telle combinaison est désirable dans le cas où un changement de chaleur relativement grand doit être fait graduellement encore plus rapidement que celui qu'on peut effectuer en manoeuvrant le rhéostat de réglage H du moteur de commande principal.
On a décrit ci-dessus en détail plusieurs réa- lisations de l'invention dans le but d'en faire ressortir les principes généraux. Ces principes, bien que particulière- ment avantageux dans un soudage par fusion, peuvent égale- ment être employés pour unir des métaux par brasage et soudure à l'argent; dans ce qu'on appelle le soudage à chaude
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suante dans lequel, par exemple, une maquette chauffée dans un four à une température soudante peut être tirée ou entraînée à travers une matrice convenable ou des moyens convenables appliquant une pression et soudée bout à bout ou à recouvrement, avec ou sans chauffage supplémentaire au point de soudage ou près de celui-ci;
dans le découpage de matières, comme ce que l'on appelle le découpage de métaux à la flamme oxyacétylénique consistant en jets chauffants et oxydants gazeux et dans le traitement thermique de métaux pour régler, par exemple, l'entraînement ou avance d'une tige ou fil métallique devant des moyens de chauffage ou à travers un four à recuire, la cellule photoélectrique du mécanisme de réglage de l'entraînement ou de la chaleur étant, dans cnaque cas, mise au point sur le métal fortement chauffé soumis au traitement. La source de chaleur employée pour ces buts peut être soit une flamme chauffante gazeuse ou un courant électrique chauffant, ou les deux.
La cellule photoélectrique ou moyen sensible à l'énergie rayonnante, au lieu d'être mise au point sur l'extérieur, ou appliquée à l'extérieur, de la pièce comme représenté sur la Fig. l, peut être mise au point sur le dessous, ou côté interne, de la couture en un endroit adjacent au point de soudage, le tube convoyeur de lumière C étant supporté en dedans du tube W et dirigé sur une zone fortement chauffée, sur le côté de la couture qui est opposé à celui où agit la flamme, ou l'arc, de chauffage. L'ouverture du tube convoyeur peut être d'une forme qui expose à la cellule photoélectrique tant le point guide qu'une partie de la plaque de soudure, et le dit .élément peut recevoir son énergie rayonnante directement ou par l'intermédiaire d'un système de prismes.
Bien qu'il soit préférable de'régler automatiquement ou semi-automati- que ment les opérations décrites, au moyen de la cellule
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photoélectrique du type à ampoule, bien connu, on pourrait, au lieu de celui-ci, faire usage de la cellule au sélénium et, à la place de ces cellules, on pourrait faire usage d'un dispositif, tel qu'un pyromètre électrique, qui est sensible ou obéit à des changements dans la température du métal de soudure fondu.
De plus, on peut supprimer le type d'amplifi cateur et le système de relais et de résistances représentés sur les Figs. 1 et 2 en mettant la cellule photoélectrique C en circuit avec une lampe amplificatrice convenable, capa- ble d'être traversée par un courant de grande intensité, qui est connectée dans le circuit inducteur du moteur de commande, ce qui fait que des changements de courant prove- nant de la cellule photoélectrique sont cause de changements similaires dans le circuit inducteur du moteur et ont pour résultat des changements dans les vitesses de ce moteur.
D'autres modifications pourraient être apportées aux dé- tails des procédés et mécanismes décrits sans déroger aux principes de l'invention ni sacrifier ses avantages.