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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION Procédé et dispositif pour le soudage électrique par résistance.
Pour la commutation à courte durée des machines à souder par résistance on emploie actuellement des redres- seurs à cuve à vapeur de mercure qui sont directement ou in- directement intercalés dans le circuit primaire du transfor- mateur de soudage. Ces grandes cuves de commutation sont très coûteuses et, par suite de leur grande sensibilité aux secous- ses, elles ne conviennent que pour des installations station- naires. Grâce à l'invention,on évite ces cuves de commuta- tion coûteuses et peu sûres, intercalées dans le circuit pri- maire du transformateur de soudage.
L'invention concerne un procédé pour le soudage électrique par résistance, qui se caractérise en ce qu'on
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opère la commutation à courte durée et le réglage de l'inten- sité du courant de soudage à l'aide d'une bobine de réactan- ce à noyau de fer, intercalée'entre la source de courant de soudage et le transformateur de soudage pour le soudage par résistance,dont la réactance est produite à l'aide d'un flux continu créé à l'aide d'une bobine à courant continu enfilée sur son noyau de fer. On commande ce courant conti- nu, au point de vue de son intensité et de l'instant de son action, à l'aide d'un régulateur de courant ou de tension et d'un régulateur chronométrique.
On peut en outre, avanta- geusement, aménager en parallèle avec le transformateur de soudage un interrupteur de court-circuit ou en série avec le transformateur de soudage un interrupteur de mise hors circuit, afin d'assurer que pendant les pauses de soudage le transformateur ne soit parcouru par aucun courant.
On peut alimenter le transformateur de soudage par un courant alternatif à 50 ou 60 périodes. Toutefois, il est particulièrement avantageux d'alimenter le transformateur par un courant à moyenne ou haute fréquence, notamment par un courant alternatif de, par exemple, 300 à 20.000 périodes.
L'invention concerne en outre un dispositif pour exécuter le procédé précité, qui se caractérise par une sour- ce de courant de soudage à laquelle est connecté un transfor- mateur de soudage pour le soudage par résistance, par une bobine de réactance pré-aimantée par courant continu et in- tercalée dans le circuit primaire du transformateur de sou- dage, et par une source de courant continu équipée d'un dis- positif de réglage pour l'intensité et l'instant de mise en circuit du courant continu de la bobine de réactance. Le dis- positif se caractérise en outre par un interrupteur de court- circuit monté en parallèle avec le transformateur de soudage ou par un interrupteur de mise hors circuit monté en série
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avec ce transformateur.
La source de courant de soudage peut être constituée par une génératrice entraînée par un moteur, par exemple par une génératrice à moyenne ou haute fréquence, et le moteur d'entraînement peut en même temps entraîner les organes de commutation servant à commander le courant continu pour la commande des bobines de réactance et des interrupteurs.
L'emploi de la bobine de réactance, pré-aimantée par courant continu, comme commutateur à courte durée pour le soudage par résistance présente de toute façon de nota- bles avantages techniques. Ainsi, on peut obtenir un effet pareil à celui des appareils de commutation coûteux connus, et ce de manière beaucoup moins coûteuse et plus sûre. Il ne faut commuter qu'une faible fraction de la puissance de sou- dage.
En outre, on alimente avantageusement l'enroulement à courant continu de la bobine de réactance à l'aide d'un redresseur dont les grilles sont commandées par l'interné- diaire d'organes de commande mécanique, par exemple par des disques de commutation, accouplés à la génératrice. Apres un certain temps d'usage, les bagues de friction des disques de commutation se recouvrent facilement de matière des balais, ce qui peut provoquer des perturbations en raison de l'insi- gnifiance des courants de grille. La présente invention évite aussi cet inconvénient. En outre, la manoeuvre de l'installa- tion, notamment le réglage chronométrique, est notablement fa- cilité, de sorte qu'on obtient une succession de points rapide.
L'invention peut se caractériser en outre en ce qu'on remplace la commande mécanique des grilles du redresseur ali- mentant l'enroulement à courant continu des bobines de réac- tance par une commande à courte durée dont le fonctionnement est purement électrique, en envoyant aux grilles du redresseur à deux ou plusieurs anodes, pendant un temps choisi à volonté,
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une tension de grille positive par rapport à la cathode.
On crée par exemple par la décharge d'un condensateur la tension de grille positive disparaissant ensuite d'elle-même.
On peut avantageusement commander la décharge du condensateur par l'intermédiaire d'un tube auxiliaire dont la grille est commandée en synchronisme avec le réseau alimentant le re- dresseur. On peut provoquer alors la décharge du condensateur à l'aide d'une clef manoeuvrable à la main. Pour le soudage en cordon, on actionne la clef mécaniquement, de manière à assurer toute succession de points voulue. Dans le circuit de grille du tube auxiliaire on peut intercaler un rupteur fonctionnant en synchronisme pour établir les pauses de sou- dage.
Les dessins annexés représentent trois exemples d'exécution de l'invention.
Fig. 1 est le schéma de connexions d'une installa- tion de soudage par résistance par points, comportant dans le circuit primaire du transformateur de soudage un commuta- teur à réactance pré-aimanté par courant continu.
Fig. 2 est le schéma de connexions d'une installa- tion de soudage par résistance par points, comportant dans le circuit primaire du transformateur de soudage un commutateur à réactance pré-aimanté par courant continu, et un dispositif de commande électrique pour le redresseur qui fournit le courant continu au commutateur à réactance.
Fig.3 montre une partie du schéma de connexions d'une installation de soudage en cordon par résistance.
Fig. 4 montre la relation entre la tension de grille et la durée de soudage, ou entre les positions du contact de commande, pour le soudage en cordon.
Sur la Fig. 1, l'élément 1 est la génératrice de soudage, par exemple à moyenne ou haute fréquence, dont l'in-
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ducteur 2 est alimenté par un réseau à courant continu 3 par l'intermédiaire d'un interrupteur-régulateur 4. On peut ainsi adapter le courant d'excitation aux désidérata de cha- que cas particulier. La génératrice de soudage 1 est connec- tée au transformateur de soudage 5 dont le secondaire 6 est connecté aux électrodes de soudage 7 et 8 entre lesquelles est disposée la matière à souder, par exemple deux tôles à souder 9 et 10. En parallèle avec la bobine primaire 11 du transformateur de soudage est montée une connexion de court- circuit 12 contenant un interrupteur de court-circuit 13.
Dans le conducteur 14 allant de la génératrice de soudage au transformateur de soudage est intercalé un commutateur à réactance 15 comportant par exemple un noyau magnétique à trois branches 16 et un enroulement de magnétisation à cou- rant continu 17. Les bobines à courant alternatif sont dési- gnées par 18 et 19. L'enroulement à courant continu 17 est alimenté de courant alternatif redressé par exemple par le redresseur à vapeur de mercure 20 branché sur la génératrice 1.
Le redresseur est commandé par l'intermédiaire de grilles.
Dans l'exemple d'exécution de la Fig.l, la généra- trice de soudage est entraînée par un moteur 23, alimenté par un réseau triphasé 22, qui d'autre part entraine par l'intermédiaire d'un train démultiplicateur 24 les disques de commutation 27, 28, 29, 30 et par l'intermédiaire d'un autre train démultiplicateur 31 les disques de commutation 32 et 33.
Les disques de oommutation 27 et 28 sont connectés par une source de courant 34 à l'interrupteur de court-cir- cuit 13 actionné électromagnétiquement. En effet, la bobine de réactance est petite quand on ne choisit pas pour une in- tensité de courant continu nulle un coefficient de self-in- duction trop petit. D'autre part on relève ainsi l'intensité minimum du courant alternatif. Par suite, il est avantageux
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de court-circuiter ou de mettre hors circuit le transforma- teur à l'aide d'un interrupteur pendant les pauses de soudage.
L'interrupteur ne doit commuter qu'une faible puissance et on peut lui donner la forme d'un interrupteur à air, d'un disque interrupteur ou d'un interrupteur à cuve; la meilleure dispo- sition, représentée sur le dessin, consiste à le coupler à l'arbre de commande pour le circuit à courant continu. Au lieu de l'interrupteur de court-circuit on peut aussi aména- ger un interrupteur de mise hors circuit qu'on ouvre pendant les pauses de soudage. Les disques 29, 30, 32, 33 actionnent une commande à grilles connue se composant d'une source de tension continue 36 pour la tension positive des grilles, d'une source de tension continue 35 pour la tension négative des grilles et d'une résistance protectrice 37. L'interrup- teur 38 permet de mettre l'installation hors de service. 39 sont les deux anodes du redresseur.
On relie le redresseur à la génératrice 1 par exemple à l'aide du transformateur va- riable 40. En dehors du transformateur variable, on pourrait aussi régler la tension en choisissant à l'avenant l'angle d'amorçage des grilles 21.
A l'aide des disques 29, 30 on règle la durée de soudage en décalant un des disques, par exemple 30. Deuxième- ment, on peut opérer le réglage en changeant la vitesse de rotation à l'aide du train démultiplicateur variable 24. Les disques 27-28, qui sont construits et montés de manière ana- logue aux disques 29-30, provoquent l'ouverture du disjoncteur 15 pendant la durée de soudage en supprimant le court-circuit du transformateur. Les disques 32, 33 servent à régler la pause de soudage. Quand les disques 32, 33 tournent moitié moins vite que les disques 27 -28, une période de soudage est omise chaque fois; quand ils tournent trois fois moins vite, deux périodes sont omises chaque fois, et ainsi de suite. Plus
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grande est la démultiplication, et plus grande sera la pause entre les différents points de soudage.
Au fur et à mesure que la démultiplication augmente, il faut diminuer dans la même proportion la longueur des segments métalliques des disques 32-33 pour que la durée de fermeture coïncide avec la durée de soudage.
Avec ce montage on réussit à avoir des durées de soudage de moins de 1/100 de seconde, si bien que ce procédé convient aussi pour le soudage des métaux légers.
Un autre avantage du procédé est qu'on peut facile- ment changer l'intensité du courant de soudage, en l'occurren- ce en réglant la tension continue du redresseur au moyen des grill es.
Etant donné qu'il ne faut commuter qu'une faible puissance, on peut employer des interrupteurs de toute nature, par exemple des disjoncteurs, des interrupteurs à came, des interrupteurs à disque, etc. On peut aussi aménager, pour alimen- ter la bobine à courant continu, une petite génératrice à cou- rant continu distincte dont on commande l'excitation.
Le procédé convient notamment pour les installations de soudage à haute fréquence, étant donné qu'alors le flux ma- gnétique de la bobine de réactance et, partant, la bobine elle- même sont petits. Par suite, avec la haute fréquence, on peut atteindre des durées de soudage particulièrement courtes. L'é- nergie de courant continu de la bobine magnétisante diminue en même temps elle aussi, ce qui à son tour influe sur la gran- deur de l'ensemble du circuit à courant continu.
Sur la Fig.2, la source de courant alternatif four- nissant le courant de soudage, par exemple une génératrice à courant alternatif l, est connectée à la bobine primaire 11 du transformateur de soudage par le commutateur à réactance pré- aimanté par courant continu 15.,. par exemple à noyau magnétique
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à trois branches 16, et par les bobines à courant alterna- tif 18 et 19. Le commutateur à réactance comporte en outre l'enroulement d'excitation à courant continu 17. Le transfor- mateur de soudage comporte un noyau de fer 5 et une bobine se- condaire 6 connectée aux deux électrodes de soudage 7 et 8 qui soudent les tôles 9 et 10 en un point.
Le redresseur 42 alimenté par un réseau triphasé 41 par l'intermédiaire de résistances protectrices et d'interrup- teurs et commandé par des grilles (grilles 78,79,80) alimente par l'entremise d'une résistance 43 l'enroulement à courant continu 17 du commutateur à réactance 15,entre les extrémités duquel est monté un condensateur 44. Le conducteur 45 mène au centre 46 de l'étoile du réseau triphasé par un interrup- teur et une résistance protectrice.
Le réseau à courant triphasé 41 alimente en outre par des résistances protectrices et des interrupteurs, et par un changeur de phase 47, une résistance réglable 48 et une bobine de self très saturée 49, le transformateur de grille 50 qui fournit la tension de grille, par une résistance 51, à un trajet de décharge à gaz ou à vapeur, par exemple à un tube à cathode incandescente 52. Dans la position représentée, la clef 53 connecte par une résistance 55 le condensateur 54, fournissant la tension de grille positive au redresseur 42, au pale positif d'un redresseur auxiliaire 56. En actionnant la clef 53, on provoque la décharge du condensateur 54 à travers le tube 52, de sorte qu'on confère au redresseur 42 une ten- sion de grille positive et envoie ainsi le courant continu au commutateur à réactance 15.
Les éléments 59 et 60 sont des batteries d'accunu- lateurs qui fournissent la tension de grille négative. Les éléments 61, 62, 63, 64 représentent des résistances. La batte- rie d'accumulateurs 65 fournit à travers une résistance régla- ble 66 le courant de chauffage à la cathode 67 du tube auxi- liaire 52 commandé par une grille 68.
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L'anode d'amorçage 69 du redresseur 42 est alimen- tée par exemple par une batterie d'amorçage 70 à travers une résistance 71. En outre, le réseau à courant triphasé 41 alimente à travers des résistances protectrices et des in- terrupteurs un transformateur auxiliaire 72 qui à son tour alimente deux électrodes auxiliaires 73 et 74 du redresseur 42, qui brûlent en permanence. L'élément 75 représente une résistance et l'élément 76 représente une bobine de self.
Au sujet du fonctionnement de l'installation on fera ci-après les remarques suivantes:
Suivant le nouveau procédé, on communique aux gril- les 78, 79, 80 du redresseur 42, par décharge d'un collecteur d'énergie., par exemple d'un condensateur 54, une tension qui pendant la durée de soudage choisie tombe d'un niveau positif par rapport à la cathode à un potentiel d'arrêt.
En employant le commutateur à réactance alimenté par le redresseur 42, on procure le grand avantage qu'il ne faut qu'une très petite installation de redressement, de sorte qu'un montage établi suivant ce principe convient aussi pour des installations de soudage transportables.
On peut le mieux produire la commutation en chargeant un condensateur et en le déchargeant à travers des résistances, des grilles et des cathodes. Avec cette commutation très simple, le principe n'est utilisable que pour une longue durée de sou- dage car celle-ci dépend de l'instant de conjonction. Pour les redresseurs triphasés et 50 périodes, la différence peut s'élever par exemple à 6,6/1000 de seconde. On réussit à ren- dre utilisable le procédé de soudage pour de courtes durées de soudage en conduisant la décharge du condensateur à tra- vers un trajet de décharge à gaz ou vapeur, par exemple à tra- vers le tube 52. Quand la clef 53 est dans la position de re- pos, le condensateur 54 est alimenté par une source de courant continu 56.
Lorsqu'on presse la clef, le condensateur 54 se dé- charge par le trajet de décharge auxiliaire, c'est-à-dire par @
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le tube 52, et par les trajets électriques allant à la ca- thode, mais cela ne se produit qu'à partir de l'instant ou le transformateur de grille 50 rend inefficace le potentiel d'arrêt de la batterie d'accumulateurs 59. Le transformateur de grille 50 est alimenté par le réseau 41 alimentant le re- dresseur, par l'intermédiaire d'un changeur de phase 47 et d'une bobine de self très saturée 49. La première de ces me- sures a pour effet que l'amorçage se produit toujours au même instant par rapport à la tension alternative et qu'ainsi tou- jours la même anode du redresseur s'amorce avec un angle de déphasage toujours constant.
La bobine de self saturée agit de manière connue. La tension secondaire du transformateur de grille est fortement distordue et présente des pointes aiguës. Par suite, on obtient des points d'intersection nets avec la ligne du noyau d'amorçage du tube auxiliaire 52.
On règle le mieux la durée de soudage en choisissant à l'avenant la grandeur du condensateur. Avec des durées de soudage inférieures à une demi-onde, on peut en outre régler à l'aide du changeur de phase l'instant d'amorçage et, partant, la durée de soudage. Le nouveau procédé de commutation permet d'exécuter des commutations chronométriques très précises et uniformes. Il permet en outre une succession de points très rapide, étant donné que lorsqu'on abandonne la clef, l'instal- lation est immédiatement à nouveau prête pour servir, la char- ge du condensateur ne durant que très peu de temps. Outre la simple clef il ne faut aucun élément mobile ou soumis à l'usu- re. En commandant la clef mécaniquement, on peut directement rendre le montage applicable au soudage en cordons.
La Fig. 3 montre la variante du montage de la Fig.2, appliquée au soudage en cordons. Le redresseur 42 alimente par la résistance 43 le commutateur à réactance non représenté.
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Le condensateur 54 et les éléments 55 et 56 sont aussi les mêmes que sur la Fig. 2. Par contre, au lieu de la clef à main 53 de la Fig, 2 il est prévu un levier oscillant 81 qui est entraîné mécaniquement par un excentrique, par exemple par un roulement à billes 82 disposé excentriquement et entraîné par l'intermédiaire d'un train variable 83 par un moteur synchrone 84, par exemple bipolaire. Par chaque rapport de transmission du train variable on régit une certaine gamme de durées de soudage. Par l'intermédiaire d'un autre train 85 on fait tourner un disque de contact 86 qui ferme,et ouvre le circuit de grille du tube auxiliaire 52 par la batterie 87 et la résistance 88. Ce disque sert à introduire les pau- ses de soudage requises pour le soudage par recouvrement, c'est-à-dire pour un long parcours d'étincelle.
Lorsqu'on choisit par exemple une démultiplication de 1 : 3, le con- tact ne s'ouvre qu'une fois pendant l'apparition de la poin- te d'amorçage, tandis que deux autres fois le tube auxiliaire 52 ne s'amorce pas parce que le transformateur d'amorçage est court-circuité.
La Fig. 4 montre comment la durée de charge TL du condensateur 54 se rapporte à la durée de fermeture du con- tact de charge et comment la durée de soudage TS, qu'on peut choisir en fonction de la grandeur du condensateur, se rappor- te à la durée de fermeture du contact de décharge. Aussitôt que la tension du condensateur atteint une certaine valeur E , c la tension négative préalable de la batterie d'accumulateurs 60 l'emporte et le redresseur fonctionne après passage de l'onde de courant,alternatif correspondante.
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