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Procédé et appareil de soudage.
Cette invention est relative au soudage électrique et elle concerne plus particulièrement les procédés et appareils pour le soudage électrique., qui utilisent une décharge élec- trique dans un intervalle maintenu entre une électrode appro- priée et L'ouvrage, pour joindre entre elles des pièces de métal relativement mince ou joindre une pièce de métal rela- tivement mince à une pièce relativement massive ou encore pour joindre entre elles des pièces en métal relativement massif.
L'arc électrique, ainsi qu'on dénomme d'ordonaire une telle décharge dans un intervalle libre, et notamment 1-lare à courant continu produit et maintenu entre toute électrode ap-
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propriée en charbon ou en métal, et l'ouvrage, a été employé dans une large mesure dans l'industrie pour produire une sou- dure à fusion continue en exécutant un mouvement-relatif entre l'arc et l'ouvrage dans la direction de la longueur du cordon de soudure à former.
Toutefois, tel qu'il a été proposé jusqu' ici, un pareil arc est sujet à des instabilités, notamment au point de vue de sa direction et de son intensité, ayant pour résultat de notables différences selon que l'opération de soudure est employée pour joindre des pièces de métal rela- tivement mince ou pour joindre une pièce de métal relative- ment mince à un métal relativement massif. Quelques-uns des défauts ainsi introduits sont la formation de piqûres et de brûlures, une variation de l'intensité de fusion, des solutions de continuité de la soudure, provoquant des fuites, la forma- tion de cavités, etc., qui compromettent sérieusement la ré- sistance, la densité et la ductilité du cordon de soudure ré- sultant.
La présente invention a pour but d'obvier à l'insta- bilité précitée afin qu'il devienne possible d'étendre l'ap- plication de la soudure par fusion à des pièces de métal très mince, et en même temps d'augmenter la résistance, la densité et la ductilité du cordon de soudure résultant tant pour des pièces légères que pour des pièces massives.
Un autre but de l'invention est de procurer un dispo- sitif de soudage électrique par fusion et un moyen d'imprimer de manière perfectionnée une direction à la décharge propre- ment dite. Les conditions extérieures, comme les variations de l'intervalle libre, le soufflage magnétique, les variations des propriétés d'émission d'électrons de l'électrode employée ou de l'ouvrage, etc., qui accompagnent d'ordinaire l'opéra- tion de soudage par fusion, sont responsables à des degrés dif- férents, dans les procédés employés jusqu'ici, d'un certain -
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nombre d'effets nuisibles, tels qu'un allongement indésirable de la décharge proprement dite, une déviation de cette décharge, un déplacement de la tache cathodique ou anodique de la dé- charge etc..
La présente invention surmonte les causes d'ins- tabilité précitées et assure une uniformité contrôlée de l'in- tensité de décharge en supprimant ce qu'on appelle l'effet d'hystérésis.
L'invention a aussi pour. but: de produire une soudure de haute qualité à densité supérieure en débitant ce qu'on pourrait appeler des paquets d'énergie capables d'exercer un effet de soufflage en coup de marteau dans le joint entre les pièces métalliques à unir, alors que ce métal est fondu;
de procurer un système et un procédé de soudage à l'aide desquels l'énergie soit débitée par périodes rapidement recurrentes de relativement courte durée qui atteignent des densités de courant relativement élevées pendant ces durées relativement courtes, de telle sorte que le métal fonde à l'endroit du j'oint sur une surface concentrée relativement petite pour produire la liaison et reprenne son état normal sans s'emparer d'impuretés de l'atmosphère ambiante et de l'électrode, telles que des oxydes, nitrures, carbures, etc., qui en s'infiltrant subséquemment au sein du cordon pourraient former une solution partielle ou complète dans le métal du cordon et contaminer de ce fait ce métal,
ce qui entraverait la recristallisation ultérieure de la région du cordon et produirait des cavités ou d'autres effets nuisibles ayant généralement pour résultat d'affaiblir le joint; de procurer un dispositif et un procédé de soudage perfectionnés qui produisent une soudure relativement longue étanche aux gaz, même sur un métal relativement mince; de procurer une soudure du type spécifié ci-dessus,
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qui ait une ductilité- considérable au joint produit par le soudage ; de procurer un système et un procédé de soudage à l'aide desquels la surface sur laquelle le métal est dérangé par l'opération de soudage soit limitée à une zone relative- ment petite le long des bords des pièces métalliques jointes, de façon que les caractéristiques physiques du métal entou- rant cette zone ne soient pas comprimises;
de procurer un dispositif et un procédé de soudage permettant d'opérer à une vitesse relativement élevée; de procurer un système et un procédé de soudage uti- lisant des dispositifs à l'aide desquels on puisse commander convenablement et exactement l'effet de pénétration; de procurer un dispositif et un procédé de soudage qui puissent éventuellement être employés sans utiliser de fondants; de procurer un système et un procédé de soudage con- venant pour unir des métaux tels que l'aluminium qui jusqu'ici ne formaient des joints soudés qu'avec difficulté et en uti- lisant de grandes quantités de fondants; de procurer un dispositif et un procédé de soudage permettant de relier entre eux des métaux très divers ayant des épaisseurs très diverses, sans qu'il importe que les pièces à unir soient d'épaisseurs égales ou différentes;
de procurer un système et un procédé de soudage permettant de produire un joint par rapprochement résistant et permanent entre deux pièces à souder, quand bien même une de ces pièces ou toutes deux seraient relativement minces; de procurer un système et un procédé de soudage don- nant un joint amélioré par soudage par fusion; de procurer un dispositif et un procédé de soudage qui dispensent de la nécessité d'un équipement compliqué et
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coûteux, de procurer une soudure électrique résistante et durable.
D'autres buts apparaîtront au fur et à mesure de la description de l'invention.
L'invention est susceptible de recevoir diverses formes d'exécution dont quelques-unes sont décrites ci-après avec référence aux dessins annexés, mais il doit être entendu que l'invention n'est point limitée aux formes d'exécution décrites et représentées, car-ainsi que le comprendront les gens de métier les principes expliqués ci-après peuvent être étendus à des systèmes et à des procédés autres que ceux re- présentés et décrits ci-après titre d'exemple.
Dans -les dessins annexés:
Fig. 1 est un schéma d'une forme d'exécution de la présente invention, qui permet de produire un soudage par fu- sion à l'aide d'une décharge de condensateur intermittente à sens unique;
Fig. 2 représente une autre forme d'exécution de l'invention, qui permet de produire un soudage par fusion à l'aide d'une décharge de condensateur intermittente à sens unique à laquelle est superposée une décharge à arc à courant continu;
Fig. 3 représente une variante d'exécution de l'in- vention;
Fig. 4 représente encore une variante d'exécution de la présente invention, dans laquelle on utilise les deux moitiés de chaque onde de courant alternatif.
Suivant le procédé conforme à la présente invention, on exécute un soudage par fusion le long d'une zone relative- ment étroite en employant une'décharge électrique intermittente à sens unique dans un intervalle maintenu entre l'électrode et, les points de jonction successifs des pièces à souder, de ma-
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nière à produire la commande de direction, la grande densité et les caractéristiques physiques perfectionnées de la soudure, mentionnées ci-dessus.
Sur la fig. 1, le système représenté comprend un transformateur de puissance 10 de toutes dimensions et cons- truction appropriées, dont le primaire est connecté à toute source appropriée de courant alternatif par des conducteurs 11 et 12. Le secondaire de ce transformateur de puissance 10 est divisé en deux parties 13 et 14 qui sont connectées en 15 à un dispositif interrupteur commandé qui est capable de durer longtemps à un régime de fonctionnement à courant relativement intense et qui ferme et ouvre en succession répétée et rapide le passage du courant dans les conducteurs 15 à des moments prédéterminés.
Des dispositifs de ce genre existant actuelle- ment dans la pratique sont les dispositifs à décharges à arc à remplissage de vapeurs de mercure ou de gaz, commandés par allumeur ou par grille, tels que les Ignitrons ou les dispo- sitifs à cathode spécialement chauffée ou thermo-ionique, comme les Thyrotrons. L'un ou l'autre type de ces dispositifs à décharge à arc commandés peut être employé avec succès pour obérer l'interruption commandée des conducteurs 1;5 dans le système décrit, à condition que le dispositif choisi ait une limite de tension inverse suffisamment élevée.
Le dispositif interrupteur 16 représenté sur la fig.
1 est un tube à décharges à arc rempli de gaz et commandé par grille. Ces tubes ont la propriété inhérente de conduction à sens unique, c'est-à-dire que le courant de décharge qui les parcourt et qui est dû à une tension de polarité appropriée, dite tension d'"allera", appliquée entre l'anode et la cathode du tube, est toujours dirigé de l'anode à la cathode. Une tension de sens opposé ne produit aucun courant, à condition que cette tension n'excède pas la limite de tension inverse du
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tube redresseur à grille de commande particulier.
L'amorçage de la décharge, ou l'"allumage" du tube, dépend pour une tension d'"aller" donnée, du potentiel de grille par rapport à la cathode, la grandeur critique de la "polarisaiion de grille", - la,"caractéristique de polarisation de grille critique pour la tension d'aller" - étant spéciale pour chaque tube donné. Une fois amorcée, la décharge dans le tube ne cesse que lorsque, pour une cause extérieure quelconque, le courant entre l'anode et la cathode tombe à zéro; la grille est sans effet durant la décharge, même quand la polarisation de grille prend une valeur amplement suffisante pour empêcher tout réallumage.
Comme le montre le des'sin, le redresseur à décharge à arc commandé par grille 1.6. comprend une anode 17, une grille de commande 18 et une cathode 19, cette cathode étant maintenue de manière appropriée à une température élevée requise pour produire une émission d'électrons suffisante, à l'aide d'un fil chauffant 20 qui est alimenté par une source appropriée (non représentée)-par l'intermédiaire de conducteurs 21.
La grille 18 et la cathode 19 du redresseur commandé par grille 16 sont connectées par des conducteurs 22 à un circuit de com- mande d'allumage de tout caractère et construction appropriés, de préférence du type mécanique connu dans la technique, qui utilise un contacteur entraîné par un moteur synchrone ali- menté par la même source de courant alternatif qui débite la puissance au transformateur 10. Cette commande mécanique de l'allumage (non représentée) est équipée d'un ou plusieurs balais qui frottent sur le contacteur mentionné et qui sont connectés de manière appropriée au redresseur 16;
la position relative de ce contacteur et des balais prédétermine correcte- ment l'instant auquel le potentiel entre la grille 18 et la cathode 19 est varié pour amorcer l'allumage et produire ainsi
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le fonctionnement du tube 16.
Les extrémités opposées du secondaire 13, 14 du transformateur de puissance 10 sont connectées par des con- ducteurs 25, 24 à un condenseur de puissance 25 ayant une ca- pacité suffisamment élevée et une construction appropriée et dont l'armature 26, dans le présent schéma de connexions, est chargée à un potentiel positif par rapport à son armature 27 Au conducteur 26 est connecté un deuxième tube à décharge à arc rempli de gaz et commandé par grille 28 dont le niveau de tension est analogue à celui du tube 16; son anode est con- nectée au conducteur 23, et des conducteurs 32 connectent sa grille de commande 30 et sa cathode 31 à tout élément de commande approprié, de préférence à un élément du type des distributeurs d'allumage mécaniques entraînés synchroniquement, spécifies ci-dessus.
Comme dans le cas du redresseur à commande par grille mentionné précédemment, la cathode 31 du tube 28 est aussi du type à chauffage indirect.
La cathode 31 du redresseur commandé par grille 28 est connectée par un conducteur 33 à une inductance réglable 34 qui à son tour esen circuit, par l'intermédiaire du con- ducteur 35 avec l'électrode de soudage 36 disposée directe- ment au-dessus des pièces métalliques à unir 37, 38 à l'en- droit du joint entre ces pièces, en laissant un intervalle de l'ordre de 1,5 mm. ou davantage entre cette électrode 36 et le métal 37 38 Les deux pièces à souder, indiquées schématiquement en 37 et 38 sont représentées comme étant disposées sur un banc à souder 39 sur lequel elles sont d'ordinaire fermement fixées. Le banc à souder 39 précité est mobile suivant la longueur du cordon à former et il est à cet effet monté sur des galets 81, 82.
Le banc 39 est connecté par un conducteur 40 et par une seconde inductance réglable 41, ainsi que par le conducteur 42 et les conducteurs 24, à l'ar-
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mature 27 du condensateur 25 et au secondaire 14 du transfor- mateur de puissance 10.
A l'effet d'un réglage sélectif de la capacité du condensateur de puissance 25, pour s'adapter aux exigences de toute opération de soudage particulière, il est recommandable de subdiviser le condensateur en un certain nombre de plus petits condensateurs connectés en parallèle.
Pour la même raison, il est préférable de prévoir des moyens de régler la tension secondaire du transformateur 10. Un de ces moyens, représenté sur la fig.l, est constitué par des prises de courant 43 au transformateur.
Quant à la grandeur de la tension secondaire du transformateur de puissance 10, on peut noter que plus cette tension est élevée, plus faible sera la capacité du condensa- teur de puissance 25,- requise pour toute opération de soudage particulière, étant donné que l'énergie accumulée dans un condensateur est proportionnelle au carré de la tension ap- pliquée.
Toutefois, pour des raisons. de sécurité et d'écono- mie (coût moins élevé des condensateurs et des tubes à dé- charge commandé par grille), ainsi qu'en considération de difficultés de construction du redresseur à remplissage de gaz commandé par grille (bombardement excessif de la cathode par les ions positifs, qui est propre à détruire la couche super- ficielle émettrice d'électrons de la cathode), il est recom- mandable de maintenir la pointe de la tension secondaire du transformateur de puissance 10 en-dessous d'environ deux mille volts..
Ces règles étant observées, et étant donné qu'il y a entre l'électrode de soudage 36 et les pièces à souder 37 et 38, comme on l'a mentionné ci-dessus, un intervalle d'air d'environ 1,5 mm. ou davantage dont la largeur est maintenue constante durant l'opération de soudage, et étant donné aussi
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que le franchissement d'un tel intervalle d'air par une dé- charge électrique exige une différence de potentiel d'envi- ron 4500 volts ou davantage, il est évident que l'énergie accumulée dans le condensateur de puissance chargé 25 ne peut se décharger à travers cet intervalle d'air sans l'aide de quelque dispositif auxiliaire qui, en produisant une ionisa- tion dans la région de cet intervalle d'air,
diminuerait sa résistance ohmique auxiliaire et rendrait ainsi possible la décharge de la puissance.
Ce dispositif peut être soit de nature rayonnante (faisceau de rayons X ou ultra-violets), soit de nature élec- trique (une décharge par étincelle à haute tension alternati- ve à faible énergie, à basse ou haute fréquence, ou une dé- charge par étincelle à sens unique, ou encore, après que l'arc a éclaté, un courant spatial entretenu à faible tension), soit encore de nature thermo-chimique (flammes produites par la combustion de diverses substances).
Le dispositif auxiliaire préféré pour ioniser l'in- tervalle d'air entre l'électrode de soudage 36 et les pièces à souder 57 et 38 que l'on utilise concurremment avec la présente invention, est de nature électrique, savoir une dé- charge par étincelle à haute tension et faible énergie, qui a un sens unique et qui est alimentée par une source de puissan- ce industrielle à fréquence recurrente.
Le circuit auxiliaire à faible puissance, mention- né ci-dessus, employé pour ioniser l'intervalle qui, comme on l'a déjà dit, existe entre l'électrode de soudage 36 et l'ouvrage 37, 38, est branché en dérivation sur le circuit de puissance déjà décrit. Comme le montre la fig. l, ce cir- cuit auxiliaire comprend un enroulement secondaire 44 d'une bobine d'induction à noyau ouvert, les fils 45 et 46 de ce secondaire 'étant connectés respectivement aux conducteurs 35
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et 40 aux côtés correspondants de l'électrode de soudage et du banc à souder 39, lequel est de toute construction appro- priée et est fait en métal.
Le primaire 47 de cette bobine d'induction à noyau ouvert est connecté par un conducteur 48 à la cathode 49, à chauffage direct ou indirect, d'un tube redresseur de demi-ondes 50 dont l'anode 51 est connectée par un fil 52 à une des bornes de sortie d'un changeur de phase 53 de toute construction appropriée.
L'autre borne de l'enroulement primaire 47 est connectée par un conducteur
54 à l'anode 55 d'un tube redresseur à remplissage de gaz et à commande par grille 56 d'un type analogue aux tubes 16 et 28, mais à plus faible limite de tension, et dont la grille 57 et la cathode 58 sont connectées -par des conducteurs 59 au circuit de commande d'allumage comprenant un élément de commande de toute nature appropriée, de préférence un autre élément du distributeur d'allumage du type mécanique entraîné en synchro- nisme, commandant l'allumage des tubes à décharge 16 et 28.
A la cathode 58 du tube à décharge commandé 56 est connecté, par un conducteur 60, un condensateur à basse tension 61 dont l'armature négative 63 est connectée au conducteur 60 qui est aussi connecté par un conducteur 64 à l'autre borne de sortie du changeur de phase 53 mentionné ci-dessus, ce changeur de phase étant alimenté par des conducteurs de puissance princi- paux à courant alternatif ayant une fréquence identique à celle de la source de puissance alimentant le primaire du transformateur de puissance 10.
L'emploi du dispositif auxiliaire pour ioniser le milieu gazeux de l'intervalle entre l'électrode de soudage
36 et l'ouvrage 37, 38 afin d'augmenter la conductibilité de cet intervalle, dispositif dont on vient de décrire une forme d'exécution, est indispensable quand, ainsi qu'il est recomman- dé pour les raisons indiquées ci-dessus, la grandeur de pointé-
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de la tension secondaire du transformateur de puissance 10 et, partant, la tension de pointe à laquelle il est possible de charger le condensateur de puissance 25 sont maintenues en- dessous de deux mille volts.
Toutefois, si on le désire, cette pointe de la tension secondaire peut être portéeà une grandeur telle que la tension du condensateur de puissance 25, à la- quelle il est possible de charger ce condensateur, dépasse le potentiel critique de l'intervalle entre l'électrode 36 et l'ouvrage 37, 38 notamment quand cet intervalle est plus faible que l'intervalle de 1,5 mm. préféré dans la plupart des cas, et ait ainsi pour résultat que le condensateur de puissance se décharge à travers l'intervalle sans aucune io- nisation auxiliaire du milieu gazeux de cet intervalle.
Les paramètres électriques du système décrit ci- dessus peuvent et doivent être réglés pour se conformer aux conditions se présentant dans chaque installation particu- lière et pour chaque ouvrage particulier à exécuter. C'est ainsi que des épaisseurs différentes et des natures différentes des métaux à unir par la soudure peuvent exiger des décharges d'intensités différentes et celles-ci peuvent à leur tour exiger un réglage approprié des inductances et de la capacité employées dans le circuit, ainsi que de la puissance envoyée au primaire du transformateur de puissance 10.
En outre, la fréquence de la distribution de courant alternatif au transfor- mateur de puissance prédétermine la vitesse optimum du mouve- ment relatif entre le métal de l'ouvrage et l'électrode de soudage afin que les décharges successives ne soient ni trop espacées, ni trop rapprochées entre elles de manière à se superposer et à provoquer un brûlage ou une perforation du métal.
Vu l'opportunité précitée de faire varier les para- mètres du système en accord avec les conditions optimum exi-
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gées pour tout ouvrage particulier à exécuter, les paramètres de ce système sont de préférence établis de façon à être ré- glables. Comme on l'a fait observer ci-dessus, les inductances 34 et 41 ainsi que le condensateur 25 sont réglables. De même, l'énergie débitée par le transformateur 10 est rendue réglable en aménageant plusieurs prises 43 sur le primaire, ainsi qu'il a déjà été mentionné, ou tout autre dispositif approprié, tel qu'un auto-transformateur, peut être intercalé dans le circuit primaire.
Afin que les grilles des tubes à décharge commandés par grille. 16 et 28 puissent reprendre leur commande après chaque allumage aussi rapidement et sûrement que possible, le courant de charge du condensateur de puissance 25, aussi bien que son courant de décharge, doivent avoir un caractère oscillatoire. On satisfait à cette condition en choisissant aussi faible que possible la résistance tant du circuit de charge que du circuit de décharge afin de satisfaire dans l'un et l'autre cas à la relation selon laquelle le carré du paramètre résistance du circuit particulier doit être inférieur à quatre fois le rapport entre les paramètres inductance et capacité de ce circuit.
En. service, le courant alternatif monophasé envoyé au primaire du transformateur de puissance 10 produit une tension alternative correspondante dans le secondaire 13, 14 de ce transformateur; chaque deuxième demi-onde de cette tension coïncide vectoriellement avec le potentiel d'allaer entre l'anode 17 et la cathode 19 du tube à décharge commandé 16. Durant le règne de cette alternance de tension, que l'on pourrait dénommer le demi-cycle "positif", le conducteur 23 est positif par rapport au conducteur 24 et le condensateur de puissance 25 se charge au potentiel voulu aussitôt que la grille 18 intercalée dans le circuit de commande 22 est action-
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née pour allumer le tube à décharge commandé 16.
Durant la charge du condensateur de commande 25 la grille 30 interca- lée dans le circuit de commande 32 bloque le tube à décharge commandé 28 de façon à maintenir déconnectée du condensateur de puissance 25 l'électrode de soudage 36.
Le tube 16 commandé par grille s'allume à un instant prédéterminé durant le demi-cycle "positif" de la. tension se- condaire du transformateur de puissance 10 pour fermer le circuit entre les deux moitiés du secondaire 13, 14 et les armatures du condensateur de puissance 25, de façon à complé- ter le trajet pour le courant chargeant le condensateur. Ce moment d'allumage du tube 16 doit être choisi soigneusement et doit se situer après une pause appropriée consécutive à la décharge précédente du condensateur 25, afin d'empêcher toute superposition entre la décharge précédente et la. charge sui- vante de ce condensateur.
En changeant de manière appropriée l'instant d'allumage du tube de décharge commandé 16 de manière que cet allumage se produise durant l'accroissement de la tension secondaire de transformateur, de préférence au voisina- ge de sa pointe, ou durant la diminution de cette tension, on peut régler la charge du condensateur de puissance 25 de ma- nière que son potentiel final puisse avoir toute grandeur vou- lue variant entre la pointe de la tension du secondaire du - transformateur et quelques volts seulement.
Pendant que le condensateur de puissance 25 se charge, le condensateur à basse tension 61 dû-circuit auxiliai- re décrit ci-dessus se charge lui aussi sous l'effet du chan- geur de phase 33 et du tube redresseur de demi-ondes 50, ce changeur de phase 53 étant réglé de manière appropriée pour que les deux phénomènes se produisent simultanément ou en substan- ce simultanément. )lord que le condensateur 61 se charge, la. grille 57 intercalée dans le circuit de commande 59 bloque le
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le passage du courant dans le tube à décharge commandé 56 et, par suite, aucune tension n'est induite dans le secondaire 44.
.Après achèvement de la charge du condensateur de puissance 25 dont la durée est de l'ordre de moins d'un millième à quelques millièmes de micro-seconde selon les paramètres du circuit de charge et le choix de l'instant d'allumage du tube à décharge commandé 16 par rapport au commencement du demi-cycle positif de la tension secondaire, le courant de charge parcourant Le tube 16 en raison de sa nature oscillatoire amortie, vient tout juste d'achever son premier demi-cycle ou demi-cycle "positif" et tombe à zéro.
A cet instant la grille 18 du tube à décharge commandé 16 reprend la commande et empêche le réallumage de ce tube, de façon à ouvrir électriquement le circuit précédemment fermé entre les deux moitiés du secondaire 13, 14. Le tube à décharge commandé 28 s'allume alors à son tour à un ..instant prédéterminé pour lequel est réglé le circuit de commande 32 comprenant la grille 30, cet instant étant choisi soigneuse- ment pour introduire une pause entre la fin de la charge du condensateur de puissance 25 et le début .de la décharge.
A l'instant d'allumage du tube commandé 28, le circuit est fermé entre l'armature positivement chargée 26 du condensateur de puissance 25, et l'inductance 34 et le conducteur 35, l'arma- ture négativement chargée 27 du condensateur de puissance 25 étant en connexion électrique permanente avec la table de travail à travers les conducteurs 24 et 42, l'inductance va- riable 41 et le conducteur 40.
De cette façon, au moment de l'allumage du tube à décharge commandé 28, une différence de potentiel est appli- quée entre l'électrode de soudage 36 et les pièces à souder 37, 38 posées sur le banc à souder 39, qui constituent les
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bornes de L'intervalle ménagé entre elles, cette différence de potentiel étant presque égale à celle existant entre les armatures 26 et 27 du condensateur de puissance 25.
Cette différence de potentiel est en général insuffisante en elle- même, ainsi qu'il a été spécifié ci-dessus, pour franchir l'intervalle mentionné et, par suite, une décharge du conden- sateur de puissance 25 à travers l'intervalle entre l'électro- de de soudage 36 et les pièces à souder 37, 38 serait plutôt incertaine si on n'y appliquait pas une haute tension super- posée de polarité coïncidente dérivée, à travers les conduc- teurs 45 et 46, du circuit auxiliaire à faible puissance dé- crit ci-dessus.
Le tube à décharge commandé 56 du circuit auxiliaire à faible puissance s'allume sous l'action du circuit de com- mande 59 à peu près à l'instant de l'allumage du tube 28, dé- chargeant ainsi le condensateur à basse tension 61 à travers le primaire 47 de la bobine d'induction à noyau ouvert de manière à induire dans le secondaire 44 de cette bobine une tension qui en un temps très court (environ 200 à 300 micro- secondes) atteint une pointe très élevée (d'environ 5000 volts ou davantage). Le secondaire 44 précité est connecté aux conducteurs 45 et 46, au point de vue de sa polarité, de telle manière que la direction vectorielle de la tension induite dans le secondaire 44 coïncide avec la polarité du condensateur de puissance chargé 25.
L'impulsion à haute tension engendrée dans le secon- daire 44, ayant comme alternative un circuit d'embranchement passant par 34, 33 28, 25, 13, 16, 14, 24, 42, 41 et 40, qui est bloqué efficacement par les tubes à décharge 16 et 28 à commande par grille, par rapport auxquels la direction vecto- rielle de l'impulsion à haute tension a une orientation inver- se, et par l'effet de self des inductances 34, 13 14 et 41, est
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appliquée à travers le conducteur 35 et l'électrode 36 au milieu gazeux de l'intervalle d'air entre cette électrode et ' l'ouvrage 37, 38 reposant sur le banc à souder 39, celui-ci étant lui 'aussi en circuit avec le secondaire 44 par l'inter- médiaire du conducteur 46.
De cette façon, une étincelle in- tensifiant l'ionisation est produite dans cet intervalle d'air et cette .étincelle, en réduisant notablement la résistance ohmique équivalente de l'intervalle crée un trajet prêt pour la décharge du condensateur de puissance 25 La durée de cette décharge de puissance est relativement brève et cette décharge est aussi relativement intense, mais grâce à l'action des inductances 34 et 41, convenablement réglées, elle n'est pas de nature à produire des projections du métal fondu, chauf- fé intensément, du point de jonction entre les pièces à souder 37, 38 touchées par la décharge.
Après une pause appropriée consécutive à cette décharge de puissance à travers l'électrode de soudage 36, durant laquelle la grille 30 du tube à décharge 28 reprend la commande et, de ce fait, déconnecte électriquement le conden- sateur de puissance 25 d'avec la branche de décharge 33, 34, 35, 36, 39, 40, 41, 42 du circuit de puissance, la grille 18 du tube à décharge commandé 16 est actionnée pour réallumer ce tube et les opérations se répétent alors dans le même ordre que celui décrit ci-dessus.
Au cours des décharges récurrentes suivantes depuis l'électrode 36, on déplace l'ouvrage 37, 38 et cette électrode de soudage l'un par rapport à l'autre de tou- te manière appropriée suivant la'longueur du cordon à former, par exemple à 1-laide des galets 81, 82 comme le montre la fige l, la vitesse du déplacement de l'ouvrage étant déter- minée par rapport à la fréquence du courant alternatif :'débité au transformateur de puissance 10, de telle manière que, dans le cas d'un cordon continu, on obtienne le recouvrement partiel
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judicieux des points successifs d'application de la décharge au joint.
Le système montré sur la fig. 2 représente une autre forme d'exécution de l'invention et il est préférable quand on se propose d'appliquer à la soudure une quantité supérieure d'énergie, combinée à une commande plus souple de la pénétrabilité.
Dans cette forme d'exécution, une décharge à arc à courant continu, convenablement réglée, dérivée d'une sour- ce appropriée de courant continu, est superposée à la dé- charge intermittente à sens unique produite par des disposi- tifs identiques à ceux déjà décrits avec référence à la fig.l.
Aussi les éléments de la fige 2, qui correspondent à ceux de la fig. 1, sont-ils désignés par les mêmes chiffres de référence, à l'exception des dispositifs supplémentaires qui, dans la forme d'exécution représentée sur la, fig.2, sont em- ployés pour superposer la décharge à courant continu.
Ces dispositifs supplémentaires, montrés sur la fig.
2, sont branchés en dérivation sur le conducteur 55, l'électro- de de soudage 36, le banc à souder 39 et le conducteur 40 et sont constitués par une source de courant continu à tension appropriée, telle qu'une génératrice ou un redresseur de puis- sance à tension alternative, ou toute autre construction ap- propriée, indiquée schématiquement en 65;
le conducteur posi- tif 66 de cette source de courant continu est connecté par une résistance réglable 67 à l'anode 68 d'un tube redresseur de demi-onde 69 d'un type à décharge à arc, capable de laisser passer un courant relativement intense sous une tension d"'aller" relativement peu élevée mais ayant une limite de tension inverse relativement élevée, la cathode 70 de ce tube étant connectée par le conducteur 71 au conducteur 35 intercalé entre l'inductance réglable 54 et l'électrode de
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soudage 36; le conducteur négatif 72 de la source de courant continu 65 est connecté au conducteur 40 intercalé entre le banc à souder 39 et l'inductance réglable 41.
Les parties du circuit de puissance et du circuit à haute tension et faible puissance, ,représentées sur la fig.2, qui correspondent au système décrit avec référence à la forme d'exécution représentée sur la fig.l, sont tout-à-fait ana- logues tant au point de vue de leur disposition qu' au point de vue de leur fonctionnement; pour leur description et l'exposé de leur fonctionnement on est donc renvoyé à la description détaillée et à l'exposé du fonctionnement de la forme d'exécution représentée sur la fig. 1.
Durant le fonctionnement du système représenté sur la fig.2, la source de courant continu 65 établit une différence de potentiel à sens unique entre l'électrode de soudage 36 et les pièces à souder 37, 38. disposées sur le banc à souder 39, laquelle différence de potentiel a la même- direction vectorielle que la tension apparaissant par inter- mittences entre les conducteurs 35 et 40 durant la décharge intermittente à sens unique du condensateur de puissance 25.
Toutefois, étant donné que cette tension intermittente est inverse par rapport à la valve redresseuse 69, aucun courant de cette provenance ne peut se rendre dans la branche dérivée contenant la source de courant continu 65.
La différence de potentiel à sens unique entre 36 et
37, 38, qui vient d'être mentionnée, provoque durant là dé- , charge du système à condensateur de puissance un afflux de courant continu qui se rend de la source 65, par le conducteur
66, la résistance réglable 67, la valve redresseuse 69, et le conducteur 71 au conducteur 35 et, par delà celui-ci, à l'élec trode de soudage 36, à travers le milieu gazeux de 1-linter- valle libre, fortement ionisé à ce moment, l'ouvrage 37, 38,
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le banc à souder 39 et les conducteurs 40 et 72, pour retour- ner à la source 65.
Selon l'état d'ionisation de l'inter- valle, le courant continu provenant de la. source 65 peut continuer à circuler, encore qu'avec une intensité réduite, même durant la pause entre les décharges intermittentes successives du système à condensateur de puissance, mais cette circulation peut aussi être arrêtée, si on le désire, par un réglage de la. résistance 67 à une grandeur appropriée ou en employant un dispositif approprié pour limiter l'ionisation de gaz, tel que, par exemple, un dispositif qui refroidit le bout de l'électrode 36, ou encore en recourant à ces deux mesures simultanément.
Etant donné que le potentiel maintenu entre les conducteurs 35 et 40 par la source de courant continu 65 a une direction vectorielle opposée à celle des tubes à dé- charge commandés 28 et 16, aucun courant continu ne peut s'établir en provenance de cette source dans la branche du système de puissance constituée par les éléments 34, 33 28, 23, 15, 16, 14, 24, 42 et 41.
Toutefois, il se produit une légère fuite de courant continu de quelques milliampères allant de la source de cou- rant continu 65 à l'enroulement à grande résistance du secon- daire 44 de la bobine d'induction à haute tension et faible puissance appartenant au circuit auxiliaire, ce secondaire 44 étant branché en dérivation, par l'intermédiaire des conducteurs 45 et 46, sur les conducteurs 35 et 40.
Cette légère fuite de courant continu ne nuit guère, mais,si on le désire, on peut l'éliminer aisément en intercalant dans l'un ou l'autre des conducteurs 45 ou 46 une valve redresseuse à sens unique convenablement agencée, comme c'est représenté à propos d'une autre forme d'exécution de l'invention, repré- sentée sur la fig.
4.-
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La décharge à courant continu à travers l'intervalle entre l'électrode de soudage 56 et l'ouvrage 37, 38 qui est- dérivée de la source de courant continu 65, ainsi qu'il est expliqué ci-dessus et dont l'intensité est réglable à l'aide de la résistance 67, se superpose, en tant que décharge compo- sante, à l'autre composante - la décharge intermittente à sens unique du condensateur de puissance 25 à travers le même intervalle - ,les deux décharges composantes se réunissant en une décharge résultante qui est d'une souplesse peu commune au point de vue du réglage de l'intensité de la décharge et qui se prête à un vaste champ d'applications au point de vue de la diversité des métaux à joindre et de leur calibre ou épaisseur.
Tandis que la composante de décharge intermittente fournit à l'ouvrage 37, 38 ce qu'on pourrait dénommer un paquet d'énergie bref et relativement intense, qui est de la nature d'un coup de marteau et qui produit la fusion d'une tache relativement petite pendant un temps relativement court, insuffisant pour permettre à des impuretés de se former dans le sein ou à la surface du métal fondu, la composante de dé- charge à courant continu communique à l'ouvrage de l'énergie supplémentaire qui augmente l'effet de pénétration et qui préchauffe le cordon de soudure.
Les desiderata quant aux paramètres de la forme d'exécution représentée sur la fige 2 sont les mêmes que ceux spécifiés à propos de la forme d'exécution représentée sur la fig. 1, Leurs grandeurs peuvent être .-empruntées aux exemples ci-après dans lesquels on a utilisé partout les donnée sui- vantes :
Fréquence de la distribution à.courant alternatif: 60 cycles par secondes; -
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Régime du transformateur de puissance: 10 à 15 k.V.A. avec 220 volts au primaire et 440 volts au secondaire, celui-ci ayant une résistance d'environ 0,008 ohm; Résistance des conducteurs du circuit de charge : environ 0,065 ohm ;
Bobine d'induction à noyau ouvert 44,47: primaire 47 consti- tué par 170 spires et ayant une résistance de 4 ohms et une inductance d'environ 1240 micro-henrys, secondaire 44 consti- tué par 12. 000 spires et ayant une résistance d'environ 2480 ohms et une inductance d'environ 13 henrys ; Capacité du condensateur à basse tension 61: quatre micro- farads ; Tension du circuit primaire comprenant le primaire 47: de l'ordre de 100 volts, donnant une tension de pointe aux bor- nes du secondaire 44, qui est supérieure à 5000 volts ; Intensité de pointe du courant circulant dans le primaire 47 (déterminée au moyen d'un oscillographe): environ 0,05 am- père; Durée du courant dans le primaire 47 (déterminée au moyen d'un oscillographe): environ 1700 micro-secondes ;
Intensité de pointe du courant traversant le milieu gazeux de l'intervalle d'air entre l'électrode de soudage 36 et l'ouvrage 37 38, qui a été engendrée dans le secondaire 44 (déterminée au moyen d'un oscillographe): environ 17 milliampè- res ; Durée du courant à étincelle précité (déterminée au moyen d'un oscillographe): environ 320 micro-secondes ; La source de courant continu 65 est un redresseur donde totale avec une tension d'alimentation triphasée de 220 volts et avec un régime de courant continu de 10 k.W. sous 60 volt s.
Dans aucun des exemples d'exécution de soudage ci-
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tés ci-après il n'a été employé de fondant.
EXEMPLE 1.
Soudage de tôles de laiton (composition - 705 de Cu, 30% de Zn) de 0,4 mm. d'épaisseur. Grandeurs des paramètres employés-.
Capacité du condensateur de puissance 25:
140 micro-farads;
Inductande réglable 34 environ 768 micro-henrys; résistance de cette inductance:. environ 0,178 Ohm
Inductance réglable 41: environ 1080 micro-henr.Ys; résistance de cette inductance: environ 0,23 ohm ;
Courant primaire du transformateur de puissance 10 environ 48 ampères;
Courant continu du redresseur de puissance 65: environ 10 ampères;
Les lectures des deux courants sont faites sur des ampèremètres intercalés dans les circuits branchés respectifs;
Vitesse linéaire de l'opération de soudage: environ 2,55 mètres à La minute;
Résultat: un cordon de joint uniforme, dense et ductile, à pénétration excellente, parfaitement étanche aux gaz.
Les cordons soudés de plusieurs éléments tubulaires de 38,1 mm. de diamètre inté- rieur, produits en préfaçonnant des feuillardsdu laiton ci-dessus et en les soudant par rapprochement, sont étanches aux gaz et ont une résistance très satisfaisante ; après traitement thermique, les extrémités de ces tubes soudés sont déployées à un diamètre intérieur allant jusque 50,8 mm. sans qu'il. s'ensuive une séparation du joint soudé.
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EXEMPLE 2.
Soudage de tôles de laiton (composition: 70% de Cu, 30% de Zn) de 0,525 mm. d'épaisseur. Grandeurs des paramètres et courants employés:
Capacité du condensateur de puissance 25:
200 micro-farads;
Inductances réglables 34 et 41: environ 1350 micro-henris et 0,28 ohm chacune ;
Courant primaire (intensité mesurée) du transfor- mateur de puissance 10: environ
55 ampères;
Courant continu (intensité mesurée) venant du re- dresseur de puissance 65 : environ16,5 ampères.
Résultat: le même qu'à l'exemple 1.
EXEMPLE 3.
Soudage d'une plaque circulaire de 0,4 mm. d'épais- seur (composition: 70% de Cu, 30% de Zn), s'emboftant dans un tube de bronze phosphoreux de 22,2 mm de diamètre intérieur et 0,25 mm. d'épaisseur de paroi, à l'extrémité de ce tube, pour former le fond d'une enveloppe cylindrique.
Grandeurs des paramètres et courants électriques employés:
Capacité du condensateur de puissance 25: 140 micro-farads ;
Inductance réglable 54: environ 950 micro-henrys; résistance de cette inductance : environ0,21 ohm;
Inductance réglable 41 : environ 830 micro-henrys et résistance de cette inductance: environ
0,19 ohm ;
Courant primaire du transformateur de puissance 10 (intensité mesurée): environ 23,6 ampères ;
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Courant continu (intensité mesurée) venant de la source de courant continu 65:' environ 5.5 ampères.
Résultat: - un cordon de joint uniforme et bien façonné, parfaitement étanche aux gaz.
EXEMPLE 4
Soudage de tôles d'aluminium de 0,8 mm. d'épaisseur.
Grandeurs des paramètres et courants électriques employés-.
Capacité du .condensateur depuissance 25: 140 micro- farads;
Inductance réglable 34: environ 770 micro-henrys, résistance de cette inductance: environ
0.175 ohm;
Inductance réglable 41: environ 1080 micro-henrys, résistance de cette inductance: environ
0.23 ohm;
Courant primaire (intensité mesurée) du transforma- teur de puissance 10: environ 48 ampères;
Courant continu (intensité mesurée)- venant de la source 65: environ 13 ampères;
Vitesse linéaire de l'opération de soudage: environ
3 mètres à la minute (vitesse maximum réalisable dans l'installation disponible);
Résultat: Cordon de joint très satisfaisant, à péné- tration excellente, pas de porosité.
Des tubes de 38,1 mm. de diamètre intérieur, produits en préfaçonnant un feuillard d'alu- minium' et en le soudant par rapprochement, peuvent, après traitement thermique, être facilement déployés à 44,4 mm. et davanta- ge sans séparer le joint soudé.
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EXEMPLE 5/
Soudage de tôles d'acier laminées à chaud de 0.775 mm d' épai sseur.
Grandeurs des paramètres et courants électriques employées:
Capacité du condensateur de puissance 25: 140 micro- farads;
Inductance réglable 34: environ 803 micro-henrys, résis- tance de cette inductance: environ 0,188 ohm ; Inductance réglable 41 : environ1330 micro-iienrys, résis- tance de cette impédance: environ 0,28 ohm;
Courant primaire (intensité mesurée) du transformateur de puissance 10 : environ 60 ampères;
Courant continu (intensité mesurée) venant de la source
65: environ 13 ampères.
Résultat: - cordon de joint entièrement satisfaisant ; la pénétration quelque peu limitée indique la nécessité d'une puissance élevée qui ne pou- vait être fournie par l'installation disponi- ble en l'occurrence.
Les opérations de charge et de décharge du conden- sateur de puissance 25 d'une installation correspondant à la forme d'exécution représentée sur la fig. 2 et utilisant les données citées à propos des exemples de soudage précités, furent soumises à un examen photo-oscillographique et elles fournissent les données suivantes pour les grandeurs de para- mètres et courants employées, citées ci-après :
Capacité du condensateur de puissance 25: 140 micro- farads;
Inductance réglable 34 environ 1000 micro-henrys, résistance de cette industance : environ0.22 ohm;
Inductance réglable 41: environ 830 micro-henrys ; résis- tance de cette inductance: environ 0,19 ohm ;
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Courant primaire (intensité mesurée) du transformateur de puissance 10: environ 45 ampères ; Courant continu (intensité mesurée) venant de la source
65: environ 9,5 ampères.
Les grandeurs déterminées au moyen de l'oscillographe sont: Intensité de pointe du courant de charge du condensateur de puissance 25: environ 63 ampères ; Temps révolu entre le début du courant de charge et son intensité de pointe: environ 450 micro-secondes ; Durée totale du courant de charge du condensateur de puis- sance 25: environ 1800 micro-secondes ;
Intensité de pointe du courant de décharge du condensateur de puissance 25, qui est la composante intermit- tente de la décharge résultante entre l'électrode de soudage 36 et l'ouvrage 3738: environ 171 ampère,s; Densité de pointe du courant cathodique de la composante de décharge intermittente:, environ 68 ampères par millimètre carré ou environ 6800 ampères par centimètre carré ; Temps révolu entre le début de la décharge du condensateur de puissance et sa pointe: environ 700 micro- secondes; Durée totale de la décharge du condensateur de puissance: environ 1580 micro-secondes ; Intensité de pointe de la composante à courant continu de la décharge résultante entre l'électrode de souda- ge 36 et l'ouvrage 37,38: environ 17 ampères ;
Densité de pointe du courant cathodique de la composante de décharge à courant continu: environ 6,4 ampè- res par millimètre carré ou environ 640 ampères par centimètre carré ;
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Densité de pointe du courant cathodique de la décharge résultante entre l'électrode de soudage 36 et l'ouvrage 37,38" environ 74,4 ampères par milli- mètre carré ou environ 7440 ampères par centimè- tre carré.
Les données ci-dessus donnent une image nette du mécanisme de la décharge, et bien qu'ellesappartiennent à une installation particulière et à un degré de réglage spécial de celle-ci, elles indiquent clairement les caractéristiques de le présente invention, qui diffèrent radicalement de celles des procédés de soudage employées jusqu'ici dans la technique.
Le fait le plus frappant est que la densité de pointe du courant cathodique de la décharge dans l'intervalle d'air entre l'électrode 36 et l'ouvrage 37,38, même dans le cas de cette installation particulière d'une puissance plutôt limitée et d'un débit réglé à une valeur relativement rédui- te, est plusieurs fois plus grande que la densité de pointe du courant cathodique à l'air libre qui peut être obtenue par l'un ou l'autre des moyens actuellement employés dans la technique.(Les densités de courant cathodique des décharges à arc dans l'air, employées dans la technique, varient selon les procédés de soudage employés ;
les électrodes en carbone cette densité est d'environ 450 ampères par centi- mètre carré, pour des électrodes en fer elle est d'environ 900 ampères par centimètre carré, et pour des électrodes en cuivre cette densité peut atteindre une grandeur d'environ 2200 ampères par centimètre carré).
Par suite, il est entièrement justifié de se référer à cette caractéristique de la présente invention comme à une décharge à densité de courant relativement élevée, étant donné qu'en général cette décharge a une densité de courant cathodi-
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que qui, à sa pointe, est deux fois ou davanta.ge plus grande que toute densité jamais employée jusqu'ici dans la techni- que, avec emploi d'électrodes identiques pour souder des matières de même nature.
La caractéristique distinctive suivante de la pré- sente invention est le temps très court durant lequel la décharge résultante produit effectivement la fusion du métal. de l'ouvrage. Bien que la.durée totale de cette décharge ré- sultante puisse être de l'ordre de 1500 micro-secondes, comme dans le dernier exemple cité, ou éventuellement un peu plus longue, - pratiquement environ un tiers ou davantage (selon les caractéristiques thermiques dumétal de,l'ouvrage) de ce laps de temps déjà assez court en lui-même est employé pour préchauffer le point affecté,de l'ouvrage et pour le recuire partiellement aprèsla fusion, de sorte que la fusion propre- ment dite de ce point peu étendu du métal de l'ouvrage n'a lieu que pendant environ 1000 micro-secondes ou moins.
Cette très petite fraction d'une seconde est insuffisante pour former des quantités sensibles de composés nuisibles, tels que des oxydes, nitrures, etc., et contaminer la surface ou l'intérieur des globules fondus du métal de l'ouvrage sous .l'effet de ces composés; par suite, la disparition de ces globules n'est pas entravée en fait par une pellicule super- ficielle de matière étrangère, d'ou il résulte que, sans avoir besoin en général, d'aucun fondant protecteur, on obtient un cordon de soudure dont la surface et l'intérieur sont pratiquement et en fait exempts des composés nuisibles mentionnés ci-dessus.
La caractéristique précitée de la présente invention permet de l'employer de manière générale pour un soudage sans fondant, même de métaux aussi difficiles à souder que l'alu- minium.
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Etant donné que la décharge résultante entre l'élec- trode de soudage 36 et l'ouvrage 37,38 en général et, ainsi qu'il a été expliqué ci-dessus, sa partie à densité de courant élevée, qui produit la fusion, en particulier, exige une courte durée, inférieure à un deux-centième de seconde - il est donc entièrement justifié de se référer à la deuxième caractéristique de la présente invention comme ayant trait à un lapsde tempsd'une durée relativement courte.
Une autre caractéristique distinctive de la pré- sente invention est le front relativement raide de la dé- charge entre l'électrode de soudage 36 et l'ouvrage 37,38: l'accroissement rapide et la diminution subséquente plus lente du courant de décharge, progressant généralement en pente douce. Pour atteindre sa pointe, il faut au courant de la décharge beaucoup moins de temps que pour diminuer ensuite de la pointe à zéro - dissymétrie par rapport à la durée totale du courant, qui caractérise les décharges oscil- lantes amorties.
La combinaison de la tension relativement élevée existant entre l'électrode de soudage 36 et l'ouvrage 37,38 durant la décharge, qui accélère notablement l'activité de collision des électrons dans la direction de l'axe de l'inter- valle à l'intérieur de la région du plasma de la décharge, du front raide de la décharge, de la densité de courant élevée et de la durée très courte du phénomène entier, - produit un effet semblable à celui d'un coup de marteau porté sur le point du métal de l'ouvrage, affecté par la décharge, ce qui contribue dans une large mesure à la densité du cordon résultant et, - au point d.e vue du soufflage magné- tique, dans les cas où celui-ci s'impose nettement, - réduit notablement sinon entièrement l'effet de ce soufflage sur la décharge proprement dite.
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Dans certains cas il peut être avantageux d équiper le circuit de décharge d'un dispositif à l'aide duquel on puisse éliminer ce qu'on appelle "le choc inductif en retour" provoqué par les inductances localisées et réparties de ce circuit. linsi, dans les formes d'exécution représentées sur les figs. 1 et 2, les inductances 34 et 41 et les inductances réparties sur le circuit comprenant les éléments 23, 28, 33, 36, 37, et 38, 39, 40, 42. et 24, - tendent à charger le con- densateur de puissance 25 à un potentiel qui a une direction vectorielle inverse de celle régnant durant la charge du cond'ensateur sous l'action du transformateur de puissance 10, et il peut être désirable de prévoir un dispositif pour empê- cher une telle àharge inverse.
La fig. 3 représente une autre forme d'exécution du circuit de soudage conforme à la pré- sente invention, qui comprend un dispositif de ce genre, les circuits de charge et de décharge de cette figure étant les mêmes que dans les circuits représentés sur la fig.2, les mêmes chiffres de référence étant employés pour désigner partout des éléments correspondants, excepté l'aménagement du dispositif empêchant le "choc inductif en retour]1 qui vient d'être mentionné.
Sur la fig.3, une valve redresseuse à sens unique 73 du type à décharge à arc, capable de laisser passer un courant relativement intense sous une tension d'aller re- lativement basse, mais ayant'une limite de tension inverse relativement élevée, a son anode 74 connectée par le conduc- teur 75 au conducteur 42 et sa cathode 76 connectée par le conducteur 77 au conducteur 33 De cette façon, quand se produit la décharge du condensateur de puissance 25, le passage du courant, provenant de cette source, à travers le tu- be 73, est bloqué du fait que la différence de potentiel entre 33 et 42, créée par la décharge du condensateur de
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puissance 25, est inverse par rapport au tube 73.
Pour la même raison, ni la décharge du circuit auxiliaire à faible puissance et haute tension, ni la tension maintenue entre les conducteurs 35 et 40 par la source de courant continu,65, ne peuvent provoquer aucun passage de courant dans la. valve à sens unique 73 Toutefois, toute tendance des inductances du circuit de décharge à créer une charge inverse dans le con- densateur de puissance 25 par suite de l'évanouissement du champ électromagnétique dans ce circuit, est empêchée effi- cacement, vu que la valve à sens unique 73 sert de dériva- tion pour tout courant résultant de tensions engendrées dans les inductances localisées 34 et 41 et dans l'induc- tancé répartie du circuit comprenant les éléments 33, 35, 36, 37, et 38, 39, 40 et une partie de 42.
Le fonctionnement du circuit de soudage représenté sur la fig.3 est le même, en principe, que celui du circuit de la fig.2, ainsi qu'on s'en rendra facilement compte en comparant les circuits.
Dans les formes d'exécution représentées sur les figs. 1, 2 et 3, seulement une moitié de chaque onde alter- native du débit de puissance à courant alternatif monophasé est utilisée pour produire la décharge intermittente à sens unique. Le principe de l'invention, décrit ci-dessus, peut être utilisé dans un circuit contenant un dispositif à l'aide duquel les deux moitiés de chaque onde alternative du débit de puissance à courant alternatif peuvent être uti- lisées tour à tour, doublant ainsi le nombre de décharges par seconde. Ceci peut être avantageux pour traiter des pièces métalliques de certaines caractéristiques et épais- seurs, ainsi que pour augmenter la vitesse du mouvement re- latif entre l'électrode de soudage et l'ouvrage, en raison du plus grand nombre de décharges par unité de temps.
Un
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pareil circuit, représenté sur la fig.4, peut être caractéri- sé généralement comme étant composé de deux circuits inter- connectés du type décrit ci-dessus avec référence aux figs. l et 2., mais utilisant des dispositifs appropriés pour em- pêcher une réaction entre les deux moitiés du circuit pendant que les moitiés respectives de chaque onde alternative du débit de puissance à courant alternatif sont utilisées.
Sur la fig.4, le primaire 100 du transformateur de puissance 101 est connecté de manière appropriée, par des conducteurs 102, à toute source appropriée de courant alter- natif monophasé, comme dans la forme d'exécution représentée sur les figs. 1 et 2. Ce primaire 100, également comme dans les formes d'exécution représentées sur les figs. 1 et 2, est de préférence réglable du fait qu'il est équipé d'une ou plu- sieurs prises supplémentaires 103.
Le secondaire 104 du trans- formateur de puissance 101 n'est pas scindé comme dans les formes d'exécution des figs. 1 et 2, mais-ses bornes op- posées sont raccordées par des conducteurs 105 et 106 aux cathodes 107 et 108 de deux tubes à décharge à arc remplis de gaz et commandés par grille 109 et 110, dont les grilles 111 et 112, conjointement avec les cathodes respectives 107 et 108,sont connectées par des conducteurs 113--et 114à des circuits de commande d'allumage distincts assurant une commande appropriée de l'allumage, tels que les contacteurs entrafnés en synchronisme, équipés de balais, cités dans la description de la forme d'exécution représentée sur la fig.
1 Les anodes 115 et 116 de ces tubes à décharge commandés 109 et 110 sont connectées par des conducteurs 117 et 118 aux armatures néga- tives 119 et 120 des condensateurs de puissance 121 et 122.
Les conducteurs 105 et 106 sont connectés respecti- vement par des conducteurs 123 et 124 à des tubes à décharge à arc 125, 126 remplis de gaz et commandés par grille; la fonc-
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tion de chacun de ces tubes est comparable à la fonction du tube à décharge commandé 16 des formes d'exécution des figs.
1 et 2 et leurs grilles et cathodes sont intercalées dans des circuits de commande, ainsi qu'il a été 'expliqué plus en détail à propos de la forme d'exécution de la fig.l. Les tu- bes 125 et 126 sont respectivement connectés par des conduc- teurs 127 et 128 aux armatures positives 129 et 130 des con- densateurs de puissance 122 et 121.
Le conducteur 127 est connecté par le conducteur 131 à un tube à décharge à arc 132 rempli de gaz et commandé par grille, et le conducteur 128 est connecté de même par le conducteur 133 à un tube à décharge à arc 134 rempli de gaz et commandé par grille , les tubes 132 et 134 étant comparables, au point de vue de leur fonction, au tube 28 de la forme d'exécution représentée sur la fig.l, les grilles et cathodes de ces tubes étant in- tercalées dans des circuits de commande, ainsi qu'il a été expliqué à propos de cette forme d'exécution.
La cathode du tube à décharge commandé 132 est connectée par l'inductance réglable 135 à un conducteur 136 qui est connecté par un conducteur 137 à l'électrode de sou- dage 138, et de manière analogue la cathode du tube à déchar- ge commandé 134 est connectée par une inductance 139 à un conducteur 140 qui, lui aussi, est connecté au conducteur 137 menant à l'électrode de soudage 138. Tout comme dans la forme d'exécution de la fig. 2, le conducteur 137 est aussi connecté à toute source appropriée de courant continu, telle qu'une génératrice ou un redresseur de courant alternatif.
La fig.4 montre schématiquement un redresseur 141 dont la. borne positi- ve est connectée par un conducteur 142 et une résistance ré- glable 143 à l'anode d'un tube redresseur de demi-onde 144 du type à décharge à ard, capable de laisser passer un cou- rant relativement intense sous une tension d"'aller" relative-
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ment basse, mais ayant une limite de tension inverse relati- vement élevée, et dont la cathode est connectée par le con- ducteur 145 au conducteur 137 ce tube redresseur 144 fonc- tionne en l'occurrence comme une valve à seris unique analogue au tube 69 de la forme d'exécution représentée sur la fig. 2.
La borne négative de la source de courant continu 141 est connectée par le conducteur 146 au conducteur 147 dont une extrémité est connectée au banc à souder 148 portant les pièces à souder 149 et 150, tandis que son autre extrémité est connectée par la conductance réglable 151 au conducteur 152 qui à son tour est connecté. au conducteur 118
Aux conducteurs 137 et 147 sont aussi connectés deux circuits auxiliaires à faible puissance et haute tension desti- nés à produire des décharges par étincelle pour ioniser le mi- lieu gazeux de l'intervalle d'air entre les électrodes 138 et l'ouvrage 149 150 ces circuits étant analogues, quant à la disposition de leurs éléments, notamment dans leurs cir- cuits à basse tension, et quant à leur fonction, au circuit auxiliaire décrit à propos de la forme d'exécution représen- tée sur la fig. 1.
Le conducteur 137 est connecté par le con- ducteur 153 au secondaire 154 d'une bobine d'induction à noyau ouvert, la borne opposée de ce secondaire 154 étant connectée par un conducteur 155 à un tube redresseur de demi-onde 156 à tension inverse relativement élevée, qui est employé en l'occurrence comme valve à sens unique, dont l'ano- de est connectée par un conducteur 157 aunconducteur 147 qui à son tour est connecté au banc à souder 148.
au conducteur 153 est aussi connecté un conducteur 158 menant au secondaire 159 d'une seconde bobine d'induction à noyau ouvert du même caractère que 154, dont la borne opposée est connectée à un tube redresseur de demi-onde 160 à tension inverse relative- ment élevée, comparable au tube 156, qui est aussi employé en
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l'occurrence comme valve à sens unique. L'anode de ce dernier tube est aussi connectée par un conducteur 161 au conducteur 157,
Chacun des secondaires 154 et 159 est associé à un circuit distinct pour y induire une tension relativement élevée et, comme les deux circuits sont identiques, il suffi- ra de n'en décrire qu'un, les mêmes chiffres de référence étant employés pour chacun de ces circuits.
Au secondaire de chaque bobine d'induction à noyau ouvert est associé un primaire 162 dont-rune des bornes est connectée par le conducteur 163 à la cathode d'un petit.tube redresseur de demi-onde 164 et aussi à l'armature positive d'un condensateur 165 à régime de tension relativement basse, ce petit tube redresseur 164 étant du type à remplissage de gaz et étant capable de laisser passer un courant relative- ment intense sous une tension d'aller relativement basse.
La borne opposée du primaire 162 est connectée par un conduc- teur 166 à l'anode d'un tube à décharge rempli de gaz et commandé par grille 167 dont la grille et la cathode sont connectées par des conducteurs 168 à un circuit de commande d'allumage comme dans le cas du circuit correspondant 59 de la forme d'exécution de la fig.l. La cathode du tube à dé- charge commandé 167 est connectée par le conducteur 169 à l'armature négative du condensateur 165.
L'anode du tube redresseur 164. et le conducteur 169 sont connectés respecti- vement par des conducteurs 170 et 171 aux bornes de sortie d'un changeur de phase 172 qui peut avoir la même construction que le changeur de phase 53 de la forme d'exécution repré- sentee sur la fig.1 Les deux changeurs de phase 172 des deux circuits primaires des deux systèmes à haute tension et faible puissance sont réglés de manière à charger alter- nativement les condensateurs à basse tension respectifs 165,
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chaque changeur de phase utilisant ainsi une moitié corres- pondante de chaque onde alternative du débit de courantcon- tinu; autrement dit, les changeurs de phase 172 sont réglés de manière à être déphasés l'un par rapport à l'autre de 180 degrés électriques.
Le fonctionnement du circuit qui vient d'être dé- crit ressortira de la description. des formes d'exécution re- présentées sur les figs. 1 et 2. En bref, la première moitié de chaque alternance débitée par le secondaire 104 du trans- formateur de puissance 101, dont la direction vectorielle coïncide avec la, tension d'aller des tubes à décharge remplis de gaz et commandés par grille 126 et 109, charge le conden- sateur de puissance 121 quand les tubes à décharge, commandés
126 et 109 sont allumés.
Il est évident que la décharge dans chacun de ces tubes 126 et 109 doit se produire en même temps et que, par conséquent., ils doivent s'allumer simultanément sous l'effet de la commande d'allumage précitée ; de cette façon, quand ces tubes à décharge 126 et 109 sont allumés, le circuit est fermé depuis le secondaire 104 du transforma- teur de puissance l0l par le conducteur 124, le tube à dé- charge commandé 126, le conducteur 128, le condensateur de puissance 121, le conducteur 118 le conducteur 117, le tube à décharge commandé 109 et le conducteur 105 jusqu'à 1'autre borne du secondaire 104.
Durant l'autre demi-onde, le secon- daire produit une tension d'aller par rapport aux tubes à décharge commandés 125 et 110 et l'autre condensateur de puissance 122 se charge quand les tubes 125 et 110 s'allument simultanément, le circuit étant alors fermé par le conducteur
105, le conducteur 123 le tube à décharge commandé 125, le conducteur 127, le condensateur de puissance 122, le conduc- teur 118, le conducteur 117, le tube à décharge commandé 110 A
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et le conducteur 106 raccordé à la borne supérieure du secon- daire 104.
Quand le tube à décharge commandé 134 s'allume à un instant approprié, ainsi qu'il a été expliqué ci-dessus à propos de la forme d'exécution représentée sur la fig.l, alors que les tubes à décharge commandés 126 et 109 ne sont pas allumés, le condensateur de puissance 121 se décharge dans le circuit de l'ouvrage, qui comprend le tube à décharge commandé 134 l'inductance réglable 139, les conducteurs 140 et 137, l'électrode de soudage 138, les pièces à souder 149, 150, le banc à souder 148, le conducteur 147, l'inductance ré- glable 151 et les conducteurs 152 et 118; l'allumage du tube à décharge commandé 134 s'opère suivant les principes expli- qués ci-dessus à propos de la forme d'exécution représentée sur la. fig.l, après une pause appropriée entre l'opération de charge et l'opération de décharge.
De manière analogue, quand le tube à décharge commandé 132 s'allume, alors que le tube à décha.rge commandé 125 ne transporte aucun courant, le condensateur de puissance 122 se décharge dans le circuit de l'ouvrage, qui comprend les éléments 127, 131, 132, 155, 136, 137, 138 149 et 150, 148, 147, 151, 152 et 118
Tout comme dans la forme d'exécution représentée sur la fig.
2, la source de courant continu 141 applique à tout moment, à travers la valve à sens unique 144, un poten- tiel continu entre l'électrode de soudage 138 et les pièces à souder 149 et 150, ce qui a pour résultat une décharge compo- sante a courant continu dans le milieu gazeux compris entre elles, l'autre composante - la décharge de chaque condensateur de puissance - étant simultanée avec la décharge ionisatrice du circuit à haute tension et faible puissance correspondant.
Les paramètres de la forme d'exécution de la ig.4 peuvent être choisis en accord avec les principes expliqués ci-dessus à propos de la forme d'exécution représentée sur la-
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fig. 1 et développés davantage avec référence à la fig.2.
Ces paramètres,doivent être compatibles avec les conditions du caractère oscillatoire des courants de charge et de décharge, ainsi qu'il'a été expliqué ci-dessus.
Il est clair que pour toutes les fotmes d'exécution précédentes on prévoit des dispositifs appropriés pour produire le mouvement relatif entre l'électrode de soudage et les pièces métalliques à joindre posées sur le banc à souder, ainsi que le montrent les galets 81, 82 représentés sur la fig.l.
Dans les formes d'exécution représentées sur les dessins annexés, les tubes à décharge remplis de gaz et comman- dés par grille et les tubes redresseurs de demi-ondes ont été représentés, comme utilisant respectivement des cathodes à chauffage indirect et à chauffage direct, ainsi que l'indiquent schématiquement les circuits de chauffage connectés à ces tubes, et les montages ainsi représentés sont ceux que L'on préfère, étant données les caractéristiques actuelles des tubes à dé- charges disponibles dans le commerce,, mais il doit être sou- ligné expressément que l'invention n'est point limitée au mode de chauffage de la cathode, à condition que les tubes - que ce soient des redresseurs à remplissage de gaz commandés par grille ou des valves,
redresseuses de demi-onde - possèdent les caractéristiques requises pour remplir leurs fonctions respectives spécifiées ci-dessus.
Dans les formes d'exécution décrites ci-dessus, les tubes à décharge remplis de gaz et commandés par grille ont été représentés comme étant intercalés respectivement dans des circuits de commande actionnés de manière appropriée dans un ordre chronométrique, de façon à provoquer l'allumage ou amorçage de ces tubes à des intervalles de temps voulus afin d'assurer le mode de fonctionnement expliqué ci-dessus, et comme on l'a déjà indiqué, les dispositifs pour commander ces
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circuits sont de préférence des contacteurs entraînés en synchronisme dont le ou les balais respectifs sont connectés électriquement aux différents circuits de commande d'une ma- nière que comprendront les gens de métier, mais il doit être souligné expressément que l'invention n'est point nécessaire- ment limitée à l'emploi ,
d'un tel mécanisme de commande méca- nique, étant donné que tout autre dispositif de commande approprié qui provoque l'allumage des tubes à décharge com- mandés respectifsdans l'ordre voulu et aux intervalles de temps voulus peut être employé dans le cadre élargi de la présente invention.
Les tubes à décharge à remplissage de gaz commandés par grille du type à grille agissant par déclics (Thyratron) ont été employés de préférence, dans les différentes formes d'exécution décrites ci-dessus, comme dispositifs interrup- teurs pour la mise a exécution de la présente invention, étant donné que, comme on l'a mentionné ci-dessus, ces tubes sont du type pratique actuellement disponible présentant les caractéristiques de commutation voulues.
Toutefois, il doit être souligné expressément que la présente invention n'est point limitée à l'emploi d'un type particulier de tubes à décharge commandés, étant donné qu'on peut aussi employer d'autres types de dispositifs à décharge électronique ou à ard commandé, comme par exemple ceux qu'on appelle les "am- plificateurs ioniques" dont le principe est décrit dans le brevet américain No. 1.850.967, ou même d'autres dispositifs plus ou moins mécaniques, comme par exemple le mécanisme interrupteur basé sur les principes exposés dans les brevets américains Nos. 1.85.704, 1.819.633, 1.930.933 et 2.051.708, en les adaptant de manière appropriée aux exigences de la présente invention, pour mettre celle-ci à exécution.
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D'autres changements possibles se présenteront aisément d'eux-mêmes aux gens de métier au point de vue des connexions et du montage des circuits et de la forme des élé- . ments électriques de ceux-ci, sans que pour cela on doive s'écarter des principes et des modes de fonctionnement spécifiés ci-dessus, et tous ces changements sont présumés rentrer dans le cadre de la présente invention.
.Aussi voit-on que la présente invention procure un procédé et un système nouveaux de soudage électrique, qui conviennent pour joindre entre elles des pièces de métal relativement mince ou joindre une pièce de métal relativement mince à une pièce relativement massive ou encore pour joindre entre elles des pièces en métal relativement massif.
La pré- sente invention élimine pratiquement l'instabilité du soudage à arc par fusion, de manière à obvier à la formation de pi- qûres et de brûlures, aux variations de l'intensité de fusion, aux solutions de continuité des cordons soudés, à la formation de cavités et à d'autres irrégularités des caractéristiques du cordon résultant. Celui-ci, tel qu'il est produit grâce à la présente invention, a un caractère régulier et, grâce à la manière dont il est formé, le métal fondu peut revenir rapide- ment à son état normal après la fusion sans changer sensible- ment le métal entourant et sans contaminer le métal fondu au point d'entraver la recristallisation subséquente voulue,
de sorte qu'on éviae des effets nuisibles qui ont généralement pour résultat d'affaiblir mécaniquement le joint. Le cordon résultant est résistant, dense - grâce à l'effet de pilonnage de la décharge intermittente d'intensité relativement élevée -, et ductile, et il est ainsi apte à résister à des efforts de flexion énergiques sans s'ouvrir. Le procédé conforme à la présente invention permet de former les cordons de soudure à une vitesse relativement élevée et il peut aussi être employé
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pour des métaux tels que 1'aluminium qui jusqu'ici ne se pré- taient au soudage qu'avec difficulté. La fusion peut être produite sans employer de fondants, bien que ceux-ci puissent aussi être utilisés si on le désire.
En même temps le système et le procédé conformes à la présente invention n'impliquent pas un équipement compliqué et coûteux, mais permettent de produire des cordons résistants, réguliers et durables à frais raisonnables.
Bien que les formes d'exécution de la présente invention décrites ci-dessus, aient été exposées avec beaucoup de détails, il doit être souligné expressément que l'invention n'y est point limitée, car l'invention est susceptible de recevoir un grand nombre d'expressions différentes dont d'aucunes se présenteront à l'esprit des gens de métier, tandis que des changements peuvent être apportés aux détails des montages et que les paramètres des systèmes électriques peuvent être variés en accord avec le travail à exécuter, etc., sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Procédé de soudure par fusion de pièces métal- liques à joindre, caractérisé en ce qu'on amène les pièces à joindre à la position de soudage correcte l'une par rapport à l'autre et par rapport à l'électrode de soudage et on pro- duit une succession de décharges à arc intermittentes à sens unique d'une densité de courant relativement élevée et d'une durée relativement brève dans le milieu gazeux de l'inter- valle entre l'électrode et les pièces à joindre.