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" Procédés et appareils pour la soudure à résistance "
La présente invention concerne l'art; de la soudure électrique à résistance et elle vise plus particulièrement un procédé et un appareil perfectionné pour la soudure des, métaux par le procédé à résistance.
Jusqu'à présent, les machines à soudure à résistance ont été alimentées avec un courant alternatif monophasé..Pour les installations diphasées et triphasées, qui sont généra- lement employées dans les établissements industriels, ceci conduit à une charge de force motrice non équilibrée et on rencontre un grand inconvénient lorsqu'il s'agit de grandes machines à cause de la grande quantité d'énergie à fournir.
La difficulté réside dans la nature du transformateur de sou-
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dure, qui ne peut pas transformer une alimentation polyphasée, et un courait monophasé ; une perturbation supplémentaire est due à la grande réactance du circuit secondaire de la machine de soudure, ce qui a pour conséquence que le fadteur de puis- sance est très bas et généralement inférieur à 30 %.
, On a essayé d'améliorer cet état de choses en montant des condensateurs dms le circuit primaire du trans- formateur de soudure et en utilisant un courant à basse fré- quence, par exemple de 25 périodes au lieu de 60. Toutefois, ce courant à basse fréquence est rarement disponible et, en outre, la charge n'est pas encore équilibrée lorsqu'il s' agit d'un courant polyphasé. D'autres solutions ont consisté à, utiliser un groupe moteur-génébatrice qui transforme le courmt polyphasé de haute fréquence en courait monophasé de basse fréquence, mais ceci augmente notablement le coût de l'ins- tallation..
L'accumulation de l'énergie est une autre tentative qui a été faite pour résoudre le problème, mais la théorie et la pratique ont montré que ni les machines de soudure à accumu- lation électro-magnétique, ni les machines à accumulation :électrostatique, ne peuvent fournir des courants pendant un laps de temps dépassant une petite fraction d'une seconde ; or, dans certains cas, plusieurs secondes sont nécessaires pour la soudure de grosses pièces de métal.
La présente Invention a pour but de créer un procédé de soudure assurant un facteur de puissance amélioré et permettant de réduire la consommation d'énergie et les pertes de chaleur. Ce procédé est basé sur l'emploi de l'ac- cumulation électro-magnétique d'énergie en vue d'obtenir un courait alternatif de soudure à basse fréquence.
Un autre but consiste à créer un procédé de soudure basé sur l'accumulation électro-magnétique d'énergie et suivant lequel la soudure est effectuée au moyen d'un courant
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alternatif à basse fréquence, produit par plusieurs impulsions de courant primaire.
Un autre but de la présente invention consiste à créer un procédé de soudure suivent lequel le courant qui passe dans le circuit secondaire pendant le/soudure est un courait alternatif de basse fréquence et, suivant lequel une charge équilibrée est empruntée à une source de courait alter- natif diphasé et triphasé:
Un autre but de l'invention consiste à créer un procédé de soudure à résistance pour la soudure de métaux, procédé suivant lequel le courait de soudure qui passe dans le circuit secondaire est un courant alternatif de basse fréquence ayant la forme d'onde la mieux appropriée aux caractéristiques du métal à souder.
Un autre but de l'invention consiste à créer des dispositifs perfectionnés pour, appliquer des impulsions pério- diques de courant continu fourni par un redresseur à l'enrou- lement primaire d'un transformateur, et suivant lesquels le transformateur est caractérisé par un entrefer dans son noyau en fer pour augmenter l'accumulation d'énergie et pour amé- liorer la forme d'onde du courant de soudure induit dans le circuit secondaire.
Un autre but consiste à créer un procédé de sou- dure à résistance pour la soudure de métaux, procédé suivent lequel on modifie la forme d'onde du courent alternatif dans le circuit secondaire en faisant varier le voltage et la fréquence indépendamment l'un de l'autre.
Dans ces buts et dans d'autres, l'invention consis- te en certaines caractéristiques nouvelles de construction et de fonctionnement qui résulteront de la description dé- taillée qui va suivre, ainsi que du résumé et des dessins ci-joints.
Dans ces dessins qui représentent un mode de réa- lisation du dispositif, et dans lesquels les mêmes numéros de référence désignent les mêmes pièces : - La figure 1 est une vue schématique d'un procède
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de soudure à résistance électrique suivant l'invention, pro- cédé suivait lequel une charge équilibrée peut être empruntée à une source de,courant alternatif polyphasé.
- La figure 2 est un schéma de connexions repré- sentait un dispositif servant à appliquer des impulsions successives de courant continu à l'enroulement primaire du transformateur de soudure.
- La figure 3 est un schéma représentant un mode. de réalisation d'un redresseur utilisant des ignitrons et permettant -le règlage de la tension des impulsions de courant continu appliquées au primaire du transformateur.
- La figure 4 est un schéma de connexions repré- sentant un mode d'amorçage de l'allumage des tubes Ignitrons du redresseur.
- La figure 5 est un schéma'de connexions repré- sentant un autre mode de réalisation suivant lequel l'amor- çage de l'allumage des ignitrons est retardé.
- La figure 6 est un schéma représentent un autre procédé de soudure à résistance faisait partie de l'invention.
- Lafigure 7 est un schéma représentant un type d'appareil actionné par une ou plusieurs cames pour modifier la forme de l'onde du courant induit dais le circuit secon-' daire, suivant le procédé représenté dans la figure 6.
- Les figures 8, 9 et 10 sont des schémas montrant comment le courant primaire et le courant secondaire se com- portent lorsque des impulsions de courait successives et d'un seul sens sont appliquées à un transformateur ayant un en- trefer dans son noyau de fer.
- Les figures 11, 12 et 13 sont des schémas repré- sentalt la façon dont le courait primaire et le courant se- condaire se comportent lorsque des impulsions semblables, d'un seul sens, sont appliquées à un transformateur sans en- trefer dans son noyau, de fer.
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- Les figures 14, 15 et 16 sont des schémas repré- sentant la façon dont le courant primaire et le courait se- condaire se comportent dans le mode de rélisation de l'inven- tion représenté dans la figure 6.
Les figures 17, '18 et 19 sont des schémas montrant comment on peut modifier la forme de l'onde du courent se- condaire en utilisant le relais à courant maximum de la figure 1, et - Les figures 20, 21 et 22 sont des schémas ana- logues montrant la façon de modifier la forme de l'onde du courant secondaire lorsque le relais à courant maximum est remplacé par un régulateur chronométrique.
La présente invention vise un procédé de soudure à résistance utilisant un dispositif constitué par une ma- chine de soudure à résistance munie d'une paire d'électrodes dont l'une est mobile pour appliquer une pression mécanique à la pièce, et comprenant un transformateur de soudure ayant un circuit primaire et un circuit secondaire, avec un entrefer dans le noyau en fer de ce transformateur de soudure. Un redresseur de courant capable de transformer un courant alter- natif polyphasé en courait continu est monté dans le circuit primaire et un mécanisme est combiné avec ce redresseur et permet d'appliquer des impulsions périodiques de courant con- tinu au primaire du transformateur de soudure.
Bien que l'utilisation d'un entrefer soit préfé- rable dans le but d'augmenter l'accumulation d'énergie et d'éviter la saturation du noyau de fer, l'invention vise éga- lement l'utilisation d'un noyau de fer sans entrefer. Dans ce cas on emploie dans le même but qui consiste à améliorer l'efficacité du procédé, un fer de qualité telle qu'il pos- sède une grande perméabilité et une faible rétensivité.
On considèrera d'abord le mode de réalisation de l'invention qui est représenté dans la figure 1. La place 20
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à souder est placée entre l'électrode fixe 21 et l'électrode mobile 22 de la machine à souder. Une pression pneumatique empruntée à la conduite d'air 24, par le fonctionnement de la soupape 25, est appliquée au piston 23, ce qui impDime une pression mécanique à la pièce placée entre,les électrodes
21 et 22, qui sont reliés électriquement au secondaire 26.
Cet enroulement et les connexions avec les électrodes cons- tituent le secondaire 27 du transformateur de soudure ayant un entrefer 28 dans son noyau de fer 29. Le primaire 30 est relié électriquement par des contacteurs 31 et 32 à un re- dresseur 33. Une extrémité du circuit primaire 34 est reliée au redresseur à un point neutre 35 et l'autre extrémité de ce primaire est reliée au redresseur en 36. La source de courant alimentant la redresseur 33 est indiquée par le numéro de référence 37 et elle est constituée par une source de courait alternatif triphasé'usuel. Le redresseur 33 comprend des tubes redresseurs 40 du type ignitron qui seront décrits en détail plus loin.
Lorsque les contacteurs 31 et 32 sont fermés et ouverts à plusieurs reprises, un eourarft fourni par la source de courant triphasé 37 passe dans le redresseur 33 et le courant continu ainsi produit passe ensuite dans le primaire
30. Les impulsions de courant continu qui passent dans le primaire du transformateur de soudure induisent des impulsions de courant alternatif dans le secondaire et ces impulsions passent dans les électrodes 21 et 22, ainsi que dans la pièce
20, pour souder les pièces en métal.
Le/schéma de connexions de la figure 2 représente un mode préféré de mise en action des contacteurs, de façon qu'ils établissent et coupent le courant dans le .circuit primaire par une succession rapide d'opérations. L'interrup- teur 41, qui est monté en série avec la bobine 42, sst relié aux bornes d'une source de courant indiqué par L1 et L2.
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La fermeture de l'interrupteur excite la bobine 42 et provbque la fermeture du contact 43 ; ceci a pour effet d'exciter les bobines 44 et 45, le contacteur 46 étant fermé. L'excitation des bobines 44 et 45 provoque la fermeture des contacteurs 31 et 32, et il en résulte que du courant continu fourni par le redresseur passe dans le primaire 30. Lorsque le courant continu atteint une valeur déterminée d'avance, le relais à courant maximum 47 est excité et le contacteur 48 est fermé.
Ce contacteur, ainsi que la bobine 49 en série avec lui, sont reliés aux lignes d'alimentation L1 L2. Immédiatement après la fermeture du contacteur 48, la bobine 49 est excitée, ce ' qui provoque l'ouverture du contacteur 46 et il en résulte que les contacteurs principaux 31 et 32 cessent d'être excités, le passage du courant continu dans le primaire étant ainsi interrompu. Ceci fait cesser l'excitation de la bobine 47 du relais à courant maximum et provoque l'ouverture du contacteur 48. La bobine 49 cesse ainsi d'être excitée et il en résulte que le contacteur 46 se ferme, ce qui rétablit le circuit des bobines 44 et 45. L'excitation de ces bobines provoque de nouveau la fermeture des contacteurs 31 et 32 et une autre impulsion de courant continu passe dans le primaire.
Des impulsions successives.'de' courant continu sont ainsi envoyées au primaire du transformateur de soudure, tant que l'opérateur maintient l'interrupteur 41 dans sa position de fermeture.
Lorsque une tension de courent continu Ep est appliquée au primaire, ,un courant passe dans l'enroulement et tend à atteindre suivant une courbe exponentielle une va- leur finale constante 1p = E , dans laquelle la résistance
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rI de l'enroulement primaire est indiquée par Rp. La pente ini- tiale de la courbe Ip est déterminée par le quotient E où L représente la self-induction des enroulements primaire et secondaire accouplés magnétiquement. La pente suivante est
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déterminée par la constante temps du circuit. Cette courbe de courant est représentée dans la figure 8. Dans cette figure la courbe Ipiodique une impulsion de courant avec un circuit secondaire ouvert, ctest-à-dire les électrodes 21 et 22 étant séparées de la pièce.
La surface hachurée entre les deux oou- raits indique la quantité d'énergie transférée du primaire au secondaire pendant le laps de temps T T1.
La courbe Is de courant secondaire pour les impul- sions successives est représentée dans la figure 10. L'énergie W reçue par le circuit secondaire pendant chaque impulsion, c'est-à-dire la surface hachurée dans la figure 8, est re- présentée très sensiblement par
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où R est la résistance du circuit secondaire.
- La figure 9 représente la densité de champ B dans le circuit magnétique du noyau de fer du transformateur 'de soudure en fonction du courant primaire. La surface hachurée indique l'énergie électro-magnétique emmagasinée pendant l'impulsion. Au moment T1 de l'interruption du passage du courant dans le primaire par l'ouverture des contacteurs 31 et 32 un nouveau courent de polarité inverse est induit dans le circuit secondaire et il disparaît suivent une courbe ex- ponentielle. L'effondrement du champ magnétique du noyau de fer dans ce transformateur de soudure, effondrement qui in- duit cette seconde poussée de courant, n'est pas complet, à cause de la bétentivité du noyau de fer.
Le transformateur de soudure possède un entrefer sur le trajet du champ magnétique. Ces conditions sont créées pour assurer l'accumulation d'une quantité notable d'énergie électro-magnétique pendant l'impulsion de courait. La pré- sence de l'entrefer empêche la forte saturation du noyau de
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fer qui a lieundans une transformation ordinaire lorsque ce- lui-ci est soumis à des impulsions de courant d'un seul sens.
La figure 9, pour un transformateur ayent un entrefer, montre que le champ magnétique s'effondre presque complètement) comme cela est indiqué par la courbe en tireté Bl, lorsque le courant
Ip revient à zéro. Dans la figure 12, on a représenté un courant semblable pour un transformateur n'ayant pas d'entre- fer. Si on suppose que le courant a la même valeur dans le primaire, on remarquera qu'on atteint une forte saturation et qu'il persiste ainsi un magnétisme notable après la dispa- rition du courant. Le courant induit dens le secondaire a donc une valeur moindre* On peut améliorer 'ce résultat en utilisant un fer de qualité telle qu'il ait une haute per- méabilité et une faible rétentivité.
- La figure 13 montre que la première impulsion de courant pendant le laps de temps T T1 produit pendant le laps de temps T1 T2 un courant secondaire à peu près égal, lorsqu'il n'y a pas d'entrefer, à celui qui est obtenu lorsque le transformateur a un entrefer (figure 10). La grandeur positive du courant secondaire pendant la disparition du courant primaire, pendant le laps de temps T1 T2, est à peu près la même, mais le courait décroit plus rapidement dais la . figure 13, parce que la quantité d'énergie accumulée est re- lativement petite.
Pendant la deuxième impulsion de courent
T2 T3, le courant primaire augmente plus rapidement que pour la première impulsion, parce que le noyau de fer possède déjà un grand magnétisme lorsque le courent-.et établît. Comme la vitesse du champ magnétique est faible, une petite quantité d'énergie est transmise du primaire au secondaire. Le courant secondaire positif subséquent qui s'établit pendant le laps de temps T3 T4 est légèrement plus grand que précédemment, parce que le courant primaire est plus intense, comme le montre la figure 11.
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Le circuit primaire et le circuit secondaire du transformateur qui, dais le cas présent, comprend un noyau de fer ayant les caractéristiques les mieux appropriés et, de préférence, un entrefer, peuvent être calculés de façon que les impulsions secondaires négatives et positives aient sensi- blement la même valeur. L'invention vise donc un dispositif de soudure utilisant un courant alternatif de basse fréquence dais le circuit secondaire, ce dispositif ayant l'avantage qutune charge équilibrée peut être empruntée à une ligne d'alimentation en courant alternatif polyphasé. La perte d'é- nergie et de chaleur est aussi moins grande avec un courait alternatif de basse fréquence servant de courant effectif de soudure.
Le nombre de périodes de ce courant alternatif qui détermine la durée totale de la soudure suivait l'épais- seur et les caractéristiques de la matière à souder et peut être réglé au/moyen d'un régulateur chronométrique.
Avec un redresseur approprié, comme celui qui est représenté à titre d'exemple dans la figure 3, il est pos- sible de modifier la forme de l'onde du courant secondaire, parce qu'on peut faire varier la tension des impulsions de courait continu. La façon dont on peut modifier la forme de l'onde sera expliquée en détail lorsqu'il sera question des figures 17 à 22 inclusivement. Le redresseur est carac- térisé par des tubes ignitrons indiqués par le numéro de référence 50. Chaque tube comprend une anode 51, une cathode en mercure 52 et une tige d'amorçage 53 plongeant dans le mercure, Le circuit allant de l'anode à la cathode et passant par le tube n'est conducteur que lorsque le mercure est ionisé.
Lorsque le circuit qui passe par la tige d'amorçage est fermé par la fermeture du contacteur 54, le courait passe par le tube 55 à commande thermo-ionique jusqu'à la tige d'amorçage, ce qui a pour effet dtioniser immédiatement le mercure dans le tube ignitron, le courant passant alors de n
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l'anode 51 à la cathode 52. Le courant ne passera dans ce sens que pendant l'alternance positive du courant alternatif fourni.Lorsque l'alternance négative est'atteinte, le tube ignitron cesse d'être conducteur et la même opération se ré- pète pendant l'alternance positive suivante, à condition que le contacteur 54 reste fermé.
Le circuit du tube de commande 55, qui fonctionne de façon à fournir le voltage complet des ignitrons est représenté dais la figure 4. Dais ce circuit, la grille 56 est reliée à la plaque 57 et elle' a la même polarité que cette plaque. La cathode 58 est reliée à la tige d'amorçage 53. Le tube de commande passe ainsi immédiatement du courant au début d'une alternance positive du courant alternatif.
En conséquence, le tube ignitron devient conducteur dès le début de chaque alternative du courant alternatif fourni et on obtient le voltage complet pour le courant redressé débité.
- Dans la figure 5, la grille 56 du tube de commande est reliée à la plaque par une résistance variable 60 et cette grille est reliée à la cathode par le condensateur 51. Lorsque le contact 54 est fermé le tube de commande ne passe pas de courait immédiatement à la cathode, parce que le potentiel de grille reste négatif par rapport à la plaque pendsnt un certain temps. Le règlage de la résistance variable détermine la longueur de ce laps de temps avant que la grille ne deviennt assez positive pour permettre au courant de passer par le tube de commande et d'amorcer ainsi l'ignitron.
Plus le retard apporté à l'amorçage par l'action du tube de commande 55 est grand, plus la proportion de chaque al- ternance positive qui passera par l'ignitron sera petite et, par conséquent, plus le voltage du courant redressé sera -bas.
Le règlage du voltage des impulsions primaires peut être obtenu au moyen ±lune dynamo ou bien des prises
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peuvent être faites sur le primaire pour règler le voltage en faisant varier le rapport entre les spires du primaire et du secondaire.
Dans la figure 6, on a représenté une variante de l'invention, variante dans laquelle un appareil est em- ployé pour appliquer, aux bornes du redresseur, des impul- sions périodiques de courant alternatif fourni par une source diphasée ou triphasée. La came 64 est entraînée convenable- ment par un moteur électrique ou un moteur analogue non re- présenté, pour provoquer la rotation des trois éléments de came 65,66 et 67. Ces éléments de came actionnent les élé- ments d'interrupteurs 68, 69 et 70, chaque élément étant sol- licité élastiquement dans le sens voulu par le ressort héli- corda! 71. Chaque élément d'interrupteur est aussi relié élec- triquement à/une borne de la source de courant triphasé,
in- diquée par le numéro de référence 72 et commandé par l'in- terrupteur 73. Lorsque les éléments d'interrupteur sont en contact avec la came, les contacts d'interrupteur 74/75 & 76 sont fermés, ce qui a pour résultat que le redresseur 77 est relié électriquement à la source de courant alternatif tri- phasé. Le redresseur 77 comprend plusieurs redresseurs in- dividuels de demi-onde 78, reliés chacune, un fil de la ligne d'alimentation en courant triphasé. Le courait continu fourni par le redresseur est amené par le circuit 80 au primaire 81 du transformateur de soudure ayant un noyau en fer 82 et un entrefer 83. Comme dans la figure 1, le secondaire com- prend un enroulement 84 et des électrodes 85 et 86.
Ltélec- trode 86 est mobile, de façon à pouvoir se rapprocher et s'écarter de la pièce sous l'action d'une pression pneumati- que appliquée au piston 87 et fournie par la conduite d'air 88, par la commande d'une soupape 89.
Le mode de réalisation de l'invention représenté dms la figure 6 permet également d'appliquer une impulsion
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de courant d'un seul sens au primaire du transformateur, pour induire des impulsions de courant secondaire destinées à la soudure. Le procédé est semblable sous bien des rapports à celui qui a été décrit pour lafigure 1, sauf que dans ce mode de réalisation de l'invention, le circuit primaire 80 est un circuit fermé, de sorte que lorsque le champ magnétique s'effondre dans le transformateur, un peu de ,courant du circuit secondaire est absorbé par ce circuit primaire fermé.
L'effondrement du courant primaire est donc progressif. Ceci contraste avec. l'effondrement instantané du courant primaire dans le mode de réalisation de l'invention ,représenté dans la figure 1.
Lorsque l'interrupteur 73 est fermé, le courant de la ligne passe par les éléments d'interrupteur et les contacts d'interrupteur, chaque fois que ces éléments viennent en prise.
Ceci a lieu une fois pour chaque tour de la came, car, ainsi qu'on l'a décrit précédemment, les éléments d'interrupteur sont en prise avec leurs contacts, sauf lorsque ces éléments sont actionnés, pour occuper leur position d'ouverture, par les éléments de came 65, 66 et 67 respectivement. Les impul- sions résultantes de courant alternatif, passent donc à tra- vers le redresseur, qui les transforme en impulsions de courent continu, celles-ci passant, par conséquent, successivement dans le primaire 81. L'établissement d'un courant dans le primaire et l'effondrement de ce courant induisent des im- pulsions de courant secondaire, qui sont fournies aux élec- trodes pour la soudure.
Dans ce mode de réalisation de l'invention, le transformateur de soudure est également pourvu d'un entrefer désigné par 83 pour augmenter l'accumulation d'énergie de chaque impulsion de courant continu fourni au primaire. La haute saturation du noyau de fer, saturation qui se produi- rait dans un transformateur ordinaire lorsqu'il est soumis
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à l'action, d'impulsions de courant d'un seul sens, est égéle- ment éliminée et la forma de l'onde du courent induit dans le secondaire est ainsi améliorée.
Les figures 14, 15 et 16 sont des courbes montrant graphiquement la façon dont le courant primaire et le courant secondaire se comportent dais le mode de réalisation représenté dans la figure 6.
Il est possible de règler la forme de l'onde du courant secondaire jusqu'à un certain point en utilisant l'élé- ment repr ésenté dais la figure 7 et actionné par une came.
Dans ce mode de réalisation de l'invention, la came 64 est remplacée par une came 90 constituée par deux séries d'éléments de came disposés suivait un certain aigle sur la came. Les élémentsde came 91, 92 & 93 sont disposés sur la came 90 de façon à actionner au début les éléments d'interrupteur 94, 95 & 96 respectivement pour les amener à la position d'ou- verture par rapport aux contacts d'interrupteur 98/98 & 99.
La came 90 continuant à tourner, les éléments d'interrupteur 100,101 et 102 actionneront le cas échéant les élémentsd'in- terrupteur 103, 104 & 105 pour les amener à la position d'ou- verture par rapport à leurs contacts 106, 107 et 108. L'ou- verture initiale du premier jeu d'éléments interrupteurs a pour effet d'exercer une résistance dans le circuit partant de la ligne d'alimentation en courant alternatif en aboutissant au redresseur, ce qui fait que l'effondrement de chaque im- pulsion de courant arrivant au primaire du transformateur peut être réglé de façon à avoir lieu plus graduellement, ce qui permet de modifier en conséquence la forme de l'onde du courant secondaire induit.
Ghacun des contacts 97, 98 et 99 est relié électri- quement à une phase de la source de courait à ternatif triphasé.
En avant de ces contacts d'interrupteurs les conducteurs 110 sont reliés à la source de courait alternatif de ces
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conducteurs se terminant; par des résistances 111. Ces résis- tances sont règlables et, de cette façon, les conducteurs 112 peuvent être reliés en un point quelconque le long de ces résistances, pour donner toute valeur de résistance désirée.
A leur autre extrémité, ces conducteurs 112 sont reliés élec- triquement à chaque série d'éléments d'interrupteurs. Le circuit est fermé par les donducteurs 113, qui relient élec- triquement les contacts d'interrupteurs 106, 107 et 108 au redresseur.
Lorsque les éléments interrupteurs sont en contact zvec la came 90, ils sont en prise avec leurs contacts ,d'in- terrupteurs et le circuit du redresseur est fermé par ces éléments d'interrupteurs. Les éléments interrupteurs 94, 95 et 96 sont alors ouverts et insèrent automatiquement les résistances 111 dans le circuit du redresseur. On peut donc règler le voltage en, règlant la valeur de la résistance in- sérée dans le circuit. Toutefois le passage du courant dans la résistance est momentané, parce que les éléments d'inter- rupteurs 103, 104 & 105 sont ouverts à ce moment et que le courant a, par conséquent, cessé de passer dans le r edresseur.
Avant la fin de chaque impulsion de courait redressé arrivant au primaire 81 le voltage est momentanément réduit et, de cette façon, l'effondrement du courant, pour chaque période est réglé de façon à modifier ainsi la forme de l'onde du secondaire Induit.
Dans le mode de réalisation de l'invention repré-
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a sente dans les figures 1 et 2 la forme de l'onde du courant secondaire peut aussi tre modifiée, car il est possible de faire varier la fréquence et le voltage des impulsions de courant primaire. Les figures 17, 18 et 19 sont basées sur l'utilisation du relais à courant maximum. Toutefois, il est bien entendu qu'un régulateur chronométrique peut remplacer le relais à courant maximum et la façon de donner la forme
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voulue à l'onde du courant secondaire à l'aide de ce régula- teur chronométrique est représentée schématiquement dans les figures 20, 21 et 22.
Deux courbes sont représentées dans la figure 17.
L'une montre le courait ayant un voltage de 150 volts et l'autre courbe indique le voltage de 75 volts. Les impulsions de courant primaire de, ces voltages peuvent être obtenues en réglant le redresseur de la façon décrite pour les figures 3, 4 et 6. Les valeurs A et B du courant sont prises sur la courbe à 150 volts, et la valeur du courant 0 est prise sur la courbe à 75 volts. Ces valeurs du courant primaire, ainsi que d'autres, pouvant être désirées pour le fonction- nement effectif, sont obtenues par un règlage du relais à courant maximum indiqué par le numéro de référence 47 dans les figures 1 et 2.
La valeur du courant primaire indiquée par A sur la courbe à 150 volts est atteinte pendant le temps To Tx et les contacteurs du circuit primaire s'ouvrent lorsque cette valeur est atteinte, et le courant de l'enroulement primaire s'effondre rapidement, comme cela est représenté schématiquement.
L'établissement et l'effondrement de ce courant dans l'enroulement primaure, induisent dans le se- condaire un courant alternatif qui est représenté dans la figure 18 par la courbe A. On remarquera que la forme de l'onde de cette courbe diffère un peu de celle qui est re- présentée dans' les figures. 10 et 16, bien que le laps.de temps T1 T2 soit le même dans tous les cas, car le temps d'ouverture pour les contacteurs dans le circuit primaire dépend des caractéristiques des bobines particulières repré- sentées dans le schéma de connexions de la figure 2. Seul le règlage du relais à courant maximum a été changé.
Les constantes du circuit de commande qui déterminent le temps d'ouverture des contacteurs n'ont pas été changées, de sorte
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que le temps T1 T2 est le même pour toutes les courbes dais les figures 10, 16, 18 et 19.
Dans la figure 18, la courbe en traits mixtes C représente le courant alternatif induit dans le secondaire pour la valeur du courant primaire représenté dans la figure 17 et pris sur la courbe à 75 volts. 1 titre d'indication, la valeur du courant C a été prise égale à la valeur du courant A. Toutefois, comme le voltage est réduit de moitié, il faut plus longtemps au courant pour s'établir jusqu'à la même valeur, qui est représentée dans la figure 17 par le temps To T2. On remarquera que. la réduction du voltage des impulsions de courant primaire a pour effet d'abaisser la fréquence du courant secondaire induit.
Bien que le temps de charge ou d'établissement soit plus grand pour C, la même quantité d'é- nergie est, accumulée dans le transformateur de soudure et, en conséquence, les poussées positives sur. les deux courants .lA. et C représentées dans la figure 18 ont la même grandeur.
La courbe B représentée dans la figure 19 repré- sente la valeur du courant B sur une courbe à 150 volts. La forme de l'onde du courant alternatif induit dans le secon- daire est encore un peu modifiée, car le temps nécessaire avant que cette valeur du courant ne soit atteinte est indi- qué maintenant par To Ty. La grandeur du courait secondaire des deux poussées, la poussée négative et la poussée positive, est un excès par rapport à celle qui est représentée pour les courbes A et G,car on conçoit qu'une plus grande quantité d'énergie est accumulée dais le transformateur de soudure dans ce cas particulier.
Les figures 20/2L & 22 représentent schématiquement la façon dont la forme est donnée à l'onde du courant secon- daire lorsqu'un régulateur chronométrique remplace le courant à relais maximum. Dans la figure 20, on a représenté deux courbes, une pour 150 volts et l'autre pour 75 volts. La figure
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21 représente le courant secondaire induit pour ces voltages lorsaue le régulateur est réglé sur le temps D. Les deux ondes de courant alternatif de la figure 21 sont identiques en ce qui concerne leur forme, mais la grandeur de la poussée né- gative et de la poussée positive de la courbe à bas voltage représentée en traits mixtes est proportionnellement plus petite que pour la courbe à voltage élevé.
La figure 22 représente la portion de la forme de la courbe du courant secondaire induit lorsque le régulateur chronométrique est réglé sur le temps F. Les deux courbes sont sensiblement identiques quant à leur forme, mais elles diffèrent quant à la grandeur de la poussée négative et de la poussée positive. La poussée négative, pour la courbe de 150 volts, est en excès par rapport à la courbe de 75 volts, cette dernière étant représentée en traits mixtes. D'une façon analogue, les pointes positives de la courbe de 150 volts sont d'autant plus grandes que celles de la courbe à basse tension.
On peut utiliser un ou deux régulateurs chronomé- triaues dans le mode de réalisation de l'invention représenté dans les figures 1 et 2. Lorsqu'un régulateur est utilisé, il remplace le relais à courant maximum. En pareil cas, le régulateur commande le temps de fermeture des contacts, et l'intervalle pendant lequel ces contacts restent ouverts est commandé par les constantes du circuit. Lorsque deux régula- teurs sont utilisés, on peut régler à la fois le temps de fermeture et le temps d'ouverture des contacts et ce réglage affectera naturellement la fréquence des impulsions de courant primaire et par suite, la fréquence du courant se- condaire alternatif.
La présente invention vise la façon de donner la forme voulue à l'onde du courant alternatif secondaire, afin d'obtenir une forme d'onde la mieux appropriée aux
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caractéristiques du métal à souder. Le fer et l'acier par exemple ont des caractéristiques différentes de celles de l'aluminium. Le fer accumule la chaleur plus rapidement que l'aluminium et il peut retenir cette chaleur pendant plus longtemps. Ainsi la forme de l'onde, forme qui produit l'ef- fet de chauffage désiré sur le métal suivant les caractéris- tiques de ce dernier, est choisie lorsque le métal est soudé.
Un autre avantage important de la présente invention réside dans la production d'un courant de soudure dont la fréquence est inférieure à celle du dispositif d'alimenta- tion dans lequel une charge équilibrée peut être.empruntée à une source d'alimentation en courant alternatif poly- phasé.Alors que le courant polyphasé est le courait usuel de 60 périodes, le courant du circuit secondaire utilisé pour la soudure a une fréquence pouvant varier entre moins d'une période et 20 périodes par seconde. Cette bas- se fréquence produit une réduction correspondante de la réact-ance du circuit secondaire.
Le procédé perfectionné qui fait l'objet de l'invention est applicable à divers types de soudure à r é- sistance, soudure par points et en ligne, en bout et à plat, ou au travail de forge et au chauffage par résistance.
L'invention n'est pas limitée aux détails ni pour les détails de construction du mode particulier de réalisation qui a été représenté dans les dessins, d'au- tres types .de dispositifs pouvant être imaginés par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention.
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"Methods and apparatus for resistance welding"
The present invention relates to art; electric resistance welding and it relates more particularly to an improved method and apparatus for welding metals by the resistance method.
Until now, resistance welding machines have been supplied with single-phase alternating current. For two-phase and three-phase installations, which are generally employed in industrial establishments, this leads to unbalanced motive force load and a great disadvantage is encountered when it comes to large machines because of the large amount of energy to be supplied.
The difficulty lies in the nature of the power transformer.
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hard, which can not transform a polyphase power supply, and a single-phase one; an additional disturbance is due to the large reactance of the secondary circuit of the welding machine, which results in the power consumption being very low and generally less than 30%.
An attempt has been made to improve this state of affairs by fitting capacitors in the primary circuit of the solder transformer and using a low frequency current, for example 25 periods instead of 60. However, this current low frequency is rarely available and, moreover, the load is not yet balanced when it comes to polyphase current. Other solutions consisted in using a motor-generator group which transforms the polyphase high frequency current into single phase low frequency current, but this significantly increases the cost of the installation.
Accumulation of energy is another attempt that has been made to solve the problem, but theory and practice have shown that neither electro-magnetic accumulation welding machines nor accumulation machines: electrostatic, cannot supply currents for a period exceeding a small fraction of a second; however, in some cases, it takes several seconds to weld large pieces of metal.
The object of the present invention is to create a welding process ensuring an improved power factor and making it possible to reduce energy consumption and heat loss. This process is based on the use of electro-magnetic accumulation of energy in order to obtain an alternating current of welding at low frequency.
Another object is to create a welding process based on the electromagnetic accumulation of energy and in which the welding is carried out by means of a current
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low-frequency alternating, produced by several pulses of primary current.
Another object of the present invention is to provide a soldering process in which the current flowing in the secondary circuit during soldering is a low frequency alternating current and, in which a balanced load is taken from a source of alternating current. - native two-phase and three-phase:
Another object of the invention is to provide a resistance soldering process for welding metals, wherein the solder current which passes through the secondary circuit is low frequency alternating current having the best waveform. suitable for the characteristics of the metal to be welded.
Another object of the invention consists in creating improved devices for applying periodic pulses of direct current supplied by a rectifier to the primary winding of a transformer, and according to which the transformer is characterized by an air gap. in its iron core to increase energy accumulation and to improve the waveform of the solder current induced in the secondary circuit.
Another object is to create a resistance welding process for metal welding, whereby the waveform of the alternating current in the secondary circuit is changed by varying the voltage and the frequency independently of one of them. the other.
For these and other purposes, the invention consists of certain novel features of construction and operation which will result from the detailed description which follows, together with the accompanying summary and drawings.
In these drawings which show an embodiment of the device, and in which the same reference numbers designate the same parts: - Figure 1 is a schematic view of a process
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Resistance welding according to the invention, a process whereby a balanced load can be taken from a polyphase alternating current source.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a device for applying successive pulses of direct current to the primary winding of the welding transformer.
- Figure 3 is a diagram showing a mode. realization of a rectifier using ignitrons and allowing -le adjustment of the voltage of the direct current pulses applied to the primary of the transformer.
FIG. 4 is a circuit diagram representing a mode of initiating the ignition of the Ignitron tubes of the rectifier.
FIG. 5 is a circuit diagram showing another embodiment in which the initiation of ignition of the ignitrons is delayed.
- Figure 6 is a diagram showing another resistance welding method that was part of the invention.
- Figure 7 is a diagram showing a type of device actuated by one or more cams to modify the waveform of the current induced in the secondary circuit, according to the method shown in Figure 6.
- Figures 8, 9 and 10 are diagrams showing how the primary current and the secondary current behave when successive current pulses in one direction are applied to a transformer having a gap in its core. iron.
- Figures 11, 12 and 13 are diagrams showing how the primary current and the secondary current behave when similar pulses, in one direction, are applied to a transformer without a gap in its core, iron.
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FIGS. 14, 15 and 16 are diagrams showing how the primary current and the secondary current behave in the embodiment of the invention shown in FIG. 6.
Figures 17, 18 and 19 are diagrams showing how the waveform of the secondary current can be changed using the maximum current relay of Figure 1, and - Figures 20, 21 and 22 are Similar diagrams showing how to change the waveform of the secondary current when the maximum current relay is replaced by a time regulator.
The present invention relates to a resistance welding method using a device consisting of a resistance welding machine provided with a pair of electrodes, one of which is movable to apply mechanical pressure to the part, and comprising a transformer. circuit having a primary circuit and a secondary circuit, with an air gap in the iron core of this welding transformer. A current rectifier capable of transforming a polyphase alternating current into direct current is mounted in the primary circuit and a mechanism is combined with this rectifier and makes it possible to apply periodic pulses of direct current to the primary of the welding transformer.
Although the use of an air gap is preferable in order to increase the energy accumulation and to avoid saturation of the iron core, the invention also relates to the use of a core. iron without air gap. In this case, for the same purpose which consists in improving the efficiency of the process, an iron of a quality such that it possesses a high permeability and a low retensivity is employed.
We will first consider the embodiment of the invention which is shown in Figure 1. The place 20
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welding machine is placed between the fixed electrode 21 and the movable electrode 22 of the welding machine. A pneumatic pressure taken from the air line 24, by the operation of the valve 25, is applied to the piston 23, which imposes a mechanical pressure on the part placed between the electrodes.
21 and 22, which are electrically connected to secondary 26.
This winding and the connections with the electrodes constitute the secondary 27 of the welding transformer having an air gap 28 in its iron core 29. The primary 30 is electrically connected by contactors 31 and 32 to a rectifier 33. One end of the primary circuit 34 is connected to the rectifier at a neutral point 35 and the other end of this primary is connected to the rectifier at 36. The current source supplying the rectifier 33 is indicated by the reference number 37 and it consists of a usual three-phase alternating current source. The rectifier 33 comprises rectifier tubes 40 of the ignitron type which will be described in detail later.
When the contactors 31 and 32 are repeatedly closed and opened, an eourarft supplied by the three-phase current source 37 passes into the rectifier 33 and the direct current thus produced then passes into the primary.
30. The direct current pulses which pass through the primary of the welding transformer induce alternating current pulses in the secondary and these pulses pass through the electrodes 21 and 22, as well as into the workpiece.
20, to weld metal parts.
The circuit diagram of FIG. 2 represents a preferred mode of actuation of the contactors, so that they establish and cut the current in the primary circuit by a rapid succession of operations. The switch 41, which is mounted in series with the coil 42, is connected to the terminals of a current source indicated by L1 and L2.
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The closing of the switch energizes the coil 42 and causes the closing of the contact 43; this has the effect of exciting the coils 44 and 45, the contactor 46 being closed. The energization of the coils 44 and 45 causes the closing of the contactors 31 and 32, and it follows that the direct current supplied by the rectifier passes into the primary 30. When the direct current reaches a predetermined value, the relay to maximum current 47 is energized and contactor 48 is closed.
This contactor, as well as the coil 49 in series with it, are connected to the supply lines L1 L2. Immediately after the closing of the contactor 48, the coil 49 is energized, which causes the opening of the contactor 46 and as a result the main contactors 31 and 32 cease to be energized, the flow of direct current in the primary being thus interrupted. This stops the energization of the coil 47 of the maximum current relay and causes the opening of the contactor 48. The coil 49 thus ceases to be energized and the result is that the contactor 46 closes, which reestablishes the circuit. coils 44 and 45. The excitation of these coils again causes the contactors 31 and 32 to close and another direct current pulse passes through the primary.
Successive pulses of direct current are thus sent to the primary of the welding transformer, as long as the operator maintains the switch 41 in its closed position.
When a direct current voltage Ep is applied to the primary,, a current flows through the winding and tends to reach, along an exponential curve, a constant final value 1p = E, in which the resistance
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rI of the primary winding is indicated by Rp. The initial slope of the curve Ip is determined by the quotient E where L represents the self-induction of the primary and secondary magnetically coupled windings. The next slope is
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determined by the time constant of the circuit. This current curve is shown in figure 8. In this figure the Ipiodic curve a current pulse with an open secondary circuit, that is to say the electrodes 21 and 22 being separated from the part.
The hatched area between the two openings indicates the quantity of energy transferred from the primary to the secondary during the period T T1.
The secondary current Is curve for the successive pulses is shown in figure 10. The energy W received by the secondary circuit during each pulse, that is to say the hatched area in figure 8, is shown again. presented very significantly by
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where R is the resistance of the secondary circuit.
- Figure 9 shows the field density B in the magnetic circuit of the iron core of the welding transformer as a function of the primary current. The hatched area indicates the electromagnetic energy stored during the pulse. At the moment T1 of the interruption of the flow of current in the primary by opening the contactors 31 and 32, a new current of reverse polarity is induced in the secondary circuit and it disappears following an exponential curve. The collapse of the magnetic field of the iron core in this welding transformer, which induces this second surge of current, is not complete, because of the betentivity of the iron core.
The welding transformer has an air gap in the path of the magnetic field. These conditions are created to ensure the accumulation of a noticeable amount of electromagnetic energy during the pulse of running. The presence of the air gap prevents the strong saturation of the core.
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iron which takes place in an ordinary transformation when it is subjected to current impulses from one direction only.
Figure 9, for a transformer having an air gap, shows that the magnetic field collapses almost completely) as indicated by the dashed curve Bl, when the current
Ip returns to zero. In FIG. 12, a similar current has been shown for a transformer having no gap. If we suppose that the current has the same value in the primary, we will notice that a strong saturation is reached and that there thus persists a notable magnetism after the disappearance of the current. The current induced in the secondary therefore has a lower value. This result can be improved by using an iron of such quality that it has high permeability and low retention.
- Figure 13 shows that the first current pulse during the period of time T T1 produces during the period of time T1 T2 a secondary current approximately equal, when there is no air gap, to that which is obtained when the transformer has an air gap (figure 10). The positive magnitude of the secondary current during the disappearance of the primary current, during the lapse of time T1 T2, is approximately the same, but the current decreases more rapidly dais la. figure 13, because the amount of accumulated energy is relatively small.
During the second pulse of run
T2 T3, the primary current increases more rapidly than for the first impulse, because the iron core already has a great magnetism when it runs and establishes. Since the speed of the magnetic field is low, a small amount of energy is transmitted from primary to secondary. The subsequent positive secondary current that builds up during the time period T3 T4 is slightly larger than before, because the primary current is more intense, as shown in figure 11.
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The primary circuit and the secondary circuit of the transformer which, in this case, comprises an iron core having the most suitable characteristics and, preferably, an air gap, can be calculated so that the negative and positive secondary pulses have sensi- the same value. The invention therefore relates to a welding device using a low-frequency alternating current in the secondary circuit, this device having the advantage that a balanced load can be taken from a polyphase alternating current supply line. The energy and heat loss is also less with a low frequency alternating current serving as the effective welding current.
The number of periods of this alternating current which determines the total duration of the weld followed the thickness and characteristics of the material to be welded and can be regulated by means of a time regulator.
With a suitable rectifier, such as the one shown by way of example in Figure 3, it is possible to change the waveform of the secondary current, because the voltage of the current pulses can be varied. continued. How the waveform can be altered will be explained in detail when referring to Figures 17 to 22 inclusive. The rectifier is characterized by ignitron tubes indicated by the reference numeral 50. Each tube comprises an anode 51, a mercury cathode 52 and a starter rod 53 immersed in mercury, the circuit running from the anode to the cathode and passing through the tube is conductive only when the mercury is ionized.
When the circuit which passes through the priming rod is closed by the closing of the contactor 54, the current passes through the thermionically controlled tube 55 to the starting rod, which has the effect of immediately deionizing the mercury. in the ignitron tube, the current then passing from n
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the anode 51 to the cathode 52. The current will flow in this direction only during the positive half-wave of the supplied alternating current. When the negative half-wave is reached, the ignitron tube ceases to be conductive and the same operation is repeated. - fires during the next positive half-wave, provided that contactor 54 remains closed.
The circuit of the control tube 55, which operates to supply the full voltage of the ignitrons is shown in Figure 4. In this circuit, the grid 56 is connected to the plate 57 and it has the same polarity as this plate. The cathode 58 is connected to the starting rod 53. The control tube thus immediately passes current at the start of a positive half-wave of the alternating current.
As a result, the ignitron tube becomes conductive at the start of each alternation of the supplied alternating current and the full voltage is obtained for the rectified current drawn.
- In Figure 5, the grid 56 of the control tube is connected to the plate by a variable resistor 60 and this grid is connected to the cathode by the capacitor 51. When the contact 54 is closed the control tube does not pass. ran immediately to the cathode, because the gate potential remains negative with respect to the plate for a while. The variable resistor setting determines the length of this time before the grid becomes positive enough to allow current to pass through the control tube and thereby ignite the ignitron.
The greater the delay in ignition caused by the action of the control tube 55, the smaller the proportion of each positive alternance which will pass through the ignitron and, consequently, the lower the voltage of the rectified current will be - low.
The regulation of the voltage of the primary impulses can be obtained by means of ± a dynamo or
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can be done on the primary to adjust the voltage by varying the ratio between the primary and secondary turns.
FIG. 6 shows a variant of the invention, a variant in which an apparatus is used to apply, to the terminals of the rectifier, periodic pulses of alternating current supplied by a two-phase or three-phase source. Cam 64 is suitably driven by an electric motor or similar motor, not shown, to cause rotation of the three cam members 65, 66 and 67. These cam members actuate switch members 68, 69 and 70, each element being elastically solicited in the direction desired by the helical springa! 71. Each switch element is also electrically connected to / a terminal of the three-phase current source,
indicated by reference numeral 72 and controlled by switch 73. When the switch elements are in contact with the cam, switch contacts 74/75 & 76 are closed, resulting in that the rectifier 77 is electrically connected to the three-phase alternating current source. The rectifier 77 comprises several individual half-wave rectifiers 78, each connected to one wire of the three-phase power supply line. The direct current supplied by the rectifier is fed through the circuit 80 to the primary 81 of the welding transformer having an iron core 82 and an air gap 83. As in figure 1, the secondary comprises a winding 84 and electrodes 85 and 86.
The electrode 86 is movable so as to be able to approach and move away from the part under the action of a pneumatic pressure applied to the piston 87 and supplied by the air line 88, by the control of. a valve 89.
The embodiment of the invention shown in FIG. 6 also makes it possible to apply a pulse
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current in one direction at the primary of the transformer, to induce secondary current pulses intended for welding. The method is similar in many respects to that which has been described for Figure 1, except that in this embodiment of the invention, the primary circuit 80 is a closed circuit, so that when the magnetic field collapses in the transformer, a little, current from the secondary circuit is absorbed by this closed primary circuit.
The collapse of the primary current is therefore gradual. This contrasts with. the instantaneous collapse of the primary current in the embodiment of the invention, shown in Figure 1.
When the switch 73 is closed, the line current flows through the switch elements and the switch contacts, each time these elements engage.
This takes place once for each revolution of the cam, since, as described above, the switch elements are engaged with their contacts, except when these elements are actuated, to occupy their open position. , by the cam members 65, 66 and 67 respectively. The resulting pulses of alternating current therefore pass through the rectifier, which transforms them into pulses of direct current, the latter passing, consequently, successively in the primary 81. The establishment of a current in the primary and the collapse of this current induce pulses of secondary current, which are supplied to the electrodes for welding.
In this embodiment of the invention, the welding transformer is also provided with an air gap designated by 83 to increase the energy accumulation of each pulse of direct current supplied to the primary. The high saturation of the iron core, saturation which would occur in an ordinary transformer when subjected
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the action of pulses of current in one direction is also eliminated and the waveform of the induced current in the secondary is thus improved.
Figures 14, 15 and 16 are curves showing graphically how the primary current and the secondary current behave in the embodiment shown in Figure 6.
It is possible to adjust the waveform of the secondary current to a certain point using the element shown in Figure 7 and actuated by a cam.
In this embodiment of the invention, the cam 64 is replaced by a cam 90 constituted by two series of cam elements arranged following a certain eagle on the cam. The cam elements 91, 92 & 93 are arranged on the cam 90 so as to initially actuate the switch elements 94, 95 & 96 respectively to bring them to the open position relative to the switch contacts 98. / 98 & 99.
With the cam 90 continuing to rotate, the switch elements 100, 101 and 102 will actuate the switch elements 103, 104 & 105 if necessary to bring them to the open position with respect to their contacts 106, 107 and 108. The initial opening of the first set of switch elements exerts a resistance in the circuit from the AC supply line to the rectifier, causing each collapse of each circuit. The current pulse arriving at the transformer primary can be set so that it takes place more gradually, allowing the waveform of the induced secondary current to be changed accordingly.
Each of the contacts 97, 98 and 99 is electrically connected to a phase of the three-phase current source.
In front of these switch contacts the conductors 110 are connected to the source of alternating current of these
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conductors ending; by resistors 111. These resistors are adjustable, and in this way, the conductors 112 can be connected at any point along these resistors, to give any desired resistance value.
At their other end, these conductors 112 are electrically connected to each series of switch elements. The circuit is closed by the conductors 113, which electrically connect the switch contacts 106, 107 and 108 to the rectifier.
When the switch elements are in contact with the cam 90, they are engaged with their contacts, switches and the rectifier circuit is closed by these switch elements. The switch elements 94, 95 and 96 are then open and automatically insert the resistors 111 into the rectifier circuit. We can therefore adjust the voltage by adjusting the value of the resistance inserted in the circuit. However, the flow of current through the resistor is momentary, because the switch elements 103, 104 & 105 are open at this time and the current has therefore ceased to flow through the rectifier.
Before the end of each pulse of rectified current arriving at primary 81 the voltage is momentarily reduced and, in this way, the collapse of the current, for each period is regulated so as to thus modify the waveform of the induced secondary.
In the embodiment of the invention shown
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In FIGS. 1 and 2, it can be seen that the waveform of the secondary current can also be modified, since it is possible to vary the frequency and the voltage of the primary current pulses. Figures 17, 18 and 19 are based on the use of the maximum current relay. However, it is understood that a chronometric regulator can replace the maximum current relay and the way of giving the form
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desired to the secondary current wave using this time regulator is shown schematically in Figures 20, 21 and 22.
Two curves are shown in figure 17.
One shows the current having a voltage of 150 volts and the other curve shows the voltage of 75 volts. The primary current pulses of these voltages can be obtained by adjusting the rectifier as described in Figures 3, 4 and 6. The values A and B of the current are taken from the curve at 150 volts, and the value of the current 0 is taken from the curve at 75 volts. These primary current values, as well as others, which may be desired for actual operation, are obtained by setting the relay to maximum current indicated by reference numeral 47 in Figures 1 and 2.
The value of the primary current indicated by A on the curve at 150 volts is reached during the time To Tx and the contactors of the primary circuit open when this value is reached, and the current of the primary winding quickly collapses, as this is shown schematically.
The establishment and the collapse of this current in the primaural winding induce in the secondary an alternating current which is represented in figure 18 by curve A. It will be noted that the waveform of this curve differs somewhat of that shown in the figures. 10 and 16, although the time period T1 T2 is the same in all cases, since the opening time for the contactors in the primary circuit depends on the characteristics of the particular coils shown in the circuit diagram of the figure 2. Only the setting of the maximum current relay has been changed.
The control circuit constants that determine the contactor opening time have not been changed, so
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that the time T1 T2 is the same for all the curves in figures 10, 16, 18 and 19.
In figure 18, the curve in phantom lines C represents the alternating current induced in the secondary for the value of the primary current represented in figure 17 and taken on the curve at 75 volts. As an indication, the value of the current C was taken equal to the value of the current A. However, as the voltage is reduced by half, it takes longer for the current to settle up to the same value, which is represented in FIG. 17 by the time To T2. We will notice that. reducing the voltage of the primary current pulses has the effect of lowering the frequency of the induced secondary current.
Although the charging or settling time is greater for C, the same amount of energy is, accumulated in the welding transformer and, accordingly, the positive thrusts on. the two currents .lA. and C shown in Figure 18 have the same magnitude.
Curve B shown in Figure 19 represents the value of current B on a curve at 150 volts. The waveform of the alternating current induced in the secondary is still slightly modified, since the time required before this value of the current is reached is now indicated by To Ty. The magnitude of the secondary course of the two thrusts, the negative thrust and the positive thrust, is an excess compared to that shown for curves A and G, because it is conceivable that a greater quantity of energy is accumulated in the welding transformer in this particular case.
Figures 20 / 2L & 22 show schematically how the waveform of the secondary current is given when a time regulator replaces the maximum relay current. In FIG. 20, two curves have been shown, one for 150 volts and the other for 75 volts. The figure
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21 shows the secondary current induced for these voltages when the regulator is set to time D. The two alternating current waves in figure 21 are identical with regard to their shape, but the magnitude of the negative thrust and the The positive thrust of the low voltage curve shown in phantom is proportionately smaller than for the high voltage curve.
Figure 22 shows the portion of the shape of the induced secondary current curve when the time regulator is set to time F. The two curves are substantially identical in shape, but they differ in the magnitude of the negative thrust and positive push. The negative thrust, for the 150-volt curve, is in excess of the 75-volt curve, the latter being shown in phantom. Similarly, the positive peaks of the 150 volt curve are all the greater than those of the low voltage curve.
One or two time regulators can be used in the embodiment of the invention shown in Figures 1 and 2. When a regulator is used, it replaces the maximum current relay. In such a case, the regulator controls the contact closing time, and the interval during which these contacts remain open is controlled by the circuit constants. When two regulators are used, both the closing time and the opening time of the contacts can be adjusted and this adjustment will naturally affect the frequency of the primary current pulses and therefore the frequency of the alternating secondary current. .
The present invention relates to the way of giving the desired shape to the wave of the secondary alternating current, in order to obtain a waveform most suitable for
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characteristics of the metal to be welded. Iron and steel, for example, have different characteristics from aluminum. Iron stores heat faster than aluminum, and it can retain heat for longer. Thus the shape of the wave, the shape which produces the desired heating effect on the metal according to the characteristics of the latter, is chosen when the metal is welded.
Another important advantage of the present invention is the production of a welding current the frequency of which is lower than that of the power supply device in which a balanced load can be taken from an AC power source. Polyphase. While polyphase current is the usual 60 period current, the secondary circuit current used for soldering has a frequency varying between less than one period and 20 periods per second. This low frequency produces a corresponding reduction in the react-ance of the secondary circuit.
The improved process which is the subject of the invention is applicable to various types of resistance welding, spot and line welding, butt and flat welding, or blacksmithing and resistance heating.
The invention is not limited to the details nor to the details of construction of the particular embodiment which has been shown in the drawings, other types of devices which may be imagined by those skilled in the art without depart from the scope of the invention.