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"Perfectionnements apportés à la soudure automatique à l' arc"
L'invention concerne un procédé et un appareil pour réaliser d'une façon continue la soudure a l'arc de métaux, en réalisant automatiquement l'avancement du fil de soudure et de la pièce à travailler, dans la direction de l'arc. Au cours des dernières années, on a cherché de plus en plus à mécaniser toujours aavan- tage les procédés de soudure à l'arc, surtout pour les opérations devant être effectuées à répétition.
La mécanisation satisfaisante de tout procédé de soudure à l'arc exige la corrélation exacte d'un grand nombre de variantes dépendant l'une de l'autre, si l'on veut réaliser un travail commercialement acceptable. Ainsi, par exemple, la vitesse d'avan- cement du fil, le voltage utilisé, le courant employé, la longueur
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de l'arc et le mouvement relatif de l'électrode et de la pièce de travail, doivent être mis en corrélation exacte, déterminée d'avan- ce, si l'on veut obtenir des résultats commercialement acceptables et sûrs.
La présente invention vise à établir un système de com- mande pour la soudure automatique à l'arc, qui éliminera autant que possible l'intervention humaine dans de telles opérations et permettra à de la sain-d'oeuvre non spécialisée d'effectuer ra- pidement un travail de soudure satisfaisant. L'invention concerne spécialement la solution des problèmes qui se posent en particu- lier pour la soudure automatique de tôles minces, dans la gamme d'épaisseurs trouvant un emploi courant dans la construction de véhicules.
Un objet de l'invention consiste a créer un système de com- mande perfectionné pour un appareil automatique de soudure a l'arc.
Un autre objet de l'invention est d'établir un appareil de démar- rage pour des installations automatiques de soudure à l'arc, qui fonctionnera de façon sûre avec de la tôle mince.
Dans les appareils automatiques de soudure à l'arc existant sur le marché, il est prévu un mécanisme entraîné par moteur, pour avancer le fil ou la barre de soudure vers la pièce, au fur et à mesure qu'ulle se consume dans l'arc. Le moteur entraînant ce mécanisme est généralement un moteur série et prend son énergie au circuit principal de soudure. En alimentant ce moteur directe- ment par le circuit de soudure, toute tendance d'allongement de l'arc augmente le voltage dans le circuit principal de soudure, ce qui accélère le moteur d'avancement du fil en raison du voltage plus élevé qui l'alimente, et accélère aussi l'avancement du fil, en raccourcissant ainsi l'arc.
Réciproquement, toute tendance de l'arc à se raccourcir indûment est rapidement corrigée par le ralentissement de l'avancement du fil, qui est provoqué par la chute du voltage de l'arc.
De tels dispositifs automatiques de soudure à l'arc ont trouvé
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une large application industrielle, malgré les nombreuses diffi- cultés auxquelles leur emploi donne lieu. Un des plus graves inconvénients réside dans les difficultés qu'on rencontre pour assurer des démarrages sûrs, surtout lors de la soudure de tôle mince. Apres une étude approfondie de ce problème, la demanderesse a découvert que, pour obtenir des démarrages suera et rapides, il est nécessaire de limiter la vitesse à laquelle le fil de soudure approche et rencontre la pièce de travail.
Il résulte des caractéristiques bien connues des moteurs serie que, lors du démarrage d'un appareil de soudure à l'arc dans lequel un tel moteur est alimenté par le circuit de soudure, le fil de soudure approchera et rencontrera la pièce à une vitesse beaucoup plus grande que celle à laquelle il sera avancé une fois que l'opéra- tion normale de soudure sera atteinte. C'est cette vitesse indû- ment élevée à laquelle le fil rencontre la pièce, qui est cause de la plupart des phénomènes indésirables accompagnant les démar- rages irréguliers, brutaux ou peu sûrs, tels que le collage, la brûlure, etc.. ton vue de remédier à cet inconvénient, la demande- resse a conçu l'appareil décrit ci-après, pour limiter cette vi- tesse de rencontre.
Le degré précis de limitation de cette vitesse dépend d'un certain nombre de facteurs indépendants qui varient dans chaque cas particulier. une diminution progressive de la vitesse de rencontre se traduit par un démarrage progressivement plus sûr. A mesure que décroît la densité de courant dans le fil de soudure, la nécessité de la limitation de la vitesse de rencontre devient plus marquée.
De même, il faut tenir compte de facteurs tels que la soudabilitè de la matière travaillée, le type de flux employé, et les carac- téristiques électriques du circuit de soudure. A titre d'exemple, on donnera seulement des chiffres pratiques pour la soudure de tôle d'acier mince. Dans le cas envisagé, on a utilisé une barre de soudure constituée par du fil d'acier nu de 5/32 de pouce
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(environ 4 mm.) de diamètre, sous une couche de flux cristallin caractéristique du soi-disant "procédé de soudure à l'arc submergé".
@ Le courant utilisé était voisin de 500 ampères et le voltage de l'arc était d'environ 23. Dans ces conditions, .une vitesse nor- male d'avancement du fil vers l'arc est d'environ 35 pouces (87,5 cm) par minute, et il a été constaté que dans ces conditions la vitesse à laquelle ce fil rencontre la pièce travaillée ne devra pas excéder sensiblement cette même valeur de 35 pouces (87,5 cm.) par minute. A mesure que le diamètre du fil augmente, le rapport entre la vitesse d'avancement normale du fil pendant la soudure, et la vitesse de rencontre, peut ordinairement être diminué, en raison des valeurs de courant plus élevées qui sont disponibles pour enlever l'extrémité de la tige de soudure au moment où la soudure est commencée.
La limite supérieure exacte de la vitesse de rencontre doit être déterminée dans chaque cas particulier, mais on constatera qu'elle est en tout cas inférieure à la vitesse à laquelle l'appareil avancerait le fil si le moteur d'avancement du fil était connecté directement au circuit de soudure.
L'invention sera décrite avec référence aux dispositions montrées aux dessins annexés, dans lesquels :
La Fig. 1 est un schéma d'un dispositif automatique de soudure à l'arc, comportant un mécanisme pour contrôler la Vitesse a laquelle l'électrode de soudure s'approche de la pièce à travailler, la Fig. 2 est un schéma d'un dispositif automatique de soudure à l'arc montrant une façon plus ou moins similaire de contrôler la vitesse à laquelle l'électrode de soudure s'approche de la pièce à travailler, la Fig. 3 est un schéma partiel d'un circuit de soudure à l'arc automatique, montrant des moyens pour retirer automatique- ment le fil de soudure de la pièce de travail pendant l'opération de démarrage, la Fig.
4 est également un schéma partiel d'un circuit de
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soudure automatique à l'arc, montrant un dispositif pour appli- quer un très fort à-coup de courant pendant un temps très court, pour aider l'allumage de l'arc sur de la tôle mince, et la Fig. 5 montre une série de courbes de phénomènes électri- ques en fonction du temps, illustrant la série d'opérations intervenant dans le démarrage d'une machine à souder automatique.
La Fig. 1 montre un schéma utilisable pour assurer une approche suffisamment lente du fil de soudure vers la pièce de travail. Dans cette figure, la génératrice de soudure 10 est mise à la terre en 11 et fournit son débit principal à travers le conducteur de soudure l vers le fil de soudure 13, depuis lequel le courant forme un arc vers la pièce de travail 14, pour aller ensuite à la terre en 15.
Pour amorcer le cycle de soudure, le bouton-poussoir 16 est enfoncé pour connecter le relais 17 directement à un circuit de commande de 110 volts. Lorsque le relais 17 se ferme, il shunte hors circuit la résistance 18 qui est intercalée dans le circuit d'induit de l'excitatrice 19. Cette dernière est une machine shunt à auto-excitation et est utilisée pour engendrer le champ 20 de la génératrice principale 10. Les résistances 18 et 21 sont intercalées dans le circuit d'induit de l'excitatrice 19, en série avec le champ 20 de la génératrice principale 10.
Chacune des résistances 18 et 21 est, de préférence, du type variable ou réglable. La résistance réglable 18 est employée pour fixer le voltage rûinimum produit par la génératrice 10, tandis que la résistance variable 21 est employée pour établir le volta- ge maximum produit par la génératrice 10, pour chaque dispositif de soudure particulier.
A mesure qu'il se consume dans l'arc, le fil de soudure 13 est avancé vers la pièce 14 par le moteur d'avancement 22 qui est un moteur série actionné par le potentiel existant entre le conducteur principal de soudure 12 et la terre. Le fonctionnement
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du moteur 22 est amorcé par le relais 3 qui est un dispositif à retardement et qui est, à son tour, mis sous tension lorsque le poussoir 16 est enfoncé. Le relais 23 est réglé pour fermer de 30à 120 cycles après l'enfoncement du poussoir 16. L'intervalle de temps entre l'enfoncement du poussoir 16 et l'actionnement du relais à retardement 23 permet à la génératrice 10 de produire un voltage substantiel avant que le moteur 22 ne soit mis en marche.
Au point de vue de la vitesse, le moteur 22 est contrôlé par la résistance 24 et par le relais 27 contrôlé par le courant.
La vitesse ae ce moteur dépend évidemment dans une large mesure du voltage entre le conducteur principal de soudure 12 et la terre. Lorsque le relais 23 se ferme, le moteur 22 commence immé- diatement à tourner, le circuit à la terre 25 étant complété à tout moment par la résistance 24. La valeur de celle-ci et le voltage développé par la génératrice 10 se trouvent en une corré- lation telle que, pendant que le courant actionnant le moteur 22 passe à travers la résistance 4 vers la terre, le moteur 22 ne tournera pas à une vitesse suffisante pour provoquer le collage du fil de soudure à la pièce de travail ou pour provoquer des démarrages brutaux, irréguliers ou peu sûrs. Le fil 13 commence à se consumer au moment où il heurte la pièce.
A ce moment, le potentiel dans le conducteur 1 tombera d'une valeur voisine de 80 ou 110 volta, à zéro et remontera ensuite à environ 20 à 30 volts. Le fort à-coup de courant de soudure accompagnant cette chute de potentiel provoque une chute correspondante de potentiel à travers le shunt 28. Ainsi, ce fort à-coup de courant actionne le relais 7 qui, à son tour, shunte la résistance 24 hors du circuit du moteur d'avancement du fil et permet sa mise directe à la terre en 6. Le moteur 22 peut donc avancer le fil à une vitesse normale, malgré la chute de potentiel de soudure dans le conducteur 12.
Si on le désire, il peut exister entre la carac- téristique du moteur 22 et les moyens de contrôle y associés,
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une relation telle que, lorsque l'arc est allumé, il se produit une pause suffisante dans le mécanisme d'avancement du fil pour permettre à l'arc d'atteindre une longueur normale de travail avant que l'avancement du fil à la vitesse normale ne soit repris.
Le shunt 28 sert également à fermer les relais 17-C et qui sont montés en parallèle avec les relais 17 et 30 respectivement, dans un but qui ressortira de la suite de la description.
Le moteur 29 d'avancement du chariot est employé pour produire le mouvement relatif de la tête à souder supportant le fil 13, et de la pièce 14, c'est-à-dire pour déplacer le fil de soudure au-dessus du travail. Ce moteur 29 est de préférence un moteur shunt à courant continu, alimenté par une source d'énergie appro- priée quelconque. Le relais 30 est actionné au moment où le pous- soir 16 est enfoncé, et complète le circuit d'induit du moteur 9, à travers les résistances 32, 33 et 48.Le relais à retardement 31 est disposé de façon à shunter la résistance 32 hors du cir- cuit du moteur 29, et, de même, le relais à retardement 34 est disposé de façon à shunter la résistance 33 hors du circuit.
Les relais 31 et 34 sont mis sous courant par le shunt 8 dans la li- gne 12. Un laps de temps qu'on peut choisir entre zéro et 120 cycles s'écoule entre le moment où le relais 31 est mis sous cou- rant et le moment où il shunte la résistance 32 hors du circuit.
De même, un laps de temps un peu plus grand, c'est-à-dire de zéro à 240 cycles, s'écoule entre le moment où le relais 34 est mis sous tension et le moment où il agit pour mettre la résistance 33 hors du circuit du moteur d'avancement du chariot. Il convient de noter que le relais à retardement 34 agit plus lentement que le relais à retardement 31.
Ce circuit fonctionne comme suit. Lorsque la génératrice prin- cipale 10 tourne à pleine vitesse, on enfonce le poussoir 16.
A ce moment, la génératrice 10 produit seulement un voltage minimum voisin de lb à 30 volts, en raison du fait que l'excitation du
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champ 20 est diminuée par la résistance 16 dans le circuit d'in- duit de l'excitatrice 19.
Pour amorcer l'opération de soudure, le poussoir 16 est enfonce et ferme ainsi instantanément le relais 17. De ce fait, la résistance 18 est shuntée hors du circuit, en excitant le champ 20 de la génératrice 10, et le voltage dans celle-ci croît de la valeur minimum jusqu'au voltage maximum permis par la résistance 21. Environ 40 cycles après l'enfoncement du poussoir 16, le relais à retardement 23 se ferme et provoque le démarrage du moteur 22 devancement du fil. Le retardement du relais 23 est choisi de telle façon qu'il ne se fermera pas avant que la géné- ratrice 10 n'ait atteint pratiquement son voltage maximum. La fermeture du relais 23 provoque le passage du courant par le moteur série 22 vers la terre 5, en passant par la résistance 24.
De ce fait, le moteur 22 fait avancer le fil 13 vers la pièce de travail, à une vitesse insuffisante pour provoquer le collage ou des démarrages irréguliers. Lorsque le fil de soudure 13 ren- contre la pièce 14, un fort à-coup de courant passe par le conduc- teur de soudure 12 et il se produit une chute brusque correspon- dante de voltage. Cet a-coup de courant actionne le relais 27 par l'intermédiaire du shunt 28 et met la résistance 24 hors du circuit du moteur 22 d'avancement du fil, en permettant la mise directe à la terre, en 26, de ce moteur.
L'enlèvement de la ré- sistance 24 du circuit permet au moteur 22 de continuer de fonc- tionner à une vitesse normale devancement du fil, malgré la brusque chute de voltage produite dans le conducteur 1 par l'al- lumage d'un arc entre le fil 13 et la pièce 14.
L'enfoncement du boutor. 16 provoque aussi la fermeture ins- tantanée du relais 30. Lorsque celui-ci se ferme, le moteur 9 d'avancement du chariot démarre, son courant d'induit étant limité par les résistances 32, 33 et 48. Vingt-sept cycles après sa mise sous tension par le shunt 48, le relais à retardement 31 se ferme
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et shunte la résistance 32 hors du circuit d'induit du moteur 29 d'avancement du chariot. Par ailleurs, 68 cycles plus tard, le relais à retardement 34 se ferme et shunte la résistance 33 hors du circuit d'induit du moteur .29 Cela imprime au moteur 29 une accélération progressive pendant que l'arc entre le fil de soudure 13 et la pièce 14 s'établit fermement.
Le courant principal de soudure passant par le shunt 8 main- tient les relais 17-C et 30-C fermés pendant tout le temps du passage du courant de soudure. La nécessité de ces relais se mani- feste à la fin du cycle de soudure. L'opération de soudure est arrêtée par le relâchement du poussoir 16. Cela provoque l'ouver- ture instantanée des relais 17, 23 et 30. L'ouverture du relais 23 interrompt immédiatement le mécanisme d'avancement du fil.
Puisque le relais 17 est shunté par le relais de courant 17-C et que le relais 30 est shunté par le relais de courant 30-C la géné- ratrice continue à développer le voltage normal de soudure et le moteur d'avancement du chariot continue à fonctionner. Dans ces conditions, l'arc est éteint par consomption normale puisque le moteur 22 d'avancement du fil est maintenant inopérant. Lors- que l'arc est éteint, le relais 17-C s'ouvre et diminue le volta- ge de la génératrice jusqu'à la valeur minimum, et le relais 30-C s'ouvre et arrête le moteur d'avancement du chariot. Le mécanisme est alors prêt pour la soudure suivante.
Une deuxième méthode de contrôle de la vitesse du fil de soudure s'approchant de l'arc de soudure est illustrée en Fig. .
Dans ce circuit, le voltage dans le conducteur principal de soudure 12 est employé pour contrôler l'action de certains relais. Dans cette figure, les références et fonctions des éléments 10 à 5 sont identiques à celles des éléments correspondants de la Fig. 1, excepté que le relais 35 contrôlé par le voltage a été substitué au relais à retardement 3 de la Fig. 1, et que le relais 17 présente une bobine additionnelle influencée par le courant et
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excitée par le shunt 28. Le relais 35 contrôlé par le voltage est connecté entre le conducteur de soudure 12 et la terre, en 36, et est. établi de façon a se fermer au voltage maximum produit par la génératrice 10, dans ce cas entre 80 et 110 volts.
Le relais 35 est également pourvu d'une bobine séparée qui est mise sous cou- rant par le poussoir 16. Le relais 35 fait démarrer le moteur 2 d'avancement du fil. Le relais 37, contrôlé par le voltage, est connecté entre le conducteur principal de soudure 12 et la terre 38 et sert à shunter la résistance 24 hors du circuit du moteur d'avancement du fil, en mettant ce moteur directement à la terre en 38. Le relais 37 est réglé de façon à établir toujours le con- tact lorsque le voltage lui imprimé ne dépasse pas sensiblement le voltage normal de soudure. A titre d'exemple, le relais 37 peut être réglé de façon à s'ouvrir à un voltage supérieur à 40 et à se fermer à des voltages inférieurs à 30.
De cette façon, le relais 37 s'ouvrira pendant la période initiale de travail de la génératrice 10 et restera ouvert jusqu'à ce que le voltage soit tombé à 30 ou moins, par suite de l'amorçage de l'arc, et se ferme- ra alors et restera fermé pendant le restant du cycle de soudure.
Ainsi, lorsque l'arc est allumé et que le potentiel tombe dans le conducteur de soudure 12, le relais 37 contrôlé par le voltage se' ferme et met le moteur 22 devancement du fil directement a la terre en 38. De ce fait, la résistance 24 est shuntée hora du cir- cuit, ce qui permet un avancement normal du fil, malgré la chute de voltage dans le circuit de soudure.
Dans le cas de ce schéma de montage, le moteur 29 de commande du chariot est alimenté en courant continu 110 volts, d'une façon similaire à celle montrée en Fig. 1. Le démarrage du moteur 29 est commandé par le relais 39 contrôlé par le voltage, qui est intercalé dans le circuit d'induit. Les caractéristiques de ce relais 39 sont telles qu'il se ferme à des voltages supérieurs à environ 40 et s'ouvre à des voltages inférieurs à environ 0. Le relais 39 est construit de telle façon qu'il s'ouvrira relativement lentement,
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de sorte qu'il ne s'ouvrira pas sous l'effet de chutes momentanées de voltage, comme par exemple au premier allumage de l'arc.
L'accélération du moteur 29 de commande du chariot est accomplie d'une façon similaire à celle illustrée en Fig. 1, excepté que les relais 31 et 34 contrôlés par le temps sont actionnés par le même voltage qui actionne le moteur d'entraînement du chariot. En d'autres termes, ces relais commencent à mesurer le temps à partir de l'instant où le relais 39 contrôle par le voltage fonctionne.
Le fone tionnement du moteur 29 d'avancement du chariot est également soumis au contrôle du relais 39 A qui est monté en série avec le relais 39 contrôlé par le voltage. Le relais 39A est connecté de telle façon qu'il peut être mis sous courant par le poussoir 16, ou par le shunt 28, ou simultanément par ces deux moyens. Dans ces conditions, il peut être désirable de supprimer le relais 39 et de réaliser le contrôle uniquement au moyen du relais 39A.
Ce circuit de soudure fonctionne comme suit . Lorsque le poussoir 16 est enfoncé, le relais 17 se ferme et shunte la ré- sistance 18 hors du circuit de l'excitatrice. Lette résistance 18 étant mise hors circuit, la génératrice 10 agit pour engendrer le plein voltage de soudure qui est voisin de 80 à 110 volts..
L'enfoncement du poussoir 16 provoque la fermeture du relais 39A.
Lorsque la génératrice 10 produit un voltage de 40 volts, le relais 39 contrôlé par le voltage se ferme et amorce l'accéléra- tion du moteur de commande du chariot, par l'intermédiaire des relais 31, 34 et des résistances 32 et 33. Lorsque le voltage de la génératrice dépasse 40 volts, le relais 37 contrôlé par le voltage s'ouvre et intercale la résistance 4 dans le circuit du moteur d'avancement du fil. Lorsque le voltage de la génératrice a atteint pratiquement sa pleine valeur ou le voisinage de 80 volts, le relais 35 contrôlé par le voltage se ferme et fait démarrer le moteur 22 d'avancement du fil, à une vitesse réduite
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en raison de la présence de la résistance 4 dans le circuit.
Le relais 35 est construit de telle façon que la bobine connectée au bouton poussoir 16 est insuffisante pour actionner l'armature aussi longtemps qu'elle n'est pas aidée par la bobine connectée entre le conducteur de soudure 12 et la terre. Un potentiel d'en- viron 40 volts dans le conducteur 12, en combinaison avec l'éner- gie dérivée du poussoir 16, suffira pour fermer le relais 35.
Une fois le relais 35 fermé, l'énergie du poussoir 15 suffira pour le maintenir fermé, malgré les variations du voltage dans le conducteur de soudure. Le fonctionnement du moteur 22 fait avancer le fil 13 vers la pièce 14 et provoque l'arc. L'allumage de l'arc se traduit évidemment par une forte chute de voltage dans le con- ducteur 1. Lorsque le voltage est tombé à une valeur déterminée d'avance au environs de 30. volts, le relais 37 fait contact et shunte la résistance 24 hors du circuit du moteur 2'd et permet donc à ce moteur de faire avancer le fil à vitesse normale malgré la chute de voltage dans le circuit principal de soudure.
Il convient de noter que le fonctionnement décrit avec référence à la Fig. 2 est, d'une façon générale, similaire à celui décrit avec référence à la Fig. 1, sauf qu'en Fig. 2 le temps requis pour faire monter le voltage de la valeur minimum à la valeur pleine, est employé pour régler, dans le temps, les diverses opérations, plutôt que pour régler, dans le temps, les relais retardement, qui sont ajustés à de s laps de temps arbitraires.
Pour terminer le cycle de soudure, le poussoir 16 est relâché.
Lorsque la bobine du relais 35, qui est commandée par le poussoir 16, n'est plus parcourue par le courant, ce relais s'ouvre et arrête le moteur 22, puisque le bas voltage employé pendant la soudure est insuffisant pour maintenir ce relais fermé. Après le relâchement du poussoir 15 et l'arrêt du moteur 22, le moteur 9 d'actionnement du chariot continue à fonctionner puisque la bobine du relais 39A, qui est actionnée par le shunt 28, maintient ce
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relais fermé. De même, le relais 17 est maintenu fermé par le shunt 8 et maintient le plein voltage de soudure dans la généra- trice 10. L'avancement du fil étant supprimé, la consomption normale produit l'extinction de l'arc.
Lorsque le courant de sou- dure est supprimé, les relais 17 et 39A s'ouvrent rapidement et provoquent la chute du voltage de la génératrice et l'arrêt du moteur 29 d'avancement du chariot. La macnine est maintenant à l'arrêt et prête à une nouvelle opération de soudure.
La Fig. 3 montre une variante du circuit selon Figs 1 et 2.
Le circuit de la Fig. 3 peut être appliqué directement à ceux montrés en Figs. 1 et 2 et être commandé par le même poussoir 16.
Lorsque celui-ci est enfoncé, le relais à retardement 43 commence à mesurer le temps et se ferme après un intervalle déterminé d'avance. Lorsque le relais 43 se ferme, le solénoïde 44 est mis sous tension, ce qui a pour effet que l'armature 45 du solénoîde se meut vers le haut et entraîne le support d'avancement du fil 46, qui porte le mécanisme comprenant le moteur 22 devancement du fil (non montré), lequel fait avancer le fil 13 a mesure que la soudure progresse. L'action ordinairement brusque du solénoîde 44 est amortie par le dashpot 47, pour rendre l'action contrôla- ble dans le temps.
Lorsque le circuit de la Fig. 3 est employé en combinaison avec les circuits montrés en Figs. 1 et 2, le relais 43 est réglé de telle façon que le retrait du fil de sou- dure par le solénoïde 44 ne se produira pas avant que le voltage de la génératrice ne se soit établi et que le courant de soudure ne commence à passer effectivement, A titre d'alternative, le solénoîde 44 peut être réglé de façon à agir à tout moment voulu après que le contact a été établi par le poussoir 16 et que la suite normale d'opérations de soudure a commencé.
Par un ajustage judicieux des caractéristiques du dash-pot 47 et la superposition de ces caractéristiques et des caractéristiques normales d'accé- lération du moteur série employé pour l'avancement du fil de sou-
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dure, on peut réaliser pratiquement toute accélération et toute vitesse d'avancement du fil de soudure. L'avancement effectif obtenu est évidemment la somme algébrique du mouvement imprimé par le moteur 22 d'avancement du fil et par le solénoïde 44. Les caractéristiques du dashpot 47 sont contrôlées à volonté par des expédients tels que la prévision de rainures ou lumières dans le cylindre pour régler l'échappement du fluide moteur. Voir "Damping Characteristics of Dashpots " par Peterson, tel que publié dans "Froduct Engineering", de Novembre 1947, page 139 et suivantes.
Couine variante du circuit qui vient d'être décrit, le relais 43 peut être actionné par le courant dérivé du shunt 28,, au lieu de l'énergie reçue via le poussoir 16. Il en résulte un circuit un peu moins critique puisque le retrait du fil de soudure 13 par le solénoîde 44 est amorcé par le démarrage du courant de soudure. C'est évidemment à ce moment que ce retrait doit être effectué pour amorcer convenablement l'arc.
Le circuit montré en Fig. 3 peut aussi être incorporé dans ceux montrés en Figs. 1 et 2, de façon à obtenir un résultat quelque peu différent. On constatera que dans les circuits mon- trés en Figs. 1 et 2, il existe un mouvement relatif du fil de soudure et de la pièce de travail avant que le moteur 22 agisse de façon à allumer l'arc. Dans ces conditions, il peut être dési- rable de produire l'allumage de l'arc avant le déplacement relatif du fil de soudure et de la pièce de travail. Cette méthode est appelée le démarrage arrêté, par opposition au démarrage volant illustré en Figs. 1 et 2. Dans ces départs arrêtés, le moteur 9 d'avancement du chariot est mis en marche un temps déterminé après que le courant de soudure a commencé à passer.
Cela donne un temps suffisant pour la formation d'une flaque de métal fondu sous l'électrode de soudure. Le démarrage du moteur 29 d'avance- ment du chariot doit être réglé, dans le temps* de telle façon qu'il suit l'allumage de l'arc endéans un délai pas trop long
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pour empêcher qu'un trou ne soit brûlé dans la pièce de travail, surtout lorsqu'il s'agit de tôle mince. Dans ces conditions, il est parfois pratique de supprimer le contrôle de la vitesse du moteur 22 d'avancement du fil, qui est appliqué en Figs. 1 et , et de se fier complètement au mécanisme de retrait du fil, montré en Fig. 3, pour établir l'arc.
Dans chaque cas, il s'est avéré recommandable d'accélérer graduellement le moteur 29 d'avancement du chariot, depuis l'arrêt jusqu'à la pleine vitesse, pour assurer un allumage doux de l'arc. il va de soi que le mécanisme de re- trait montré en Fig. 3 peut être employé en combinaison avec l'avancement retardé du fil selon Figs. 1 et 2, ou peut être employé séparément. Les conditions spéciales qui se présentent dans chaque travail de soudure individuel doivent être prises en considération pour déterminer le circuit exact qu'il convient d'employer.
Dans la plupart des cas, on constatera que l'on ob- tient un fonctionnement plus sûr si le démarrage du moteur d'avancement du chariot est contrôlé par du courant dérivé du shunt 28, puisqu'il convient de maintenir une corrélation plutôt précise entre le commencement du passage du courant de soudure et le démarrage de ce moteur 29.
La Fig. 4 montre une modification qui peut être apportée aux circuits illustrés en Figs. 1 et , pour aider à l'allumage de l'arc. Dans cette figure, un relais 40 à voltage et a intensité est shunté sur la résistance 21 qui contrôle le voltage maximum produit par la génératrice 10. L'armature du relais 40 est pourvue de deux enroulements séparés et distincts, disposés de telle façon qu'ils produisent des flux mutuellement opposés. La bobine de voltage du relais 40 est connectée entre le conducteur princi- pal de soudure 12 et la terre en 41. La bobine de courant du re- lais 40 est branchée sur le shunt 4 inséré dans le conducteur principal de soudure 12.
Ce relais est disposé de façon que la bobine de voltage provoquera la fermeture du relais à un voltage
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intermédiaire entre le voltage normal de soudure et le voltage maximum produit par la génératrice lorsque la résistance 21 est en série avec le champ de la génératrice. Lorsque le voltage ae la génératrice 10 augmente après l'enfoncement du poussoir 16, ce relais se fermera et shuntera la résistance hors du circuit de champ de la génératrice. L'enlèvement de cette résistance 21 du circuit de champ de la génératrice a pour effet que la génératrice produit le voltage maximum qu'elle est capable d'engendrer et rend donc disponible un énorme à-coup de courant pour produire un arc très chaud pour conduire l'opération de soudure à travers la période difficile du démarrage.
L'à-coup initial du courant de soudure se répercute évidemment dans le shunt 42 et la bobine de courant du relais 40, qui est raccordée à ce shunt. tant donné que la booine de courant est enroulée de façon à s'opposer magné- tiquement à la bobine de voltage, le relais 40 s'ouvrira prompte- ment dès que le courant de soudure commence à passer et ramènera donc la résistance 21 à sa fonction normale de contrôle du débit de la génératrice. Cette réinsertion rapide de la résistance 21 dans le circuit de champ de la génératrice 10 empêchera, pendant un temps appréciable, le passage d'un courant excessif dans le circuit principal de soudure, et empêchera le brûlure de la pièce de travail.
Il convient de noter que si les conditions sont moins critiques, la bobine de courant et le shunt 43 peuvent être omis, en permettant au relais 40 de s'ouvrir simplement sous l'effet de la chute de voltage accompagnant le commencement de la soudure.
De même, si les circonstances l'exigent, le relais 40 peut être d'un type tel qu'il se fermera pendant un laps de temps déterminé d'avance et s'ouvrira ensuite. Une telle disposition est utile lorsqu'on rencontre des conditions de démarrage particulièrement difficiles. Les dispositions montrées en Fig. 4 ont été décrites spécialement pour leur emploi combiné avec les circuits illustrés en 'igs. 1 et 2. il est toutefois entendu que dans certaines con- ditions, on peut omettre les dispositions spéciales des Figs. 1 et
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.2 et accomplir le démarrage simplement par l'emploi du dispositif montré en tige 4.
Lorsque le circuit selon Fig. 4 est employé en combinaison avec ceux montrés en Figs. 1 et 2, le circuit selon 'ig. est simplement ajouté à celui illustré en ces Figures.
Aucune autre modification du circuit illustré en Figs. 1 et n'est nécessaire pour l'adaptation de celui montré en Fig. 4.
En Fig. 5, les divers phénomènes électriques se produisant lors du démarrage d'unachine automatique de soudure à l'arc ont été représentés en fonction du temps. C'est la meilleure illustration de la succession des événements se manifestant lors du démarrage d'une machine automatique de soudure à l' a rc . Dans cette figure, le temps est porté en abscisses, tandis que les or- données représentent la grandeur relative du voltage de la géné- ratrice, de la vitesse du chariot, de la vitesse d'avancement du fil, et du courant de soudure.
Il n'a pas été donné de valeurs numériques aux ordonnées, ni aux abscisses, puisque les ordon- nées ont seulement pour but de montrer des valeurs relatives, et les abscisses de montrer l'écoulement du temps, loutefois, à sim- ple titre d'information, il convient de noter que dans un appareil normal de soudure, le cycle complet montré en Fig. 5 doit durer moins de deux -secondes. Dans ce diagramme, l'espace compris entre l'ordonnée et la ligne A représente le temps avant soudure, c'est- à-dire avant le commencement effectif du cycle de soudure sous l'effet de l'enfoncement du poussoir 16. Le voltage de la généra- trice est représenté par une ligne en trait plein et, pendant cette période avant soudure, n'atteint que le voltage minimum.
Lorsque le poussoir 16 est enfoncé, le relais 17 se ferme et le voltage de la génératrice monte à un maximum et se maintient à cette valeur jusqu'à la ligne verticale C, auquel moment l'arc est allumé et le voltage de la génératrice tombe rapidement et puis remonte au voltage normal de soudure qui, comme on le cons- tatera, est supérieur au voltage minimum. A la ligne verticale B,
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et pendant la création du voltage de la génératrice, le relais 23 se ferme et provoque la mise en marche du moteur d'avancement du fil.
La vitesse de ce moteur est représentée par la ligne en traits interrompus, qui s'élève à un maximum, jusqu'à ce qu'elle se trouve interrompue par l'allumage de l'arc a la ligne verticale C. ensuite, cette vitesse tombe légèrement jusqu'à ce que le relais 27 se ferme et ramène la vitesse d'avancement du fil à une valeur approchant celle qui était atteinte au moment où le fil rencontrait la pièce de travail.Il convient de noter que cette valeur est sensiblement la marne que celle employée pour la sou- dure normale, montrée à droite de la figure. Renfoncement du poussoir 16 provoque évidemment la fermeture du relais 30 et met immédiatement en marche le moteur d'avancement du chariot. La vitesse de ce moteur est représentée par la ligne en traits mixtes.
On constatera qu'il se produit une accélération graduelle jusqu'à la ligne E, où le relais 39 se ferme, une accélération plus rapide jusqu'à la ligne F, où le relais 33 se ferme, et une accé- lération finale jusqu'à ce que la valeur finale soit atteinte pen- dant la soudure. Le courant de soudure est représenté par la ligne pointillée et monte évidemment de zéro, au moment où l'arc est allumé à la ligne C, jusqu'à un a-coup maximum, et retombe alors au courant normal de soudure. Il convient d'insister sur le fait que la Fig. 5 montre seulement une approximation de la succession, exacts des phénomènes et, dans la pratique, il peut se produire des variations, sans se départir de l'esprit de l'invention.
Pour la clarté, les phénomènes se produisant à la fin du cycle de sou- dure ont été omis dans la Fig. 5. Il semble que ces phénomènes ont été amplement expliqués dans la description, si on les considère en se référant à la Fig. 5.
L'appareil qui vient d'être décrit est habituellement employé avec le type de connexion appelé "à polarité inversée". Cela n'est toutefois pes essentiel et, si les circonstances l'exigent, on peut employer une polarité normale. Le présent procédé convient
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particulièrement au procédé de "souaure à l'arc submergé", dans lequel un fil nu de soudure est introduit dans une masse granu- laire de flux minérale II peut cependant être également utilisé avec une barre enrobée de soudure usuelle, ou avec une barre nue, sans employer de flux.
Dans la description, on a seulement envisagé l'emploi d'un moteur série comme moteur d'avancement du fil de soudure. Cela n'est toutefois pas essentiel si un contrôle approprié de l'avan- cement du fil de soudure peut être obtenu par des commandes auto- matiques fonctionnant avec d'autres types de force motrice. Ainsi, par exemple, le moteur employé pour amener le fil à l'arc peut avoir un champ excité en permanence par une source de voltage fixe et l'armature peut être mise sous courant par le circuit de sou- dure.
Cela donnera évidemment lieu à une commande un peu moins sensible au voltage dans le circuit de soudure, que ce n'est le cas pour le moteur série habituellement employée Dans la descrip- tion, il a toujours été fait référence à des résistances comme moyens pour limiter la vitesse des différents moteurs. Il va de soi que n'importe quel autre moyen connu pour contrôler la vitesse de moteurs peut être substitué aux résistances usuelles.
REVENDICATIONS.
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