BE514685A - - Google Patents

Description

   <EMI ID=1.1> 

  
La présente invention concerne, de façon générale, les soudeuses à arc électrique et plus spécialement les soudeuses à arc qui produisent la soudure au moyen d'un arc à courant continu qui s'établit entre une électrode non consumable et la pièce à souder, dans une atmosphère d'un gaz inerte. Les soudeuses à arc à courant continu avec protection par gaz inerte conviennent spécialement pour souder des métaux comme l'aluminium et les alliages d'aluminium qui s'oxydent facilement, l'acier à faible teneur en carbone, l'acier inoxydable, le cuivre et les alliages de cuivre. Les exemples donnés ne limitent cependant aucunement le champ d'application de l'invention.

  
En ce qui concerne le rapport des potentiels de la pièce à souder et de l'électrode de soudage, la soudure à l'arc en courant continu est divisée en deux classes, la polarité normale avec laquelle l'électrode de soudage est maintenue négative par rapport à la pièce, et la polarité inverse avec laquelle l'électrode est positive et la pièce à souder négative, celle-ci étant donc l'élément qui émet les électrons. 

  
La soudure avec polarité normale présente un avantage important.  Un opérateur peut souder facilement suivant une ligne déterminée, puisque l'arc ne tend pas à s'écarter appréciablement de la ligne de soudure désirée. Cependant les surfaces à souder, surtout dans le cas d'un métal comme l'aluminium, doivent être nettoyées avec grand soin, et il faut une sérieuse expérience pour enlever tous les produits d'oxydation et obtenir une soudure solide. Ce défaut se présente particulièrement en soudant l'aluminium.

  
La soudure avec polarité inverse présente deux grosses difficultés. L'électrode tend à être surchauffée, provoquant ainsi la chute d'une grosse goutte de soudure sur le métal qui contamine la soudure, ou bien 1'

  
 <EMI ID=2.1>  cision. D'autre part la polarité inverse permet de souder des surfaces oxydées (comme d'aluminium par exemple) sans résultats défectueux. La soudure avec polarité inverse nettoie l'endroit de soudage et la surface environnante, permettant ainsi d'obtenir une;bonne soudure. Le résultat est un cordon de soudure propre et un gain de temps, celui requis autrement pour nettoyer l'endroit à souder.

  
La soudure à polarité inverse est donc généralement préférée

  
à celle à polarité normale mais elle pose certains problèmes.

  
La présente invention a pour but de procurer une soudeuse à arc à courant continu perfectionnée qui jouisse à la fois des avantages de la polarité normale et de la polarité inverse sans en avoir les inconvénients.

  
L'invention a aussi pour but de procurer une soudeuse perfectionnée dont le coût de fabrication et d'entretien soit faible et qui soit capable de produire une soudure saine.

  
Un des inconvénients principaux de la soudure à polarité inverse est la grande quantité de chaleur libérée dans l'électrode. Si l'électrode est petite, elle tend à être surchauffée et à fondre, introduisant des impuretés dans la soudure. Si l'électrode est grande de manière à résister et dissiper la grande quantité de chaleur, la pointe de l'électrode est trop grosse et l'arc voyage. Le sérieux du problème ressort de la constatation que l'électrode est soumise à une chaleur approximativement dix fois plus élevée en polarité inverse qu'en polarité normale. Si on veut que les électrodes atteignent la même température en polarité normale et en polarité inverse, l'électrode à polarité inverse doit avoir approximativement une surface dix fois supérieure à celle de l'électrode à polarité normale.

   Le diamètre de l'électrode doit être augmenté de plus de trois fois, ce qui aug-

  
 <EMI ID=3.1> 

  
arc voyage.

  
En soudure à courant alternatif, l'électrode de soudage travaille avec polarité normale et avec polarité inverse et l'échauffement de l'électrode est un peu réduit. Mais la soudure à courant alternatif a ses propres difficultés. On a constaté qu'en soudure à l'arc à courant alternatif, il y a un effet redresseur dans l'arc. Le courant qui passe dans l'arc est donc, en fait, un courant alternatif superposé à un courant continu. Un tel courant, en passant dans le secondaire du transformateur de soudure, sature celui-ci et l'échauffe exagérément, ce qui diminue sa puissance nominale.

  
Il faut alors utiliser un transformateur puissant et coûteux. L'expérience

  
a montré que l'appareil impose une limite à la composante continue et que

  
le courant pendant les demi-périodes de polarité normale ne peut pas dépasser le triple du courant pendant la polarité inverse. Si on utilise un rapport plus grand, le système d'alimentation est sollicité de façon exagérée. Ceci provient de la présence de pointes dans l'onde de tension de l'arc plusieurs fois supérieures à la tension normale maximum du transformateur de soudure.

  
On a découvert qu'il est possible de jouir des avantages des soudures à polarités normale et inverse sans subir les inconvénients ni de la soudure en continu ni'de la soudure en alternatif, en appliquant entre électrode et pièce à souder des potentiels de polarité normale auxquels on superpose des pointes de polarité inverse de durée relativement courte. La durée de ces pointes peut varier dans de larges limites suivant la matière

  
à souder et la composition de la tige de soudure. Il a été constaté notamment qu'il est possible d'obtenir une soudure solide et propre de l'aluminium si la durée de passage du courant à polarité normale est environ vingt fois celle du passage de la pointe de courant à polarité inverse.

  
Dans les appareils conformes à l'invention, l'électrode de soudage reçoit un courant suffisant pour faire la soudure en polarité normale, mais un circuit à impulsions séparé fait passer du courant de polarité inverse pendant de courts laps de temps. De bons résultats ont été obtenus avec un circuit à impulsions commandé par une source à 60 cycles, de-manière à produire, chaque seconde, 60 impulsions. De meilleurs résultats encore sont obtenus, quand il y a plus de 60 impulsions par seconde.! est effet, le circuit peut être commandé par une source de courant à fréquence supérieu- -  re à 60 cycles par seconde, ou bien il peut y avoir plusieurs circuits à impulsions, commandés chacun par une source à 60 cycles., 

  
Afin que l'invention soit bien comprise, on se référera au dessin annexé, dans lequel : 

  
Les figures 1, 2, 3 et 4 sont des schémas de formes d'exécution

  
 <EMI ID=4.1>  tion du temps.

  
L'appareil représenté à la figure 1 comprend une électrode de soudage 13 et une pièce à souder 6 alimentées par une source de courant continu non représentée, par l'intermédiaire des bornes 7 et 9. Une self de choc 

  
 <EMI ID=5.1> 

  
empêcher le passage de courant alternatif dans la source de courant continu. Des bornes 15 et 17 sont prévues pour être connectées à une source de courant alternatif. Une self de limitation de courant 19 est reliée à une des bornes à courant alternatif. Un premier condensateur 21 est connecté entre une bor-  ne à courant alternatif 17 et la self 19. Une self à saturation 23 et un second condensateur 25 sont connectés entre la self 19 et l'électrode de soudage 13. Le second condensateur 25 empêche le passage de courant continu dans le circuit à courant alternatif. Une.résistance 27 est reliée à une borne 17 de la source à courant alternatif et au point de jonction entre

  
la self à saturation 23 et le condensateur 25.

  
 <EMI ID=6.1> 

  
électrode de soudage 13 une tension suffisante pour y provoquer le passage

  
 <EMI ID=7.1> 

  
alternatif charge le condensateur 21 et sature la self à saturation 23. Quand celle-ci est saturée, son impédance diminue fortement et le premier condensateur 21 peut se décharger à travers la self à saturation 23, le second condensateur 25 et l'électrode de soudage 13. Pendant une demi-période, cette impulsion de courant provoquée par la décharge du premier condensateur 21 

  
a la même polarité que la source de courant continu. Pendant l'autre demipériode, cette impulsion a une polarité opposée à celle de la source de  courant continu, et introduit une période de polarité inverse qui nettoie

  
la soudure et permet d'obtenir un soudage satisfaisant.

  
La figure 2 montre un autre dispositif, dans lequel la source de courant continu (non représentée) est connectée comme avant à l'éleetrode de soudage et à la pièce. Une résistance 29, un redresseur 31 et un condensateur 21 sont mis aux bornes de la source de courant alternatif. Un redresseur à commande par grille 33 est relié au point de jonction entre le redresseur 31 et le condensateur 21 et à l'électrode de soudage 13 avec une polarité telle qu'il laisse passer du courant de polarité opposée à celle

  
de la source de courant continu. La grille 35 du redresseur 33 est connectée, par une source 37 de tension de polarisation et le secondaire 39 d'un trans-

  
 <EMI ID=8.1> 

  
formateur 41 est connecté à une source de courant alternatif (non représentée). 

  
En fonctionnement, le redresseur 31 fait passer du courant par la résistance de limitation de courant 29 pour charger le condensateur 21. Au moment voulu, le transformateur d'allumage 41 rend le redresseur à comman-

  
 <EMI ID=9.1> 

  
lectrode de soudage 13, produisant ainsi une brusque impulsion de courant  de polarité inverse dans l'électrode de soudage. L'impulsion de courant provenant du condensateur 21 est appliquée une fois par cycle de la .source dé courant alternatif, de manière à produire une impulsion de courant de pola-rite inverse suffisante pour maintenir la soudure propre.

  
La figure 3 représente un circuit différent dans lequel la source de courant continu est connectée à l'électrode de soudage de la même manière qu'aux figures 1 et 2. Une self de limitation de courant 47 et un condensateur 21 sont mis aux bornes de la source de courant alternatif. Un redresseur ignitron 49 est connecté entre le point de jonction de la self
47 et du -condensateur 21 et l'électrode de soudage 13, de manière à conduire du courant de polarité opposée à celle de la source de courant continu. Une lampe d'allumage 50 est connectée entre l'anode 51 et l'électrode d'allumage 54 de l'ignitron 49. La lampe d'allumage 50 est amorcée de la même manière que le redresseur à commande par grille 33 représenté à la figure

  
2. Ce dispositif fonctionne comme celui de la figure 2 sauf que les -valeurs de la self 47 et du condensateur 21 peuvent être choisies de manière à ce que ceux-ci résonnent à la fréquence de la source de courant alternatif. Si leurs valeurs sont choisies de telle façon, la tension appliquée au condensateur
21 peut être supérieure à la tension maximum appliquée par la source de courant alternatif et la soudeuse est capable d'appliquer à 1'électrode de soudage 13 une impulsion de tension élevée, même sans source de tension élevée. L'emploi d'une impulsion de tension élevée facilite l'amorçage de l'arc.

  
La figure 4 représente un circuit modifié dans lequel la source de courant continu est connectée à l'électrode de soudure de la même manière que dans les cas précédents. Une self de limitation de courant 47, une résistance 53 et un premier condensateur 55 sont connectés aux bornes de la source de courant alternatif. Un second condensateur 21 est connecté entre un point de jonction de la self de limitation de courant 47 et de la résistance 53 et la borne positive 9 de la source de courant continu. Un ignitron
49 est connecté entre le point de jonction de la self de limitation de courant 47 et de la résistance 53 et une borne 17 de la source de courant alternatif. La lampe d'allumage 50 est connectée entre l'anode 51 et l'élec- <EMI ID=10.1> 

  
d'allumage 50 est connectée au point de jonction de la résistance 53 et du premier condensateur 55. La résistance 53 et le premier condensateur 55 constituent un circuit d'allumage pour la lamep d'allumage 50. Dans le circuit de la figure 4, le condensateur 21 ne se charge qu'à travers l'arc de soudure, quand il est établi. Au moment voulu, la lampe d'allumage rend l'ignitron conducteur de manière que le condensateur se décharge dans l'électrode de soudage 13.

  
Il faut noter que, dans ce circuit aussi, les valeurs de la

  
self de limitation du courant 47 et du condensateur 21 peuvent être choisies de façon que ces éléments résonnent à la fréquence de la source d'alimentation. Le condensateur peut alors être chargé par une tension supérieure à celle de la source de courant alternatif. Cependant, comme le condensateur n'est chargé que lorsque l'arc est établi, il n'y a pas de tension élevée à circuit ouvert qui pourrait être dangereuse pour l'opérateur. En tout cas la tension est suffisante pour produire une impulsion de polarité inverse qui nettoie la surface à souder et permet d'obtenir une soudure satisfaisante.

  
La figure 5 représente un graphique de la différence de potentiel entre l'électrode de soudage et la pièce en fonction du temps. La ten-sion est portée en ordonnées et le temps en abscisses. L'ordonnée représente la polarité normale au-dessus de l'axe des abscisses et la polarité inverse en-dessous. Les conditions de tension représentées sont celles rencontrées dans les circuits des figures 2, 3 et 4. Il y a une période 58 pendant laquelle du potentiel de polarité normale est appliqué, suivie d'une courte impulsion 59 de polarité inverse due à la décharge du condensateur 21. Ce cycle se répète à une cadence déterminée par la fréquence de la source de courant alternatif.

   On peut aussi connecter deux ou plusieurs condensateurs avec leur circuit de charge et de décharge à l'électrode de soudage, de manière à avoir, par minute, plus d'impulsions que de périodes de la source   <EMI ID=11.1> 

  
La proportion des amplitudes et des durées des tensions de polarité normale et de polarité inverse peut varier entre des limites raisonnablement étendues mais le temps total de tension de polarité inverse doit être faible, comparé au temps total de tension de polarité normale. De façon générale, la polarité inverse aura une amplitude et une durée suffisantes pour produire le nettoyage voulu de la surface, sans échauffer exagérément l'électrode de soudage. De bons résultats sont obtenus dans la soudure de l'aluminium, avec un temps total de tension de polarité inverse de l'ordre du vingtième du temps total de la tension de polarité normale. 

  
Des résultats satisfaisants ont été obtenus dans l'application de l'invention au moyen d'appareils construits comme suit : <EMI ID=12.1> 

  
Différence de potentiel 15-17 110-220 volts 60 cycles

  
Self 11 20 à 60 millihenrys

  
 <EMI ID=13.1> 

  
Résistance 27 700 ohms

  
Condensateur 25 40 à 100 microfarads

  
Self 19 100 millihenrys 

  
 <EMI ID=14.1> 

  
Différence de potentiel 15-17 100-220 volts 60 cycles

  
Résistance 29 10-50 ohms

  
Redresseur 31-866A 

  
Lampe 33-676 

  
Condensateur 21 20 à 140 microfarads

  
Batterie 37

  
Self 11 20 à 60 millihenrys

  
 <EMI ID=15.1> 

  
Différence de potentiel 15-17 110-220 volts 60 cycles

  
Self 47 52 millihenrys

  
 <EMI ID=16.1> 

  
Lampe 50 - 632A 

  
Ignitron 4 - 681/686

  
Self 11 20 à 60 millihenrys Fig. 4-

  
Différence de potentiel 15-17 110-220 volts 60 cycles

  
Self 57 52 millihenrys 

  
Condensateur 21 120 microfarads

  
Lampe 50 - 632A

  
Ignitron 49-683/686 

  
Self 11 20 à 60 millihenrys

  
L'invention convient particulièrement à la soudure de métaux comme l'aluminium au moyen d'une électrode en tungstène, sous la protection d' un gaz inerte. Dans ses aspects larges, l'invention s'applique à la soudure de métaux comme le fer ou l'acier sans la protection d'un gaz inerte. Elle s'applique aussi, dans ses aspects larges, à la soudure avec une électrode consumable, le réglage de l'amplitude et de la durée des impulsions de polarité inverse pouvant servir à régler la vitesse d'écoulement de l'électrode en fusion. Cette application des impulsions de polarité inverse est

  
comprise dans le cadre de l'invention.

REVENDICATIONS.

  
1. - Appareil pour souder une pièce avec du courant d'une source de courant continu, caractérisé en ce qu'il comprend une électrode de

  
soudage, un premier moyen de maintenir l'électrode négative par rapport à

  
la pièce pendant un premier laps de temps déterminé, un second moyen de 

  
maintenir l'électrode de soudage positive par rapport à la pièce pendant

  
un second laps de temps court par rapport au premier laps de temps, et un

  
troisième moyen faisant fonctionner alternativement les premier et deuxième moyens.

Claims (1)

1. 2. - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que

   le premier moyen consiste en une source de courant continu et le second et

   troisième moyens comprennent un dispositif à impulsions réglable faisant

   circuler du courant de polarité opposée à la polarité de la source de courant

   continu, pendant le second laps de temps. <EMI ID=17.1>

   le dispositif à impulsions réglable comprend un moyen pour appliquer une source de tension alternative à l'électrode de soudage.

   <EMI ID=18.1>

   il comprend des bornes pour appliquer la dite tension alternative, une impédance connectée à une première de ces bornes, un condensateur connecté entre une seconde de ces bornes et la dite impédance, des connexions entre

   la dite seconde borne et la dite pièce et des connexions, comprenant une réactance à saturation, entre la dite impédance et la dite électrode de soudage.

   5. - Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'

   il comprend des bornes pour appliquer la dite tension alternative, une impédance connectée à une première de ces bornes, un redresseur et un condensateur connectés entre l'impédance et une seconde de ces bornes, une lampe électrique connectée entre le point de jonction du redresseur et du condensateur

   et l'électrode de soudage, un moyen d'allumer la lampe électrique à un moment

   déterminé dans chaque cycle de la source de courant alternatif et des connexions entre la seconde borne et la pièce.

   <EMI ID=19.1>

   il comprend un moyen d'allumer la lampe électrique à plusieurs moments dans

   chaque cycle de la source de courant alternatif.

   7. - Appareil pour souder une pièce avec du courant d'une source de courant continu caractérisé en ce qu'il comprend une électrode de soudage, un premier moyen comprenant une source de courant continu pour maintenir l'électrode négative par rapport à la pièce pendant un premier laps de

   temps déterminé, un second moyen de maintenir l'électrode de soudage positive

   par rapport à la pièce pendant un second laps de temps court par rapport au

   premier laps de temps, et un troisième moyen de faire fonctionner alternativement les premier et second moyens, les second et troisième moyens comprenant un dispositif à impulsions réglable pourvu de bornes pour appliquer

   une tension alternative, une impédance connectée à la première de ces bornes,

   un condensateur connecté entre la seconde de ces bornes et l'impédance, des

   connexions entre la seconds borne et la pièce, une lampe électrique connectée

   entre le point de jonction de l'impédance et de l'électrode de soudage et un

   moyen pour allumer la dite lampe au moins à un moment déterminé dans chaque

   cycle de la source de courant alternatif.

   <EMI ID=20.1>

   7, caractérisé en ce que la dite impédance consiste en une self. <EMI ID=21.1>

   8, caractérisé en ce que l'impédance ou:self et le condensateur ont des valeurs telles qu'ils résonnent au voisinage de la fréquence de la source de courant alternatif.

   10. - Appareil pour souder l'aluminium ou ses alliages avec une électrode de soudage non consumable sous protection d'une atmosphère d'un gaz inerte, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen d'appliquer un potentiel de polarité normale entre l'électrode et l'aluminium et un moyen de superposer au potentiel de polarité normal des impulsions de potentiel de polarité inverse dont l'amplitude est plus grande que celle du potentiel de

   <EMI ID=22.1>

   que le temps total du potentiel de polarité inverse appliqué pendant ces impulsions est court comparé au temps total du potentiel de polarité normale entre les impulsions.

   <EMI ID=23.1>

   ce que le temps total du potentiel de polarité inverse appliqué pendant ces impulsions n'est pas supérieur au vingtième du temps total du potentiel de polarité normale entre les impulsions.

   13. - Appareil de commande de la distribution de courant par

   une source de courant continu à une électrode de soudage pour la soudure à l'arc d'une pièce caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pouvant connecter la borne négative de la source à l'électrode et la borne positive à la pièce, des bornes pouvant être connectées à une source de courant alternatif, un condensateur connecté aux dites bornes, et un moyen comprenant une réactance à saturation pour connecter le condensateur entre l'électrode et la pièce.

   I4.0 - Appareil de commande de la distribution de courant par une source de courant continu à une électrode de soudage pour la soudure à l'arc d'une pièce caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pouvant connecter la borne négative de la source à l'électrode et la borne positive à la pièce, un condensateur, un moyen de charger le condensateur, un moyen de connecter un côté du condensateur à la pièce, un moyen de connecter l'autre coté du condensateur à l'électrode à travers le dispositif de charge, un dispositif à décharge électrique ayant une anode et une cathode, un moyen pour connec-

   <EMI ID=24.1>

   de et un moyen de rendre le dit dispositif à décharge conducteur par intervalles, de manière à décharger le condensateur.

   <EMI ID=25.1>

   que le dispositif de charge du condensateur rend un des côtés de celui-ci positif et l'autre négatif, le dispositif de charge comprenant une résistance en série avec le condensateur et constituant avec celui-ci un circuit anti-résonnant accordé sur la fréquence du dispositif de charge.

   <EMI ID=26.1>

   ce aux dessins annexés et comme représenté sur ces dessins.