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DISPOSITION DE SOUDAGE A L'ARC AVEC'GAZ DE PROTECTION.
Dans le soudage à l'arc du fer, de l'acier, des métaux et alliages de fer et de métaux, par exemple pour le soudage de l'auminium et matières similaires et d'aciers inoxydables, on a utilisé une méthode suivant laquelle la chaleur de soudage était fournie par un arc entre la pièce d'oeuvre et une électrode de tungstène, en présence d'un gaz protecteur, généralement de l'argon ou de l'hélium. Avec ce procédé, sauf pour le soudage de pièces d'oeuvre très minces, une matière de remplissage qui est sous la forme d'une baguette est alimentée à l'arc. Celui-ci est généralement produit par un courant alternatif, tout au moins dans le soudage de l'aluminium et matières similaires, et des aciers inoxydables de petites dimensions.
Les transformateurs pour soudage à l'arc connus jusqu'à présent ont généralement été du type des transformateurs courants à flux de fuite, ou des transformateurs pourvus d'une bobine de réactance, afin d'arriver à un réglage convenable du courant et à des caractéristiques courant-tension intéressantes. Dans la description ciaprès, le soudage de l'aluminium est choisi comme exemple.
Dans le soudage de l'aluminium, un certain redressement a lieu suivant la différence d'émissions d'électrons, à partir du tungstène et à partir de l'aluminium. L'électrode de tungstène atteindra une température beaucoup plus élevée que la pièce d'oeuvre en aluminium et émettra déjà, de ce fait, un plus grand nombre d'électrons. De plus, le tungstène a une chute de tension cathodique plus faible que l'aluminium. De ce fait, l'onde de courant sera déséquilibrée, et un courant continu sera superposé au courant alternatif avec le potentiel positif sur l'électrode.
Le circuit de soudage doit être pourvu d'un dispositif pour l'allumage de l'arc à chaque demi-période, grâce à une étincelle à haute tension.
L'à-coup de courant dans le circuit inductif,du fait de l'étincelle, augmentera, comme montré ci-après, le redressement de sorte que le résultat du soudage sera très défavorable.
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Le redressement prononcé, par les dispositions connues, provoque les désavantages que la désoxydation de l'aluminium à l'électrode positive sera très réduite ou ne se produira pas du touto Le métal en fusion sera ainsi recouvert d'une couche d'oxyde, ce qui rendra plus difficiles le soudage et l'addition de la matière de remplissage.
La puissance de l'arc sera encore plus faible et l'effet du fort redressement provoquera un courant d'aimantation important dans le transformateuro Cette augmentation du courant d'aimantation aura pour effet que le courant de sortie d'un transformateur courant ne pourra être que d'environ 70% de la valeur évaluée, en vue d'empêcher une surchauffe du transformateuro
En vue d'éviter lesdits désavantages,différents moyens ont été proposés pour l'introduction d'un courant continu dans le circuit de soudage, en opposition avec le courant continu de l'arc. A cet effet, on a utilisé des accumulateurs ou condensateurs.. Par ces méthodes, cependant, il n'a pas été possible d'éliminer entièrement lesdits désavantages pour chaque valeur du courant fourni par un transformateur de soudage déterminé, et de plus, ces moyens sont assez coûteux.
La présente invention est relative à une méthode permettant d'atteindre une meilleur équilibre entre les demi-périodes positives et négatives dans un dispositif pour le soudage à l'arc avec gaz protecteur, et comprenant un transformateur, des dispositifs de réglage du courant, un dispositif d'allumage et une électrode de soudure. L'invention est principalement caractérisée en ce que le transformateur est un transformateur de puissance standard avec une réaction de fuite aussi faible que possible, et en ce que le réglage du courant est principalement résistif.
La figure 1 montre les conditions désavantageuses de courant dans les dispositifs ayant un circuit de soudage inductif.
La figure 2 montre le diagramme correspondant d'un agencement suivant l'invention.
La figure 3 montre un schéma de connexion pour un dispositif permettant d'obtenir ledit diagramme.
A la figure 1, la courbe sinusoïdale 1, en traits interrompus, montre la tension entre l'électrode et la pièce d'oeuvre, et la courbe 2, en traits pleins, est la courbe du courant, déphasée par l'inductance dans le circuit. Les lignes 3 et 4, en traits mixtes, parallèles à l'axe des abscisses, montrent la plus basse tension nécessaire pour maintenir l'arc, respectivement lorsque l'électrode est positive ou négative, ladite tension devant donc être atteinte pour que l'arc s'allume.
Du fait que l'électrode de tungstène émet plus facilement des électrons que l'aluminium, et que le tungstène a une plus faible chute de tension cathodique, la tension d'arc minimum nécessaire sera plus élevée lorsque l'électrode est positive (ligne 3) que lorsqu'elle est négative (ligne 4)o Chaque fois qu'un circuit inductif est fermé, un à-coup de courant sera obtenu, sauf lorsque la fermeture se produit à un moment qui correspond au facteur de puissance propre du circuit (le moment de synchronisme). Lorsque la fermeture est antérieure à ce moment, un à-coup positif sera obtenu,et lorsque la fermeture est postérieure, un à-coup négatif sera obtenu.
Il est évident que l'allumage de l'arc à chaque demi-période ne peut pas s'effectuer jusqu'à ce que l'arc de la demi-période précédente soit éteint et jusqu'à ce que la tension d'arc minimum soit à nouveau disponible. Apres quelques demi-périodes, les conditions sont stabilisées.
Comme on peut le voir à la figure 1, l'électrode est positive pendant un temps plus court qu'elle n'est négative. L'allure s'effectuera, par conséquent, plus près du moment de synchronisme durant les demi-périodes positives que durant les demi-périodes négatives. L'à-coup de courant sera, par conséquent, moins positif ou même négatif durant les demi-périodes po- sitives, contrairement aux conditions durant les demi-périodes négatives, où il est toujours positif, c'est-è-dire, qu'il augmentera l'amplitude.
Si le moment d'allumage pour une demi-période positive est re-
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tardé, cela provoquera une diminution de la valeur efficace (valeur de la racine carrée de la moyenne des carrés) de cette demi-période, et l'arc s'éteindra plus rapidement. De ce fait, l'arc sera allumé plus vite durant la demipériode négative suivante, de sorte que la valeur efficace de cette demi-période est encore accrue.
Suivant la figure 1, il est supposé que l'allumage de l'arc s'est effectué dès que la tension nécessaire est disponible. L'arc allumé durant la première demi-période continuera à brûler aussi longtemps qu'une tension suffisante est disponible et sera donc éteint à une tension correspondant à la ligne 3. Le ré-allumage peut s'effectuer immédiatement après que le courant est passé par 0, car apparemment une tension suffisante est alors dis- ponibleo Après la quatrième demi-période, les conditions sont stabilisées.
La figure montre ainsi que l'effet de redressement a augmenté. Spécialement dans le soudage de pièces d'oeuvre ayant de grandes dimensions, et si alors une augmentation de la longueur de l'arc est désirée, ce redressement accru, qui suppose un déplacement non désiré du moment d'allumage, peut provoquer que l'allumage fasse défaut durant les demi-périodes positives.
D'après la figure 1, on peut voir encore un autre effet indésirable. Du fait que le courant,, après l'allumage, suit une courbe sinusoïdale, le courant augmentera assez lentement, spécialement durant les demi-périodes positives, ce qui contribue à l'incertitude de l'allumage, de sorte que celui-ci peut faire entièrement défauts
Un calcul mathématique de l'évolution, suivant la figure 1, montrera qu'après qu'une stabilisation a été atteinte, les demi-périodes négativesauront une valeur efficace d'environ 20 % supérieure à celle des demipériodes positives. Cet effet indésirable sera en réalité plus prononcé du fait de la plus grande difficulté de l'allumage durant les demi-périodes positiveso
Le transformateur sera de la sorte, du fait des conditions décrites ci-avant, exposé à une excitation à courant continu indésirable.
La figure 2 montre, en an diagramme similaire à celui de la figure l, les conditions obtenues avec un dispositif suivant l'invention, dont le schéma des connexions est monté à la figure 3. Dans celle-ci, 11 désigne le transformateur pour le soudage, qui, suivant l'invention, est un transformateur de puissance standard, avec une petite réactance de fuite.
Via la résistance réglable 12 et le dispositif à haute fréquence 13, l'enroulement secondaire du transformateur alimente l'électrode 14. Cette dernière est réalisée, d'une manière convenable, en tungstène, et l'arc brûlant entre la pièce d'oeuvre 15 et l'électrode 14 est, d'une manière connue, forcé de brûler dans une atmosphère de gaz protecteur. L'allumage de l'arc est réalisé au moyen des impulsions provenant du dispositif à haute fréquence 13, et un condensateur 16 empêche le courant à haute fréquence de passer au transformateur.
A la figure 2, on voit l'équilibre nettement amélioré entre les demi-périodes positives et négatives, ledit équilibre étant obtenu en réalisant le circuit de soudage après la plus petite réactance possible, grâce à quoi la tension et le courant seront en phase. La courbe de tension est à nouveau désigné par 1, et la courbe du courant, par 2. La tension d'arc minimum, respectivement pour l'électrode positive et l'électrode négative, est désignée par 3 et 4. La référence 5 montre comment le courant, après l'allumage, s'élève immédiatement jusqu'à une valeur correspondant à la valeur instantanée de la tensiono En 6, l'arc est éteint, mais est arrivée à nouveau en 7 lorsque la tension d'arc a atteint la valeur minimum suivant la ligne 4.
Cette élévation brusque du courant, à l'allumage, pour chaque demipériode, augmente la sécurité de l'allumage et la stabilité de l'arc durant la première partie incertaine de chaque demi-période. Le redressement naturel dans l'arc provoquera une chute de tension dans le circuit de soudage résistif, ce qui réduira la composante à courant continu de la tension de l'arc, contrairement aux conditions obtenues par les types précédemment utilisés de transformateurs de soudage.
Si, dans le dispositif suivant l'invention, une
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tension à vide est choisie, qui est supérieure de plus de 2,5 fois ou de moins de 5 fois, à la tension de l'arc, ou qui égale au moins la valeur maximum permise suivant les spécifications standards, un effet de redressement ne valant pas la peine d'être mentionné est obtenu, au lieu du courant continu important ,inévitable lorsque on utilise les transformateurs habituels.
On aura vu de la description ci-avant que la résistance inductive provoque une augmentation de l'effet de redressement. Dans le soudage, cependant, un certain redressement peut être admis, de sorte que le circuit de soudage peut contenir des inductances d'une certaine valeur. L'effet de redressement, cependant, dans ce cas, sera plus grand que si le courant est pratiquement résistif. Suivant l'invention.. une certaine inductancepeut, par conséquent, être admise dans le circuit de soudage.
Un autre avantage obtenu par l'invention réside dans le fait que l'arc peut être étiré à toute longueur voulue sans rupture de l'allumage et que, en plus, un degré plus élevé de dissolution des oxydes est obtenu.