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La présente invention concerne la soudure à l'arc électrique et plus spécialement la soudure à l'arc à plusieurs électrodes.
On constate souvent, en soudure à une seule électrode, que la pénétration de la soudure au début d'un cordon de soudure n'est pas aussi profonde que plus loin le long du cordon. Ce phéno- mène, qui est dû à ce que la pièce s'échauffe, est indésirable si on désire une pénétration régulière sur toute la longueur.du cordon, surtout dans le cas de soudure à grande vitesse.
Le moyen ordinaire pour éviter cet inconvénient consiste amorcer le cordon de soudure sur de la matière perdue, de façon à pouvoir faire disparaître le début du cordon où la pénétration est
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insuffisante. Les essais entrepris pour obtenir une pénétration totale dés le départ en retardant le début du défilement de la pièce à souder provoquent des brûlures ou un amoncellement exagéré de métal de soudure au départ.
On sait que ces inconvénients péuvent être supprimés, dans le cas d'une électrode unique, en faisant avancer la baguette de soudure vers la pièce à une vitesse différente de la vitesse normale de soudure, cette vitesse étant habituellement plus faible.
Quand la baguette touche la pièce' de façon à amorcer l'arc, on change la vitesse d'avancement de la baguette en la remenant à la vitesse de soudure voulue. Les résultats ainsi obtenus sont : (1) l'effet transitoire de démarrage est beaucoup plus faible.et n'exige pas un réseau d'alimentation exceptionnellement bien régulé pour des courants transitoires élevés. (2) L'arc se stabilise rapidement et le démarrage est moins abrupt. (3) Il y a beaucoup moins de risques de percer des minces sections. (4) L'amorçage de l'arc est sûr.
Quand on soude avec des courants très faibles, il est' parfois intéressant d'amorcer l'arc unique sous un courant un peu plus élevé que le courant de soudure désiré et de le réduire en- suite au courant de soudure désiré. Ceci peut se faire en démarrant avec une vitesse d'avancement plus grande de la baguette de soudure, à condition de réduire automatiquement cette vitesse d'avancement à la vitesse de soudure désirée une fois l'arc établi.
Faire avancer la baguette de soudure à une vitesse assu- rant un bon démarrage et ramener cette vitesse d'avancement à la valeur voulue pour la soudure est intéressant dans le cas d'un réseau ayant une caractéristique volts-ampères en substance plate.
Ce procédé est particulièrement efficace en soudure par points où la durée de l'arc est relativement courte et où un démarrage rapide et sûr est essentiel. D'autre part, des résultats satisfaisants ont aussi été obtenus avec des réseaux ayant une caractéristique volts- ampères présentant une chute initiale suivie d'une remontée dans la.
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gamme de soudure. On obtient une caractéristique de ce genre, par exemple, avec une alimentation à transformateur avec commande du type à réactance saturable.
Quoiqu'un changement dans la vitesse d'avancement de l'électrode provoqué par un détecteur d'arc procure de bons démar- rages dans le cas d'une électrode unique et quoique le choix d'une des alimentations précitées ait éliminé les possiblités de réallu- mage des difficultés considérables se présentent toujours si on veut obtenir des démarrages sûrs avec plusieurs électrodes.
Dans la plupart des cas, il est souhaitable que tous les arcs s'amorcent simultanément, mais ceci est difficile à obtenir en pra- tique. Si le mouvement de défilement est amorcé avant que tous les arcs se soient établis, les arcs non-encore établis s'amorcent un peu plus tard quand une partie du cordon de soudure a déjà été parcourue, ce qui donne une soudure incomplète. D'autre part, si le défilement ne commence que quand tous les arcs sont établis, les premiers arcs peuvent percer la pièce à souder ou déposer des gouttes de soudure trop grosses au début de la soudure.
En particulier, la présente invention concerne un procédé de soudure d'une ou de plusieurs pièces à l'aide de plu- sieurs arcs établis au moyen de plusieurs électrodes consumables (ou au moyen d'une électrode non consumable et une ou plusieurs électrodes consumables), et une source de courant de soudure ayant une caractéristique volts-ampères soit en substance plate, soit montante dans la gamme usuelle des courants de soudure, une élec- trode consumable avançant, en premier lieu, vers la pièce à souder à une vitesse de démarrage et, quand l'arc est amorcé, à une vi- tesse différente convenable pour la soudure. Suivant la présente in- vention, ce procédé est caractérisé en ce que le changement de vitesse d'avancement de l'électrode ou des électrodes consumables est retardé jusqu'à ce que le dernier arc soit amorcé.
Dans les dessins annexés :
La figure 1 est une vue en élévation d'un montage de sou-
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dure typique à électrodes multiples noyées conforme à l'invention.
La figure 2 donne une courbe caractéristique volts- ampères en forme de voûte, d'une alimentation à transformateur avec commande par réactance et feedback, donnant une caractéristique volts-ampères montante au moins dans une partie de la gamme.
La figure 3 est un schéma de connexions conforme à l'invention.
La figure 4 est mie coupe verticale partielle d'une installation de soudure à gaz inerte de protection, utilisant une paire d'électrodes consumables, et
La figure 5 est une vue semblable dans le cas d'une électrode non consumable et d'une électrode consumable réunies sous la même cloche à gaz.
Comme le montre la figure 1, des électrodes consumables 11, 12 et 13, sous forme de tiges ou baguettes, sont débitées simultanément à travers des tubes de guidage 15, 16 et 17, ceux-ci servant à y appliquer la tension de soudure. Les tubes de guidage sont reliés électriquement par des conducteurs 18,19 et 20 à une barre omnibus 10 reliée électriquement à son tour à un pôle d'une source de courant de soudure ayant une caractéristique en substance plate ou montante au moins dans la gamme des courants de'soudure.
L'autre pôle de cette source de courant est relié à la pièce à souder W. Les tubes de guidage peuvent être disposés l'un par' rapport à l'autre de toute façon voulue, suivant lerésultat à obtenir. Dans certains cas, il peut être intéressant de les réunir en un tout et, dans d'autres cas, il peut être nécessaire de les isoler les uns des autres. Dans le cas de soudures à électrodes noyées, une composition de soudure granuleuse G est déposée sur la face supérieure de la pièce à souder, autour des extrémités des électrodes. Dans le cas de soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz inerte, un gaz convenable, comme l'argon, isole les arcs et le métal voisin de l'atmosphère environnante.
,Avec certains types d'alimentation, on ne peut obtenir une caractéristique volts-ampères montante que dans une partie
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de la gamme des courants débités. Par exemple, une alimentation à transformateur avec commande à récatance sturalbe peut avoir une caractéristique volts.-ampères commen la courbe ABFCD représentée à la fig. 2. La tension à vide est très élevée, comme le point A de la courbe le montre. Quand le courant débité augmente, la tension de sortie diminue jusqu'à une valeur minimum indiquée au point B.
I, Tn accroissement supplêmentaire @ courant débité donne l. eu Un accroissement supplémentaire du courant débité donne lieu à une caractéristique volts-ampères montante jusqu'au point C, où la caractéristique volts-ampères peut rester approximativement plate ou décroître légèrement jusque au, point D.
La gamme de courants 'de soudure utile est comprise entre les points B et D qui délimitent la partie voûtée de la courbe.
Du point B au point C, la caractéristique est celle d'une source à @ courbe volts-ampères montante et, de C à D, la caractéristique est celle d'une source à potentiel constant ou "chutrice", suivant- l'importance de la pente négative.
La difficulté de l'amorçage de plusieurs arcs est résolue si tous les arcs s'établissent à un courant inférieur à la normale et si, quand tous les arcs sont établis, on amorce automatiquement le mouvement de défilement et on rétablit, pour tous les arcs, les courants de soudure normaux. Ceci se fait facilement avec une carac- téristique volts-ampères voûtée, en établissant d'abord tous les arcs avec des vitesses d'avancement de soudure faibles et en passant en- suite aux vitesses d'avancement de soudure normales quand tous les arcs sont établis. Ce processus évite les soudures incomplètes, les percements et les gouttes de soudure exagérées au début de l'opéra- tion.
Le procédé idéal consiste à amorcer l'arc à vitesse d'avancement de soudure réduite et à vitesse de défilement faible ou nulle et à augmenter ensuite progressivement la vitesse d'avancement de soudure et la vitesse de défilement au fur et à mesure que la pièce à souder emmagasine la chaleur et jusqu'au moment où on atteint des vitesses d'avancement et de défilement normales. Il a été constaté qu'en pratique il suffit de faire
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la transition en deux étapes.
Une source ayant la courbe volts-ampères de la figure 2 n'évite cependant pas les réallumages, parce que le courant de soudure au point B est capable de maintenir un arc, puisque la tension montante entre les points B et A aura pour tendance de maintenir l'arc jusqu'à un réallumage. C'est pourquoi, il est souhaitable d'interrompre l'arc au point F quand le courant d'arc de soudure normale est réduit, si on désire une protection contre le réallumage. Une autre solution possible consiste à charger artifi- ciellement la source au point B, à l'aide d'une résistance ou d'un autre dispositif convenable. La "nouvelle" tension à vide à circuit ouvert est cette fois le point.B et non le point A. Comme la partie entre A et B est supprimée, il n'y aura donc pas de réallumage.
Une solution au problème d'interruption des arcs consiste à arrêter d'abord 1 avancement des baguettes de soudure, et à inter- rompre le courant de l'arc à un moment déterminé ultérieur. Ce pro- cédé permet d'interrompre les arcs à une distance voulue de la pièce à souder, cette distance étant déterminée par l'intervalle de temps entre l'arrêt des baguettes de soudure et l'interruption du courant de soudure.
On peut utiliser, pour l'avancement des baguettes de soudure, un moteur shunt à commande électronique. On suit le procédé suivant pour arrêter les baguettes de soudure: (a) L'induit du moteur est déconnecté et court-circuité par une résistance de façon à provoquer du freinage dynamique. (b) A un moment déterminé ulté- rieur, on interrompt le courant de l'arc. Le moteur peut être ou ne pas être complètement arrêté au moment de l'interruption du courant de l'arc. Cela dépend de l'importance du freinage dynamique et du temps écoulé entre le début du freinage et l'interruption de l'arc. Un tel arrangement assure l'élimination des cratères et des collages, surtout dans le cas de pièces légères.
La figure 3 représente un dispositif de commande typique utilisant une vitesse réduite au démarrage et un dispositif anti- collage pour l'arrêt des opérations de soudure. La source de cou-
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rant de soudure 21 a une caractéristique volts-ampères voûtée et est reliée à la barre omnibus 10 et à la pièce à souder W par les conducteurs 22 et 23. La barre omnibus 10 est connectée aux tubes de guidage 15, 16 et 17 par des conducteurs 18, 19 et 20. Une com- mande de vitesse réglable 24 règle la vitesse du moteur d'alimen- tation en baguettes de soudure M par l'intermédiaire du conducteur 35.
Cette commande est pourvue d'un dispositif de réglage 28 pour le démarrage à. vitesse réduite et d'un autre réglage 29 pour la vitesse de soudure, ainsi que d'un commutateur de passage de la vitesse de démarrage, à la vitesse de soudure. Un détecteur d'arc 25 est prévu dans chacun des conducteurs 18, 19 et 20'et est relié à la commande de vitesse par l'intermédiaire de conducteurs 26.
Quand des signaux sont émis par chacun des détecteurs 25, la vitesse d'avancement des baguettes de soudure passe de la vitesse de démar- rage à la vitesse de soudure.
Les détecteurs d'arc 25 peuvent consister en des relais de courant ou en d'autres appareils convenables. Ceux-ci peuvent aussi servir à amorcer le mouvement de défilement ou à mettre en route -une minuterie de soudure, en plus de la commutation de la commande de vitesse 24 de la vitesse de démarrage à la vitesse de soudure. On peut placer un seul détecteur dans le fil commun de terre ou dans le fil d'électrode de la baguette avançant'à la vitesse la plus faible. Une commande auxiliaire 31 est pourvue de' dispositifs de démarrage 32 et d'arrêt 33 de la soudure et peut aussi comprendre d'autres commandes pour le gaz, l'eau, le déplace- ment du chariot, l'ajoute de matière d'apport, etc.
Un relais à temps 34 alimente les baguettes d.e soudu.re par l'intermédiaire du contacteur 30 prévu dans le conducteur 22 dès actionnement du dispositif de démarrage de la soudure 32. Quand le dispositif d'arrêt de la soudure 33 est actionné, le courant de soudure conti- nue à être débité pendant un temps déterminé par le réglage de ce dispositif.
Le circuit de la figure 3 fonctionne de la façon suivante.. quand le dispositif de démarrage de la soudure 32 est actionné:
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les baguettes de soudure 11, 12 et 13 sont mises sous tension par . la fermeture du contacteur 30 dans le conducteur 22. Le moteur d'ali- mentation de soudure M fait avancer les trois baguettes vers la pièce à souder W à une vitesse de démarrage déterminée par le réglage de la commande de vitesse 24. Les baguettes touchent la pièce à souder et amorcent les différents arcs. Même si toutes les baguettes avancent à la même vitesse, on ne peut obtenir en pratique un alignement parfait des extrémités des baguettes et, par conséquent, n'importe quelle baguette peut être la première à amorcer un arc.
Quand les détecteurs, d'arc 25 déterminent que les trois arcs sont établis, la commande de vitesse 24, suite à la réception d'un signal par chacune de ses connexions 26, fait passer la vitesse d'avance- ment des baguettes de la vitesse de démarrage à la vitesse de sou- dure. Le même dispositif de commande peut être utilisé pour amorcer le mouvement de défilement ou pour augmenter la vitesse de celui-ci en synchronisme avec le changement de vitesse des baguettes de soudure. Quand les arcs ont été maintenus pendant le temps voulu, on actionne le dispositif d'arrêt de la soudure 33. Le moteur d'alimentation de soudure M est déconnecté et arrêté par un moyen convenable comme le freinage dynamique. Le relais à temps 34 maintient encore les arcs pendant.un temps convenable prédéterminé après arrêt du moteur M,en maintenant le contacteur 30 fermé.
Le dispositif d'arrêt de la soudure 33 peut consister en tout appareil convenable. On peut, par exemple, utiliser des interrupteurs et des boutons-poussoirs pour les commandes manuelles et des minuteries de soudure ou des interrupteurs de limite pour les opérations automatiques. Des dispositifs comme les commandes d'eau et de gaz, les commandes de maintien d'écoulement du gaz, les commandes de déplacement de chariot et d'ajoute de matière d'apport faisant normalement partie de nombreuses installations de soudure peuvent être incluses, mais ne sont pas représentées à la figure 3.
Quoique trois arcs 1, 2 et 3 soient représentés, les mêmes principes sont d'application avec deux arcs ou plus de trois arcs.
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Suivant une modification de l'invention, l'avancement de chaque baguette électrode peut être commandéde façon indépen- dante, toutes les baguettes avançant alors à des vitesses de démar- rage prédéterminées par les réglages de commande de vitesse 24 différentes. Chaque baguette touche alors ia pièce à souder et amorce son arc correspondant., La commande de vitesse de démarrage peut être réglée, par exemple, de façon que la baguette 3 avance plus lentement que les baguettes 1 et 2, afin que les arcs 1 et 2 s'amorcent avant l'arc 3. Quand l'arc 3 est amorcé, il actionne le détecteur d'arc 25 qui, par la connexion 26 (ligne en trait plein à la figure 3) avec la commande de vitesse 24, fait passer toutes les baguettes de leurs vitesses de démarrage à la vitesse de soudure.
Comme le dernier arc qui s'amorce sera toujours celui de l'électrode à la vitesse de démarrage la plus lente, il suffit d'un seul détec- teur d'arc placé dans le circuit de courant de soudure de l'électro- de se déplaçant le plus lentement.
Les avantages de l'invention sont les suivants :
Le fait qu'un seul générateur peut produire deux ou plusieurs arcs est une économie évidente par rapport au système utilisant une source d'énergie par arc.
Les différents arcs peuvent être utilisés sur une pièce à souder ou bien sur deux ou plusieurs pièces.
Les différents arcs peuvent être appliqués à la même fusion, du fait que l'utilisation d'une seule source à caractéristi- que voûtée permet de rapprocher plus les arcs que dans le cas des sources de courant de soudure habituelles.
Dans le cas où deux ou plusieurs arcs sous la protection d'un gaz sont fournis par une source à potentiel constant ou à ca- ractéristique volts-ampères montante, les deux arcs ou plus peuvent se trouver sous la même cloche à gaz.
Une électrode non consumable à arc sous la protection d'un gaz peut être alimentée en courant par une surce à carac- téristique volts-ampères plate ou montante et lecourant de l'arc
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peut être réglé en relevant ou en abaissant l'électrode. Une élec- trode non consumable et une électrode consumable peuvent être alimentées par la même source de courant à caractéristique volts- ampères plate ou montante. L'électrode non consumable peut être utilisée pour fermer le fond du cordon de soudure tandis que l'électrode consumable fournit le métal d'apport pour remplir la rigole.L'électrode consumablè peut être du type à gaz de protec- tion ou du type à arc noyé.
Quand l'électrode non consumable et l'électrode consumable sont toutes deux du type à gaz de protection, on peut utiliser une, cloche à gaz commune. La figure 4 donne un exemple de deux baguettes 42 et 43 traversant une cloche à gaz commune 41 qui fournit le gaz de protection. Le fil 46 relie les tubes de guidage 44 et 45 à la source de courant. La figure 5 représente un arrangement semblable avec une électrode non consuma- ble 48 placée dans la même cloche à gaz que l'électrode consumable 43. Le bout d'électrode 44 peut être en tungstène ou en une autre matière convenable.
Avec le procédé à plusieurs arcs décrit ici, les deux arcs ou plus ne doivent pas être appliqués à la même fusion. Les différents arcs peuvent déposer une seule goutte de soudure sur la même pièce à souder ou des gouttes différentes sur la même pièce à souder ou sur des pièces différentes. Les baguettes de soudure n e. doivent pas passer nécessairement par un ajutage commun ni même être commandées par le même dispositif d'entraînement.
Les deux arcs,ou davantage, du dispositif à plusieurs arcs peuvent travailler avec des courants de soudure identiques ou avec des courants de soudure différents suivant les nécessités du travail à exécuter. Par exemple : si toutes les baguettes ont la même dimension et la même composition, et si les galets d'en- traînement ontle même diamètre, le courant de soudure est en substan'- ce le même pour les trois arcs. (b) Si deux baguettes ou plus avan- cent à la même vitesse, mais si leurs diamètres sont différents, le courant d'arc est différent pour chaque baguette, puisque le courant de chaque arc se réglera de lui-même de façon à consom-
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mer la quantité définie de baguette correspondant à la vitesse d'avancement.
(c) En utilisant des galets d'entraînement de dia- mètres différents commandés par un même moteur, la vitesse d'avance- ment de n'importe quelle baguette peut être prédéterminée relati- vement à toute autre baguette. (d) Les deux baguettes ou plus peuvent avancer sous la commande de dispositifs d'entraînement séparés ce qui assure un réglage de courant complètement indépendant pour chacune des baguettes.
Les différents dispositifs de commande de courant pré- cités procurent une grande souplesse de soudure. Par exemple: (a) on peut produire une soudure de scellement à faible courante suivie d'un arc de remplissage à courant convenable plus élevé.
(b) Dans le cas d'une opération de recouvrement, il peut être intéressant'de déposer un gros cordon au milieu, tout en déposant simultanément un cordon plus mince le long des bords. (c) Dans.le cas de bords usinés spécialement, il peut être intéressant de déposer un gros cordon au milieu et un cordon plus mince vers les bords pour s'adapter à la rigole en "U" ou "V". (d) On peut aussi utiliser un système à plusieurs arcs avec une caractéristique à potentiel constant ou une caractéristique'volts-ampères montante, pour déposer des métaux provenant de deux ou plusieurs baguettes de compositions différentes. Ceci peut se faire pour: (1) Un cordon de soudure en un métal d'alliage dont la composition peut être réglée en variant les vitesses d'avancement de deux ou de plusieurs baguettes consti- tuantes.
(2) Fournir un cordon de remplissage ou de recouvrement suivi d'une couche supérieure consistant en une matière différente.
L'invention décrite ci-dessus envisage aussi un système à plusieurs arcs à caractéristique volts-ampères plate ou montante en courant alternatif. Elle envisage aussi un système diphasé ou triphasé à caractéristique volts-ampères plate ou montante produi- sant deux ou plusieurs arcs.
Quoique l'invention ait été décrite ci-dessus comme conve nant spécialement aux soudures sous protection d'un gaz ou à
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arc noyé, il va de soi qu'elle s'applique aussi à différentes varian- tes et combinaisons de celles-ci.