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"Perfectionnements aux aros"
De nombreuses propriétés des arcs ou déchargée électri- que. ne varient pas linéairement avec 1' importance du courant de l'arc, mais au contraire elles n'apparaissent ou ne se font re- marquer que quand cette importance dépasse une certaine valeur* La présente invention concerne un procédé et un équipement pour faire apparaître de telles propriétés ou les faire entrer en jeu lorsqu'il est impossible, difficile ou indésirable de maintenir l'importance du courant de l'arc au-dessus de la Yaleur indiquée ou, d'une autre façon, pour réaliser une commande de la propriété lorsqu'il est possible,
utile et désirable de maintenir l'impor- tance du courant d'arc au-dessus de ladite valeur,
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Un exemplo principal de telles propr1ét', est la proprié- té que possède un a:roi au cours d'un processus de soudage A 1! arc faisant appel à un.
électrode concommablop de provoquer un transfert vers la pièce soudée de la matière d'éleotrode en fusion tous la forme d'un transfert pulvérisé dit projeté de petites gout- telettes qui fournissent un dépôt et établissent une bonne soudure* Cette propriété disparaît lorsque l'importance du courant tombe
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on desaoue d'une voleur particulière, parc* qu'à ce moment,
au Xitu de transférer la matière en fusion noue forme d'une pulvérisation qui et projetée par l'arc en tant que courant rapide de petite* gouttelettes cheminant dans des conditions de vol libre ou prati-
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quement de vol libre de l'électrode consommable à la pièce, la am"' tiare d'électrode en fusion forme un large globule avant qu'un transfert important, quelconque ait lieu,
une série de ces grande globules établissant un dépôt grossier et tendant par conséquent
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donner une mauvaise soudure* ceci n'est pas le seul inconvi- nient$ toutefois, para que le transfert lui-même n'est pas a:tr4 té par l'arc (étant donné que l'arc ne contribue pratiquement en rien au mécanisme du transfert), main il est provoqué soit par la
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pesanteur, soit par le fait que le globale et la pièce ae rencon- trent.
Dans l'un et l'autre cage la pièce est disposée en dessous de Itélootrode consommable et ceci constitue une restriction Inde* sirablw à certaine moments* lg*n ne rendra compte que la valeur du courant de l'ara au-dessus de laquelle l'on obtient des soudures satlefaisantes et en dessous de laquelle l'on obtient dee soudures non satinfaisan- ton n'est pas une seule valeur précise, étant donné qu'il y a tott- te une gamme de valeurs de courant produisant des soudures de qua- lité moyenne.
Un exemple particulier d'un processus de soudure présen- tant les phénomènes précités est celui qui consiste à utiliser une électrode en aluminium consommable d'un diamètre de 1/16 de pouce enveloppé dans de l'argon et utilisant un arc en courant
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continu.
Une bonne soudure est obtenue pour des courants supé- rieurs à 150 ampères et de relativement bonnes soudures sont obte- nues jusqu'à environ 140 ampères (la vitesse de fourniture de 1' électrode étant réduite en conséquence)
. En dessous de ceci et avec une vitesse d'alimentation d'environ 120 pouces par minute l'on découvre une discontinuité dans laquelle un nouveau rapport existe entre le courant et la vitesse de consommation de l'élex- trode consommable et pour laquelle le courant change d'environ 140 à 100 ampères, Cette transition est accompagnée par une chute approximativement de dix foie dans la fréquence du transfert et par conséquent une augmentation correspondant@ de la dimension de transfert,
le transfert en dessous de la discontinuité (la gamme dite inférieure au seuil) se faisant soue la forme de relativement grands globules atteignant jusqu'à 1/4. de pouce de diamètre, ce qui équivaut à environ 2 pouces de la longueur de l'électrode en aluminium. Une certaine amélioration peut être obtenue en réduis! sant le diamètre de l'électrode, maie ceci exige une augmentation , de la vitesse d'alimentation de l'électrode pour un courant donné quelconque.
A cause du fait que jusqu'à présent l'on a maintenu de forte courants, au-dessus du niveau de discontinuité, pour obtenir le transfert par pulvérisation projetée, il n'a pas été possible de souder de façon satisfaisante des matières minces. Un autre inconvénient des procédés antérieurs pour la soudure satisfaisant de matières épaisses, est que, même au-dessus de la discontinuité, le transfert de pulvérisation projetée ne conduit pas toujours à des résultats constants, ni qu'une soudure donnée quelconque est aussi régulière qu'il serait désirable.
Le premier exemple d'une propriété d'arc donné ci-avant réside dans l'établissement d'un,,transfert de pulvérisation. Un second exemple réside dans le découpage. Le découpage d'une pièce' peut être exécuté uniquement lorsque l'amplitude du courant est supérieure à une certaine valeur, car en dessous de cette valeur :
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la matière qui eet fonda* par l'aro reste en position sur la pieoe
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où elle ne solidifie lors du refroidissement, tandis qu'au-dsssus de cette valeur la matière en fusion est chassée de la pièce.
Le principe de base de la présente invention réside en
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'O;:tj que l arc: doit It1'8 m11S en oeuvre cycliquement à au moins deux iv6aU% d1ftérnts revenant cycliquement, une expression qui sera d#iflnle plu.s en détail ci-après. Un équipement pour aro éleotri- qu<? suivant linvmhtion comporte un système d'alimentation en pui 86b.<:-.. él"r. t.t"1cu ];.Ou'l" la fourniture d'une puissance électrique t électrodes (qui dans le cas de l'opération de soudure précitée (,;..u:
' constituées par l'électrode consommable et par la pièce, ras- peo't5,v.ern,)llt). oe eyetime comportant une oouroe de puiosanoe '180-1' t,r.q5 prévu pour fournir une puissante électrique aux électrodes et comportant dea moyens qui soit présentent une impédance déter minant la puissance fournie aux électrodes, soit possèdent une seconde source de puissance électrique prévue pour fournir une
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puissance électeique aux 'leotrode8, lendits moyens étant prévu* pour agir, d'une autre façon que nous la commande de l'aro, d'une
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façon cyclique pour amener l'arc à travailler à au moins deux niveaux différents revenant oyoliquement.
Les deux niveaux précitée seront dénommés, pour la fa- oilité, le niveau inférieur ou de fond et le niveau supérieur ou accru. Lorsque l'équipement est un équipement travaillant tota- lement en courant continu, le niveau accru est simplement un ni- veau de courant continu supérieur au niveau de fond en courant continu et aucune autre explication de ce termes n'est nécessaire.
Toutefois, lorsque l'équipement est totalement ou partiellement un équipement à courant alternatif, offrant à la foie des courante de fond et accrus qui fluctuent déjà oyoliquement ou rythmique- ment, le fonctionnement à plus d'un niveau implique alors, pour le niveau accru, que l'amplitude de la constituante harmonique
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principale de ce nivduoz (c'c:;'i.-4:.-dire l'amplitude de la valeur instantanée maximum de cette composante quel que soit le signe)
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oci 4 ",jl"'ltU1X' h l'amplitude de la composante haJ'80Diqu.. princfpa- 1& ' ".\'ÓQv. due fond.
Pour lia dqu1pement. qui travaillent en puviî *.-. courant alternatif et en partie en courant continu et qui ii'.-atftiysMnt un arc avec un courant alternatif comportant un* Qw&-t-.i.\it* de courant continu, le niveau accru est l'amplitude du ccir h jS) ,nttantané lorsque le courant alternatif a sa valeur de 01-.. let ttgme polarité que la compotiante de courant continu, tunJl" qua le niveau, do fond ou de base est l'amplitude du courant ïnei ## :U loraqt19 le courant alternatif a na valeur de crête et tuis polarité opposée à celle de la composant* de courant con-bitm.
Ku faisant travailler l'arc h au moine deux niveaux, il dvi"dh pOt,s1bl. de faire apparaître une propriété de- l'aro ou de zeu p.tSaon06 perceptible en l'amenant à jouer efficacement, ilLli,-4 1 '.1::n'tI,U'111' l'importance du courant de l'arc au-dessus de la oonîîiddrée jusqu'à présent comme nécessaire, aussi lon- ,< i, . ;## . la niveau au*ru 4et supérieur à cette valeur ,- tandis que
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1\< <u. u< ions 1,H}I4't 8 tre 1n!'r1eur lx oette valeur. Une 400%101'111
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\ "1 ,,;; \'t. "...'HI! possible. étant donné que l'on peut fournir d44, ')y'h'u.n:tfl f4v,vt.nS inférieurs. Un second avantage est que l t ap- ;p11.(.I&, UQn du niveau accru permet une commande du =ment où la pro- 11i:';.6 .r'pIi.:rt1.tt ou fait eau Sir sa présence.
En effetp ce second 6,''' ' l '\ .., t ils r, (j ,n,:5f\U. eauti le premier, si on le déniret car la h-"'" !<lncl }(Ht1i âtre maintenu au-deesue de la valeur précitée '" $ , 1 ;t'Il,) Rcoru commande alors simplement le moment d' appar1- rr ,h. la propriété 1ntô1"$saa.nte.
Lee deux avantagea précités ont une importance particu- lift; ;; pour la soudure à l'arc avec une électrode consommable.
Ainsi, premièrement# le courant .de fonctionnement mini-' rmut,, e4ou-k-k-dire le niveau de fond, peut être abaissé bien en en *,1 {iriii du courant moyen correspondant à la vitesse de consomma- t.', ;3n/.t pour la vi tau"8 de fourniture d'électrode désirée, q) 1. ::t >' in..I'é.rii1ur au niveau de discontinuité normal, tandis que
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le niveau accru est supérieur à ce courant moyen et au niveau de discontinuité*, de telle aorte que le niveau de fond tend simple ment à faire fondre la matière de l'électrode lentement pour pro- duire un large globule,
Maie le niveau accru agit de façon à réa- liser un transfert de pulvérisation de la matière en fusion en tant que petites gouttelettes avant que la matière ne soit en me- sure de tomber sous l'effet de la pesanteur L'on se rendra coup- te que le niveau accru peut contribuer dans une certaine mesure à la fusion et de même que le niveau de fond peut contribuer dans une certaine mesure au transfert dans des circonstances particu- lières, main essentiellement le but est que la fusion Boit provo- qués pratiquement entièrement par le niveau de fond et que le transfert soit effectué pratiquement complètement par le niveau accru.
La fréquence du transfert est ainsi en rapport direct avec la fréquence d'apparition des niveaux accrus, tandis que la valeur moyenne de la matière transférée est déterminée par cette fréquence et la vitesse de consommation. Le courant ou la puis- eance moyenne requise pour la soudure est ainsi réduite, de tel- le sorte que la soudure peut alors être exécutée en faisant appel à une plus large gamme de courants et de valeurs de puissance que précédemment* Cette réduction du courant et de la puissance né- cessaires permet la soudure de matières plus minces que ce qui avait été possible jusque présent et permet de réduire les vites ses de fourniture d'électrode et les vitesses de déplacement.
Ainsi, par exemple, le niveau moyen (c'est-à-dire la moyenne à la foie des niveaux accrue et de fond) peut être aussi faible que 100 ampères pour des électrodes en aluminium d'un diamètre de 1/16 de pouce ou même aussi faible que 50 ampèrespour cette dimension et même moins pour des électrode plus minces, le niveau accru nécessaire pour le transfert étant évidemment beaucoup plus élevé à la fois que ce niveau moyen et que le niveau de fond.
Secondement, en rendant les niveaux accrue responsable* du transfert de la matière de l'électrode, un plus grand degré de
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commande du transfert est possible que précédemment et un trans- fort régulier et fréquent devient possible en pratique sans diffi- culte, en appliquant le niveau accru de façon cyclique et fré- quemment. Cet avantage particulier peut, si on le désire, être obtenu même lorsque le niveau de fond est supérieur au niveau de discontinuité, conditions dans lesquelles le transfert de pulvéri- sation projetée surviendrait même en l'absence du niveau accru, mais pas nécessairement aussi régulièrement ou aussi fréquemment qu'on le désire.
Par exemple, avec un courant continu supérieur au niveau de discontinuité, le transfert peut survenir à une rela- tivement faible vitesse bien inférieure à 50 fois par seconde, mais on peut arriver à 50 fois par seconde en utilisant le réseau de distribution électrique pour procurer un niveau accru de cette, fréquence.
Que le niveau de fond soit ou non supérieur au niveau de discontinuité, le transfert est réalisé principalement grâce au niveau accru. Le niveau de fond maintient un arc entre l'élec- trode consommable et la pièce et ;...:fait fondre l'électrode, tau- dis que le niveau accru revenant cyoliquement transfère la matière en fusion à la pièce qui est soudée* :
Un système de soudure à l'arc fonctionnant de cette fa- çon peut être tel qu'il fonctionne avec un arc dit auto-réglé, c'est-à-dire qu'un mécanisme d'alimentation est prévu pour l'élec- trode consommable de façon à fournir cette dernière à la pièce à une vitesse préréglée ou normalement constante, l'électrode é- tant consommée par l'action de l'arc de façon à maintenir une longueur d'arc pratiquement constante.
D'une autre façon, toute-* fois, le mécanisme d'alimentation peut être commandé par la ten- sion de l'arc, par l'intermédiaire d'un servo-mécanisme, par exem- ple, de telle sorte qu'une augmentation de la tension moyenne de l'arc au-dessus de la valeur d'équilibre provoque une augmenta- tion de la vitesse d'alimentation moyenne de l'électrode afin de rétablir l'équilibre, comme dans la aoudure arc automatique ' ou oommandée.
De plus, l'éleotode peut posséder un mince re-
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vêtement d'enrobage avec ou sans un écran gazeux supplémentaire, où l'on peut ajouter un flux, ou encore l'électrode peut être do- tée d'un revêtement de flux plus épais d'une façon analogue à celle des électrodes à arc métallique pour le travail manuel.
L' invention trouve une utilité particulière pour la réduction du carrant et de la vitesse de consommation dans des opérations de soudure où la densité de courant normale dans l'électrode conson- masle est ralativament élevée, par exemple de 50.000 ampères par pouce sarré et/ou la vitesse de consommation de l'électrode est rormalement supérisure à 100 pouces par minute.
Un équipement suivant l'invention peut, toutefois, être utilisé* Sans d'autres bâta, par exemple pour le découpage, l'é- clairage ou le chauffage, lorsque l'on désire obtenir une certaine propriété de l'ara nana maintenir le courant de l'arc à un seul niveau nécessaire pour faire apparaître la propriété intéressant* En faisant travailler l'aro à deux niveaux ou plue, l'on peut en fait obtenir un mélange de propriétée d'arc normalement associées aux différente niveaux.
Aveo l'équipement pour les usages préci- tés, aucune des deux électrodes ne doit être consommable et l'arc peut travailler dans une atmosphère gazeuse neutre ou non, par exemple dans de l'air, à la pression atmosphérique ou non. L'in- vention peut être utilisée pour un travail de découpage, dans le- quel le niveau de fond provoque la fusion et le niveau accru chasse la matière en fusion de la pièoe, qui est ainsi découpée.
De nombreux programmes différente pour un cycle de fonc- tionnement sont possibles. Par exemple, le niveau de fond peut être une simple forme d'onde de courant sinusoïdal agissant pen- dant une partie seulement du oyole du système, tandis que le ni- veau accru peut être une autre simple forme d'onde de courant sinusoïdal ayant dne amplitude plus élevée et n'agissant que pen- dant le reste du cycle.
Dans un second exemple, le niveau de fond est à nouveau une simple forme d'onde de courant sinusoïdal mais dans ce cas cette forme d'onde est appliquée pendant l'en-
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tierce du oyole, tandis bulb. tm ou plusieurs otoatente de oe .,01e'l le niveau accru est appliqué sous h forme, par exemple, 4 'i8p\11- niona dont l'amplitude est supérieure & celle du niveau de fond et qui sont appliquées moins d'une fois pour chaque demi-cycle de la. forme d'onde, plus d'une fois ou exactement une fois. En- ;
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corn 1.!\X1S un autre exemple, le niveau de fond est un niveau de courant continu et le niveau accru est un courant alternatif qui est appliqua pur intermittence et oyo11ql.letl1ent.
Toujours dans un autre oxea 1e, le niveau de fond est un niveau de courant continu qui est appliqué de façon intermittente et oyoliquement.
Le courant d'aro dans un cycle quelconque peut avoir une allure constituée par un ou plusieurs niveaux de fond cons- ou
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tanta/en courant continu et un ou plusieurs niveaux accrus cons- tants ou en courant continu, avec une transition rapide entre les niveaux, ce qui procure une forme d'onde rectangulaire, qui peut posséder bien que non nécessairement certaines distorsions par
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:70'.I;....'t'u:i oon av4la une forae d'onde rectangulaire purement s4om'tr1- tn3 ilitb 1\tl ra possibilité réside on ce que le niveau de :tond h,:".. I.: niveau en courant continu, tandis que le niveau accru est aoudrë par une forme d'onde de forme triangulaire superposée au sommet du niveau de courant continu, cette forme d'cnde oyant des vi3&a: =ss da croissance ou de chute soit rapide*, soit relative tient len,eae avec ou sans un sommet relativement plat.
Au lieu de la foras J'onde tnangulaire, un seul demi-cycle d'une onde ft1nu'Qtd le$ avoc ou sans un sommet aplati, peut être sl1perpow' au aoamet du niveau de couriint atnt9.ru.
L'6quipijment suivant la présente invention ne doit pas être confondu avec un équipement possédant des dispositifs auxi-
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11a1re pour stabiliser ou réamorcer l'arc. De tels dispositifs auxiliaires sont de deux types différents. Le premier type pro- cure une injection d'étincelles à haute fréquence et à haute ten-
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i!). li.me l'intervalle entre les électrodes, mais le dispositif li-mGma ne fournit pas de puissance aux électrodes mais agit de
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façon à exiler l'intervalle de telle aorte que la puissance four-
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nie aux él otrod*9 par une autre foroe de puissance électrique puisse Qrêw ou maintenir un arc.
La oeconde tome de dispositif auxiliaire procure une injection de crête unidirectionnelle comme
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décrit dans le brevet; en Grande-Bretagne No. 705.164. Ce disposi- tif d'injection de orgte est connecté à l'alimentation en puissan- oe des électrodes. Le dispositif agit de plus de façon cyclique, mais il le fait entièrement sous la commande de l'arc, en servant
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à procurer une 8uramplitude extrêmement brève pour chaque demi- cycle alterné de la tension alternative de l'aro, afin de mainte- nir l'arc et d'empêcher les caractéristiques redresseusea propres à l'arc d'entrer en jeu.
Ceci peut être mis en opposition aveo l'équipement suivant la présente invention dans lequel les moyen* précités agissent indépendamment de l'arc et, par conséquent, les niveaux différents revenant oyoliquement ne doivent pas être ré- pétés à la même cadence que le courant alternatif de l'arc lui-
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m8ma.
De plus, l'on peut dire en général qu'alors que le retrait du dispositif d'injection de crête de l'équipement antérieur suè- nerait l'arc à s'éteindre, soit immédiatement, soit après quelques
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cycles, la suppression du niveau accru n'amènera pas l'aro à a'é- teindre, étant donné qu'il peut être maintenu uniquement par le
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niveau de fond, bien que, oomme indiqué préoédemnent, un tel arc puisse ne pas être particulièrement efficace pour un but partiou- lier quelconque, par exemple pour réaliser le transfert de pulvé-
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risation projetée.
Une autre différence par rapport aux dlopouî- tits d'injection de or S te est que ces derniers offrent. comme in- diqua une 8uramp11tud. ou une crête extrêmement brève, tandis que les moyens de 1'équipement suivant l'invention aont de préférence prévu* pour agir de façon cyclique telle que le niveau accru sers
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maintenu pendant une période importante, de l'ordre d' une ailli- aeoonde ou plue. Le niveau accru peut ître répété oyoliqueiaent d'une façon désirée quelconque kt il peut, par exemple. $tro ap- pliqué de 5 à 500 fois par seconde.
La fréquence chatoie peut par
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exemple être un simple multiple ou un sous-multiple de la fréquen- ce du réseau d'alimentation, ce dernier constituant la première source de puissance électrique destinée à appliquer le niveau de fond, tandis que le niveau accru est appliqué soit plusisurs fois pen- dant chaque cycle du réseau de distribution, de telle sorte que le cycle de ce réseau de distribution et celui du système soient les ' être mêmes ou, d'une autre façon,
le niveau accru peut n'être appliqué que une foie pour plusieurs cycles du réseau de distribution* de telle aorte que ces cycles constituent un cycle du système*
Une autre caractéristique qui constitue une différence vis-à-vis des dispositifs d'injection de crête normaux, est que la moyenne du niveau accru est appréciable et, d'une façon générale, est supérieure à 5% du courant moyen du niveau de fond (pour des arcs à courant alternatif, les valeurs moyennes indiquées sont les valeurs redressées moyennes).
Le courant accru commande le transfert de la matière de l'électrode, comme décrit ci-avant, mais il est nécessaire poux un rapport général entre la puissances le courant et la tension moyen-; ne, de satisfaire les exigences d'équilibre avec l'électrode con- sommable. Ainsi, si l'électrode est fournie à une vitesse constan- te préréglée, la source de puissance doit alors être pratiquement du type à potentiel constant, de telle sorte que des variations arc de longueur d'arc (ce qui équivaut à des variations de la résis- tance de l'arc) et pour résultat la compensation des variations du courant moyen.
D'une autre façon, si l'alimentation en courant a une tension efficace en circuit ouvert nettement plus élevée par comparaison avec la tension de l'arc, l'alimentation s'approche! alors du type à courant constant (bien qu'avec une forme d'onde im- pulsionnelle) et l'alimentation de l'électrode doit être réglée de , façon à s'adapter à la vitesse de consommation. Ce dernier réglage est habituellement réalisé grâce à un simple servo-système pre- nant pour base la tension de l'arc (qui indique la longueur de 1' arc).
Comme indiqué précédemment, les moyens destinés à modifier.
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cyeliqueaent le courant de l'arc dans un équipement à arc électri- que peuvent soit comprendre une seconde source de puissance élec- trique prévue pour fournir une puissance électrique aux électrodes, soit présenter une impédance qui détermine la puissance fournie aux électrodes.. Dans l'un et l'autre cas, le fonctionnement oyoli-
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qu* peut provenir soit d'un dispositif de commutation agissant cy.
Ql1ment (qui peut $tre un dispositif de commutation mécanique 16 \0'0 xÉ 4a.ai w' , v&X1 /* therralo!11cu8 ou à aemi-conduoteur, par &: ,!#. .lA iItpoe.1 t.tt da oouutation k tranSi.tol'a), soit de la na- 1'!t.). propre dee moyens oux-manea. Par exemple, ces moyens peuvent présenter noue la forme d'une seconde source de puissance qui est ut;o source de pll108W1oe alternative ou impulaionnelle, ou en- ! wv*1* lee aoyena p.v8nt présenter uit lmp6danoe ooua la forme d'un redresseur ou d'un réseau redrenaour qui agit de façon cyclique en laissant passer le courant dans un sens mata non pas dans l'au- tre.
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tre.
D'autres détails et particularités de l'invention ressua tirent de la description oi-apraa, donnée à titre d'exemple non lie mitatif et en se référant aux dessine annexée, dans lesquels :
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La figure 1 représente un système de soudure à l'arc oaeu' portant une seule source de puissance de courant alternatif ou de courant continu.
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La figure 2 représente un système de noudare à l'arc a- nalogue à celui de la figure 1, dans lequel la source de puissance fournit du courant alternatif à des circuits parallèles par l'in-
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termédiaire d'un pont redresseur à deux alternances et d'un redrab oeur mono-alternance, respectivement.
La figure 3 représente un système de soudure à l'arc comportant deux sources de puissance en courant alternatif ou en courant continu, connectées en parallèle avec les électrodes de l'arc.
La figure 4 représente un système analogue à celui de la figure 1, dans lequel l'enroulement secondaire d'ur transformateur
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OMt1t. la oecondo des deux sources de puissance* La figure 5 représente un système analogue à celui des fleure 3 et 4, dans lequel l'ill.p4danott dans le circuit parallèle peur le courant d'arc variant oyo11qu.nt nient pas lindaîras Lit figure 6 représente on système de soudure à l'arc xt0-* dit'1. comportant un condensateur constituant la seconde source dé
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puissanoe.
La figure 7 représente un autre système comportant deux source de puissance dispos'.. en sévît.
La figure 8 représente un système constituant un aspect de la présente invention et comportant trois sources de puissance afin de faire travailler l'arc à trois niveaux différente revenant
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cyaliquatMnt.
La figure 9 représente un système analogue à celui de la ligure 7, mais adapté particulièrement pour un fonctionnement avec un arc commandé et une électrode consommable.
La figure 10 représente une variante du système de la
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U.ic:-" 9mportant des moyens pour commander l'alimentation de :1 \ :, M'''i, ')1 ihdJ:H>iI1tu.abl. en fonction du niveau de courant accru.
La figue il représente un système analogue à celui de , 1; ttgl1r. 3e gyeo un circuit de démarrage.
Lou fleuiea 12 et 13 représentent de$ système* modifiée \.t cni IL) i'8fir"*us Ui*s ooanandéa au silicium.
La figure 14 représente an système dans leel tme ali- ' IMS"".UOl\ .,olyphl1sé. oonstitue la seconde source de puissance*
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2acs lo Y8tèm$ à arc représenté à la figura 1, un< outre 4* puisaance unique Pl est oonn<otët <n série avec une i8pédaD- ce La la source de puissance et l'impédance étant connectées aux deux électrodes 1 et 2 qui, lorsque l'équipement doit être utili-
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e pour la soudure à l'arc, a présentent sous la forme d'une ilte-
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trode en fil consommable et de la pièce, respectivement.
Zn payllèla avec l'impêdance Z1est connectée une seconde impédance 442 M't wérife avec un dispositif de commutation 0 qui introduit oy-
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cliquement l'impédance Z2 dans le circuit afin de réduire l'impé- dance totale offerte su courant traversant l'arc et d'augmenter par conséquent le niveau auquel l'arc travaille.
Dans le présent exemple, le fil 1 est un fil d'aluminium dediamètre de 1/16 de pouce qui est avancée à une vitesse de 100 pouces par minute. Le niveau de courant faible eet de l'ordre de .µ0 ampères, tandis que le niveau le courant accru cet de l'ordre de 200 ampè- res et est maintenu pondant environ 8 millisscondes à chaque fonc- tionnement du dispositif de commutation C, le cycle étant répété à environ 50 foie par seconde.
La ligne en pointillés 3 à la figure 1 a pour but d'in- diquer que dans un système de soudure à l'arc comportant une élec- trode consommable 1, cette dernière peut être mine en oeuvre soit de façon à procurer un arc auto-réglé avec une vitesse d'avance d'électrode préréglée, soit un arc dit commandé, avec lequel la vitesse d'alimentation de l'électrode est une variable qui cet dé- terminée par un servo-moteur sensible à la tension de l'arc. Dans ce dernier cas, une alimentation en courant pratiquement constant à chaque niveau est désirable,
de telle sorte que les courante de fonctionnement ne soient pas fortement affectée par les variations de la tension de l'arc ou de la longueur de l'arc, Ceci cet aisé- ment obtenu en prévoyant que la tension en circuit ouvert ou la tension effioaoe en circuit ouvert de l'alimentation en puissance P1 soit nettement supérieure à la tension de l'arc,
par exemple égale à trois fois la tension de l'arc ou supérieure de 50 volts à cette tension* La tension efficace en circuit ouvert de la sour- ce de puissance P1 est définie comme étant la zone de tension don- née par une ligne droite passant par le point de travail tension- courant ayant la même pente que la caractéristique de sortie de la source de puissance P1 en ce point.
D'une autre façon, pour un fonctionnement avec un arc auto-réglé, il est désirable que la ten- sion en circuit ouvert ou la tension efficace en circuit ouvert de la source de puissance P1 soit réduite et ne soit pas beaucoup su- périeure à celle de l'arc, comme défini dans les brevets en
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Grande-Bretagne Non. 767.688 et 767.689. Cette condition s'appli- que principalement à la période de courant aooru, dans laquelle, pour un bon auto-réglage, l'impédance totale du circuit doit être faible par comparaison avec l'arc, de telle sorte que de dernier constitue le facteur dominant dans la commande du courant du cir- cuit.
Ainsi un procédé de fonctionnement consiste à utiliser une- source de puissance à potentiel pratiquement constant avec une im- pédance de limitation négligeable (c'est-à-dire Z1et Z2 offrant une faible impédance totale) pour la période de courant accru, afin d'offrir des moyens pour un auto-réglage et à augmenter l'im- pédance du circuit (lorsque Z2 est isolé par le dispositif de com- mutation) afin de procurer la période de courant faible ou de fond au cours de laquelle, étant donné que la vitesse de consommation est également réduite, un auto-réglage rapide est moins important
Dans l'exemple qui vient d'être donné,
la source de puis *' sance P1 peut être une source de courant continu et les impédences peuvent alors être principalement résistives, bien que pour amélio. rer la stabilité de l'arc, une oertaine impédance de circuit puis- se être utilement ajoutée, en particulier lorsque la tension en circuit ouvert est faible. D'une autre façon, toutefois, la sour- ce de puissance P peut âtre une source de courant alternatif, cas dans lequel les impédances sont habituellement principalement ré- activer Dans oe cas, il est utile que le dispositif de commutation C coupe le courant dans l'impédance Z2 au voisinage du courant nul ou au moment de celui-ci.
Le dispositifde commutation C peut être un dispositif mécanique avec une ou plusieurs ruptures en série, ou il peut s'agir d'un appareil électrique ou électro- nique tel qu'un contacteur sous vide, un dispositif à décharge gazeuse commandé ou un semiconducteur, suivant les exigences des applications particulières.
Le dispositif de commutation C peut fonctionner à un simple multiple ou à un sous-multiple de la fré- quence de la source de puissance P1 ou il peut être cuis en action à cette fréquence ou au voisinage de cette fréquence, comme ce se-
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rait le Cas lorsque le dispositif de commutation se présente nous la forme d'un commutateur mécanique rotatif entraîné par un moteur à induction alimenta par la source de puissance,
A nouveau, afin de favoriser la stabilité de l'arc et
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en particulier le r4aaorçage avec une alimentation en courant ?1- teraatit, des dispositifs auxiliaires bien connu , destinée à or- ."j.... an injection d' étinoelle. haute fréquence et à haute 1;
en- i,a. on uns injection de crête comme déor1t dans le brevet en tea .à *Bj<ietftgn 8o '3. i 64, peuvent tira incorporée suivant les exigences papticulihrea de l'arc à électrode consommable qui ont m;>1!1 &1'1. oeuvra* A titre d'alternative de l'agencement, représenté à la i .#±,..<'.,< 1$ une 1mp6dan<)6 peut tira C01U1.ct en parallèle avec la prâulre oeuros de puissance aux bornes des électrodes et un dise. positif de commutation travaillant oyoliquement est connecté en au- rie avec l'impédance ou. en parallèle avec une partie de celle-ci, afin d'augmenter le courant de façon cyclique.
Dans le système représenté à la figure 2, la première source de puissance P1 est une Murée de puissance alternative et elle est connectée à la première électrode 1 par un redresseur 4 constituant des moyens offrant une impédance. Un double réseau redresseur en pont 5 constitue des seoonds moyens offrant une impé-
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dance et il est alimenté à partir de la première source de puis-an ce P1 et est connecté de façon à fournir un courant redressé aux électrodes 1 et 2. La source de courant alternatif P1 peut être constituée, par exemple, par l'enroulement secondaire d'un trana- formateur avec une extrémité connectée par le redresseur 4 et une impédance Z2 à la première électrode 1.
L'autre extrémité de 1' enroulement peut être connectée à la pièce, non pas directement mais par l'intermédiaire de l'un des quatre redresseurs du double réseau redresseur en pont 5. Avec un tel agencement, l'arc est offert à des cycles alternés avec des impulsions qui, en rendant Z2 suffisamment faible, peuvent être à un niveau élevé ou accrue
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Le arable réaeau redresseur en pont offre un signal de aortie à chaqa demi cycle de la source en OOI11'a11t alternatif, es signal de OQ.ttL$ redressé étant appliqué* à l'arc par 1 intermédiaire dg une iarpédanoa 31 qui peut être rendue suffisamment gtdtnde pour que la our3nt résultant dans l'aro constittie son niveau de fond.
Le ro4rouuour 4 en série avec l1 impédance Z2 agit de façon oyolique en dVMaJ1t conducteur uniquement à un demi- cycle sur deux et ceci' mwt à asourer que l'arc travaille de façon cyclique à deux niveam A If feront s
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La figure 3 représente un système suivant l'invention
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comportant une seconde source de puissance P 2 qui est prévue pour ! travailler de façon oyolîque à l'aide d'un dispositif de 008muta- ; !:ion oyolique C prévu pour oonneoter la seconde source de puis8an-1 G4 aux oo trodoa 1 et 2 et à l'en ddoonnecter, de telle sorte #.lut 1;; ...1'C ont alternativement fourni par les deux sources et pak la )rot1Hu." souroe uniquement. Chaque source de puissance peut . 'h' b0j[/'na d" courant continu ou de courant alternatif ou 1';;,,, JIJH,Í')Qfl nu df.1<Â, et ohaoune d'elles peut être oonneat48 , .i.
W *\ ,tl.a. ijropxc Íln.r"1,noe Z et Z2' respectivement et a 1' ! Ù..L,t', ,\},Ó :,;(H1tJotWlablG 1. Comme indiqué par la ligne en pointillé*, jt eettt) 61cetrode peut être avancée de façon à établir un arc s.¯ .>k' c un ,,\1:0 auto-réglé Q !'II.1JUiI indiqua pr4c'demmont, et des ') J ' r,r.t'' f..c peuvent âtre prévue pour stabiliser ou réamor- ,Y ,. - I'ai'o ni ceci est considéré désirable. Des valeurs utiles .t";' 1. 41cnta de circuit du système de la figure 3 lorsque 18 u.xSki ant .J)!'.tVI,l POIl;;:- rJtr6 auto-réglable consistent à utiliser comme 2rQ1ôre source de puissance P une source de 35 volta en courant O(nt1lJll et pour la première impédance Bzz une valeur de 0,3 chou afin d'offrir un courant de fond d'en*on 30 ampères.
La seconde 1 .t:i)u,r., de puissance P2 peut alors avoir une sortie de 35 volte ra .;ai..t alternatif et la seconde impédance 25g une valeur de C'j,1 ohi d'ln de donner un courant d'arc accru d'environ 200 ampb ;#### h.. r4)I,n" un fonctionnement commandé, les tensions de sortie de
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la première et de la seconde souroes de puissance Pl et 72 POttr" raient être augmentées environ 100 volta en courant continu et en courant alternatif, respectivement, et les valeurs des 18pédan.
ces être également accrues,
La première source de puissance ne doit /pas être con-
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noctée en permanence aux deux électrodes comme dans l'exemple qui vient d'être décrit, car à titre d'alternative le dispositif de commutation travaillant oyal,quarent peut être prévu pour connec- ter les deux sources de puissance en séquence à l'électrode, de telle sorte qu'une seule source alimente l'aro à un moment donné.
Dans un autre exemple du système suivant l'invention, représenté à la figure 4, un second enroulement d'un transformateur constituant une seconde source de puissance P2 est connecté en pa- rallèle avec la première source de puissance P1, aux bornes des électrodes 1 et 2 et il travaille oycliquement parce qu'il cons.
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titue une source de puissance alternative ou 1apul.ionntlle.
La première source de puissance P1 1 est une source de courant continu
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oonneotée par une impédance Z1 aux électrode*, 1'impédance 21 étant constituée par une rôsistanoe de commande et une réactance de sta- biliaationt Cette première source de pui8sanoe Pl offre le con- rant de fond, tanditi que le courant accru est offert par une eour- oe alternative P 2 connectée par un redresseur 4 et une impédanos Z2 aux bornes des électrodes 1 et 2, en parallèle avec la première source P et son impédance Z1.
Avec un tel agencement, un courant circule à partir de l'enroulement P1uniquement lorsque la force éleotromotrioe alternative devient supérieure à celle de la ten- sion de l'arc et ceci survient à la fréquence de la puissance ap- pliquée à l'enroulement primaire. Pour une répétition cyclique au
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double de cette fréquence, l'on peut utiliser un système redores- seur à deux alternances ou en pont et pour un noue-multiple de cette fréquence, l'on peut fairt appel à un dispositif de commu- tation en série aves le redresseur.
Ceci offre l'avantage que le dispositif de commutation peut être prévu pour .'ouvrir uniquement
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en l'tbwMOw d'une charget olest-à-dire après que Iw wM9a'<)at 44 arrêté par l 'action de redransemmtt Du=* &ut façon* m 4i p - aitit redresseur ooaumdd tel qu'un redresseur ooawukâé 111- oiau peut $tre utilité et diolaaohi de la fffla approprié* à 1a place d'an# telle combinaison 4* un dispositif de osMmtwtl** #t *# un redranstar* Pour M fonotioanemoat d laro auto- 41SIde 1* aîr,,. cuit comportant un rsdrssstur devrait avoir <UM âa1',s top4dim et la ordte de la force éloctroaotriot l.taornn.r dolt r aM';- risurs de ur.qur volts seulement 1* t mai a de 1' 4ma ma courant de fond de la proxière notroo.
D'<UMt nut twOM4 toute-
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foi , pour ..'\.11'81" un oon.r6,s plus préoim 4* ...... #aamM 1 te peut \.1t111.er une force électromotrice a1'r.Dat1T' p188 él#v# #* un 1mp'dano. de t3tlttliBtlt,l1 qui peut Itr. prtAcd,.-1 r.6:ttJA'tt.".. et ai on le désire, ltéleotrod. oon80#aable p8\.lt -$'tr< ! # m ; motion en. tant que 8,yatèlli' iL arc e$MMM9.d<.
Avec la 81.t.. vaaant 4i*itr* 4éed.'t. J.a 4Uur* 4\$1 00.. rant acoru fit 1nté1.u.r. k lU1 4ea1-cycle, cNt 41tan1t 3<&r<M.SM?i<) i rement proept1ble lorlque la orl. da 3m t4\'N4 rr,re ' 8.ul.llen1i. Arin d tobtenir 1* éhu',,, d. !'#*# à .-'i 1l1-' eeulament. Afin d'obtenir A durée d< oeurejat aOfttr-U jp2iua "ajamgnegr que oeoi et 8upér1.\.1r.. t1 ru doai¯<5ycl .. Seaa., szur , alternative peut 8tre prépol xi *e pax une oui- -4 <0s E3 tstt> aiw ! J tina eupplrfaantaire 4rie d n o*ow * # 3!' TRBsapM"t 1 tinu 8upplla.nta1re a4r1e .... l'aro que la première '0111'0' de coarMit ..... 'Ori'!M nworcoaSSbe : 80\11'01 de courant continu peut ta1:N parti* ilai La jw atâ&z> 4Wu.rr.08 de courant continu ou. 4tre combiné* -"'" .ar...
Dan. oette "ari¯te, px.T ..w.... u¯oe .&. un. 8011ro. e.ltlmat1'Y', de tel:l.. prwatièrw ll".. u. 8ur -UA une aouroe alternative, telle <Mf j îfaws KaqgwrtL'a&a aur niveau de fond alternatif avec de a 111...... 1t aoorui pério- 41q\t...At lorsque la second* 8oU".Mal1:1beftaU..1.:...nltt-."9n.ao- .
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tient
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Les 1mpéd.no...-m.'t1oaa'- 1** exeopl-* préoéïl* * ne doivent pa. 8tre des 11BHSdano.. l1JJ6r.. 1D.18 <ï3Le })8lrvwtt;
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te présenter sous la fora* de dispositif$ non linéaire , tel* que des inductances à noyau de fer et saturant ou une résistance avec un caractéristique tension-courant variable et de tels disposi. tifs peuvent être particulièrement utiles pour accentuer le niveau
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de courant accruq Par exemple# dans un système Suivant l'inven- iiin r.pr68ftnt la fleur* 59 une première 80u.roe c!e puissance ,?1 t une première impédance zi 1 sont disposé en série aux bor- ee des àlotrod'8* tandis qu'en parallèle avec oelles-oi sont dlipo*ét# on *orle l'tm avec l'autre, une seconde source de paie*% ea,.a: alternative p 20 un redresseur 4 et une ispédanoe non l1n4&1- #*% Z2 (par exemple une lmpédanoe connue oocueroîalomont nous le v4*% UâtO'11).
Coati conduit à un* certaine économie de puis.
'It!U1.S et à une 01"tl plus marquée dans la période de courant accru quesvec l'équipement analogue décrit préoèdemtaent et comportant une Impédance linéaire.
Dans encore un autre système suivant l'invention et re- présenté à la figure 6, une première source de puissance P11 et une
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impédance t 1 sont connectés% en série aux bornes des électrodes 1 et 2, comme préoéd mntntt Aux bornée des électrodes ont égala* ment connectée une seconde source de puieaanoe P2 ne présentant ou la forme d'un condensateur connecte aux électrodes 1 et 2 par un dispositif de oOllml.\tat10n C et un impédance Z2# le non- densateur P 2 est chargé à travers une autre impédance z3 h une source de courant continu distinct P21 et le niveau accru peut être établi à une cadence désirée quelconque,
en faisant fonction'- ner le dispositif de commutation C et en déchargeant ainsi le con- densateur dans le circuit comprenant les électrodes 1 et 2.
Lorsque l'on prévoit deux sources de puissance elles ne doivent pas nécessairement être connectées en parallèle l'une aveo l'autre et aux bornes des électrodes, de la façon représenté aux figures 3 à 6.
La figure 7 représente un système suivant 1' invention dans lequel la seconde source de puissance P2 se trouve en série aveo la première source de puissance P1 et les éleotro-.
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dés 1 et 2 seat disposée* de façon à travailler 7011qu...n't 11"&- 06 au fait que l'on dispose d'une source de puissance alternative
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ou 1mpu.la1onnel16. la première nou..-Ce de puissance P< peut 3tre ;
une nouroo de courant continu ou une source de courant aiternatif-
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Si on le désire, l'arc peut travailler à plus de deux
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x9.veo.t, différente revommt oyoliqu.ement, cas dans lequel l'on pur'. voit un circuit travaillant oycliquement supplémentaire et qui est prbvu pour agir, autremerill que soue la commande de l'aro, afin d* amener l'arc L travailler aux niveaux différent* requin. Par ez- " emple, data le a8tà#.e représenta à la figure 8, une première bout-' ce de pu1soùac P. et una impédance Z. en série aveo oelle-oi sont.
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cor.noL6a aux bernas des élootrodon afin d'offrir le niveau. de fond ou do baat.
Aux bornes des électrodes et en parallèle avec la l)L'fl1it;l'& 001lrot de puissance Pl et son impédance Z. .ont 4'al'- ment onneoté1 on 861'1e l'un nveo l'autre, une seconde Impédance 5 Z2# un r.e1rCUJu6Ur 4 et un enroulement secondaire d'un tran.torma- taui5 ctti-tujr i*a gource de ]puissance P 2.
Aux bornes di? ïj otrcd" s.uT. :: 'r;:;nt f'c:on6otée. en pmxallèlt avec les dsux ri'tvs l-Uijnfc&U!>ua on série l'un avec "L'autre@ une troi- Kis.9! iî.'pt' iUui-;s un d18p08i tif de commutation C et un Gond en...... tettr !"'1' c dernier dtsi ohnrgé travers une iap4danol nuppllê- Rtantî..- 3j cal s souf--# CI(} haix Pj 1. oondaneatour P3 peut' !" # # nr T- '' '1!!l''}îa ;le tH.-;'.. ,.te durée et d'énergie élevée, qui pouvant Stre rea 1\ BIlt"'V''\')ll.l.1" soit pendant la période de courant acoru M!, coure da la.qu.J:;"'& la oeconde source de puisaanoe P2 agite soit ta pùrltC 1 '?*arc tr'1"fs.1l1t a/.1 niveau de fond.
Cet,
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4rrangent oosposite peut 8tre utilisé, par exemple, lorsque la oombi1i8'lJon du ni va un sie fond et du niveau accru due' la aeoonde aourco de puissanoe conduit à la formation d'une goutt l tt non- venable à le pointa de l'éleotrode consommable, le d'taoheaent de la gouttolatta étant achevé à l'aide de la décharge du oondenaa- tOlU' TIR1n ertpn8 4quipemo.nte suivant l'invention, le..0- 1n prévue pour fRire varier cyoliquement le courant de l'arc
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pavent être considérée comme une seconde source de puissance on comme une impédance.
Ainsi, dans une forme d'équipement, une sour- ce de puissance P peut être prévue avec deux points de prélèvement distincts afin d'offrir deux niveaux de base différente. La sour- oe de puissance peut, par exemple, être l'enroulement secondaire d'un transformateur possédant des points de priée intermédiaires différente. Ceci peut être considéré soit comme une source de puissance unique avec des pointe de prélèvement différente, boit comme deux sources de puissance ayant certaines parties en com- mun et procurant un agencement analogue à celui de la figure 7.
Un point de prélèvement peut être connecté directement à l'élec- trode consommable par une impédance Z1, tandis que l'autre eet connectée à la même électrode par une impédance Z2 et un disposi- tif de commutation en série. Le point de prélèvement connecté à l'électrode par l'inpédance Z2 offre le niveau élevé. Ce niveau peut être produit en choisissant un point de priée sur l'enroule*' ment dont la force électromotrice *et inférieure à celle du point
1' conneoté à l'impédance Z1 impédance Z2 étant alors beaucoup plus petite que l'impédance Z1).
D'une autre façon et comme représen- té à la figura 9. le niveau élevé peut être produit en établissant *un circuit pour une seconde impédance Z2 et un dispositif de com- mutation 0 à partir d'un point de prélèvement dont la force élec- tromotrice est supérieure à celle du point connecté à l'impédance 21. La première variante de la figure 7 convient mieux à un fonctionnement à arc auto-réglé, tandis que cette dernière varian- un te de la figure 9 convient mieux pour/fonctionnement avec un arc commandé.
Il convient de remarquer qu'avec ce dernier type de fonctionnement, bien que le mécanisme d'alimentation de l'électro- de soit normalement basé sur la tension d'axe moyenne, il peut 8- tre préférable d'utiliser la tension d'arc Moyenne prise dans une partie de la séquence des courants, en particulier la période à niveau de courant accru, au coars de laquelle la consommation de l'électrode est plus forte.
Un système approprié pour obtenir c
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résultat est représenté à la fiacre 10 pour un are en courant con- tinu, cas dans lequel sur le côté d'entrée d'un, disoriuimateur 10 la combinaison à résistance et capacité représenté en 11 possède une constante de temps de l'ordre de 1 millisscondes amie offre, grâce au redresseur 12 , une constante de temps dé décharge plue im- portante.
Ces constantes de temps permettent au condensateur de se charger pratiquement à la crête de la tension de l'arc pendant une période de courant accru tout en étant insensible aux crâter de tension parasites telles que celles qui surviennent aux instant ' du transferts Le reste du système comportant l'alimentation de tension commandée 13 pour le moteur d'entraînement 14 des rouleaux d'avance de l'électrode est conforme à la pratique courante.
A titre d'exemple supplémentaire d'un fonctionnement avec un ato auto-règle, l'on donnera à présent des valeurs numériques pour les éléments du circuit de la figure 4 convenant pour ce mo- de de fonctionnement.
La première source de puissance P1cet une source de courant continu (batterie, dynamo, transformateur re- dresseur monophasé ou triphasé) ayant une sortie de 25 à 35 volte en circuit ouvert, la première impédance Z1 1 étant une résistance destinée à limiter le courant de base à un ordre de grandeur de
10 à 50 ampères avec, si on le désire, une réactance de l'ordre de 0,2 mH,
afin de contribuer a stabiliser l'arc et à réduire la dérivation du courant d'impulsion dans la source P1 (cette consi- ddration n'est pas importante dans le cas d'alimentations à redres- seurs), la seconde source de puissance P2 est une soures de courant alternatif avec une sortie d'environ 25 à 35 volta en circuit ou. vert et comportant un redresseur à diode au.
silicium 4 en série aveo elle et la seconde impédance Z2 est une résistance de suffi- samment faible valeur et de réaotanoe négligeable pour permettre des courants d'impulsions de l'ordre de 100 à 300 ampères de crête
Ce système convient pour la commande par impulsion du transfert pour un fil d'aluminium d'un diamètre de 1/16 de pouce dans de l'argon, avec des vitesses de consommation de l'or- dre de 100 pouces par minute.
Pour des vitesses de consomma-
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tion inférieures de* tré""'J1 4 #itapuléieis inférieure* à 04l11N du réseau de distribution penvaat 4tre utilisées, an fanant appel par exemple à un simple commutateur rotatif pour couper les ias pulsions Indésirables ou en remplaçant de préférence le redres- nour par un redresseur commandé au silicium, qui peut Atre déolea- \.10.f; là volonté* v J.1' '4A ton)t1onneme:n1; avec un are commande, dans lequel i.'6w-s dû l'élessoda $t fonction de la tension de l'arc ou 1 ?!' GSIlJ d, ''.:.fi.1t ",'!4t\.$.', 4' manuelle comme pour la soudure à 61¯0- 9rQdt & barii, isa 48tér1et1q.8 totale. de la aouroa dt paie*- !khCe doivent N'approcher du courant constant (royantj.
Dans ce h'Alt 4eo tensiosafi efficaces en oirouit ouvert piM élevé/et des '4{, *#/-- # |>?U6 llt\;cJ)' ',1,Ut&8 sont noe8s..ir'8. Ainsi, dans liexulm.
1 sî avtUÀ4 } les LfT :lona sont augmentées jusqu'à environ 50 à 75 volte pour Pl et F2 (qu.i peuvent être une seule et même Douros) avec les Impédances de circuit appropriées pour limiter les cou- rante aux niveaux définis ci-avant.
Il existe un point pratique qui $#applique à tous les
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systèmes décrits, à propos du démarrage du. processus. Bien que
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des étincelles à haute teasien (bloeu à haute fré- quence) pourrai/ être utilisées pour amorcer 1 ewro, otc1 offre 41- vers désavantages y compris les interférences r..1ttào.1q...
Normalement, pour des courante élevés, le praatl est amorcé sa permettant à l'éleotro4e de frapper la ,1..,r.. 1 le 0'" rant de coupe-circuit (en particulier ÔMte le ou@ de sources dut puissance à *caractéristique plate" et a touelom pratiquement conctantes) fait fondre l'électrode et adorée un arc.
Dans les conditions de commande par . impulsion du trans- t.rt, la fusion initale est souvent difficile étant donné que le
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oourant moyen disponible est volontairement faible et, dans de nombreux cas, les niveaux accrue sont trop peu fréquents pour être
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efficaces* Afin de promouvoir un démarrage instantané* l'on ajonie aux systèmes décrite une alimentation de courant ea oo-o1r0l.L1t
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à faible tension, avec le courant dans le même sens que celui uti- lisé dans l'arc et ce courant est fourni à travers un redresseur d'isolement, comme représenté à la figure 11. Ce courant de cour*:
circuit destiné à faire fondre la pointe de l'électrode ne circule' est que quand un contact initial/établie entre l'électrode et la piè- oe et il se coupe automatiquement lorsque l'arc est établi, étant donné que la tension de combustion de l'arc (13 volte et plus)
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est supérieure à la tension en circuit ouvert de l'alimentation de courant de démarrage et que le potentiel du redresseur est in- versé.
Des tensions pour des alimentations de démarrage appropriées s'étendent entre 8 et 12 volte et, avec un courant de court-circuit de l'ordre de 1000 ampères, le premier point de con- taot fond pratiquement instantanément, en général en moins d'une
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m111i8loonde, En ne référant aux systèmes de base représentés aux fi- gures 1, 3o 7 et 9t le dispositif de commutation peut 4tre oyons- t1tu4 par un simple commutateur rotatif normal possédant des bu- lais au oarbonot 1* métal.
Bitin que ceci puisse itre apP111 qué et pormette de choisir n'Importe quelle dorée et n'importe
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quel intervalle d'impulsion, il ne produit une certaine formation d'étincelles (amorçage d'arc) au ttoamnt de la rupture, se qui pour :r6su.ltnt l'usure c4lan balaie et du odeautatoure Cool peut etre réduit au minimum aV8ù succès griot à an* ou plusieurs des dispositions suivantes s utilisation dta11..ntat1ok basse taa- f
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810n (comme dans le cas du fonctionnement à arc auto-réglé), dans lesquelles la différence de tension entre la source de puissance et l'arc de soudure est insuffisante pour permettre la formation d'un arc au commutateur également,
en réduisant au minimum l'in- ductance du circuit dans le oirouit de courant accru, en ajou- tant des circuits de suppression d'arc en parallèle avec les points de rupture, par exemple un condensateur en parallèle, en établissant simultanément plus d'une rupture en série, et ainsi de suite. Toutefois, une variante consiste à utiliser un diapo- '
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sitif électronique commutable tel qu'on redresseur commandé au silicium.
Avec une alimentation en courant alternatif, le redres- seur commandé au silicium peut être amené à la conduction en un f point approprié quelconque de la forme d'onde du oourant alternati (anode positive) et il s'éteint automatiquement au passage sui- vant par zéro de la tension, moment où le potentiel du redresseur est inversés Toutefois, aveo une alimentation en oourant continu un potentiel inverse artificiel doit être appliqué pour couper le redresseur commandé au silicium.
Des systèmes dans ce but sont bien connus et un exemple est représenté à la figure 12, dans la-
1 quelle, avec le redresseur commandé au silicium principal/déjà conducteur pour procurer le courant accru, le redresseur commandé au silicium auxiliaire 2 est déclencha de façon à décharger le condensateur 15 préchargé, afin d'inverser le redresseur commandé au silicium 1 et de provoquer sa coupure.
Encore un autre système fait appel à deux redresseur* commandés au silicium qui peuvent utilement fournir les courante de fond et accru, respectivement, tout en se commutant l'un l'au- tre pour l'amorçage et la coupure. Un circuit typique pour une alimentation en courant continu est représenté à la figure 13, dans laquelle le condensateur de couplage mutuel 15 est décharge successivement par chaque redresseur commandé au silicium pour oouper l'autre.
Ce système est ainsi indépendant de la fréquence d'alimentation (par opposition aux exemples tels que représentés aux figures 4, 5 et 8) et n'importe quel rapport nominal utile entre la darde et le niveau des courante accrue et de fond peut être choisi* Ce système est particulièrement avantageux en ce que la fréquence des impulsions de courant peut être mine en rela- tion avec la vitesse de consommation ou la vitesse d'alimentation de l'électrode. Ainsi, avec une amplitude d'impulsion donnée destinées à provoquer le transfert d'une certaine quantité de métal à partir de l'électrode, si la vitesse d'alimentation est réduite,
une réduction correspondante de la consommation est obtenue en
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diminuant la fréquence des impulsions et donc également le courant moyen (qui doit également correspondre à la vitesse de consomma- tion désirée).
Toutefois, avec une simple source de courant alternatif et un redresseur commandé (on un redresseur avec commutateur), une gamme de fréquences fixe peut être obtenue en faisant appel à une ' alimentation triphasée comme représentée à la figure 14. Ainsi, ! avec une demi onde triphasée, la fréquence des impulsions ont de 150 (pour une alimentation à 50 cycles seconde) et en ee réduisant à une seule phase ou en éliminant certains demi cycles ou le deux! diverses sous-fréquences de 100, 75, 50, 37,5, 30, eto. font prof .
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daites.
L'impédance de circuit Z2 peut évidemment 4tre ooau,une : aux redresseurs ou être effectivement propre à chacun d'eux* A nouveau, la source de puissance pour l'alimentation de courant sc- cru peut être considéra comme distincte de la source de courant de fond ou être combinée aveo celle-ci,
Chaque foin qu'une source de puissance continue est 10- quise, celle-ci peut se présenter sous la forme d'une batterie, d'une dynamo ou d'un groupe transformateur-redresseur, tandis que quand une source de courant alternatif est requise, l'en peut faire appel à un alternateur ou un transformateur.
REVENDICATIONS
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IIIIM'III TIC #(#IHM
1. Système de soudure à l'arc ou analogue, comportant une première électrode, une pièce constituant une seconde élec- trode et une source de puissance connectée en série avec la pre- mière électrode et la pièce afin de fournir un courant destiné à maintenir un arc entre la première électrode et la pièce, carac- térisé en ce que des moyens sont prévus pour accroître cyclique- ment le courant de l'arc circulant entre la première électrode et la pièce afin de l'amener à un niveau auquel une propriété dé- airée de l'arc, tel qu'un transfert de pulvérisation survient.
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"Improvements to aros"
Many properties of arcs or electric discharge. do not vary linearly with the magnitude of the arc current, but on the contrary they appear or are noticeable only when this magnitude exceeds a certain value. The present invention relates to a method and equipment for causing such properties or bring them into play when it is impossible, difficult or undesirable to maintain the magnitude of the arc current above the indicated value or, otherwise, to achieve control of the arc current. ownership where possible,
useful and desirable to maintain the magnitude of the arc current above said value,
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A prime example of such properties is the property that an a: king possesses during an A 1 welding process! arch appealing to a.
electrode concommablop to cause a transfer to the welded part of the molten eleotrode material all in the form of a sprayed transfer called projected small droplets which provide a deposit and establish a good weld * This property disappears when the importance current falls
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we disapprove of a particular thief, park * that at this moment,
the Xitu to transfer the molten material forms a spray which is projected by the arc as a rapid stream of small * droplets traveling under conditions of free flight or practi-
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After free flight from the consumable electrode to the part, the molten electrode am "tiara forms a large globule before any significant transfer takes place,
a series of these large globules forming a coarse deposit and consequently tending
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give a bad weld * this is not the only drawback $ however, since the transfer itself is not affected by the arc (since the arc contributes practically nothing to the transfer mechanism), it is caused either by the
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gravity, or by the fact that the global and the part meet.
In either cage, the part is placed below the consumable Itelootrode and this constitutes a restriction India * sirablw at certain times * lg * n will only account for the value of the current of the ara above which satisfactory welds are obtained and below which non-satin welds are obtained is not a single precise value, since there is a wide range of current values producing welds of medium quality.
A particular example of a welding process exhibiting the aforementioned phenomena is that of using a consumable aluminum electrode with a diameter of 1/16 inch wrapped in argon and using a current arc.
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continued.
Good weld is obtained for currents above 150 amps and relatively good welds are obtained up to about 140 amps (the rate of electrode delivery being reduced accordingly).
. Below this and with a feed rate of about 120 inches per minute we discover a discontinuity in which a new relation exists between the current and the consumption rate of the consumable electrode and for which the current changes from about 140 to 100 amps, This transition is accompanied by an approximately ten-fold drop in transfer frequency and hence a corresponding increase in transfer size,
the transfer below the discontinuity (the so-called range below the threshold) taking place in the form of relatively large globules reaching up to 1/4. inch in diameter, which is equivalent to approximately 2 inches of the length of the aluminum electrode. Some improvement can be obtained by reducing! Depending on the diameter of the electrode, but this requires an increase in the feed rate of the electrode for any given current.
Due to the fact that hitherto high currents have been maintained above the level of discontinuity to achieve the spray transfer, it has not been possible to satisfactorily weld thin materials. Another disadvantage of the prior methods for the satisfactory welding of thick materials is that, even above the discontinuity, the transfer of the projected spray does not always lead to constant results, nor is any given weld as regular as it is. 'it would be desirable.
The first example of an arc property given above is the establishment of a spray transfer. A second example resides in cutting. The cutting of a part 'can be executed only when the amplitude of the current is greater than a certain value, because below this value:
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the material which is founded by the aro remains in position on the pieoe
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where it does not solidify on cooling, while above this value the molten material is driven from the part.
The basic principle of the present invention lies in
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'O;: tj that the arc: must It1'8 m11S operate cyclically with at least two iv6aU% d1ftérnts returning cyclically, an expression which will be further detailed below. Equipment for electric aro <? following linvmhtion includes a power supply system 86b. <: - .. el "rtt" 1cu] ;. Where the supply of an electric power t electrodes (which in the case of the aforementioned welding operation (,; .. u:
'constituted by the consumable electrode and by the part, ras- peo't5, v.ern,) llt). eyetime comprising a '180-1' t puiosanoe oouroe, r.q5 intended to supply a powerful electric power to the electrodes and comprising means which either have an impedance determining the power supplied to the electrodes, or have a second source of electric power intended to provide a
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electric power to the 'leotrode8, the means being provided * to act, in a way other than we control the aro, a
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cyclically to cause the arc to work at at least two different levels returning oyolically.
The two aforementioned levels will be called, for convenience, the lower or substantive level and the upper or increased level. When the equipment is fully dc working equipment, the increased level is simply a dc level higher than the dc background level and no further explanation of this term is needed.
However, when the equipment is totally or partially alternating current equipment, providing the liver with background and increased currents which already fluctuate oyolically or rhythmically, then operation at more than one level implies, for the increased level , that the amplitude of the harmonic component
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principal of this nivduoz (c'c:; 'i.-4: .- say the amplitude of the maximum instantaneous value of this component whatever the sign)
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oci 4 ", jl" 'ltU1X' h the amplitude of the component haJ'80Diqu .. princfpa- 1 & '". \' ÓQv. due background.
For the department. who work in puviî * .-. alternating current and partly direct current and which ii '.- atftiysMnt an arc with an alternating current comprising a * Qw & -t-.i. \ it * of direct current, the increased level is the amplitude of the ccir h jS) , nttantane when the alternating current has its value of 01- .. let ttgme polarity that the component of direct current, tunJl "qua the level, of bottom or base is the amplitude of the current ïnei ##: U loraqt19 the alternating current has the peak value and the polarity opposite to that of the current component * con-bitm.
Ku making the two-level monk work the arc h, he dvi "dh pOt, s1bl. To reveal a perceptible property of- aro or zeu p.tSaon06 by leading him to play effectively, ilLli, -4 1 '.1 :: n'tI, U'111' the magnitude of the arc current above the area so far as necessary, also lon-, <i,.; ##. The level at * ru 4 and greater than this value, - while
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1 \ <<u. u <ions 1, H} I4't 8 be 1n! 'r1eur lx this value. A 400% 101'111
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\ "1 ,, ;; \ 't." ...' HI! possible. since we can provide d44, ') y'h'u.n: tfl f4v, lower vt.nS. A second advantage is that lt ap-; p11. (. I &, UQn of the increased level allows a command of the = ment where the pro- 11i: ';. 6 .r'pIi.: Rt1.tt or water Sir his presence .
Indeed p this second 6, '' '' l '\ .., t they r, (j, n,: 5f \ U. Eauti the first, if we deny it because the h- "'"! <Lncl} ( Ht1i hearth maintained above the aforementioned value '"$, 1; t'Il,) Rcoru then simply commands the moment to appear, h. The property 1ntô1" $ saa.nte.
The two aforementioned advantages are of particular importance; ;; for arc welding with a consumable electrode.
Thus, firstly # the minimum operating current 'rmut ,, e4ou-kk, ie the background level, can be lowered well by *, 1 {iriii of the average current corresponding to the consumption speed.', ; 3n / .t for the desired electrode supply vi tau "8, q) 1. :: t> 'in..I'é.rii1ur at the normal discontinuity level, while
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the increased level is greater than this average current and the level of discontinuity *, such that the background level simply tends to melt the material of the electrode slowly to produce a large cell,
But the increased level acts so as to effect a spray transfer of the molten material as small droplets before the material is able to fall under the effect of gravity. - that the increased level may contribute to a certain extent to the melting and just as the background level may contribute to a certain extent to the transfer under particular circumstances, but essentially the aim is that the merger should be caused almost entirely by the background level and that the transfer is effected practically completely by the increased level.
The frequency of the transfer is thus directly related to the frequency of occurrence of the increased levels, while the average value of the material transferred is determined by this frequency and the rate of consumption. This reduces the average current or power required for the weld, so that the weld can then be performed using a wider range of currents and power values than before. and the power required allows the welding of thinner materials than has been possible heretofore and reduces electrode delivery rates and travel speeds.
So, for example, the average level (i.e. the average at the liver of the increased and background levels) can be as low as 100 amps for aluminum electrodes with a diameter of 1/16 of an inch. or even as low as 50 amps for this size and even less for thinner electrodes, the increased level required for the transfer obviously being much higher both than this average level and the background level.
Second, by making the increased levels responsible * for the transfer of material from the electrode, a greater degree of
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control of the transfer is possible than previously and a smooth and frequent transfer becomes practically possible without difficulty, applying the increased level cyclically and frequently. This particular advantage can, if desired, be obtained even when the background level is higher than the level of discontinuity, conditions under which the transfer of the projected spray would occur even in the absence of the increased level, but not necessarily so regularly. or as frequently as desired.
For example, with a direct current above the discontinuity level, the transfer can occur at a relatively low speed well below 50 times per second, but it can be achieved 50 times per second by using the power distribution network to provide an increased level of this frequency.
Whether or not the background level is greater than the discontinuity level, the transfer is achieved primarily through the increased level. The background level maintains an arc between the consumable electrode and the part and; ...: melts the electrode, whereas the increased level returning cyolically transfers the molten material to the part which is being welded * :
An arc welding system operating in this way can be such that it operates with a so-called self-regulated arc, i.e. a feed mechanism is provided for the electricity. A consumable trode so as to supply the latter to the workpiece at a preset or normally constant speed, the electrode being consumed by the action of the arc so as to maintain a substantially constant arc length.
Alternatively, however, the feed mechanism can be controlled by the voltage of the arc, through a servo-mechanism, for example, so that an increase in the average arc voltage above the equilibrium value causes an increase in the average electrode feed rate in order to re-establish equilibrium, as in automatic arc welding 'or ordered.
In addition, the elotode may have a thin re-
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coating garment with or without an additional gas shield, where flux can be added, or the electrode can be coated with a thicker flux coating in a manner analogous to arc electrodes metal for manual work.
The invention finds particular utility for reducing edge and speed of consumption in soldering operations where the normal current density in the consumer electrode is very high, for example 50,000 amps per square inch and / or. or the consumption rate of the electrode is normally greater than 100 inches per minute.
Equipment according to the invention can, however, be used * Without other sticks, for example for cutting, lighting or heating, when it is desired to obtain a certain property of the macaw maintain the single level arc current needed to make the property appear of interest * By working the aro at two or more levels, one can in fact obtain a mixture of arc properties normally associated with the different levels.
With the equipment for the above uses, neither of the two electrodes should be consumable and the arc can work in a neutral gaseous atmosphere or not, for example in air, at atmospheric pressure or not. The invention can be used for cutting work, where the background level causes melting and the increased level drives molten material from the workpiece, which is thereby cut.
Many different programs for an operating cycle are possible. For example, the background level may be a simple sinusoidal current waveform acting during only part of the system oyolus, while the increased level may be another simple sinusoidal current waveform having of a higher amplitude and only acting during the rest of the cycle.
In a second example, the background level is again a simple sinusoidal current waveform but in this case this waveform is applied during the in-
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third of the oyole, while bulb. tm or more otoatente of oe., 01e'l the increased level is applied as h form, for example, 4 'i8p \ 11- niona whose amplitude is greater than that of the background level and which are applied less than one times for each half cycle of the. waveform, more than once or exactly once. In- ;
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Corn 1.! \ X1S Another example, the background level is a direct current level and the increased level is an alternating current which is applied purely intermittently and oyo11ql.letl1ent.
Still in another oxea 1e, the background level is a direct current level which is applied intermittently and oyolically.
The aro current in any cycle can have a pattern consisting of one or more background levels cons- or
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tanta / in direct current and one or more constant increased levels or in direct current, with a rapid transition between the levels, which provides a rectangular waveform, which may although not necessarily have certain distortions by
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: 70'.I; .... 't'u: i oon av4la a purely rectangular wave forae s4om'tr1- tn3 ilitb 1 \ tl ra possibility is that the level of: tond h ,: ". . I .: direct current level, while the increased level is given by a triangular shaped waveform superimposed on the top of the direct current level, this form of inducing growth or fall. either fast * or relative holds len, eae with or without a relatively flat top.
Instead of the tnangular wave foras, a single half cycle of an ft1nu'Qtd wave on $ avoc or without a flattened top, can be sl1perpow 'at aoamet of the current level atnt9.ru.
The equipment according to the present invention should not be confused with equipment having auxiliary devices.
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11a1re to stabilize or re-strike the arc. Such auxiliary devices are of two different types. The first type provides high frequency, high voltage spark injection.
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i!). li.me the gap between electrodes, but the li-mGma device does not supply power to the electrodes but acts as a
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so as to exile the interval of such aorta that the power
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denies to el otrod * 9 by another foroe of electric power can Qrêw or maintain an arc.
The second volume of auxiliary device provides unidirectional peak injection as
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described in the patent; in Great Britain No. 705,164. This orgte injection device is connected to the power supply of the electrodes. The device also acts cyclically, but it does so entirely under the control of the arc, serving
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to provide an extremely short magnitude for each alternating half cycle of the aro's alternating voltage, in order to maintain the arc and to prevent the rectifying characteristics of the arc from coming into play.
This can be contrasted with the equipment according to the present invention in which the aforementioned means act independently of the arc and, therefore, the different levels returning oyolically do not have to be repeated at the same rate as the current. alternative of the arc itself
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m8ma.
In addition, it can be said in general that while the removal of the peak injection device from the prior equipment would cause the arc to go out, either immediately or after a few
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cycles, removing the increased level will not cause the aro to turn off, as it can be maintained only by the
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background level, although, as indicated above, such an arc may not be particularly effective for any particular purpose, for example in effecting the transfer of spray.
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projected risation.
Another difference to the S te gold injection tools is that the latter offer. as one 8uramp11tud indicated. or an extremely short peak, while the means of the equipment according to the invention have preferably been provided to act in a cyclical fashion such that the increased level serves.
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maintained for a substantial period of time, on the order of one wave or more. The increased level can be repeated in any desired way, for example. $ tro applied from 5 to 500 times per second.
The frequency shimmers can by
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example be a simple multiple or a sub-multiple of the frequency of the power supply network, the latter constituting the first source of electric power intended to apply the background level, while the increased level is applied either several times per year. in each cycle of the distribution network, so that the cycle of this distribution network and that of the system are the same or, in another way,
the increased level may be applied to only one liver for several cycles of the distribution network * such that these cycles constitute one cycle of the system *
Another characteristic which is different from normal peak injection devices is that the average of the increased level is appreciable and, in general, is greater than 5% of the average current of the background level. (for alternating current arcs, the average values indicated are the average rectified values).
The increased current controls the transfer of material from the electrode, as described above, but it is necessary for a general ratio between the powers, the current and the mean voltage; ne, to satisfy the equilibrium requirements with the consumable electrode. Thus, if the electrode is supplied at a preset constant speed, then the power source should be substantially of the constant potential type, such that arc variations in arc length (which is equivalent to variations in arc resistance) and the result is compensation for variations in the average current.
Alternatively, if the power supply has a significantly higher RMS open circuit voltage compared to the arc voltage, the power is approaching! then of the constant current type (albeit with a pulse waveform) and the supply to the electrode should be adjusted to match the rate of consumption. This latter adjustment is usually achieved by a simple servo-system taking the arc voltage as the basis (which indicates the length of the arc).
As indicated above, the means intended to modify.
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The arc current in electric arc equipment can either include a second source of electric power intended to supply electric power to the electrodes, or have an impedance which determines the power supplied to the electrodes. 'one and the other case, the oyoli-
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that can come either from a switching device acting cy.
Ql1ment (which can be a mechanical switching device 16 \ 0'0 xÉ 4a.ai w ', v & X1 / * therralo! 11cu8 or semi-conductor, by &:,! #. .LA iItpoe.1 t.tt da orutation k tranSi.tol'a), that is to say of the na- 1 '! t.). own dee means oux-manea. For example, these means may take the form of a second power source which is ut; o alternating or pulsed source of pll108W1oe, or in-! wv * 1 * lee aoyena p.v8nt present the lmp6danoe or the form of a rectifier or redrenaour network which acts cyclically by letting the current flow in one direction and not in the other.
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be.
Other details and features of the ressua invention are taken from the description oi-apraa, given by way of non-binding example and with reference to the accompanying drawings, in which:
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Figure 1 shows an arc welding system carrying a single source of AC or DC power.
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Figure 2 shows an arc noudare system similar to that of Figure 1, in which the power source supplies alternating current to parallel circuits through the in-
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via a two-wave rectifier bridge and a half-wave reducer, respectively.
FIG. 3 shows an arc welding system comprising two alternating current or direct current power sources, connected in parallel with the electrodes of the arc.
Figure 4 shows a system similar to that of Figure 1, in which the secondary winding of our transformer
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OMt1t. the second of the two power sources * Figure 5 represents a system analogous to that of flowers 3 and 4, in which the ill.p4danott in the parallel circuit for the varying arc current oyo11qu.nt do not deny the indaîras Lit figure 6 represents an arc welding system xt0- * dit'1. comprising a capacitor constituting the second source of
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powerful.
FIG. 7 shows another system comprising two power sources available therein.
FIG. 8 represents a system constituting one aspect of the present invention and comprising three power sources in order to make the arc work at three different levels.
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cyaliquatMnt.
FIG. 9 represents a system similar to that of FIG. 7, but particularly suitable for operation with a controlled arc and a consumable electrode.
Figure 10 shows a variant of the system of the
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U.ic: - "9 including means for controlling the power supply of: 1 \:, M '' 'i,') 1 ihdJ: H> iI1tu.abl. According to the increased current level.
The fig it represents a system similar to that of, 1; ttgl1r. 3rd gyeo a starter circuit.
Lou fleuiea 12 and 13 represent from $ system * modified \ .t cni IL) i'8fir "* us Ui * s ooanandéa to silicon.
Figure 14 shows the system in the IMS "". UOl \., Olyphilised feed. is the second power source *
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2acs lo Y8tèm $ with arc represented in figure 1, a <besides 4 * single power Pl is oonn <otët <n series with an i8pédaD- ce The power source and the impedance being connected to the two electrodes 1 and 2 which , when the equipment is to be used
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e for arc welding, a present in the form of an ilte-
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consumable wire trode and workpiece, respectively.
Zn payllèla with impedance Z1 is connected to a second impedance 442 M't wérife with a switching device 0 which introduces oy-
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Click the impedance Z2 in the circuit in order to reduce the total impedance offered to the current through the arc and consequently to increase the level at which the arc works.
In this example, wire 1 is 1/16 inch diameter aluminum wire which is fed at a rate of 100 inches per minute. The low current level is of the order of .µ0 amperes, while the current level increases this by the order of 200 amperes and is maintained weighing approximately 8 millisscondes with each operation of the switching device C, the cycle being repeated at about 50 times per second.
The dotted line 3 in FIG. 1 is intended to indicate that in an arc welding system comprising a consumable electrode 1, the latter can be used either so as to provide an automatic arc. -regulated with a pre-set electrode advance speed, i.e. a so-called controlled arc, with which the electrode supply speed is a variable which is determined by a servomotor sensitive to the voltage of the bow. In the latter case, a nearly constant current supply at each level is desirable,
so that the operating currents are not strongly affected by variations in the voltage of the arc or the length of the arc. This is easily obtained by providing that the open circuit voltage or the voltage effioaoe in open circuit of the power supply P1 is clearly higher than the arc voltage,
for example equal to three times the voltage of the arc or greater than 50 volts at this voltage * The rms open circuit voltage of the power source P1 is defined as being the voltage zone given by a straight line passing through the voltage-current working point having the same slope as the output characteristic of the power source P1 at this point.
Alternatively, for operation with a self-regulated arc, it is desirable that the open-circuit voltage or the open-circuit rms voltage of the power source P1 be reduced and not be much higher. to that of the arc, as defined in the patents in
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Great Britain No. 767.688 and 767.689. This condition applies mainly to the current period aooru, in which, for good self-tuning, the total impedance of the circuit must be low compared to the arc, so that the latter is the factor. dominant in the control of the current of the circuit.
Thus one method of operation is to use a nearly constant potential power source with negligible limiting impedance (i.e. Z1 and Z2 providing low total impedance) for the increased current period, in order to d '' provide means for self-tuning and for increasing the impedance of the circuit (when Z2 is isolated by the switching device) to provide the low current period or background during which, given that the consumption speed is also reduced, rapid self-adjustment is less important
In the example just given,
the power source P1 can be a direct current source and the impedences can then be mainly resistive, although for improvement. In order to maintain arc stability, some circuit impedance can be usefully added, especially when the open circuit voltage is low. Alternatively, however, the power source P can be an alternating current source, in which case the impedances are usually mainly reactivated. In this case, it is useful for the switching device C to cut the current. in impedance Z2 in the vicinity of zero current or at the time thereof.
The switching device C can be a mechanical device with one or more breaks in series, or it can be an electrical or electronic device such as a vacuum contactor, a controlled gas discharge device or a semiconductor, depending on the requirements of particular applications.
The switching device C can operate at a single multiple or a submultiple of the frequency of the power source P1 or it can be operated at or near this frequency, like this se-
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This would be the case when the switching device presents itself to us in the form of a rotary mechanical switch driven by an induction motor supplied by the power source,
Again, in order to promote the stability of the arc and
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in particular the re-priming with a 1-teratit current supply, of the well-known auxiliary devices, intended for the injection of high frequency and high etinoella 1;
en- i, a. one ridge injection as deor1t in the patent in tea. à * Bj <ietftgn 8o '3. i 64, can draw incorporated according to the papticulihrea requirements of the consumable electrode arc which have m;> 1! 1 & 1'1. * As an alternative to the arrangement, shown in i. # ±, .. <'., <1 $ a 1mp6dan <) 6 can draw C01U1.ct in parallel with the prâulre oeuros of power across the electrodes and a say. positive switching working oyolically is connected in other way with the impedance or. in parallel with a part of it, in order to increase the current cyclically.
In the system shown in FIG. 2, the first power source P1 is an AC power wall and is connected to the first electrode 1 by a rectifier 4 constituting means offering an impedance. A double rectifier network in bridge 5 constitutes medium seoonds offering an impedance
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dance and it is supplied from the first power source P1 and is connected so as to supply a rectified current to the electrodes 1 and 2. The alternating current source P1 can be constituted, for example, by the winding secondary of a transformer with one end connected by the rectifier 4 and an impedance Z2 to the first electrode 1.
The other end of the winding can be connected to the work, not directly but through one of the four rectifiers of the double bridge rectifier network 5. With such an arrangement, the arc is offered to users. alternating cycles with pulses which, by making Z2 low enough, can be at a high or increased level
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The arable bridge rectifier network offers an output signal at each half cycle of the source in alternating OOI11'a11t, the rectified OQ.ttL $ signal being applied * to the arc by means of an iarpédanoa 31 which can be returned sufficiently large so that the current resulting in the aro constittie its background level.
The ro4rouuour 4 in series with the impedance Z2 acts in an oyol way as a conductor dVMaJ1t only at half a cycle out of two and this is to ensure that the arc works cyclically at two levels.
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FIG. 3 represents a system according to the invention
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comprising a second power source P 2 which is provided for! working in an oyolîque fashion using a 008muta- device; !: oyolic ion C intended to oonneot the second source of then8an-1 G4 to oo trodoa 1 and 2 and to disconnect it, so # .lut 1 ;; ... 1'C alternately supplied by the two sources and pak la) rot1Hu. "Souroe only. Each power source can. 'H' b0j [/ 'na" direct current or alternating current or 1' ;; ,,, JIJH, Í ') Qfl nu df.1 <Â, and all of them can be oonneat48, .i.
W * \, tl.a. ijropxc Íln.r "1, noe Z and Z2 'respectively and a 1'! Ù..L, t ',, \}, Ó:,; (H1tJotWlablG 1. As indicated by the dotted line *, jt eettt) 61cetrode can be advanced so as to establish an arc s.¯.> K 'c un ,, \ 1: 0 self-tuned Q!' II.1JUiI indicated pr4c'demmont, and des ') J' r, r.t '' f..c may be intended to stabilize or revive-, Y, .- the ai'o nor this is considered desirable. Useful values .t "; ' 1. 41cnta of circuit of the system of figure 3 when 18 u.xSki ant .J)! '. TVI, l POIl ;;: - self-adjusting rJtr6 consist in using as 2rQ1ôre power source P a source of 35 volta in current O (nt1lJll and for the first impedance Bzz a value of 0.3 chou in order to provide a background current of up to 30 amps.
The second 1 .t: i) u, r., Of power P2 can then have an output of 35 volte ra.; Ai..t alternating and the second impedance 25g a value of C'j, 1 ohi d'ln of give an increased arc current of about 200 ampb; #### h .. r4) I, n "controlled operation, the output voltages of
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the first and second power sources P1 and 72 POttr "would be increased to about 100 volta in direct current and alternating current, respectively, and the values of 18 feet.
these be also increased,
The first power source must / not be connected.
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nocturnal permanently at the two electrodes as in the example which has just been described, because as an alternative the switching device working oyal, quarent can be provided to connect the two power sources in sequence to the electrode , so that only one source feeds the aro at any given time.
In another example of the system according to the invention, represented in FIG. 4, a second winding of a transformer constituting a second power source P2 is connected in parallel with the first power source P1, at the terminals of the electrodes 1 and 2 and it works oyclique because it cons.
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titutes an alternating power source or 1apul.ionntlle.
The first power source P1 1 is a direct current source
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noted by an impedance Z1 at the electrodes *, the impedance 21 being constituted by a control resistance and a stabilization reactance. This first power source P1 offers the background constant, while the increased current is offered by a AC current P 2 connected by a rectifier 4 and an impedanos Z2 to the terminals of electrodes 1 and 2, in parallel with the first source P and its impedance Z1.
With such an arrangement, a current flows from winding P1 only when the alternating electromotive force becomes greater than that of the arc voltage and this occurs at the frequency of the power applied to the primary winding. . For cyclic repetition at
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double this frequency, a two-wave or bridge redoresor system can be used, and for a multiple of this frequency, a series switching device with the rectifier can be used.
This offers the advantage that the switching device can be designed to open only.
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in the tbwMOw of an olest load i.e. after Iw wM9a '<) at 44 stopped by the action of redransemmtt Du = * & ut way * m 4i p - aitit ooaumdd rectifier such as an ooawukâé rectifier 111- where may be useful and diolaaohi of the appropriate fffla * in place of such a combination 4 * a device of osMmtwtl ** #t * # a redranstar * For M fonotioanemoat d laro auto- 41SIde 1 * elder ,,. fired with a rsdrssstur should have <UM âa1 ', s top4dim and the order of the electroaotriot force l.taornn.r dolt r aM'; - risurs of ur.qur volts only 1 * t may have 1 '4ma ma current of bottom of the notroo proxy.
D '<UMt nut twOM4 any-
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faith, for .. '\. 11'81 "a oon.r6, s more preoim 4 * ...... #aamM 1 you can \ .1t111.er an electromotive force a1'r.Dat1T' p188 él # v # # * a 1mp'dano. of t3tlttliBtlt, l1 who can Itr. prtAcd, .- 1 r.6: ttJA'tt. ".. and we want it, ltéleotrod. oon80 # aable p8 \ .lt - $ 'tr <! # m; motion in. as long as 8, yatèlli 'iL arc e $ MMM9.d <.
With the 81.t .. vaaant 4i * itr * 4éed.'t. J.a 4Uur * 4 \ $ 1 00 .. rant acoru fit 1nté1.u.r. k lU1 4ea1-cycle, cNt 41tan1t 3 <& r <M.SM?i <) i rely probable when the orl. da 3m t4 \ 'N4 rr, re' 8.ul.llen1i. Arin d to hold 1 * éhu ',,, d. ! '# * # to .-' i 1l1- 'eeulament. In order to obtain A duration d <oeurejat aOfttr-U jp2iua "ajamgnegr que oeoi and 8upér1. \. 1r .. t1 ru doaī <5ycl .. Seaa., Szur, alternative can 8be prepol xi * e pax one yes - 4 <0s E3 tstt> aiw! J tina eupplrfaantaire 4rie dno * ow * # 3! ' TRBsapM "t 1 tinu 8upplla.nta1re a4r1e .... aro that the first '0111'0' of coarMit ..... 'Ori'! M nworcoaSSbe: 80 \ 11'01 of direct current can ta1: N party * ilai La jw atâ & z> 4Wu.rr.08 of direct current or. 4 be combined * - "'" .ar ...
Dan. oette "arīte, px.T ..w .... ūoe. &. un. 8011ro. e.ltlmat1'Y ', from such: l .. prwatièrw ll" .. u. 8ur -UA an alternative aouroe, such <Mf j îfaws KaqgwrtL'a & a aur alternative background level with a 111 ...... 1t aoorui period 41q \ t ... At when the second * 8oU ". Mal1: 1beftaU..1.: ... nltt -. "9n.ao-.
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is holding
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The 1mpéd.no ...- m.'t1oaa'- 1 ** exeopl- * préoéïl * * must not. 8tre des 11BHSdano .. l1JJ6r .. 1D.18 <ï3Le}) 8lrvwtt;
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Present to you under the fora * of nonlinear device, such * as saturating iron core inductors or resistor with variable voltage-current characteristic and such devices. tifs can be particularly useful to accentuate the level
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increased currentq For example # in a system According to the invention iiin r.pr68ftnt the flower * 59 a first 80u.roe this power,? 1 and a first impedance zi 1 are arranged in series at the terminals of the alotrod '8 * while in parallel with oelles-oi are dlipo * ét # on * orle the tm with the other, a second source of pay *% ea, .a: alternative p 20 a rectifier 4 and a non ispedanoe l1n4 & 1- # *% Z2 (for example a known lmpedanoe oocueroîalomont v4 *% UâtO'11).
Coati leads to a * some saving of then.
It! U1.S and at a more pronounced 01 "tl in the period of increased current than with the analogous equipment previously described and having linear impedance.
In yet another system according to the invention and shown in FIG. 6, a first power source P11 and a
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impedance t 1 are connected% in series to the terminals of electrodes 1 and 2, as previously connected to the limited electrodes have also connected a second power source P2 not having or the form of a capacitor connected to electrodes 1 and 2 by a device of oOllml. \ tat10n C and an impedance Z2 # the non-denser P 2 is charged through another impedance z3 h a separate DC source P21 and the increased level can be established at any desired rate,
by operating the switching device C and thus discharging the capacitor in the circuit comprising the electrodes 1 and 2.
When two power sources are provided, they do not necessarily have to be connected in parallel with one another and at the terminals of the electrodes, as shown in Figures 3 to 6.
FIG. 7 shows a system according to the invention in which the second power source P2 is in series with the first power source P1 and the electrics.
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from 1 and 2 seat arranged * so as to work 7011qu ... n't 11 "& - 06 the fact that we have an alternative power source
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or 1mpu.la1onnel16. the first new one .- Ce of power P <can be;
a direct current supply or an alternative current source
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If desired, the bow can work more than two
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x9.veo.t, different revommt oyoliqu.ement, case in which one pure '. sees an oyclically additional working circuit which is intended to act, other than the aro control, in order to bring the arc to work at different levels * shark. For example, data the a8tà # .e represented in figure 8, a first end of the pu1soùac P. and an impedance Z. in series with where it is.
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cor.noL6a to the elootrodon bernas in order to offer the level. background or do baat.
At the terminals of the electrodes and in parallel with the l) The fl1it; the & 001lrot of power Pl and its impedance Z. have 4'- onneoté1 on 861'1e one nveo the other, a second Impedance 5 Z2 # a r.e1rCUJu6Ur 4 and a secondary winding of a tran.torma- taui5 ctti-tujr i * a source of] power P 2.
At the terminals di? ïj otrcd "s.uT. :: 'r;:; nt f'c: on6otée. in pmxallèlt with the dsux ri'tvs l-Uijnfc & U!> ua on one with" The other @ a three- Kis .9! iî.'pt 'iUui-; s a switching d18p08i tif C and a Gond in ...... tettr! "' 1 'c last dtsi ohnrgé through a iap4danol nuppllê- Rtantî ..- 3j cal s souf-- # CI (} haix Pj 1. oondaneatour P3 can '! "# Nr T-' '' 1 !! l ''} îa; the tH.-; '.., .te duration and high energy, which can be rea 1 \ BIlt "'V' '\') ll.l.1" either during the period of sharp current M !, running from the.qu.J:; "'& the second source of power P2 agitates either ta pùrltC 1 '? * arc tr'1 "fs.1l1t a / .1 background level.
This,
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The osposite arrangement can be used, for example, when the concentration of ni goes to a bottom and the increased level due to the aourco wave of power leads to the formation of a non-venable drop at the pointa of the consumable eleotrode, the taoheaent of the gouttolatta being completed by means of the discharge of the oondenaa- tOlU 'TIR1n ertpn8 4quipemo.nte according to the invention, the..0- 1n provided to fRire cyolically vary the current of the bow
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can be considered as a second power source or as an impedance.
Thus, in one form of equipment, a power source P can be provided with two separate sampling points in order to offer two different base levels. The power source can, for example, be the secondary winding of a transformer having different intermediate pry points. This can be viewed either as a single power source with different sampling tips, or as two power sources having some parts in common and providing an arrangement similar to that of Figure 7.
One sampling point can be connected directly to the consumable electrode by an impedance Z1, while the other eet connected to the same electrode by an impedance Z2 and a switching device in series. The sampling point connected to the electrode by the Z2 impedance offers the high level. This level can be produced by choosing a prie point on the coil * 'whose electromotive force * is less than that of the point
1 'conneoté to the impedance Z1 impedance Z2 then being much smaller than the impedance Z1).
Alternatively and as shown in figure 9. the high level can be produced by establishing * a circuit for a second impedance Z2 and a switching device 0 from a sampling point whose force The electric motor is greater than that of the point connected to impedance 21. The first variant of figure 7 is more suitable for self-regulated arc operation, while the latter variant of figure 9 is more suitable for / operation with a controlled arc.
It should be noted that with this latter type of operation, although the electrode feed mechanism is normally based on the mean axis voltage, it may be preferable to use the voltage of the electrode. arc Average taken in a part of the sequence of currents, in particular the period with increased current level, at the coars of which the consumption of the electrode is higher.
A suitable system to obtain c
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The result is shown in the fiacre 10 for a direct current are, in which case on the input side of a disoruimator 10 the resistance and capacitance combination shown at 11 has a time constant of the order of. 1 millisecond friend offers, thanks to the rectifier 12, a longer discharge time constant.
These time constants allow the capacitor to charge near the peak of the arc voltage during a period of increased current while being immune to parasitic voltage surges such as those which occur at times of transfer. The rest of the system comprising the controlled voltage supply 13 for the drive motor 14 of the electrode advancing rollers is in accordance with common practice.
As a further example of operation with a self-regulating ato, numerical values will now be given for the elements of the circuit of FIG. 4 suitable for this mode of operation.
The first power source P1 is a direct current source (battery, dynamo, single-phase or three-phase rectifier transformer) having an output of 25 to 35 volts in open circuit, the first impedance Z1 1 being a resistor intended to limit the current of basis at an order of magnitude of
10 to 50 amps with, if desired, a reactance of the order of 0.2 mH,
in order to help stabilize the arc and reduce the bypass of the pulse current in the source P1 (this consideration is not important in the case of power supplies with rectifiers), the second power source P2 is an alternating current source with an output of about 25 to 35 volta in circuit or. green and with a diode rectifier at.
silicon 4 in series with it and the second impedance Z2 is a resistor of sufficiently low value and negligible reaotanoe to allow pulse currents of the order of 100 to 300 peak amperes
This system is suitable for pulse transfer control for 1/16 inch diameter aluminum wire in argon with consumption rates on the order of 100 inches per minute.
For consumption speeds
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lower than * very "" 'J1 4 # itapuléieis lower * than 04l11N of the distribution network penvaat 4 be used, without calling for example a simple rotary switch to cut off the unwanted pulses or by replacing the rectification preferably by a silicon controlled rectifier, which can be deolea- \ .10.f; there will * v J.1 '' 4A ton) t1onneme: n1; with an are command, in which i.'6w-s owed the elessoda $ t as a function of the arc voltage or 1?! ' GSIlJ d, ''.:. Fi.1t ", '! 4t \. $.', 4 'manual as for welding at 61¯0- 9rQdt & barii, isa 48tér1et1q.8 total. De la aouroa dt pays * -! khThese must not approach constant current (royantj.
In this h'Alt 4eo tensiosafi efficient in open oirouit high piM / and '4 {, * # / - # |>? U6 llt \; cJ)' ', 1, Ut & 8 are noe8s..ir'8. So in liexulm.
1 sî avtUÀ4} the LfT: lona are increased to about 50 to 75 volte for Pl and F2 (which can be one and the same Douros) with the appropriate circuit impedances to limit the currents to the levels defined below. -before.
There is a practical point that $ # applies to all
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systems described, about starting the. process. Although
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high teasien sparks (high frequency bloeu) could / be used to ignite 1 ewro, otc1 offers 41- towards disadvantages including r..1ttào.1q interference ...
Normally, for high currents, the praatl is started allowing the electro4e to hit the, 1 .., r .. 1 the 0 '"rant of the circuit breaker (in particular remove the or @ from power sources to * flat characteristic "and at all times practically conctant) melts the electrode and adores an arc.
In the order conditions by. impulse of the trans- t.rt, the initial fusion is often difficult since the
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oAverage available current is intentionally low and, in many cases, the increased levels are too infrequent to be
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efficient * In order to promote instantaneous start-up * the systems described have a power supply ea oo-o1r0l.L1t
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at low voltage, with the current in the same direction as that used in the arc and this current is supplied through an isolation rectifier, as shown in figure 11. This run current *:
circuit intended to melt the tip of the electrode only circulates when initial contact / established between the electrode and the workpiece and it shuts off automatically when the arc is established, since the combustion voltage of the arc (13 volte and more)
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is greater than the open circuit voltage of the starting current supply and the rectifier potential is reversed.
Voltages for suitable starting supplies range between 8 and 12 volts and, with a short circuit current of the order of 1000 amps, the first contact point melts almost instantaneously, usually in less than 1 hour. a
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However, not referring to the basic systems shown in Figures 1, 3o 7 and 9t the switching device can be assumed to be a simple normal rotary switch having metal carbon brushes.
Bitin that this can be applied and that you choose any gold and any
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which pulse interval, it does produce some spark formation (arc initiation) at the start of the break, which for: r6su.ltnt wear c4lan sweeps and odeautatoure Cool can be reduced to a minimum for success griot to an * or more of the following provisions s use dta11..ntat1ok low taa- f
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810n (as in the case of self-tuned arc operation), in which the voltage difference between the power source and the welding arc is insufficient to allow arcing at the switch as well,
minimizing the inductance of the circuit in the increased current flow, adding arc suppressing circuits in parallel with the break points, for example a capacitor in parallel, simultaneously establishing more a break in series, and so on. However, a variation is to use a slide '
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Switchable electronic device such as a silicon controlled rectifier.
With an AC power supply, the silicon controlled rectifier can be brought to conduction at any suitable point on the alternating current waveform (positive anode) and it will automatically turn off on the next pass. by zero of the voltage, when the rectifier potential is inverted However, with a direct current supply an artificial inverse potential must be applied to cut the silicon controlled rectifier.
Systems for this purpose are well known and an example is shown in Figure 12, in the-
1 which, with the main / already conducting silicon controlled rectifier to provide the increased current, the auxiliary silicon controlled rectifier 2 is tripped so as to discharge the precharged capacitor 15, in order to invert the silicon controlled rectifier 1 and cause his cut.
Yet another system uses two silicon controlled rectifiers * which can usefully provide the background and boost currents, respectively, while switching each other for start and cut. A typical circuit for a DC power supply is shown in Fig. 13, in which the mutual coupling capacitor 15 is successively discharged by each silicon driven rectifier to cut off the other.
This system is thus independent of the supply frequency (as opposed to the examples as shown in Figures 4, 5 and 8) and any useful nominal ratio between the dart and the level of the increased and background current can be chosen. This system is particularly advantageous in that the frequency of the current pulses can be related to the consumption rate or the electrode supply rate. Thus, with a given pulse amplitude intended to cause the transfer of a certain amount of metal from the electrode, if the feed rate is reduced,
a corresponding reduction in consumption is obtained by
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reducing the frequency of the pulses and therefore also the average current (which must also correspond to the desired consumption speed).
However, with a simple alternating current source and a controlled rectifier (or a rectifier with switch), a fixed frequency range can be achieved by using a three-phase power supply as shown in Figure 14. Thus,! with a three-phase half wave, the frequency of the pulses have 150 (for a power supply at 50 second cycles) and reducing to a single phase or eliminating some half cycles or both! various sub-frequencies of 100, 75, 50, 37.5, 30, eto. do prof.
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daites.
The impedance of circuit Z2 can obviously be one, one: to the rectifiers or be actually specific to each of them * Again, the power source for the raw current supply can be regarded as distinct from the source of. background current or be combined with it,
Every hay that a DC power source is required, this may be in the form of a battery, a dynamo or a transformer-rectifier group, while when an AC source is required, it can use an alternator or a transformer.
CLAIMS
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IIIIM'III TIC # (# IHM
1. An arc welding system or the like, comprising a first electrode, a part constituting a second electrode and a power source connected in series with the first electrode and the part to supply a current for maintaining an arc between the first electrode and the workpiece, characterized in that means are provided for cyclically increasing the arc current flowing between the first electrode and the workpiece to bring it to a level at which a property away from the arc, such as spray transfer occurs.