Brevet FR2010864A1 — publié le 19700220

l'invention concerne les sources d'alimentation et les générateurs d'impulsions pour le soudage électrique à l'arc, et elle peut être utilisée dans l'industrie de la construction mécanique pour le soudage et le rechargement de métaux à l'arc par 5 impulsions. l'opération peut être réalisée avec des électrodes consommables, par exemple dans une atmosphère protectrice gazeuse, sous flux ou sans protection de l'arc, lors du fonctionnement en commun avec des sources d'alimentation à postes ordinaires ou multiples. 10 On connaît des dispositifs pour le soudage et le recharge ment de pièces à l'arc par impulsions, fonctionnant conjointement avec une source d'alimentation de l'arc, qui comportent un bloc d'impulsions avec un transformateur et un bloc de commande (voir, par exemple, la revue "Industrie du Soudage" ("Svarochnoe proizvod-15 stvo") F0 5, 1966, ed. "Mashinostroienie", Moscou). l'inconvénient des dispositifs connus réside dans le fait que ceux-ci ne peuvent alimenter en impulsions de courant qu'un seul arc. les dispositifs connus ont en outre un encombrement et un 20 poids importants et un circuit électrique compliqué. Dans la présente invention on se propose de mettre au point un générateur d'impulsions pour le soudage et le rechargement de métaux à l'arc par impulsions, qui tout en ayant un encombrement et un poids plus faibles et un circuit électrique simplifié assure-25 rait le fonctionnement simultané de plusieurs arcs de soudage (postes). Cet objectif est atteint du fait que dans le générateur d'impulsions pour le soudage et le rechargement de pièces à l'arc par impulsions, fonctionnant conjointement avec une source 30 d'alimentation de l'arc comportant un bloc d'impulsions avec xm transformateur, et un bloc de commande, selon l'invention les enroulements secondaires du transformateur, dont le nombre correspond au nombre d'arcs de soudage, sont raccordés chacun par son extrémité finale à l'anode d'un redresseur individuel de sépara-35 tion et à la cathode d'un redresseur commandé particulier, dont les anodes sont connectées en un point commun raccordé par l'intermédiaire d'une bobine d'induction à la pièce à souder, les cathodes des redresseurs de séparation d'au moins l'un des dits enroulements secondaires étant connectées en un point commun rae-40 cordé à l'électrode de soudage correspondant, tandis que le bloc 13062 2 2010864 de commande des redresseurs commandés comporte un transformateur abaisseur et un transformateur de différentiation dont l'enroulement primaire est relié à l'enroulement secondaire dudit transformateur abaisseur par l'intermédiaire d'un circuit RC, et au 5 moins l'un des enroulements secondaires du transformateur de différentiation est connecté, par l'intermédiaire d'une diode, d'une résistance réglable et d'un interrupteur connectés en série, au circuit de commande dudit redresseur commandé du bloc d'impulsions. Il est préférable que le circuit raccordant les cathodes 10 des redresseurs de séparation du bloc.d'impulsions soit coupé et que chaque cathode de, ces redresseurs soit raccordée à l'électrode de soudage correspondante, lemnbre d'arcs de soudage étant, dans ce cas, double de celui des enroulements secondaires du transformateur. 15 Dans l'exposé qui suit, l'invention est expliquée par la description d'exemples d'exécution et par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente le schéma électrique de principe du générateur d'impulsions conforme à l'invention pour le 20 soudage à l'arc par impulsions; - la figure 2 représente le schéma électrique de principe du générateur d'impulsions conforme à l'invention pour le soudage à l'arc par impulsions, avec une autre version d'exécution du bloc d'impulsions; 25 - la figure 3 représente les courbes du temps de forma tion des impulsions de courant produites «rwrormément à l'invention. Le générateur d'impulsions pour le soudage et le rechargement à l'arc par impulsions, avec au moins Tin arc, est coristi- 30 tué par un bloc d'impulsions i (figure 1 ) et un bloc II de commande du générateur. Le bloc d'impulsions I comporte un transformateur de puissance 1 avec un enroulement primaire Wj et . plusieurs enroulements secondaires Wjj ^ ... i * " Le circuit magnétique du transformateur 1 cpmpotte un entrefer. 35 L'enroulement primaire Wj. du.transformateur '1 est raccordé au secteur d'alimentation en courant alternatif. En dérivation 1 m à chaque"enroulement secondaire Wjji ••• sont raccor dés des'circuits constitués par deux'redresseurs contrôlés au silicium" ( 21 , 22)..4 (2m~1 , 2?). 12 40 A chaque cathode des redresseurs contrôlés (2 :, 2 ).. 69 13062 3 2010864 • •• (2m~'f 2e11) est également raccordée l1 anode d'un redres- 1 ÏIl seur de séparation 3 ..... 3 correspondant. Les anodes de chaque paire de ces redresseurs pour un enroulement ^ ..... ^ sont montées avec un point commun, et chaque cathode est 5 respectivement raccordée avec le début ou la fin des enroulements secondaires en question, les points communs des deux anodes de chaque paire de redresseurs commandés (2^, 22) ... , 2m) sont raccordés, par l'intermédiaire de bobines d'induction 1 m L1 *** Lm' auz Pièces à souder 4 ... 4 auxquelles est rac-10 cordé le pôle négatif de la source d'alimentation de l'arc non représentée sur les figures 2,3). A chacune des cathodes des redresseurs commandés (2^, 22) ... (2m~^, 2m) est également rac- i m cordée l'anode du redresseur de séparation 3 ... 3 correspondant. 15 Dans le cas où il est nécessaire d'alimenter l'arc avec des impulsions de courant à fréquence de 50 et 100 Hz, les catho- 1 m des de chacune des paires de redresseurs de séparation (3 , 3 ) .... (3m~1, 3m) de chacun des enroulements secondaires W^-j- ^ ... wijîj. ^ sont également raccordées en un point commun. Chacun de ces points est raccordé à l'électrode de soudage 1 m 5 , 5 correspondante raccordée aux pôles positifs des sources d'alimentation de l'arc (ou d'une source). Le nombre d'électrodes est égal au nombre d'enroulements secondaires ^ ... W^- ^. S'il est nécessaire d'alimenter les arcs avec des impulsions de 25 courant à 50 Hz, les cathodes ne sont pas raccordées à un point commun (figure 2): elles sont connectées séparément à l'électrode correspondante 5^ ... 5m dont le nombre, dans ce cas, est le double de celui des enroulements secondaires Wl^^ ... W^-1 . C'est la deuxième version d'exécution du générateur d'impulsions 30 réalisé conformément à la présente invention. Comme il en a été question ci-dessus, dans ce cas l'un des enroulements secondaires du transformateur 1 alimente en impulsions de courant deux arcs de soudage. La commande du bloc d'impulsions I est assurée par le 35 bloc de commande II qui comporte un transformateur abaisseur 6, un circuit RC et un transformateur de différentiation 7. Le premier enroulement g du transformateur abaisseur 6 est branché en dérivation sur l'enroulement primaire ^ du transformateur de puissance 1. Dans l'enroulement secondaire W^. g ^ 40 transformateur abaisseur 6 sont intercalés en série une capacité 69 13062 4 2010864 réglable 0, l'enroulement primaire du transformateur de différentiation 7 et une résistance réglable H. Les enroulements du transformateur de différentiation 7 sont bobinés sur un circuit magnétique à boucle d'hystérésis rec>*- 5 tangulaire. Le nombre d'enroulements secondaires du transforma- 1 2 teur 7 est égal au nombre de redresseurs commandés (2 , 2)... (2m~1,t 2®) . En série avec l'une des extrémités de chacun des enroulements secondaires ^ y sont raccordées des diodes .... Dm, des résistances réglables .... Rm et 10 des interrupteurs 8^ ... 8m„ La sortie de chaque interrupteur 8^ ... 8m est rec-cordée à l'électrode de commande du redresseur commandé 2} ... 2m correspondant . La deuxième extrémité de chaque enroulement secondaire du transformateur de différentiation 7 est raccordée à 15 la cathode du redresseur commandé 2} ... 2111 correspondant. Dans le cas où, pour des raisons technologiques, l'arc doit être alimenté en impulsions de courant à 50 Hz, les cathodes des redresseurs de séparation 3^, 3m (figure 2) ne doivent pas être connectées à un point commun, mais être individuellement rac-20 cordées à l'arc de soudage correspondant. Le dispositif fonctionne de la façon suivante. Les arcs sont maintenus amorcés par leurs sources d'alimentation. S'il est nécessaire d'alimenter les arcs en impulsions de courant à 50 ou 100 Hz, le dispositif, comme indiqué ci-dessus, 25 est réalisé suivant la version illustrée par la figure 2. Le fonctionnement du générateur est expliqué ci-après avec un exemple de formation d'impulsions pour un arc» Le fonctionnement du générateur pour n arcs est similaire. Les impulsions de courant sont engendrées grâce à la com-30 mande par phase du fonctionnement des redresseurs contrôlés au silicium ( 2^, 22- ... ( 2m~^, 2m ) à chacune des alternances de la tension Uy (figure 1) des enroulements secondaires \ ••• WÏJ-1 du transformateur 1, ainsi qu'à la connexion des arcs suivant les schémas proposés» 35 Pendant l'alternance positive ab de la tension sinu soïdale IL , la tension positive de l'alternance est appliquée 1 4 au début de l'enroulement 1 (figure 1) à travers le circuit suivant: redresseur de séparation 3^ - arc - inductance L, -redresseur commandé 2 . 40 A un certain moment t^ de la durée de l'alternance 13062 5 2010864 (figure 1), l'élêctrode de commande du redresseur commandé 2 2 est attaqué par un signal positif de commande U~ issu du ■bloc de commande II. Le redresseur commandé 2 (figure 1) se débloque et à l'instant t^ (figure 1) une puissante impulsion 5 de courant est appliquée à l'arc, constituée par une portion de sinusoïde (en règle générale, la portion de sinusoïde située après 90°, 270°,figure 1) et empruntant le circuit suivant : début de 1*enroulement - redresseur de séparation 3^ - arc - induc tance L^ - redresseur commandé 22 - fin de l'enroulement, ^. 10 Pendant l'alternance suivante de la tension sinusoïdale sur l'enroulement , l'alternance (bc) de la tension issue de la fin de l'enroulement ^ est appliquée, par l'intermédiaire du redresseur de séparation 32 et de l'arc, au deuxième redresseur commandé 2^. Sous l'effet du signal IL, de commande, 15 dont le temps d'apparition t, pendant l'alternance (bc) est réglé par le bloc de commande II, le redresseur commandé 2 se débloque, et une deuxième puissante impulsion de courant est appliquée à l'arc à travers le circuit: fin du - redresseur de séparation 32 - arc - inductance 1, - redresseur commandé 11 20 2 - début du Wjj- ^ • D'une façon analogue et aux mêmes instants, des impulsions de courant sont appliquées à tous les autres arcs. Ensuite le processus recommence. La durée et l'amplitude des impulsions de courant délivrées à l'arc sont réglées par le bloc de commande II par modifica -25 tion de l'instant t^ auquel le signal de commande ïï2 est appliqué aux électrodes de commande des redresseurs commandés 2^... 211 , La tension à l'enroulement secondaire Wjj. g du transformateur abaisseur 6 conïncide en phase avec la tension des enroulements secondaires tfjj- ^ ... W^. ^ du transformateur 1 • 30 La résistance totale du circuit: résistance R -'en roulement- primaire du transformateur de différentiation 7 - capacité G, est de nature capacitive. Le courant dans ce circuit et, par conséquent, la tension de l'enroulement primaire W-j- ^ transformateur de différentiation 7, est déphasé en avant d'un 35 certain angle par rapport à la tension de l'enroulement secondaire ¥^ ^ du transformateur 1. Aux instants où la courbe de courant passe par le zéro, aux enroulements secondaires ^ „. du transformateur de différentiation 7 apparaissent des impulsions de tension U2 (figure 1) décalées dans le temps par 40 rapport à la sinusoïde II] de la tension des enroulements 69 13062 6 2010864 i secondaires W^. ^ Par l'intermédiaire des diodes ... D^, des résistances réglables R^ ... et des interrupteurs 8^ ... 8ffl, les impulsions de commande Ug sont délivrées aux électrodes de commande des re-5 dresseurs contrôlés auxquels à ce moment est appliquée l'alternance positive de la tension . Le décalage de ces impulsions de commande TJ„ pendant les alternances positives (ab) de la tension U0 1m des redresseurs commandés 2 ... 2 s'effectue par réglage de la capacité 0 et de la résistance R. Ainsi est assuré le réglage 10 de la durée et de l'amplitude des puissantes impulsions de courant appliquées aux aros. Le réglage de.l'amplitude de ces impulsions est également obtenu par modification de la tension sinusoïdale IL des enrou- 1 m lements secondaires W^... W^- ^. A cet effet, les éléments en 15 question sont conçus réglables. L'application des impulsions aux arcs est réalisée à l'aide des interrupteurs 8^ ... 8m» A l'aide de ces interrupteurs on règle l'application des puissantes impulsions de courant à l'un ou à n arcs en fonction des besoins. Les bobines d'induction L^ ... L sont prévues pour limiter le 20 flanc avant de formation des puissantes impulsions de courant. Lors de l'application aux arcs d'impulsions de courant à 50 Hz, le fonctionnement du dispositif se déroule de la même façon que ci-dessus, à l'exception du fait que l'impulsion de courant appliquée à l'arc et obtenue de l'alternance positive (ab) 25 passe, à l'instant t^, par le circuit décrit plus haut et comprenant un arc, tandis que celle obtenue de l'alternance négative (bc) passe par un autre arc. Dans cette version d'exécution le nombre d'arcs de soudage du générateur d'impulsions est double de celui des enroulements secondaires wjj ^ ... du transforma- 30 teur de puissance 1 • Le générateur d'impulsions conforme à l'invention peut être conçu, suivant l'une ou l'autre des versions ci-dessus, pour le fonctionnement aussi bien avec un arc qu'avec plusieurs arcs. 35 quelconque de ceux-ci peut être mis en circuit ou hors circuit sans pour cela affecter le processus des autres arcs amorcés. L'avantage du générateur d'impulsions conforme à l'invention réside dans le fait que celui-ci permet d'opérer le soudage et le rechargement à aros multiplies, ou d'alimenter simultanéaenb 40 en impulsions de courant plusieurs arcs amorcés dans toutes les Pendant le fonctionnement avec plusieurs arcs, un nombre 69 13062 7 2010864 positions possibles dans l'espace. Ceci permet d'obtenir une amélioration considérable du rendement des opérations de rechargement et de soudage. Précédemment, dans tous les cas indiqués ci-dessus, il 5 était indispensable de disposer d'un nombre correspondant de générateurs d'impulsions (un pour chaque arc), car il n'existait pas de générateurs d'impulsions conçus pour plusieurs arcs. Geci n'était pas économique et pas toujours réalisable, par suite de l'insuffisance du nombre de générateurs d'impulsions disponibles. 10 Dans de telles conditions, l'équipement devient plus coûteux, occupe une surface d'atelier considérable et a un poids important. le générateur d'impulsions conforme à l'invention permet de procéder au soudage et au rechargement par impulsions à plusieurs arcs (par exemple sur des vilebrequins), au soudage en passes 15 multiples avec plusieurs arcs successifs, par exemple pour la bouture de tubes non tournant en toutes les positions possibles dans l'espace. l'exécution d'un générateur conforme à l'invention permet de réduire considérablement le prix des équipements, leur encom-20 brement et leur poids, d'occuper une surface d'atelier moindre, ainsi que d'améliorer le rendement des opérations de soudage et de rechargement. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés 25 qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. 13062 8 2010864 REVENDICATIONS 1 - ïïn générateur d'impulsions pour le soudage à l'arc par impulsions et le rechargement de pièces fonctionnant conjointement avec une source d'alimentation de l'arc, comportant un bloc 5 d'impulsions avec un transformateur, et un bloc de commande,caractérisé par le fait que les enroulements secondaires du transformateur, dont le nombre correspond au nombre des arcs de soudage, sont individuellement raccordés par leur extrémité à l'anode d'un redresseur de séparation particulier et à la cathode d'un redresseur com-10 mandé particulier dont les anodes sont groupées en un point commun raccordé, par l'intermédiaire d'une bobine d'induction, à la pièce à souder, les cathodes des redresseurs de séparation d'au moins un enroulement secondaire étant également connectées en un point commun qui est raccordé à l'électrode de soudage correspondante, tandis 15 que le bloc de commande des redresseurs commandés comporte un transformateur abaisseur et un transformateur de différentiation dont l'enroulement primaire est raccordé à l'enroulement secondaire dudit transformateur abaisseur par l'intermédiaire d'un circuit RO, et au moins l'un des enroulements secondaires du transformateur de 20 différentiation est raccordé, par l'intermédiaire d'une diode, d'une résistance réglable et d'un interrupteur connectés en série, au circuit de commande dudit redresseur commande du bloc d'impulsions. 2 - Un générateur suivant la revendication 1, caractérisé 25 en ce que le circuit raccordant les cathodes des redresseurs de séparation du bloc d'impulsions est coupé et que chaque cathode de ces redresseurs est raccordée à l'électrode de soudage correspondante, le nombre des arcs de soudage étant, dans ce cas, le double de celui des enroulements secondaires du transformateur.