Brevet FR2033284A1 — publié le 19701204

L'invention concerne une installation permettant le soudage à l'arc dans un courant de gaz protecteur, dans laquelle l'arc de soudage est amorcé, et/ou stabilisé par une décharge haute fréquence se produisant entre une électrode de soudage et la pièce à travailler, 5 cette installation comportant une source de courant de soudage, une source de tension haute fréquence, une source de gaz protecteur et une torche de soudage comportant un support pour une électrode de soudage, un canal débouchant autour de celle-ci et servant à l'écoulement du gaz protecteur, ainsi qu'un dispositif pour ioniser le gaz protecteur s'écoulant â travers 10 ce canal. De telles installations sont connues et décrites par exemple dans le "brevet allemand ÏT* 1.131.342, et le brevet britannique N* 695.077. Le but de l'invention est de perfectionner l'adap-15 tation de la source de tension haute fréquence à la décharge haute fréquence, et de simplifier la construction de la torche de soudage. A cet effet, l'installation conforme â l'invention est remarquable en ce qu'elle comporte d'une part, un premier câble coaxial présentant une longueur égale au quart de la longueur d'onde de 20 la tension haute fréquence et comportant un premier conducteur dont les extrémités sont raccordées respectivement à l'électrode de soudage et à une borne de la source fournissant le courant de soudage, ainsi qu'un deuxième conducteur raccordé â une borne de la source fournissant la tension haute fréquence, et d'autre part, un deuxième câble coaxial pré-25 sentant un conducteur intérieur dont les extrémités sont raccordées respectivement â l'autre borne de la source de tension haute fréquence et à un point conducteur du premier câble, auprès de l'extrémité de ce dernier, située â l'opposé de l'électrode de soudage, ainsi qu'un conducteur extérieur relié audit deuxième conducteur et â ladite première borne de la 30 source de tension haute fréquence, la somme de la longueur du^deuxième câble coaxial et de celle de l.a partie du premier câble coaxial, ~ située entre d'une part, le point où est connecté à ce câble le deuxième câble et d'autre part, l'électrode de soudage, étant égale à la demi-longueur d'onde de la tension haute fréquence ou à un multiple entier de cette 35 longueur. La description suivante, en regard du dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La fig. 1 illustre schématiquement un premier mode 40 de réalisation de l'installation conforme à ltinvention. 70 03706 2 2033284 La fig. 2 illustre schématiquement un deuxième mode de réalisation de cette installation. Sur la fig. 1, l'installation convient pour effectuer le soudage à l'arc dans un courant de gaz protecteur, l'arc de sou-5 dage étant amorcé et/ou stabilisé par une décharge haute fréquence r ayant lieu entre l'électrode de soudage (.11) et la pièce à travailler -('3)» alors que dans le voisinage de l'électrode (11) est entretenue une décharge auxiliaire par laquelle le gaz protecteur, s'écoulant près de l'électrode (11), est ionisé, de sorte que la décharge citée en premier 10 lieu amorce, même pour une distance relativement grande entre l'électrode (11) et la pièce à travailler (3)» une tension haute fréquence relativement faible. L'installation comporte une source fournissant un courant de soudage, représentée comme un transformateur de réseau (1) 15 â enroulement secondaire (2)f une source fournissant la tension-haute fréquence et représentée comme un transformateur haute fréquence (4) & enroulement secondaire (5)» une source fournissant le gaz protecteur et concrétisée par une conduite d'alimentation (13)» un support (9) pour tenir l'électrode (11 ), un canal (14) débouchant autour de cette élec-20 trode et â travers lequel s *écoule le gaz protecteur, ainsi qu'un dispositif devant ioniser le gaz protecteur en voie d'écoulement. Ce dispositif d'ionisation comporte d'une part, une électrode auxiliaire (15) dirigée contre un endroit de la circonférence de l'électrode de soudage (11) situé à une certaine distance de 25 l'extrémité de celle-ci, cette électrode (15) étant placée de façon que pendant le fonctionnement, un courant de gaz protecteur suive le trajet entre cette électrode (15) et ledit endroit de l'électrode (11), et d'autre part, une source auxiliaire de haute tension (16), reliée â l'électrode (15) & travers line résistance série (17) de par exemple 1 hA 30 placée dans la torche de soudage et destinée à empêcher des oscillations de relaxation. La source auxiliaire (16) est par exemple la source de tension d'anode de par exemple +2 kilovolts, pour l'étage final de la source de tension haute fréquence. Conformément à la présente invention, la source 35 -de tension haute fréquence est adaptée à la décharge.haute . fréquence d'une part, par un premier câble coaxial. (20), présentant une . longueur qui est égale au quart de la longueur d'onde (A A) de la tension haute fréquence-et comportant un premier conducteur (7) dont les extrémités sont raccordées respectivement.à 1*éleçtrod.e-de soudage (11) et à une 40 borne de la. source. (1), (2) fournissant le courant de soudage, ainsi 70 03706 3 2033284 qu'un deuxième conducteur (8), par exemple extérieur, raccordé à une "borne de la source (4), (5) fournissant la tension haute fréquence et d'autre part, par un deuxième câble coaxial (21) comportant un conducteur intérieur (23) dont les extrémités sont raccordées respectivement à l'autre 5 borne (la borne supérieure) de la source (4)* (5) et à un point (24) du premier conducteur (7) du premier câble (20) auprès de l'extrémité de ce dernier, située â l'opposé de l'électrode de soudage (11), ainsi qu'un conducteur extérieur (22) relié audit deuxième conducteur (8) et à la borne, citée en premier lieu, de la source de tension haute fréquence. La 10 longueur du deuxième câble coaxial (21) a été choitie de façon que la BOBBie de la longueur de ce câble et de celle de la partie du premier câble coaxial (20), située entre d'une part, le point (24) où est connecté à ce câble (20) le conducteur intérieur (23) du deuxième câble coaxial (21) et d'autre part, l'électrode de soudage, soit égale â la demi-15 longueur d'onde (jti/2) de la tension haute fréquence ou un multiple entier (n V2) de cette longueur. Pendant le fonctionnement, la tension haute fréquence appliquée entre le point (24) du premier conducteur (7) et le deuxième conducteur (8) est fortement rehaussée par le premier câble 20 coaxial (20) â longueur de sorte que la décharge haute fréquence entre l'électrode de soudage (11) et la pièce à travailler (3) peut être amorcée facilement et immédiatement par la décharge entre l'électrode auxiliaire (15) et l'électrode (11). Toutefois, dès l'amorçage de la décharge haute fréquence ayant lieu dans le courant de gaz protecteur, elle 25 court-circuite pratiquement, entre les conducteurs (7) et (8), l'extrémité droite du câble coaxial (20). Etant donné que la longueur du deuxième câble coaxial (21), additionnée de la longueur du premier câble (20), située entre le point (24) et l'électrode de soudage (11), est égale à ou à n^/2, la source (4), (5)* avec les câbles (20) et (21), fonc-30 tionne toutefois comme source de courant et fournit maintenant tin courant haute fréquence de forte intensité, de sorte que l'arc est amorcé très efficacement et stabilisé par la àéaharge caractérisée par un courant haute fréquence de forte intensité. Lorsque les câbles coaxiaux (20) et (21) sont 35 montés comme cela est préconisé ci-dessus, l*espace â l'intérieur du premier conducteur (7) du câble (20) n'est pas le siège d'un champ haute fréquence, de sorte que cet espace peut être utilisé pour amener, à partir de l'alimentation (13)» le gaz protecteur vers le canal (14) comme cela a été représenté, pour établir une circulation d'eau servant à re-40 froidir le premier conducteur (7^ traversé par le courant de soudage 70 03706 4 2033284 fourni par la source (1), (2) et destiné â l'électrode de soudage (11), et également pour une connexion conductrice entre l'électrode auxiliaire (15) et la source auxiliaire haute tension (16). Le transformateur haute fréquence V4 ne subit pas d'amortissement de la part du gaz protecteur 5 et/ou de l'eau de refroidissement et des lignes et connexions haute tension auxiliaire, étant donné que tout cela se trouve â l'extérieur du champ haute fréquence et n'est donc pas même de causer des pertes haute fréquence. Sans le deuxième exemple de réalisation illustré 10 sur la fig. 2, le dispositif d'ionisation est formé par un filament (25) placé dans l'espace existant entre l'organe fi. canal (14) et l'électrode de soudage (11), et par deux connexions conductrices destinées & fournir un courant devant échauffer ce filament» Comme cela est illustré sur cette fig. 2, chacune desdites connexions conductrices est formée par un 15 fil isolé (26), (27), disposé en partie dans le premier conducteur creux (7) du premier câble coaxial (20) et raccordé à un ressort de contact (3°)» (31). Le ressort (30) glisse sur la surface extérieure d'un tube en cuivre (28), pressé autour de l'organe renfermant le oanal (14) et réalisé en matériau céramique isolant, tandis que le ressort (31) glisse 20 sur la surface intérieure d'un tube en cuivre (29) pressé dans ledit organe. L'axe du filament (25) coïncide avec 1'axe de l'électrode de •rodage (11), et les extrémités du filament sont solidaires des tubes (28), (29). L'organe, nanti des tubes (28), (29) et du filament (25), est pressé sur un anneau isolant (34) en matériau, céramique, entourant le 25 support d'électrode (9). JL l'extrémité du premier câble coaxial (20), située à l'opposé de la torche de soudage, les conducteurs (26) et (27) traversent la paroi de la conduite (13) â- travers laquelle est aliment# le gaz protecteur," les extrémités desdits conducteurs étant réliées & 30 celles de l'enroulement secondaire (32) d'un deuxième transformateur de réseau (33). Par ce transformateur, le circuit du filament (25) du circuit de soudage formé par (3)» (2), (7)» (9)* 0"0» est isolé du circuit de décharge haute fréquence formé par (3)» (18), (8), (7)» (9)» (11) et du circuit d'alimentation haute fréquence formé par (22), (5)» (23)-35 Le premier câble coaxial (20) peut ®tre accordé exactement au quart de la longueur d'onde par variation de la capacité formée entre les conducteurs (7) et (8), par exemple lorsqu'on fait coulisser un élément (81) en forme de douille, placé autour du deuxième conducteur (8), l'accorà précis étant indiqué par une longueur maximale 40 de l'arc de décharge haute fréquence obtenu avec l'installation. bad original 70 03706 5 2033284 Dans l'atmosphère de gaz protecteur, le filament (25) est, pendant le fonctionnement, porté à incandescence par le courant alternatif â fréquence de réseau lui fourni à partir du transformateur (33) & travers les conducteurs (26) et (27). Le gaz protecteur s*écoulant 5 entre l'électrode de-soudage (11) et l'organe â canal (14) est ionisé par les électrons émis par le filament (25). Ceci a comme résultat que la tension haute fréquence, rehaussée par le premier câble coaxial (20) et se produisant â l'électrode de soudage (11), assure l'amorçage d'un arc de décharge haute fréquence, même lorsqu'une distance relativement grande 10 (quelques centimètres) existe entre l'électrode (11) et la pièce â travailler (3). Le courant haute fréquence caractérisant cet arc augmente rapidement â une valeur de quelques ampères, par exemple 10 ampères, courant donnant lieu à l'amorçage de l'arc de soudage basse fréquence proprement dit. 15 Dans les exemples décrits, les câbles coaxiaux (20) et (21) forment un transformateur de tension haute fréquence, caractérisé par un courant secondaire de court-circuit à intensité maximale. Ce transformateur améliore considérablement le fonctionnement d'une source de tension haute fréquence, et permet donc d'obtenir des résultats de 20 soudage fiables et réguliers obtenus avec une source de tension haute fréquence de puissance modestes le transformateur augmente le rendement global de l'installation tout en diminuant simultanément le prix d'un telle installation. ïïn autre accroissement du rendement global et/ou une réduction de la puissance de la source de tension haute fréquence peut, 25 de manière connue décrite dans le brevet américain H* 2.745.990» être obtenue lorsque cette source est dispositionnée pour produire des impulsions de tension haute fréquence de courte durée, synchronisées avec la tension du réseau et qui, entre l'électrode de soudage (11) et la pièce à travailler (3)» se produisent un court instant après que la ten-30 sion alternative basse fréquence ait dépassée chaque valeur zéro, par exemple lorsque cette tension prend sa polarité positive. L'installation illustrée sur la fig. 2 permet également d'obtenir des résultats convenables et a permis de démontrer que l'électrode de soudage (11) elle-même ne doit pas assurer une émission , 35 thermique pour amorcer et/ou stabiliser la décharge haute fréquence et l'arc de soudage entre l'électrode de soudage et la pièce à travailler, mais qu'à cet effet il est suffisant lorsque, dans le voisinage* de cette électrode et dans le courant de gaz protecteur, il se trouve un élément à émission thermique qui ne doit même pas être en contact-galvanique avec 40 l'électrode de soudage. Sn outre, on a fecit l'expérience qùlun tel contact ORJgim*. 70 03706 6 2033284 est même indésirable, en raison de ce que, lorsque le filament (25) est en contact galvanique avec l'électrode (11 ), la décharge haute fréquence commence parfois â partir du filament chauffé (25), de sorte qu'aussi l'arc de soudage est amorcé entre ce filament et la pièce à travailler 5 (3)» et que le filament casse. - - - La puissance requise pour porter â une température suffisante le filament (25) est de l'ordre de 20 Watts (par exemple 5 volts et 4 ampères), et est donc du même ordre de grandeur que la puissance en courant continue (par exemple 2000 volts et quelques milli-10 ampères), fournie â l'électrode auxiliaire (15) de l'installation représentée sur la fig. 1. A l'aide d'un filament constitué par un matériau qui s'évapore seulement à une température très élevée, ce qui est par exemple le cas avec le. tungstène, le gaz protecteur et/ou la source effectuée restent exempts d'impuretés. bad original 70 03706 7 2033284 ' REVENDICATIONS I 1. Installation permettant le soudage à l'arc dans un courant de gaz protecteur, dans laquelle l'arc de soudage est amorcé, et/ou staULisé par une décharge hatite fréquence se produisant entre une 5 électrode de soudage et la pièce â travailler, cette installation comportant une source de courant de soudage, une source de tension haute fréquence, une source de gaz protecteur et une torche de soudage comportant un support pour une électrode de soudage, un canal débouchant autour de celle-ci et servant â l'écoulement du gaz protecteur, ainsi qu'un 10 dispositif pour ioniser le gaz protecteur s'écoulant â traver ce canal, caractérisée en ce que l'installation comporte d'une part, un premier câble coaxial présentant une longueur égale au quart de la longueur d'onde de la tension haute fréquence et comportant un premier conducteur dont les extrémités sont raccordées respectivement à l'électrode de soudage et 15 à une borne de la source fournissant le courant de soudage, ainsi qu'un deuxième conducteur raccordé â une borne de la source fournissant la tension haute fréquence, et d'autre part, un deuxième câble coaxial présentant un conducteur intérieur dont les extrémités sont raccordées respectivement â l'autre borne de la source de tenBion haute fréquence et â un 20 point du premier conducteur du premier câble auprès de l'extrémité de ce dernier, située â l'opposé de l'électrode de soudage, ainsi qu'un conducteur extérieur relié audit deuxième conducteur et à ladite première borne de la source de tension haute fréquence, la somme de la longueur du deuxième câble coaxial et de celle de la partie du premier câble coaxial, 25 située entre d'une part, le point où est connecté à ce câble le deuxième câble et d'autre part, l'électrode de soudage, étant égale à la demi-longueur d'onde de la tension haute fréquence ou à un multiple entier de cette longueur. 2. Installation selon la revendication 1, caracté-30 risée en ce que le premier conducteur a la forme d'un cylindre creux du moins flexible en partie, dans lequel se trouve la conduite d'amenée pour le gaz protecteur, au moins une connexion conductrice menant au dispositif d'ionisation, et, si nécessaire, les conduites d'alimentation et d'évacuation assurant une circulation d'eau de refroidissement. 35 3. Installation selon la revendication 1 ou 2, carac térisée en ce qu'en faisant coulisser une partie non flexible du deuxième conducteur, la longueur de celui-ci peut être ajustée, ladite partie constituant l'extrémité libre de ce deuxième conducteur, située auprès de l'électrode de soudage. 40 4» Installation selon la revendication 2 ou 3» le 70 03706 8 2033284 dispositif d'ionisation étant formé par un filament placé dans un espace entre l'électrode de soudage et l'organe renfermant le canal d'écoulement du gaz protecteur, caractérisée en ce que deux connexions conductrices destinées â la fourniture d'un courant devant chauffer ce filament sont 5 placées dans le premier conducteur, de façon à en être isolées, de sorte que le circuit électrique renfermant l'électrode de soudage est séparé du circuit renfermant le filament. BAD ORIêlNAL