Brevet FR2038063A1 — publié le 19710108

La présente invention se rapporte à un dispositif pour l'amor çage d'un arc électrique entre une électrode principale non consommable et une pièce à souder sous atmosphère gazeuse, celle-ci étant amenée par une buse entourant l'électrode, l'amorçage étant effectué par un courant auxiliaire distinct du courant de soudage, et le courant auxiliaire étant engendré par un générateur à haute fréquence. Lorsqu'on veut amorcer un arc de soudage, on ne- peut se contenter d'établir le courant de soudage proprement dit, lequel est généralement un courant continu ou à basse fréquence de forte intensité et de faible tension, insuffisant pour établir l'arc. En effet, il ne suffit pas d'établir une différence de potentiel entre électrode et pièce à souder pour créer spontanément un arc électrique. Aussi utilise-t-on couramment un générateur de courant à haute fréquence et haute tension, le plus souvent à éclateur, donnant des trains d'ondes dans la bande de 1 megaHertz, ce générateur étant branché sur les câbles de soudage menant à l'électrode principale et à la pièce. Lorsqu'on veut établir l'arc, on branche le générateur de courant à haute fréquence et haute tension, ce qui a pour effet#d'io- niser l'atmosphère gazeuse entre electrode-et pièce et -permet l'amor çage de l'arc de soudage. Ce mode d'amorçage de l'arc ne donne pas entièrement satisfaction en ce qui concerne la régularité et la sûreté de l'amorçage, celui-ci ne se reproduisant pas automatiquement, bien que les conditions soient apparemment les mêmes. C'est pourquoi on a proposé, en particulier pour le soudage par plasma d'arc constricte d'établir un arc auxiliaire d'amorçage entre la buse et l'électrode, en isolant la buse du corps de la torche. Outre que cet isolement de la buse en haute fréquence ntest pas aisément réalisé dans les torches à plasma, il devient pratiquement impossible dans la plupart des installations usuelles pour le soudage à électrode non consommable. Enfin, à partir d'une certaine puissance du générateur é haute fréquence, on n'observe plus de gain en puissance d'amorçage du fait des pertes en tension et en puissance provoquées par les fuites le long du câble de soudage et à la torche, ces fuites étant dues notamment aux circuits d'eau de refroidissement, les capacités reliant les éléments précités à la terre étant perméables aux hautes fréquences. Un résultat de la présente invention est de donner la possibilité , au niveau des appareils à haute fréquence, d'une diminution de l'encombrement et de la puissance des installations existantes, par l'utilisation des fuites, qui ne sont plus gênantes. Un autre résultat particulièrement intéressant de l'invention est de permettre d#'obtenir, sans difficulté d'adaptation au matériel existant, l'amorçage pratiquement certain de l'arc de soudage dans toutes les atmosphères gazeuses ionisables,, quel que soit le courant de soudage, continu ou alternatif à basse fréquence. Ces avantages sont particulièrement intéressants dans le soudage automatique, qui nécessite une sûreté de fonctionnement particulière. Enfin, contrairement aux installations utilisant un arc pilote permanent, l'invention permet d'éviter que l'opérateur soit aveuglé par la lueur de l'arc-pilote fonctionnant en permanence. Selon, la présente invention, l'une des bornes du générateur à haute fréquence est reliée par l'un des cibles de soudage à l'électrode principale, l'autre borne étant connectée à une électrode auxiliaire, latérale à ltélectrode principale et isolée de la buse, par un fil fortement isolé, et l'autre câble de soudage rejoignant la pièce à souder sans passer par le générateur- à haute fréquence. De préférence, l'électrode auxiliaire est une tige de faible section en métal réfractaire, entourée d'une gaine isolante réfractaire munie de-moyens de fixation par rapport à l'électrode principale. Suivant un mode de réalisation avantageux, la gaine isolante réfractaire est filetée extérieurement pour pouvoir etre fixée dans un alésage taraudé traversant la buse. La descr#iption qui va suivre à titre d'exemple, en regard des dessins annexés, permettra de bien comprendre comment ltinvention peut entre mise en pratique. La figure 1 représente schématiquement et en coupe partielle un montage- conforme à l'invention pour une installation de soudage à l'arc en courant continu ou-alternatif à basse-fréquence. La figure 2-représente schématiquement en coupe détaillée la tête de buse de la figure 1, munie de son électrode auxiliaire. Dans la figure I ,un coffret n générateur de haute fréquence à 5.000 Volts de tension environ, d'une puissance de 200 VA, comprend notamment un dispositif-à-'éclateur 2 et #se trouve branché sur le secteur par l'intermédiaire d'un contacteur 3,,;;-- une des bornes du dispositif à éclateur 2 est en dérivation,à l'aval---drune inductance de choc 4 insérée dans le coffret --sur#le câble de puissance 5 provenant d'un générateur de soudage 6 débitant un courant continu à 100 Volts de tension vers une électrode principaIè de soudage 7. Un condensateur 8, de capacité 1 microFarad,es-E connecté dans le coffret, d'-un,c8té, sur le câble 5, de l'autre c8té, sur l'autre borne du dispositif à éclateur 2.Son r6le est~de refermer le circuit oscillant# créé par l'inductance 4 Cette autre borne est également connectée, par un fiv bien isolé 9, de faible section, à une bougie 10, portant une électrode auxiliaire 27 et représentée plus en détail dans la figure 2. Le câble 11, prolongeant le câble de puissance 5 au delà du générateur à haute fréquence, est refroidi jusqu'à l'électrode 7 par circulation d'eau dans une gaine schématisée en 12, l'eau pénétrant par un-tube 13 et sortant par un tube 14 après avoir refroidi la buse 15 entourant l'électrode principale non consommable 7, laquelle est maintenue par une pince 16. Une pièce à souder 17 est mise à la terre en i8, un câble de puissance 19 faisant retour au générateur de soudage 6. Un condensateur 20 de capacité 1 microFarad environ, entre#le câble 19 et le câble 5, protège le générateur de soudage 6 et un équipement électronique de contrôle, schématisé en 21, contre d'éventuels retours de la haute fréquence. On a symbolisé les fuites à la terre de courant haute fréquence, tout au long du câble et dans la buse, par une capacité 22 en parallèle avec une rés#is##tance 23. Pour amorcer un arc entre l'électrode 7 et la pièce 17, il faut amener par la buse 15 une atmosphere gazeuse ionisable qui passe en 24 venant d'une source de gaz non représentée. Le dispositif à éclateur 2, dont le primaire est relié au secteur d'alimentation en courant industriel par l'intermédiaire du contacteur 3, qui est coupé dès l'amorçage de l'arc de soudage, -envoie son émission à haute fréquence entre électrode auxiliaire d'amorçage 27 et éle#ct#rode p#rincipale 7.Par le jeu des fuites à la terre en haute fréquence et de la différence de potentiel créée entre électrode auxiliaire, d'une part, électrode principale et pièces d'autre part, des étincelles jïillissent entre l'électrode auxiliaire et l'électrode principale, et entre c-elle-ci -et pièce ; l'at- mosphère gazeuse ainsi ionisée assume alors un amorçage correct et instantané de l'arc de soudage qui provoque le décianchement- du contacteur 3 et l'arrêt de l'émission en haute fréquence. L'ensemble du dispositif d'amorçage de l'arc en haute fréquence fonctionne indépendamment du générateur 6 et des câbles 5 et 19. En ef fet, si l'on débranche le câble 5 du coffret 1 et le ctble-19 de la pièce 17 è# que l'on-établisse la haute fréquence, il n'y a pratique- ment pas d'atténuation du phénomène d'amorçage des étincelles Lai coupe partielle détaillée de la figure 2 reprend les numéros de référence déjà utilisés dans la figure 1 pour les éléments semblables. La buse 15 entoure l'électrode- principale 7 qui est main tenue par la pièce 16. L'atmosphère gazeuse ionisable passe en 24. La bougie 10 comprend une électrode auxiliaire 27 en tungstène, emmanchée en force à une extrémité dans une tige creuse 28 en laiton, filetée extérieurement.--L'électrode 27 et la tige 28 sont scellées dans une gaine 26, en stéatite, filetée extérieurement en 25, et qui est vissée dans un trou taraudé en 29 de la buse 15. L'électrode 27 dépasse légèrement à l'intérieur de la buse. Celle-ci est indifféremment métallique ou électriquement isolante, la bougie suffisant à ltisolement de l'électrode auxiliaire. Les caractéristiques dimensionnelles préférentielles de l'appareil sont les suivantes, les dimensions de l'exemple des figures étant données entre parenthèses Diamètre de l'électrode 7 : 1 à 7 mm (3mm) Diamètre de l'électrode 27 : 0,5 à 3,3 mm (1,6mm) Dépassement de l'électrode 27 dans la buse : O à 2 mm (laun) Diamètre du filetage 25 : 7 à 14 mm (10mm) Distance entre extrémité d'électrode 27 et électrode 7 : 3,5 à 9 mm (7mm) Distance entre électrode 7 et pièce : inférieure à 5 mm Des modifications de détail pourraient être apportées au dispositif qui vient d'être décrit sans pour autant sortir du cadre de l'invention. P3V3NDICATIONS 1. Dispositif pour l'amorçage d'un arc électrique entre une électrode principale non consommable et une pièce à souder sous atmos sphère gazeuse, celle-ci étant amenée par une buse entourant l'électrode, l'amorçage étant effectué par un courant auxiliaire distinct du courant de soudage, et le courant auxiliaire étant engendré par un générateur à haute fréquence, caractérisé par le fait que l'une des bornes du générateur à haute fréquence est reliée par l'un des ca#bles de soudage à l'électrode principale, l'autre borne étant connectée à une électrode auxiliaire, latérale à ltélectrode principale et isolée de la buse, par un fil fortement isolé, et l'autre câble de soudage rejoignant la pièce à souder sans pas#ser par le générateur à haute fréquence. 2. Dis-positif d'amorçage selon la revendication 1., caractérisé par le fait que l'électrode auxiliaire est une tige de faible section en métal réfractaire, entourée d'une gaine isolante réfractaire munie de moyens de fixation par rapport à l'électrode principale. 3. Dispositif d'amorçage selon la revendication 2., caractérisé par le fait que la gaine isolante réfractaire est filetée extérieurement pour pouvoir être fixée dans un alésage taraudé traversant la buse. 4. Dispositif d'amorçage selon la revendication 2. ou 3., caractérisé par le fait que l'électrode auxiliaire est en tungstène et que la gaine réfractaire est en stéatite. 5. Dispositif d'amorçage selon la revendication 4., caractérisé par le fait que le diamètre de l'électrode auxiliaire est compris entre 0,5 et 3,3 mm. 6. Dispositif d'amorçage selon la revendication 5., caractérisé par le fait que l'électrode auxiliaire fait saillie à l'intérieur de la buse de moins de 2 mm. 7. Dispositif dramorçage selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le filetage extérieur de la gaine isolante réfractaire a un diamètre compris entre 7 et 14 mm. 8 Dispositif d'amorçage selon la revendication 4., caractérisé par le fait que la distance entre l'électrode auxiliaire et le bas de la pince qui maintint l'électrode principal est comprise entre 5-et 15 mm. 9. Dispositif d'amorçage selon la revendication 6., caractérisé par le fait que la distance entre l'extrémité de l'électrode auxiliaire et l'électrode principale est comprise entre 3,5 et 9 mm, et la distance entre électrode principale et pièce est inférieure à 5 mm.