Brevet FR2076021A1 — publié le 19711015

-1- 2076021 La présente invention concerne le travail à l*aide drun arc alternatif, et plus précisément un procédé et un appareil de stabilisation et de maintien d'un arc électrique alternatif entre une électrode et une pièce. 5 Les arcs électriques alternatifs ont des caractéristiques indésirables propres, qui sont une instabilité ou un manque de continuité et un mauvais équilibrage de l'arc. L'instabilité est due à la tendance de l'arc à s'éteindre à la fin de chaque demi-période de passage du courant, alors que le mauvais équilibrage 10 provient de la différence des impédances de l'arc lorsque le courant circule dans un sens ou dans l'autre au cours de deux demi-périodes. Ce mauvais équilibrage donne une composante continue qui se produit naturellement dans le courant de l'arc et qu'on a considérée jusqu'à présent comme un inconvénient pour la stabi-15 lisation d'un arc alternatif. Selon l'invention, on constate qu'on peut stabiliser un courant alternatif sans réduire ni éliminer du circuit de soudage la composante continue qui se produit naturellement dans le courant et sans affecter de façon notable la composante alternative de ce courant. 20 L'invention concerne donc un procédé et un appareil de stabili sation d'un arc électrique alternatif,qui permettent le passage de la composante continue naturelle du courant sans affecter de façon notable la composante alternative. La source de courant alternatif est sûre, peu coûteuse et provoque un nouvel allumage 25 de l'arc automatiquement lorsque celui-ci s'éteint, quelle que soit l'application de l'arc dans laquelle en utilise la source d'énergie. Plus précisément, l'invention concerne un appareil de stabilisation d'un arc alternatif comprenant une source de potentiel 30 alternatif montée en série avec l'électrode, la pièce et un réseau à réactance passive qui comprend un dispositif destiné à fournir un potentiel supplémentaire de réamorçage de l'arc dont l'amplitude est indépendante de la tension de la source et qui laisse passer la composante alternative du courant tout en arrêtant la 35 composante continue, et un dispositif destiné à faire passer la composante continue naturelle du courant, en arrêtant pratiquement la composante alternative. 71 ÛOSSV -z- 2076021 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention res-sortiront mieux de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé sur lequel ; - . la figure 1 représente.un dispositif de soudage à alimenta-5 tion alternativ^èimplifiée de-la technique antérieure ; la figure 2 est un circuit électrique schématique du réseau à réactance passive de l'invention ; et la figure 3 montre des variantes du réseau de la figure 2 qui sont toutes équivalentes. 10 La figure 1 représente un exemple de dispositif de soudage à l'arc alternatif avec une électrode de tungstène et du gaz inerte. L'électrode E et la pièce V sont montées en série avec une source d'énergie alternative S qui comprend dans sa forme la plus simple, un transformateur et une bobine variable. Celle-ci,repérée par 15 la référence Lq sur la figure 1, permet le réglage du courant. On a représenté le transformateur sous forme d'une source de courant alternatif S ayant une résistance interne Rq. On établit de façon classique un arc entre l'électrode E et la pièce ¥. Lorsque le courant de l'arc change de sens en suivant la tension alternative 20 appliquée, l'arc a tendance à s'éteindre au moment où le courant est nul. Cette tendance donne un arc instable et capricieux. Si l'arc disparaît, on peut le rétablir en appliquant une tension dans l'espace entre l'électrode E et la pièce W, cette tension ayant une amplitude convenable pour établir par ionisation un 25 trajeijéonducteur. L'amplitude de la tension nécessaire pour rétablir la conduction dépend de l'atmosphère au voisinage de l'espace, c'est-à-dire si on utilise une atmosphère gazeuse G- ou un flux comme milieu de protection M, du type d'électrode utilisé, (con-sommab^ ou non),de la nature de l'électrode et de la pièce,de la lon-30 gueur de l'espace, etc. Si on suppose que la tension en .circuit ouvert de.la source alternative est insuffisante par elle-même pour assurer la production de la tension nécessaire au réamorçage, ce qui est généralement le cas, car les règlements de sécurité impo-. sent une tension faible en circuit ouvert, on doit donc utiliser 35 un. dispositif,auxiliaire. ■; On montre théoriquement qu'un réseau qui comprend un induc teur et une capacité pontés.en série, montés en parallèle avec un 71 0055$ -3- 2076021 autre inducteur» donne une tension suffisante pour provoquer le réamorçage de l'arc et pour permettre le passage de la composante continue naturelle du courant, l'expérience montre qu'un tel réseau fonctionne pratiquement comme le prévoient les calculs théoriques. 5 la figure 2 représente le réseau préféré à réactance, qui comprend, comme décrit ci-dessus, une capacité montée en série avec un inducteur , leur combinaison étant montée en parallèle à un second inducteur Dans la suite, on appelle réseau à réactance passive ce dispositif pour conserver la terminologie généra-10 lement utilisée en électricité lorsqu'il n'existe pas de source d'énergie ou de composants actifs.Lorsqu'il est monté en série avec la source représentée sur la figure 1, le réseau a un effet faible ou nul sur la composante alternative du courant et laisse passer pratiquement sans altération la totalité de la composante continue 15 du courant dans le circuit. La capacité et l'inducteur L1, lorsqu'ils ont des valeurs convenables, établissent le potentiel supplémentaire nécessaire au réamorçage en vue de maintenir un arc alternatif continu. Il est préférable de régler les valeurs de L^ et C1 à la fréquence de résonance de la source alternative 20 de manière à réduire leur influence sur le courant en fonctionnement permanent. A la résonance, les vecteurs tensions de L. et C., sont 1 « égaux et opposés. Le vecteur tension de réamorçage dans l'espace de l'arc après le moment de l'extinction est la somme vectorielle 25 des tensions de la source et aux bornes du condensateur C-| .En théorie, on peut modifier l'amplitude du vecteur tension de réamorçage à une valeur prédéterminée quelconque pour un courant particulier, en choisissant convenablement L^ et C^ . Il n'est pas essentiel selon l'invention que XL^=XC^, XL1 30 étant la réactance inductive de L^,et XC^ la réactance capacitive de C1. Cependant, lorsqu'on s'éloigne de la résonance,le déphasage entre le vecteur tension de réamorçage et le courant varie et abaisse la valeur absolue du potentiel de réamorçpge. L'inducteur L2 monté en parallèle, représenté sur la figure 2, 35 permet le passage de la composante naturelle continue du courant qui serait autrement arrêtée par la capacité C-j.Il faut choisir l'inducteur L^ de manière qu*il ait une résistance en courant continu aussi 71 00559 -4- 2076021 faible que possible et une réactance inductive ou une impédance bien plus grande ^ que l'impédance combinée de (L| et L^,de- façon que le pourcentage du courant alternatif qui passe dans soit faible en comparaison de celui qui passé dans et Iy. De cette 5 manière, et fonctionnent de manière à faire passer la composante alternative du courant et à arrêter là composante continue, alors que fonctionne de façon à faire passer la composante continue naturelle et à arrêter la composante alternative. lreffet combiné du réseau permet la réalisation d'un arc alternatif extrême-10 ment stable avec peu ou pas d'effet sur le fonctionnement du circuit de la figure 1. Comme le savent les hommes du métier, on peut reproduire les caractéristiques de tout réseau à réactance êh réarrangeant les éléments du réseau et en modifiant dê façon appropriée les valeurs 15 des impédances, la figure 3 représente deux réseaux différents qui sont équivalents au réseau préféré de la figure 2 en fonctionnement. Pour obtenir l'équivalence en fonctionnement, on modifie la valeur de chacun des éléments en fonction de l'arrangement choisi. En conséquence, quelle que soit la disposition du circuit utilisé, l'in-20 vention concerne tout réseau à réactance passive comprenant un premier circuit équivalant à un inducteur et une capacité montés en série et destinés à établir une tension supplémentaire de réamorçage, et un second circuit équivalent comprenant essentiellement un inducteur monté en parallèle avec le premier circuit équivalent, 25 de façon à permettre le passage de la composante naturelle continue du courant. Il est bien entendu que la présenteinvention nla été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs 30 sans pour autant sortir du cadre de ladite invention, qui est défini dans les revendications annexées. 71 00559 -5- 2076021 REVENDICATIONS 1. Appareil destiné à stabiliser et maintenir un arc électrique alternatif entre une électrode et une pièce, caractérisé en ce qu'il comprend une source de tension alternative montée 5 en série avec l'électrode, la pièce et un réseau à réactance passive qui comprend un dispositif destiné à fournir un potentiel supplémentaire de réamorçage de l'arc dont l'amplitude est indépendante de la tension de la source et qui laisse passer la composante alternative du courant de l'arc en arrêtant la composante 10 continue de ce courant, et un dispositif destiné à faire passer la composante naturelle continue du courant de l'arc en arrêtant pratiquement la composante alternative. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réseau à réactance passive comprend essentiellement un pre- 15 mier circuit équivalant à un inducteur et une capacité montés en série et destiné . à fournir le potentiel de réamorçage, et un second circuit équivalent comprenant essentiellement un inducteur monté en parallèle au premier circuit équivalant et destiné, à permettre le passage de la composante continue du courant de 20 l'arc. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'inducteur et la capacité montés en série sont accordés de façon que la fréquence de résonance soit sensiblement égale à la fréquence de la source de tension alternative. 25 4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'inducteur monté en parallèle a une réactance inductive de valeur suffisante pour arrêter pratiquement la composante alternative du courant. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce 30 que la source de tension comprend un transformateur relié à une source classique de courant alternatif. 6. Appareil selon la revendication 5» caractérisé en ce que le transformateur est réglable. 7. Appareil selon la revendication 5> caractérisé en ce 35 que l'électrode est d'un type non consommable. 8. Appareil selon la revendication 5» caractérisé en ce que l'électrode est d'un type consommable. 7-r-00559 -6- 2076021 9» Source d'énergie destinée à la production d'un arc alternatif, caractérisée en ce qu'elle comprend une source de potentiel alternatif et un réseau à réactance passive qui comprend essentiellement un premier circuit équivalant à un inducteur et 5 une capacité montés en sérié, un second circuit équivalent monté en parallèle au premier circuit équivalent, comprenant essentiellement un inducteur et destiné à permettre le passage de la composante continue naturelle du courant sans pratiquement affecter la composante alternative. 10 10. Procédé de stabilisation et de maintien d'un arc alterna tif entre une électrode et une pièce, caractérisé en ce qu'on monte un inducteur et une capacité en série avec le circuit de l'arc, en choisissant leurs amplitudes de façon que la tension aux bornes de la capacité permette le réamorçage de l'arc lorsqu'il s'éteint, et 15 on monte un dispositif réactif destiné à laisser passer la composante continue naturelle du courant de l'arc dans le circuit sans affecter de façon notable la composante alternative du courant.