Brevet FR2208753A1 — publié le 19740628

L'invention est relative à une source de courant pouvant être réglée et commandée et présentant, de préférence, des caractéristiques statiques réglables de courant-tension pour les procédés de soudage électrique, plus particulièrement pour les procédés métallurgiques et de soudage électrique à l'arc électrique, au plasma, sous laitier Lorsqu'il s'agit de telles sources de courant de soudage, il faut que les caractéristiques de charge soient adaptées au travail de soudage envisagé, afin que par un processus de réglage approprié (réglage intérieur ou extérieur), on obtienne une longueur constante de l'arc électrique ou une profondeur d'immersion constante de l'électrode dans le bain de laitier lorsqu'il s'agit du soudage électrique sous laitier.Afin d'obtenir des résultats de soudure pouvant être reproduits, il faut maintenir constants des paramètres de soudage optima prédéterminés et qui peuvent, éventuellement, être perturbés par des influences extérieures (par exemple des variations de la tension du réseau). Afin de répondre à ces exigences, il est connu de mettre en oeuvre des sources de courant de soudage réglées dont les caractéristiques sont maintenues constantes par des moyens électroniques. A cette fin on utilise de simples circuits de réglage constitués par un élément de réglage de puissance analogique et par un régulateur analogique. De préférence on met en oeuvre des sources de courant de soudage constituées par un transformateur, un redresseur, des pièces de puissance garnies de transducteurs (1), de transistors(2) (:3) ou de thyristors (4), ainsi que par un régulateurs à transistors de la technique analogique de commutation des circuits d'alimentation. (1) "Avt. Svarka", Kiew, 24 (1971), livraison 8, pages 63-66 (2) "Avt. Svarka", Kiew, 22 (1969), livraison 10, page 27 (3) "Schweisstechnik", Vienne, 24 (1970), livraison 10, pages 139-142 t4) "Avt. Svarka", Kiew, 23 (1970), livraison 2, pages 25-29 Tous ces dispositifs connus présentent le désavantage d' une dépense élevée en ce qui concerne la technique des connexions et le montage des pièces constitutives. A ceci il convient d'ajouter le faible degré d'efficacité électrique des sources de courant analogiques garnies de transistors. L'invention vise à procurer une source de courant de soudage réglée électroniquement et qui ne présente pas les désavantages cités ci-dessus, tels que la dépense élevée et le mauvais degré d'efficacité. Afin d'atteindre ce but, l'invention propose une source de courant qui se caractérise par un circuit de courant dans lequel est prévu un élément de réglage de puissance connecté et déconnecté en succession rapide et une bobine de réactance connectée en série, et par un commutateur connecté en parallèle à la bobine de réactance et à l'arc électrique, pouvant être fermé pour la décharge de la bobine de réactance ; la bobine de réactance étant chargée lorsque l'élément de réglage de puissance est connecté, alors qu'elle est déchargée lorsque l'élément de réglage de puissance est déconnecté. De préférence, l'élément de réglage de puissance est commuté en dépendance de valeurs de réglage à maintenir constantes. En tant que valeurs de réglage à maintenir constantes il est possible de prédéterminer la tension, le courant et le courant limite et, de ce fait, on peut régler les caractéristiques de charge horizontales, verticales, décroissantes et croissantes de la source de courant. Indépendamment des valeurs de réglage à maintenir constantes, on peut ajouter , en tant que valeur de guidage, des fonctions de temps courant et tension, adaptées au système et ayant une courbe de forme quelconque. Ce processus peut être utilisé avantageusement, entre autres, pour les procédés de soudage à impulsions de courant. De préférence, l'élément de réglage de puissance est connecté et déconnecté à une fréquence qui se situe dans l'intervalle de 1 - 150 kHz. En tenant compte des résultats du soudage, du degré de l'élimination des perturbations, ainsi que de la commutation qui n'est plus audible, une fréquence de commutation dans l'intervalle entre 16 et 50 kHz est particulièrement avantageuse. Avec un temps de réglage rapide, l'invention permet, entre autres, de réduire d'environ 90% la puissance des pertes du dispositif, par rapport à celle des sources de courant de soudage transistorisées analogiquement. Une forme d'exécution de l'invention est représentée à titre non limitatif au dessin annexé et sera décrite ci-après. Par l'intermédiaire du redresseur 2, le transformateur de réseau 1 fournit une tension continue appropriée qui envoie le courant de soudage par l'élément de réglage de puissance 3, la bobine de réactance 4 et la résistance de mesure 8 jusqu'à travers l'arc électrique de soudage 7 au point de soudage. Par une commutation de commande spéciale 5, l'élément de réglage de puissance est commuté périodiquement de manière que dans le circuit de soudage, constitué par le commutateur 6, la bobine de réactance 4, l'arc électrique 7 et la résistance de mesure 8, circule un courant de soudage constant pouvant être prédéterminés Avantageusement, à l'état "connexion" de l'élément de réglage de puissance 3, de l'énergie magnétique est accumulée dans la bobine de réactance 4 et qui, à l'état "déconnexion" de l'élément de réglage de puissance 3 et à l'état "connexion" synchrone du commutateur 6, maintient le courant de soudage dans 1' arc électrique 7. Les valeurs de réglage à maintenir constantes sont enlevées à l'arc électrique 7 en ce qui concerne la tension de soudage, et à la résistance de mesure 8 en ce qui concerne le courant de soudage.La valeur de réglage de la tension est amenée directevent au régulateur 15, alors que la valeur de réglage du courant est amenée au régulateur 15 par l'intermédiaire du commutateur 9 et de l'amplificateur 11. Au moyen du commutateur 9 on peut régler , au choix, des caractéristiques décroissantes ou croissantes, et ce, par l'inversion des pôles de la tension de mesure à la résistance de mesure 8. La valeur de l'accroissement et de la tension à vide est réglée au moyen des régulateurs 13, respectivement 16. Un dispositif additionnel, constitué par l'amplificateur 10 et le régulateur 12, engendre une caractéristique tension-courant verticale réglable au moyen de la tension de mesure venant de la résistance de mesure 8. Au régulateur 15 on amène la tension de référence et, additionnellement, la tension de la valeur de guidage. La valeur initiale analogique du régulateur 15 est digitalisée dans un convertisseur digital-analogique 14 et est amenée par la commutation de commande 5 à l'élément de réglage de puissance. De ce fait on obtient un circuit de réglage fermé. Dans une forme de réalisation, l'élément de réglage de puissance 3 est, de préférence, formé par un nombre approprié de transistors de commutation rapides, connectés enparallèle et qui sont commutés par un amplificateur d'impulsions au moyen d'un signal digital à durée de pulsation modulée du convertisseur digital-analogique 14. En tant que commutateur 6 on utilise, de pré férence, une diode à rétablissement rapide (fast-recovery) qui bloque au moment où, par le commutateur, la tension est appliquée à la bobine de réactance 4. Les avantages obtenus par l'invention résident plus particulièrement dans le fait que par l'utilisation du principe à commutateurs, il se présente des pertes thermiques considérables plus faibles lorsqu'il s'agit des transistors dans 11 élément de réglage de puissance 3, que lorsqu'il s'agit des éléments de réglage analogiques courants. De ce fait, le nombre des transistors connectés en parallèle peut entre considérablement réduit et la dépense pour les moyens de refroidissement peut être également réduite. Lorsqu'il s'agit du procédé conforme à l'invention, la bobine de réactance 4 est avantageusement exploitée pour plusieurs buts.D'une part, pendant les intervalles de commutation de l'élément de réglage de puissance 3, cette bobine de réactance fournit le courant de soudage et, d'autre part, elle filtre l'ondulation provoquée par les vibrations en outre, cette bobine influence le comportement dynamique du courant de court-circuit. De plus, cette bobine de réactance fournit la pointe de tension dynamique pour l'allumage en retour de l'arc électrique après une transmission de goutte sous court-circuit. Dans une autre forme d'exécution, on dispose, dans l'é dément de réglage 3, de préférence, des thyristors ou d'autres éléments de commutation appropriés de manière qu'au moyen d'une commutation de commande 5 de réalisation appropriée, ils puissent entre rapidement connectés et déconnectés. Dans ce cas, le redresseur 2 peut être éventuellement omis. Dans une autre forme d'exécution, on amène, de préférence au régulateur, une valeur de guidage dépendant du temps qui engendre une modulation correspondante du courant dans le circuit de soudage. De telles modulations du courant sont, de préférence, utilisées lors du soudage à impulsions de courant, la valeur de guidage présentant, dans ce cas, la forme d'une courbe d'impulsion . Dans ce cas, il est préféré que la fréquence de commutation "S" et la fréquence de modulation "fui" soient au moins en un rapport de S : M = 10 : 1. De ce fait, par rapport aux sources à impulsions de courant conventionnelles qui travaillent avec des rapports fixes entre la fréquence des impulsions et la fréquence du réseau, on obtient l'avantage que la fréquence des impulsions et la forme des impulsions peuvent être librement réglées. En outre, lors de la mise en oeuvre de la source de courant conforme à l'invention dans un système de guidage du processus, on peut introduire une valeur de guidage qui influence le processus. R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Source de courant pour les procédés de soudage électrique, plus particulièrement pour les procédés métallurgiques et de soudage électrique à l'arc électrique, au plasma, sous laitier, caractérisée en ce que l'on prévoit un circuit de courant dans lequel est compris un élément de réglage de puissance pouvant être connecté et déconnecté en succession rapide et une bobine de réactance connectée en série, ainsi qu'un commutateur connecté en parallèle à la bobine de réactance et à l'arc électrique et pouvant être fermé en vue de la décharge de la bobine de réactance , la charge de la dite bobine de réactance s'effectuant lorsque l'élément de réglage de puissance est connecté,alors que la bobine de réactance est déchargée lorsque l'élément de réglage de puissance est déconnecté. 2.- Source de courant suivant la revendication l,caractérisée en ce que l'élément de réglage de puissance et le commutateur peuvent être commutés en dépendance de valeurs de réglage à maintenir constantes. 3.- Source de courant suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la fréquence de commutation se situe entre 1 et 150 kHz, de préférence entre 16 et 50 kHz. 4.- Source de courant suivant lune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que comme élément de réglage de puissance on prévoit des transistors de commutation connectés en parallèle,alors que comme commutateur on utilise une diode à rétablissement rapide (fast-recovery). 5.- Source de courant suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que comme élément de réglage de puissance on prévoit des thyristors ou d'autres éléments de commutation appropriés qui peuvent être rapidement connectés et déconnectés par une commutation de commande appropriée. 6.- Source de courant suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'à l'élément de réglage de puissance et au commutateur on amène en tant que valeur de guidage une fonction de courant et/ou de tension quelconque adaptée, et ce, indépendamment des valeurs de réglage à maintenir constantes. 7.- Source de courant suivant la revendication 6,caractérisée en ce que la valeur de guidage présente la forme d'une courbe d'impulsion.