Brevet FR2240070A1 — publié le 19750307

La présente invention est relative à un dispositif pour la stab isation des arcs électriques à courant alternatif et pour l'allumage des arcs électriques à courant alternatif ou à courant continu et, à cette fin, des impulsions d'allumage - sont engéndrées entre une électrode du chalumeau à arc électrique et une pièce à traiter, ou bien entre deux électrodes. Plus particulièrement lors du soudage à courant alter natift ll est connu qu'à la tension de soudage soit superposée une tension de haute fréquence. Cette tension additionnelle, relativement élevée,entraîne un allumage sûr de l'arc électrique à chaque passage par zéro de la tension alternative de soudage et stabilise ainsi l'arc électrique .- E-n outre, il est connu que cette tension de haute fréquence soit également utilisée pour 1' allumage d'arcs électriques à courant alternatif ou à courant continu.L'avantage particulier d'un tel procédé d'allumage réside dans le fait qu'en vue de l'allumage de l'arc électrique, 1' électrode ne doit être rapprochée de la pièce à traiter que jusqu'à un écartement de-2 à 4 mm, sans qu'il soit nécessaire de prévoir un contact direct. Des dispositifs appropiés, désignés par la suite sous le terme appareils d'allumage", sont connus, par exemple, par les brevets allemands NOs 1.061.006 et 1.098.638 et présentent la forme de générateurs à éclateur dans lesquels est prévu un condensateur qui, chaque fois après la charge, peut être déchargé par un éclateur qui forme pendant peu de temps un circuit de courant de décharge en vue d'engendrer des impulsions d'allumage périodiques, amenées vers l'étendue de l'arc électrique. Cependant, les appareils d'allumage de ce type présentent le désavantage que les éclateurs, en raison de la charge élevée qu'ils subissent par toute l'énergie des impulsions, doivent être fréquemment ajustés ou remplacés. En outre, dans les éclateurs il se produit de l'ozone et des acides azoteux, de manière que les pièces métalliques de l'appareil d'allumage doivent être protégées contre l'oxydation. De plus, il est nécessaire que tout l'appareil d'allumage au moyen duquel les impulsions sont engendrées soit conçu pour toute la puissance des impulsions. Il en découle donc une construction relativement coûteuse de tout l'appareil d'allumage. L'invention vise à procurer un dispositif du type cité dans le préambule et qui peut être réalisé d'une manière simple en n'exigeant presque pas d'entretien. L'invention réside dans le fait que pour la production des impulsions d'allumage, on prévoit au moins un quartz piézoélectrique pouvant être influencé par une force (pression ou traction) et qui est raccordé électriquement à l'électrode du chalumeau à arc électrique et à la pièce à traiter, ou aux deux électrodes du - chalumeau. L'appareil d'allumage conforme à l'invention exploite l'effet piézo-électrique connu depuis très longtemps (voir par exemple : Lueger Lexikon der Elektrotechnik und Kerntechnik 1960, page 398 ; Kohlrausch "Praktische Physik" 22e édition, 1968, tome 2, pages 668 et 669) et l'utilise avantageusement pour l'allumage ou la stabilisation de l'arc électrique. Conformément à l'invention, l'impulsion d'allumage ou de stabilisation est simplement engendrée du fait qu'un quartz piézo-électrique ou un élément piézo-électrique ou une matière piézo-électrique est comprimé sous une pression prédéterminée. L'impulsion, engendrée par le quartz en raison de cette pression, est conduite par des conducteurs électriques vers l'étendue de l'arc électrique et entraine une stabilisation ou un allumage de l'arc électrique. Par la génération proposée de l'impulsion au moyen d'un quartz piézo-électrique il est avantageusement possible de construire un appareil d'allumage simple, peu coûteux et de faible encombrement de manière que l'appareil d'allumage puisse être disposé à proximité immédiate du chalumeau à arc électrique ou, de préférence, dans le chalumeau lui-même. Un avantage particulier réside dans le fait qu'en opposition aux appareils d'allumage connus jusqu'à présent, l'impulsion ne doit pas être amenée par de longs conducteurs à l'étendue de l'arc électrique (étendue entre l'électrode du chalumeau et la pièce à traiter ou entre les deux électrodes). Un autre avantage réside dans le fait que l'appareil d'allumage conforme à l'invention n1 exige praiquement aucun en tretåen. Par ailleurs, les perturbations de la radiophonie et de la télévision qui se produisent lors de la mise en service de 1' appareil d'allumage, se situent à des valeurs qui sont admises par les ordonnances des services administratifs compétents. En outre, il est avantageux que l'énergie nécessaire pour la production des impulsions d'allumage ne doive plus être soutirées du circuit de-courant de soudage, ce qui est le cas lorsqu'il s'agit des appareils d'allumage connus, cités plus haut. L'alimentation en énergie de l'appareil d'allumage conforme à 1' invention peut être obtenue, par exemple, partir d'une source de courant alternatif quelconque. Le circuit de courant de soudage lui-même n'est pas influencé par ce fait. Conformément à l'invention, un dispositif particuliêre- ment avantageux et d'exécution simple pour engendrer la force de pression agissant sur le quartz piézo-électrique se caractérise du fait que pour engendrer la force de pression, le quartz piézoélectrique est soumis à l'action d'un poussoir qui, au moyen d' une bobine magnétique à courant alternatif, exécute des mouvements de va-et-vient. A cet égard, un développement avantageux de l'invention propose que la fréquence du courant alternatif qui alimente- la bobine magnétique soit synchrone à la fréquence du courant alternatif de soudage. De ce fait on obtient que, lors du soudage à courant alternatif, les impulsions d'allumage ou de stabilisation soient engendrées en synchronisme au passage par. zéro du courant alternatif de soudage, de manière que, par exemple, au moment du passage par zéro, on dispose toujours d'au moins une impulsion de stabilisation.En multipliant la fréquence du courant alternatif magnétique, il est, en outre, possible d'engendrer plusieurs impulsions par demi-onde du courant alternatif de soudage. La position dans le temps des impulsions d'allumage ou de stabilisation par rapport au passage par zéro du courant alternatif de soudage peut etre modifiée - avantageusement du fait que le courant alternatif magnétique peut subir un décalage de phase par rapport au courant alternatif de soudage, ce décalage de phase étant depréférencre réglable. De ce fait il est possible que 1' impulsion d'allumage ou de stabilisation soit disponible peuavant le passage par zéro du courant alternatif de soudage, afin dlob- tenir ainsi le comportement le plus avantageux de l'arc électrique. -Lors du soudage à courant continu pour lequel une impulsion d'allumage n'est nécessaire qu'au début (pour l'allumage de l'arc électrique à courant continu), il est également-possible que le ou les quartz piézo-électriques, connectés électriquement les uns derrière les autres, soient influencés au moyen de la bo bine magnétique. Cependant, étant donné qu'il ne faut qu'une seule impulsion d'allumage, il est également possible que le pous- soir soit pressé sous pression contre le quartz piézo-électrique au moyen d'un relais, d'une bobine magnétique à courant continu, d'un levier ou similaire. i-après l'invention sera décrite plus en détail à l'appui d'une forme d'exécution représentée au dessin annexé, cette description faisant ressortir, en outre, d'autres caractéristiques avantageuses. Au dessin, le repère 10 désigne un dispositif pour le soudage à l'arc électrique à courant alternatif. Le dispositif 10 est constitué essentiellement par un chalumeau à arc électrique 11 (chalumeau pour le soudage sous gaz inerte, au plasma ou sous poudre), alors que l'électrode 12 du chalumeau est reliée par un conducteur 13 à un transformateur de courant alternatif 16, indique schématiquement et auquel la pièce à souder 14 est reliée par un conducteur 15. Le transformateur 16 qui comprend des moyens ton représentés pour le réglage du courant et de la tension, est relié à un réseau à courant alternatif- 17. En outre, le chalumeau à arc électrique 11 présente une ouverture 18 qui sert à l'amenée des gaz de protection ou de plasma. L'appareil d'allumage conforme à l'invention est repéré par 20 et est constitué par un boîtier 21 dans lequel sont disposés les quartz piézo-électriques 22 et 23 qui peuvent être influencés par pression. Du point de vue électrique, les quartz piézo-électriques sont connectés en parallèle. Le ple positif 24 des quartz piézo-électriques 22 et 23 est relié par un conducteur 25 à l'électrode 12 du chalumeau, alors que le pôle négatif 26 est relié par un conducteur 27 à la pièce à souder 14. Il est évidemment également possible que, du point de vue électrique, les quartz piézo-électriques soient connectés les uns derrière les autres. Dans la partie supérieure du boîtier 21 est prévu un dispositif à force de pression 28 qui est constitué par une bobine magnétique à courant alternatif 29, par un poussoir 31 qui peut être déplacé en va-et-vient par la bobine magnétique (sens de la flèche 30), ainsi que par un ressort de rappel 32 pour le poussoir et disposé entre le poussoir 31 et la bobine magnétique 29. La bobine magnétique 29 est raccordée au réseau de cou rant alternatif 17 en intercalant un décaleur de phase réglable 33, connu en soi. En face de la bobine magnétique 29, le boîtier 21 loge, en outre, une vis de pression 33 qui sert au réglage de la tension de pointe des impulsions d'allumage. Ce dispositif fonctionne de la manière suivante : En vue du soudage, la tension de marche à vide est appliquée, au moyen du transformateur 16, à l'électrode 12 et à la pièce à souder 14 et, en meme temps, le gaz de protection est amené au chalumeau 11 par l'ouverture 18. Ensuite, en actionnant le commutateur 34, le courant alternatif est amené à la bobine magnétique 29 et le poussoir 31 est frappé sur les quartz piézo-électriques 22, 23 à la cadence de la fréquence du courant alternatif. De ce fait, aux sorties des conducteurs 25 et 27, ainsi qu'entre l'électrode 12 et la pièce à souder 14, il se produit une tension élevée qui engendre un arc électrique d'allumage entre l'électrode 12 et la pièce à souder 14. Par l'arc électrique d'allumage, le gaz, sortant du chalumeau 11, est ionisé, il devisent donc électriquement conducteur et le circuit de courant de soudage, constitué par le transformateur 16, par le conducteur 13, par l'électrode 12, par 1 'é- tendue 35 de l'arc électrique, par la pièce à souder 14 et par le conducteur 15, est fermé.Dès ce moment 11 arc électrique de soudage 36 est alimenté en continu par le transformateur 16. Etant donné que le transformateur 16 amène un courant alternatif à l'arc électrique 36, il est necessaire, afin d'obtenir les résultats de soudure les plus avantageux, qu'au passage par zéro du courant de soudage, des impulsions de stabilisation additionnelles soient amenées à l'étendue 35 de l'arc électrique. Ces impulsions de stàbillsation sont également engendrées par 1' appareil d'allumage 20 conforme à l'invention. Etant donné que tant la fréquence du courant de soudage que la fréquence du courant alternatif de la bobine magnétique sont synchrones (de préférence identiques) les quartz piézo-électriques sont soumis à la pression une fois par chaque onde sinusoîdale du courant alternatif et une impulsion d'allumage est engendrée ainsi. Par le déplacement du décaleur de phase il est avantageusement possible que ces impulsions d'allumage se produisent toujours au moment où le courant alternatif de soudage se situe au passage par zéro. En multipliant la fréquence du courant alternatif de la bobine magnétique par rapport à la fréquence du courant alternatif de soudage (par exemple : courant alternatif de la bobine magnétique 200 Hz; courant alternatif de soudage 50 Hz), il est possible d'engendrer plusieurs impulsions d'allumage (par exemple quatre) par onde sinusoldale du courant alternatif de soudage. Dans la forme d'exécution représentée au dessin, l'impulsion d'allumage est amenée entre une électrode 12 du chalumeau à arc électrique et la pièce à souder 14. Ceci est plus particulièrement le cas lorsqu'il s'agit de chalumeaux pour le soudage sous gaz inerte et sous poudre. Par contre, lorsqu'il s'agit de chalumeaux au plasma, l'impulsion d'allumage est amenée entre deux électrodes, une des électrodes étant l'électrode de chalumeau 14 alors que l'autre électrode est la tuyère de chalumeau 37. Dans ce cas, l'appareil d'allumage 20 n'est pas relié à la pièce à souder 14, mais à la tuyère 37, et ce, par le conducteur 38, représenté par la ligne en traits interrompus. Le type de fonctionnement de ce dispositif correspond essentiellement à celui décri t plus haut. La seule différence réside dans le fait que l'impulsion d'allumage pour engendrer un arc électrique d'allumage sert à former un arc électrique pilote 39 entre la tuyère 37 et l'électrode 14, le courant de l'arc électrique pilote étant amené par le conducteur 40, représenté par la ligne en traits interrompus, comprenant la résistance de limitation pilote 41. L'appareil d'allumage conforme à l'invention est également approprié pour l'allumage d'arcs électriques à courant continu. Un dispositif à courant continu ne diffère du dispositif à courant alternatif représenté que du fait qu'un redresseur est prévu entre le transformateur 16 et le chalumeau 11. Dans l'exemple d'exécution donné, l'invention a été décrite à l'appui d'un dispositif pour le soudage. Il est cependant évidemment possible d'utiliser l'appareil d'allumage conforme à l'invention également pour des dispositifs de coupage à courant alternatif ou à courant continu, plus particulièrement pour des dispositifs de coupage au plasma. En outre, il est avantageusement possible d'engendrer une répétition d'impulsions d'allumage prédéterminée au moyen de plusieurs quartz piézo-électriques disposés les uns àcôté des autres et qui sont soumis à une pression simultanément ou les uns après les autres. Par ailleurs, il est également possible de prévoir autres dispositifs pour engendrer la force de pression, tels que, par exemple, des leviers, des roues à came, des systèmes oscillants ou similaires. REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour la stabilisation des arcs électriques à courant alternatif et pour l'allumage des arcs électriques à courant alternatif ou à courant continu et, à cette fin, des impulsions d'allumage sont engendrées entre une électrode du cha lumeau à arc-électrique et une pièce à traiter, ou bien entre deux électrodes du chalumeau, caractérisé en ce qu'en vue de la génération des impulsions d'allumage, on prévoit au moins un quartz piézo-électrique qui peut être influencé par une pression et qui est raccordé électriquement à l'électrode du chalumeau à arc électrique et à la pièce à traiter ou aux deux électrodes du chalumeau. 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que pour engendrer la force de pression qui agit sur le quartz piézo-électrique, on prévoit un poussoir qui est déplacé en mouvements de va-et-vient au moyen d'une bobine magnétique a cas rant alternatif. 3.- Dispositif suivant la revendication 2, caractérise en ce que la fréquence du courant alternatif de la bobine magnétique est synchroniséeà la fréquence du courant alternatif de soudage. 4.- Dispositif suivant la revendication 2 ou 3, carac térisé en ce que le courant alternatif de la bobine magnétique peut être soumis à un décalage de phase par rapport au courant alternatif de soudage, ce décalage de phase étant, de préférence réglable. 5.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que pour engendrer la force de pression qui agit sur le quartz piézo-électrique on prévoit une roue à came.