Brevet FR2315351A1 — publié le 19770121

La présente invention concerne un dispositif pour le soudage sous gaz inerte avec une électrode non fusible et comportant une torche de soudage dont la distance à la pièce à souder est asservie par un moteur électrique de façon que la tension aux bornes de l'arc reste constante On sait que dans le soudage des aciers inoxydables ou des alliages légers sous gaz inerte, avec électrode non fusible dit soudage T. I.G la tension disponible aux bornes de l'arc e st directement proportionnelle à la longueur de celui-ci Par suite si l'on désire maintenir cette tension constante, il est nécessaire de déplacer l'électrode en fonction du profil de la pièce à souder et de la pénétration du bain, de façon que la distance entre la pièce et la torche de soudage reste constante A cet effet ,on connaft déjà des dispositifs du type mentionné ci-dessus dans lesquels la torche de soudage est commandée par un moteur électrique, lui- meme alimenté soit par l'intermédiaire de relais, soit par l'intermédiaire de dispositifs électroniques disposés à l'extérieur de la torche . Dans ces appareils connus l'asservissement est obtenu soit par l'intermédiaire d'un palpeur agencé à côté de la torche, soit par une cellule photo-électrique détectant la luminosité de l'arc .Toutefois,le premier de ces dispositifs présente l'inconvénient de donner les variations de distance entre la torche et la pièce à souder et non pas entre la torche et le bain de soudure, tandis que le second des dits dispositifs est sensible aux variations de courant de soudage On a déjà songé à asservir le mouvement de la torche de soudage en fonction des variations de tension entre celle-ci et la pièce à souder . Mais les dispositifs connus sont volumineux ,et et leur énergie est puisée sur le secteur L'objet de la présente invention est d'obtenir un dispositif de soudage suffisamment petit pour être logé dans les têtes mêmes de soudage miniature, par exemple les tetes dites du type orbital A cet effet ,le dispositif pour le soudage selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour alimenter le moteur d'asservissement à partir du courant de soudage.Ainsi le dispositif d'asservissement puise son énergie dans le courant même de soudage,ce qui permet d'éviter les liaisons extérieures et élimine de très nombreux problèmes sur les machines connues qui doivent utiliser des faisceaux de grande taille et de grande rigidité De préférence,les dits moyens d'alimentation du moteur d'asservissement prélèvent l'énergie nécessaire à l'alimentation de celui-ci aux bornes de l'arc de soudage, c'est-à-dire entre la torche de soudage et la pièce à souder Dans un mode de réalisation avantageux les dits moyens d'alimentation comprennent un régulateur de la tension prélevée, un comparateur de la tension ainsi stabilisée et de la tension prélevée et un commutateur commandé faisant passer dans ledit moteur un courant dont le sens dépend du résultat de la comparaison dans ledit comparateur Avantageusement ,en amont du dit régulateur, le dispositif selon l'invention comporte des moyens de protection contre la tension à vide et la haute fréquence d'amorçage Dans le cas où le moteur consomme une énergie relativement élevée telle que le courant de soudage risquerait de varier de plus de 1%, il est avantageux que le dispositif selon l'invention comporte un étage de compensation asservi dont la consommation est variable,mais inverse de celle du moteur et telle que la somme de la consommation du dit étage et du dit moteur soit constante De préférence,le dispositif selon l'invention est réalisé sous la forme d'un bloc embrochable sur les torches de soudage . Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut etre réalisée La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de soudage conforme à l'invention La figure 2 montre le schéma synoptique du dispositif d'asservissement conforme à l'invention La figure 3 est le schéma électrique du dispositif de la figure 2. La figure 4 montre un dispositif de compensation permettant d'alimenter la torche de soudage selon l'invention,sans à-coups Dans le dispositif de soudage montré par la figure 1 , la torche de soudage 1 est montée mobile par rapport à la pièce à souder 2,par l'intermédiaire d'un moteur 3 dont l'alimentation est contrôlée par un asservissement 4. Par exemple, la liaison entre le moteur 3 et la tête de soudage 1 est obtenue par l'intermédiaire d'une vis sans fin 5 ; ainsi la distance d entre la torche de soudage 1 et la pièce à souder 2 peut etre asservie de façon à rester constante. Selon une caractéristique principale de l'invention le dispositif d'asservissement 4 est alimenté à partir de l'énergie de soudage grâce à des bornes 6 et 7 respectivement reliées à la torche 1 et à la pièce 2 pour prélever une partie de l'énergie de soudage . La figure 2 montre le schéma synoptique du dispositif 4 de la figure 1 . Du côté des bornes 6 et 7 ce dispositif comporte un système de filtrage 8 destiné à supprimer la haute fréquence ainsi que les parasites. La sortie du système de filtrage 8 est reliée- à un dispositif 9 de protection contre la haute fréquence et contre la tension à vide . Ce dispositif 9 peut également comporter un système de temporisation pour l'établissement de l'arc. La tension issue du dispositif 9 est stabilisée et régulée dans un dispositif 10 .Toutefoie, en aval du dispositif 10 une partie de la tension provenant du dispositif de protection 9 est prélevée pour être comparée dans un comparateur ll à la tension régulée par le dispositif 10 . Enfin, le résultat de la comparaison issu du comparateur 11 agit sur un dispositif de commande 12 asservissant le moteur 3 pour que la distance d entre la torche de soudage et la pièce à souder reste constante La figure 3 donne le circuit électrique des dispositifs 8, 9, 10, 11 et 12 . Sur cette figure on peut voir que le système de filtre 8 comporte d'une part une self série 13, ainsi qu'un condensateur 14 et qu'une résistance 15 montés en parallèle l'un sur l'autre, entre la borne 7 et les extrémités aval de la self 13.Le dispositif de protection 9 comporte une bobine de relais 16 montée en série avec une diode 17 en parallèle sur la résistance 15. La bobine 16 est destinée à commander deux contacts 18 et 19 montés en série dans les lignes 61 et 71 pour alimenter le moteur 3 en fonction de la tension apparaissant aux bornes 6 et 7. Un condensateur 20 est monté en parallèle sur l'enroulement 16 . Le régulateur 10 comporte un diviseur de tension formé par une résistance 21 et un potentiomètre 22 montés en série entre les dites lignes . Le curseur du potentiomètre 22 est relié à la base d'un premier transistor @l de type NP N dont l'émetteur est relié à la ligne 6 et le collecteur à la ligne 71 par l'intermédiaire d'une résistance 23. Par ailleurs .le dispositif 10 comporte un second transistor Q2 dont le trajet émetteur-collecteur est monté en série dans la ligne 71 et dont la base est reliée d'une part au collecteur du transistor Ql et d'autre part à la ligne 61 par l'intermédiaire d'une diode de Zener 24. En aval du contact 18 , un pont diviseur formé par une résistance 25 un potentiomètre 26 et une autre résistance 27 relie les lignes 71 et 6. Le curseur du potentiomètre 26 est relié aux bases réunies de deux transistors Q3 et Q4 faisant partie du dispositif comparateur 11 Le transistor @3 est de type N P N et son collecteur est relié à la ligne par l'intermédiaire d'une résistance 28,tandis que son émetteur est relié à la ligne 61 par l'intermédiaire d'une diode de Zener 29. Le transistor Q4 est de type PN P et son collecteur est relié à la ligne 61 par l'intermédiaire d'une résistance 30,shniée par une capacité 31,tandis que son émetteur est relié à la ligne 71 par une résistance 32 . Par ailleurs,les émetteurs des transistors Q3 et Q4 sont reliés entre eux par deux diodes 33 et 34.Le collecteur du transistor Q3 est relié à la base d'un transistor inverseur Q5 de type P N P dont l'émetteur est relié à la ligne 71 ,tandis que le collecteur est relié à la ligne 61 par l'intermédiaire de deux résistances 35 et 36 en série . Le point milieu des résistances 35 et 36 est relié à la base d'un transistor de commande Q7 du dispositif 12,tandis que la résistance 36 est shuntée par un condensateur 37. Le collecteur du transistor Q4 est relié à la base d'un transistor de commande Q6 de type N P N . Le collecteur du transistor Q6 est relié à la ligne par l'intermédiaire d'une résistance 38 , tandis que l'émetteur du transistor Q7 est relié à la ligne 61 par l'intermédiaire d'une résistance 39. Les transistors Q6 et Q7 sont destinés à commander un interrupteur formé de quatre transistors Q8, Q9, Ql 0 et Qll permettant d'alimenter le moteur 3 pour ses deux sens de rotation. A cet effet,le collecteur du transistor Q6 est relié à la base du transistor Q8 de type P N P dont l'émetteur est relié à la ligne V1, tandis que le collecteur est relié d'une part au moteur 3 d'autre part au collecteur du transistor Q9 de type N P N dont l'émetteur est relié à la ligne 6 et la base à l'émetteur du transistor Q7 . Par ailleurs,l'émetteur du transistor Q6 est relié à la base du transistor Qll de type NPN dont l'émet- teur est relié à la ligne 61,tandis que son collecteur est relié au collecteur du transistor Q10 dont l'émetteur est relié à la ligne 71 . La base du transistor Q10 de type P N P est reliée au collecteur du transistor Q7 .Les bases des transistors Q10 et 11 sont respectivement reliées aux lignes 71 et 61 par den résistances 40 et 41 . L'autre pôle du moteur 3 est relié aux collecteurs réunis des transistors Q10 et Q11 Le dispositif de filtrage 8 est destiné à éviter les pointes de tension à haute fréquence et les parasites qui pourraient entrainer le transistor Q2 à fonctionner en diode de Zener . Lorsque les bornes 6 et 7 sont branchées respectivement sur la torche de soudage et la pièce à souder, la tension prélevée alimente l'enroulement 16 et les contacts 18 et 19 s'ouvrent, tandis que le condensateur 20 se charge. Lorsque l'arc s'amorce il en résulte une chute de tension entre les bornes 6 et 7 . Par suite , l'enroulement 16 n'exerce plus une force suffisante pour maintenir les contacts 18 et 19 ouverts ,mais étant donné la présence du condensateur 20 qui se décharge à travers l'enroulement 16 (à cause de la présence de la diode 17 ) la fermeture des contacts 18 et 19 est retardée. Lorsque la tension entre les bornes 6 et 7 reste à l'intérieur de sa plage normale de fonctionnement, le transistor Q1 est bloqué tandis que le transistor Q2 effectue une opération de régulation grace au fait que sa base est maintenue à un potentiel fixe par la diode de Zener 24. Lorsque la tension entre les lignes 61 et 71 augmente de façon anormale1 le transistor Q1 qui était norrnalement bloqué devient passant et par suite il met la base du transistor Q2 à la masse c'est-à-dire qu'il court-circuite la diode de Zener 24 régulant le potentiel de cette base. Dans le comparateur ii, la tension de l'émetteur du transistor Q3 est fixée par la diode de Zener Z9, tandis que pour le transistor Q4 la tension d'émetteur est fixée par la diode de Zener 29 et par les deux diodes 33 et 34 , On remarquera que , dès que la tension de base atteint la tension d'émetteur d'émetteur, chacun des transistors Q3 ou Q4 est saturé . A un instant donné le transistor Q3 est conducteur , tandis que le transistor Q4 est bloque ou inversement . Le transistor Q4 est conducteur pour les tensions comprises entre 0 et le niveau de tension défini par la diode de Zener 29 et par les deux diodes 33 et 34, tandis que le transistor Q3 est conducteur pour des tensions supérieures à ladite tension ainsi déterminée Lorsque le transistor Q4 est conducteur il débloque le transistor Q6 qui à son tour, commande la conduction des transistors Q8 et Q11, le moteur 3 tournant alors dans son premier sens de rotation .Inversement, lorsque le transistor Q3 est conducteur , son signal inversé par le transistor Q5 déblo- que le transistor Q7 et ce sont alors les transistors Q9 et Q10 qui deviennent conducteurs faisant tourner le moteur 3 dans son autre sens de rotation Afin de savoir si le moteur 3 tourne (et ceci afin de faciliter les réglages) le dispositif peut comporter une diode électro-luminescente 42 reliée aux collecteurs des transistors Q6 et Q7 respectivement par des diodes 43 et 44. Lorsque le prélèvement d'énergie sur le courant de soudage risquerait d'ame ner un fonctionnement par à-coups du générateur de soudage il en résulterait des soudures défectueuses . Aussi pour éviter cet inconvénient selon llinven- tison on prévoit le dispositif montré par la figure 4 et qui dans le dispositif de la figure 3, serait à intercaler entre le dispositif ii et le dispositif 12 entre les lignes 61 et 71 Le dispositif de la figure 4 comprend, entre les lignes 61 et 71 ,une résistance 45 en série avec le trajet émetteur-collecteur d'un transistor Q12 de type NPN dont le collecteur est relié à la résistance 45 et l'émetteur à la ligne 61 - La base du transistor Q12 est reliée à la ligne 21 par llintermé- diaire d'un potentiomètre 46 et d'un second potentiomètre 47 .Le curseur du potentiomètre 46 est relié au collecteur d'un transistor Q13 de type N P N dont l'émetteur est relié à la ligne 61 et dont la base est reliée par une résistance 48 au collecteur d'un autre transistor Q14 de type PNP dont 1 émetteur est relié à la ligne 71 Le collecteur du transistor Q14 est également relié à la ligne 61 par l'intermédiaire d'un potentiomètre 49 tandis qu'une résistance 50 est montée en dérivation sur le trajet émetteur-collecteur du transistor Q14. En aval de l'émetteur du transistor Q14, une résistance 51 est montée en série dans la- ligne 71 avec le trajet émetteur-collecteur d'un transistor Q15 de type NPN dont la base est reliée au curseur du potentiomètre 49. La base du transistor Q14 est donc reliée au collecteur du transistor Q15 .Ainsi grâce au dispositif de la figure -4, la charge alimentée par le dispositif 4 reste constante à condition que la résistance 45 corresponde à une charge équivalente à celle du moteur 3 . En effet, on règle les potentiomètres 47 et 46 pour que le courant traversant la résistance 45 corresponde à une consommation au moins égale de celle du moteur 3 , celui-ci n'étant pas alors en service . Quand le moteur 3 est en service , un courant circule dans la résistance 51 créant un courant base-émetteur pour le transistor Q14. Par suite celui-ci devient passant et le courant traversant le potentiomètre 49 croiy . Il en résulte que le transistor Q13 devient conducteur, ce qui permet un délestage du courant traversant la résistance 45 . On remarquera que simultanément une partie du courant traversant le potentiomètre 49 rend le transistor Q15 plus conducteur ce qui réalise un asservissement du couple du moteur 3 , par commande d'intensité REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour le soudage sous gaz inerte, avec une électrode non fusible, comportant une torche de soudage dont la distance à la pièce à souder est asservie par un moteur électrique de façon que la tension aux bornes de l'arc reste constante , caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour alimenter ledit moteur à partir du courant de soudage . 2 - Dispositif selon la revendication 1, , caractérisé en ce que les dits moyens prélèvent énergie nécessaire à l'alimentation du dit moteur aux bornes de l'arc de soudage 3 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 ci-dessus, caractérisé en ce que les dits moyens dTalimentation comprennent un régulateur de la tension prélevée , un comparateur de la tension ainsi stabilisée et de la tension prélevée et un commutateur commandé faisant passer dans ledit moteur un courant dont le sens dépend du résultat de la comparaison dans ledit comparateur. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 3 ci-dessus caractérisé en ce qu'il comporte, avant ledit régulateur, des moyens de protection contre la tension à vide et la haute fréquence d'amorçage 5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 ci-dessus , dans lequel le moteur consomme une énergie relativement élevée telle que le courant de soudage risquerait de varier de plus de 1%, ca4ractérisé en ce qu'il comporte un étage de compensation asservi dont la consommation est variable, mais inverse de celle du moteur et telle que la somme de sa propre consommation et de celle de ce dernier soit constante . 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit étage de compensation effectue de plus un asservissement du couple du moteur par commande d'intensité . 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 ci-dessus, caractérisé en ce qu'il est embrochable sur la torche de soudage.