Brevet FR2535992A1 — publié le 19840518

"DISPOSITIF D'ALIORCAGE FAR HAUTE FREQUENCE ETEIECTRODE AUXXIIAIRE D'UN ARC ELECTRIQUE DE SOUDAGE OU DE COUPAGE". La présente invention est relative à un dispositif d'amor- çage d'un arc électrique entre une électrode principale non con- sommable et une pièce à souder ou à couper sous une atmosphère gazeuse amenée par une buse entourant l'électrode, du type compre- nant un générateur haute fréquence haute tension qui est raccordé à un circuit d'amorçage reliant l'électrode principale à une élec- trode auxiliaire portée par la buse L'invention s'applique notam- ment au soudage automatique du type TIG, c'est-à-dire à électrode non consommable sous flux gazeux. Des dispositifs d'amorçage du type ci-dessus permettent d'utiliser au moins en partie dans le circuit HF des câbles à fort isolement HF distincts des câbles de soudage Par suite, les pertes HF sont considérablement réduites, de sorte que le générateur HF peut être disposé à une certaine distance de la torche de soudage manuel ou de la- tête de soudage automatique En particulier, dans le cas des machines de soudage automatique, il en résulte une dimi- nution appréciable de l'encombrement de la tête de soudage. Cependant, l'expérience a montré que, pour des raisons mal expliquées, les dispositifs d'amorçage connus ne conduisent pas à un amorçage sûr et instantané de l'arc; c'est ainsi qu'il arrive que l'arc ne s'établisse que lorsque l'électrode principale se trouve à une très faible distance de la pièce Comme conséquence, les ma- chines de soudage automatique doivent être équipées, en plus d'un détecteur de courant de soudage, d'un dispositif d'approche de la tête de soudage à deux vitesses (une vitesse rapide puis une vitesse lente) commandé par un détecteur de proximité, ce qui complique l'installation et allonge la durée de chaque cycle de soudage. D'autre part, les dispositifs d'amorçage connus ne donnent pas satisfaction pour le soudage des alliages légers sous hélium en procédé TIG. L'invention a pour but de fournir un dispositif d'amorçage permettant d'obtenir un amorçage instantané et parfaitement fiable quels que soient la matière de la pièce à souder et le gaz de pro- tection utilisé, à une distance pièce électrode principale rela- tivement importante. 2 2535992 A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'amor- çage du type précité, caractérisé en ce que le générateur-haute fréquence haute tension est également raccordé à un deuxième cir- cuit d'amorçage qui relie l'une des électrodes à la pièce et dont l'impédance Lo F est nettement inférieure à celle du premier circuit d'amorçage. L'invention va maintenant être décrite plus en détail en regard du dessin annexé, sur lequel les figures 1 à 3 représentent respectivement les schémas électriques de trois modes de réalisation de cette invention. Sur chacune des figures 1 à 3, on a illustré l'application de l'invention au soudage TIG en courant continu sous simple flux gazeux Chacune des installations de soudage considérées comprend ainsi un générateur de courant continu 1 dont la borne négative est reliée par un câble de puissance 2 à l'électrode principale 3 d'une torche ou d'une tête de soudage 4 et dont la borne positive est reliée par un autre câble de puissance 5 à la pièce à souder 6. La torche ou la tête 4 comporte une buse 7 d'amenée d'un gaz protecteur qui entoure coaxialement l'électrode 3 Dans sa partie d'extrémité, cette buse 7 porte une douille isolante 8 qui la tra- verse radialement et qui sert de support à une électrode auxiliaire 9 orientée vers l'électrode principale 3, un petit intervalle étant prévu entre cette dernière et la pointe de l'électrode auxiliaire 9. Chacun des trois modes de réalisation représentés com- prend un générateur 10 de courant haute fréquence haute tension, constitué par exemple par un circuit oscillant à éclateur alimenté en 220 V alternatif et pourvu d'un transformateur HF 11 La bobine secondaire 12 de ce dernier fait partie de deux circuits d'amorçage HF dont l'un, référencé 13, relie l'électrode principale 3 à l'élec- trode auxiliaire 9. On définira maintenant les particularités de chacune des installations des figures 1 à 3. Dans l'installation de la figure 1, la bobine secondaire 12 du transformateur 11 est montée dans le câble de puissance 2. Un câble 14 à fort isolement HF, dans lequel est inséré un conden- sateur 15, relie au câble 5 un point du câble 2 situé entre la 3 2535992 bobine 12 et la borne négative du générateur 1 L'électrode auxi- liaire 9 est reliée à un point du câble 14 situé entre le conden- sateur 15 et le câble 5 par un câble 16 à fort isolement HF dans lequel sont montés en série un condensateur 17 et une bobine d'ir- duction 18 Le circuit d'amorçage 13 est donc constitué par les par- ties des câbles 2, 14 et 16 dans lesquelles sont montés la bobine 12, les deux condensateurs 15 et 17 et la bobine 18, et il se re- ferme par l'intervalle séparant les deux électrodes 3 et 9. Lorsque la torche ou la tête 4 se trouve loin de la pièce 6, la mise sous tension du générateur HF 10 engendre entre les deux électrodes, par l'intermédiaire du-seul circuit 13, une énergie HF d'amorçage qui ionise le gaz traversant la buse 7. Si l'on approche alors la torche ou la tête 4 de la pièce 6, on obtient, pour une certaine distance d'écartement électrode 3 - pièce 6, un second circuit d'amorçage HP constitué par l'électrode 3, la partie du câble 2 dans laquelle est montée la bobine 12, le câble 14 et la partie du câble 5 située entre ce dernier et la piè- ce 6, et qui se referme par l'intervalle séparant l'électrode prin- cipale 3 de la pièce 6 Ce second circuit d'amorçage possède une impédance, E' nettement inférieure à celle du premier circuit d'amorçage 13, du fait de la présence de la bobine 18 dans ce der- nier Par suite, l'essentiel de l'énergie HF d'amorçage est émise non plus entre les deux électrodes, mais dans l'intervalle vérita- blement intéressant, à savoi &lui séparant l'électrode principale 3 de la pièce 6 Le condensateur 15 constitue un quasi-court-circuit HE qui protège le générateur 1, tandis que le condensateur 17 empê- che le courant continu de soudage de passer par le câble 16. Les essais effectués par la demanderesse ont montré que l'on obtient ainsi un amorçage parfaitement fiable de l'arc de soudage entre l'électrode 3 et la pièce 6 à des distances d'écar- tement pouvant aller jusqu'à 1 cm environ, quelles que soient la matière de la pièce 6 et la nature du gaz protecteur utilisé, en particulier dans le soudage sous hélium d'alliages légers Par suite, en soudage automatique, il est possible de faire descendre rapidement la tête 4 vers la pièce 6, par exemple à une vitesse de l'ordre de 1 m/mn, et d'arrêter cette descente par une simple A 2535992 détection du courant de soudage au moyen d'un dispositif classique non représenté. L'agencement de la figure 2 est dans l'ensemble analogue au précédent mais permet de diminuer la longueur de câble de puis- sance parcourue par le courant HF. En effet, dans cet exemple, un premier câble 16 A à fort isolement HF relie la racine de l'électrode 3 au câble de puissance Dans ce câble 16 A sont montés en série, à partir de cette élec- trode, la bobine secondaire 12 du transformateur HF 11 et un con- densateur 17 A le câble 16 dans lequel sont montés le condensateur 17 et la bobine 18 relie l'électrode auxiliaire 9 à un point du câ- ble 16 A situé entre le condensateur 17 A et le câble 5. Cette installation fonctionne de la même minière que celle de la figure 1, par émission d'énergie HF d'amorçage d'abord entre les deux électrodes puis, dès que l'électrode 3 est suffi- samment rapprochée de la pièce 6 (distance de l'ordre du centimètre), préférentiellement entre l'électrode 3 et la pièce 6, du fait que le second circuit d'amorçage 16 A 5-possède une impédance HF net- tement inférieure à celle du circuit -13 Pour éviter le passage du courant HF dans le générateur 1, le câble de puissance 2 comporte une bobine d'arrêt 19 les condensateurs 17 et 17 A servent à empê- cher le courant de soudage de parcourir les-câbles 16 et 16 A res- pectivement. l'installation de la figure 3 ne diffère de celle de la figure 2 que par le fait que, d'une part, le câble 16 dans lequel sont montés le condensateur 17 et la bobine 18, et d'autre part et le condensateur 17 A la partie du câble 16 A dans laquelle sont montés la bobine -e, sobt intervertis De façon surprenante, bien que le deuxième circuit d'amorçage 16 A 5 ne se ferme pas par l'intervalle existant entre l'électrode principale 3 et la pièce 6, on obtient un amorçage aussi fiable que précédemment avec une distance électrode 3 pièce 6 du même ordre On peut penser que l'électrode 3 guide l'énergie HF de l'électrode auxiliaire 9 à la pièce 6 en fin de descente de la torche ou de la tête 4. A titre d'exemple numérique, des essais satisfaisants ont 2535992 été réalisés en soudage automatique avec une bobine 18 possédant une inductance de 50 à 60 H, avec une fréquence HF de 1 à 1,5 M Ez et une longueur de câble de l'ordre de 16 m entre le transforma- teur HF 11 et la tête de soudage 4 On a ainsi obtenu une fiabilité totale de l'amorçage avec un rapport des impédances des deux cir- cuits d'amorçage de l'ordre de 5. Le dispositif d'amorçage suivant l'invention peut être utilisé en soudageTIG à courant continu ou alternatif, manuel ou automatique, à simple flux ou à double flux de gaz, et également en soudage ou en coupage plasma Dans ces deux derniers cas, l'élec- trode auxiliaire est remplacée par la tuyère qui entoure coaxia- lement l'électrode, et le premier amorçage (circuit 13) sert à l'établissement d'un arc pilote Lorsque le travail à l'arc s'ef- fectue en courant alternatif, le générateur HF 10 peut être modifié de façon classique pour faire du dispositif un dispositif d'amqr- çage et de stabilisation, c'est-à-dire d'amorçage et de réamorçage à chaque alternance ou à chaque demi-alternance du courant de sou- dage. 6 2535992 REV'ENDICATIONS 1 Dispositif d'amorçage d'un arc électrique entre une électrode principale non consommable ( 3) et une pièce ( 6) à souder ou à couper sous une atmosphère gazeuse amenée par une buse ( 7) entourant l'électrode, du type comprenant un générateur haute fréquence haute tension ( 10) qui est raccordé à un circuit d'amor- çage ( 13) reliant l'électrode principale ( 3) à une électrode auxi- liaire ( 9) portée par la buse, caractérisé en ce que le générateur haute fréquence haute tension ( 10) est également raccordé à un deuxième circuit d'amorçage ( 2, 14, 5; 16 A, 5) qui relie l'une des électrodes ( 3, 9) à la pièce ( 6) et dont l'impédance HF est net- tement inférieure à celle du premier circuit d'amorçage ( 13). 2 Dispositif d'amorçage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier circuit d'amorçage ( 13) con- tient une bobine d'induction ( 18). 3 Dispositif d'amorçage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit premier circuit d'amorçage ( 13) con- tient un condensateur ( 17) en série avec ladite bobine ( 18). 4 Dispositif d'amorçage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit deuxième circuit d'amorçage ( 16 A, 5) relie l'électrode auxiliaire ( 9) à la pièce ( 6). Dispositif d'amorçage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le rapport des impé- dances HF des deux circuits d'amorçage est de l'ordre de 5.