Brevet FR2578138A1 — publié le 19860829

"SYSTEME DE SOUDnAGE OU DE COUPAGE PLAS MUNI D'UNE TEMPORISATION" La présente invention concerne un système de soudage ou de coupage plasma constitué notamment d'une torche comportant au moins une électrode et une tuyère, des moyens d'alimentation en gaz de la torche pour alimenter celle-ci en gaz plasmagène, ainsi que des moyens d'alimentation électrique de la torche pour engendrer, maintenir ou couper un arc électrique de soudage ou de coupage plasma. Il est connu du brevet américain 3.242.305, un système camportant une torche plasma dans laquelle l'électrode et la tuyère sont refroidies par un courant de liquide tel que l'eau. Dans cette torche, l'électrode est mobile par rapport à la tuyère et au contact électrique de celle-ci lorsque la torche est au repos. Lors de la mise sous tension, ceci entraîne une mise sous pression du liquide de refroidissement par un mécanisme hydraulique qui entraîne la compression d'un ressort et la séparation de l'électrode et de la tuyère, créant ainsi un arc électrique et l'amorçage du gaz plasmagène injecté dans la torche lors de la mise en route de celle-ci. Dans cette torche, le fluide de refroidissement circule aussi longtemps que ledit système est sous tension, indépendamment de 1' alimentation en gaz. Il est connu du brevet français 2.385.483 de réaliser l'amorçage entre l'électrode et la tuyère par mise en court-circuit de celles-ci, ladite électrode étant vissée et mise au contact de la tuyère puis dévissée, l'écart entre l'électrode et la tuyère étant ensuite réglé à la valeur voulue. La torche décrite dans ce brevet comporte un système de refroidissement à l'aide d'un liquide circulant au niveau de l'électrode et de la tuyère. Cette circulation du fluide de refroidissement s'effectue lorsque le système est sous tension. Il a été proposé dans la demande française 84.05.286 déposée le 4 avril 1984, au noEm de la Demanderesse et intitulée: "Torche de soudage ou coupage à plasma", une torche comportant une structure particuliè- rement bien adaptée à la mise en oeuvre de l'amorçage par court-circuit entre l'électrode et la tuyère. (on pourra se référer pour plus de détail concernant ce procédé d'allumage par court-circuit à la demande françàase 83.19.554 du 7 décembre 1983, intitulée: "Procédé d'allumage d'un arc pour torche de soudage ou coupage et torche adaptée à mettre en oeuvre ce procédé", au nom de la Demanderesse). Dans ce procédé, l'électrode et la tuyère sont montées à débattement axial jusqu'au contact mutuel, contre l'action d'un moyen élastique de rappel vers une position d' écartement mutuel maximal correspondant au fonctionnement normal. La tuyère est ainsi montée à coulissement libre dans le corps de la torche, de manière à venir en contact avec l'électrode lorsque la torche est appliquée contre une pièce. En dégageant la torche, un arc s'allume entre l'électrode et la tuyère, permettant d'amorcer le gaz plasmagène et maintenir un arc électrique entre ces pièces, ledit arc étant transféré vers la pièce à découper. Lorsque l'arc électrique est coupé, le gaz plasmagène continue à %tre injecté dans la torche tant que le système est maintenu sous tension. Ceci permet d'assurer notamment le refroidissement de la torche après utilisation. Le système est peu économique, puisque l'on injecte également du gaz plasmagène en l'absence d'arc électrique. De plus, il se révèle particulièrement gênant lors de l'allumage par court-circuit, car il nécessite une force importante pour réaliser celui-ci. Si la pièe à couper est mince et en porte-à-faux, l'allumage devient très difficile. Le système selon l'invention permet d'éviter cet inconvénient. Dans ce but, il corporte des moyens de teqporisation (C.G.M.) reliés, d'une part, aux moyens d'alimentation électrique (E.C.M.) de la torche et d'autre part, aux moyens d'alimentation en gaz (G.M.) de la torche, lesdits toyens de temporisation (C.G.M.) étant sensibles à la coupure de l'arc électrique de la torche et commandant la fermeture des moyens d'alimentation en gaz (G.M.) de la torche après un intervalle de temps prédéterminé suivant la coupure de l'arc électrique, de manière à assurer un refroidissement de la torche pendant ledit intervalle de temps. Selon une variante de réalisation, lesdits moyens de temporisation comportent des moyens de réglage de l'intervalle de temps prédéterminé. De préférence, le système selon l'invention est caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en gaz (G.M.) conportent notamment une première électrovanne (V1) dont l'ouverture ou la fermeture commande le passage du gaz plasmagène, le circuit électrique de commande (44) de ladite électrovanne (V1) étant connecté aux moyens d'alimentation électrique (E. C.M.) par l'intersédiaire des moyens de temporisation (C.G.M.). 2578 138 Une telle solution est entièrement satisfaisante lorsque, en particulier, sont prévus des moyens du type ressort destinés à maintenir l'électrode et la tuyère à distance l'une de l'autre, de manière à éviter un contact intempestif entre-elles lorsque l'arrivée de gaz plasmagène est coupée après cette période de temporisation. Toutefois, lorsque le maintien à distance de l'électrode et de la tuyère est assuré par le débit du gaz plasmagène lui-même, celui-ci plaque la tuyère sur son siège dans le corps de torche: la coupure du flux de gaz plasmagène fait apparaître un nouveau problème. La tuyère, qui est mobile dans le corps de torche peut, par exemple, sous l'effet du poids de la torche, coulisser dans son logement et venir démarrer intempestivement le processus d'allumage de l'arc, sans action délibérée de l'opérateur. Pour résoudre simultanément les deux problèmes ainsi posés, l'invention prévoit que les moyens d'alimentation en gaz (G.M.) comportent notamment une seconde électrovanne (V2) à deux débits, dont le circuit électrique de ccmmande (84) est connecté aux moyens d'alimentation électrique (E.C.M. ), le premier débit correspondant aux phases pour engendrer et maintenir l'arc électrique, le second débit, plus faible que le premier, 'correspondant à la phase dans laquelle l'arc électrique est coupé tandis que l'installation est toujours sous tension, ce second débit ayant une valeur suffisante pour maintenir la tuyère et l'électrode à distance l'une de l'autre, quelle que soit la position de la torche. Ainsi, dans cette seconde variante de réalisation de l'invention, la coupure de l'arc électrique plasma engendre le passage du débit normal au débit faible de l'électrovanne V2, ce faible débit permettant à la fois de refroidir l'électrode et la tuyère, d'une part, et de maintenir la tuyère sur son siège à distance de l'électrode, d'autre part. Selon une variante de cette seconde réalisation de l'invention, particulièrement applicable dans le cas o le second débit (faible) de l'électrovanne V2 n'est pas suffisant pour refroidir correctement l'électrode et la tuyère, il est prévu que les moyens de temporisation (C. G.M.) sont insérés entre le circuit de commande 84 de la seconde électrovanne et les moyens d'alimentation électrique, les moyens d'alimentation en gaz étant toujours ouverts lorsque le système est sous tension, de manière à assurer le refroidissement de la torche à l'aide du premier débit de gaz de l'lectrovanne V2, lorsque l'arc électrique est coupé, puis à maintenir ensuite l'écartement entre l'électrode et la tuyère à l'aide du second débit de l'électrovanne V2. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, on utilisera à la fois l'électrovanne V1 sans temporisation et l'électrovanne V2, à fuite calibrée, munie d'une temporisation, ces deux électrovannes étant connectées en série dans les circuits d'alimentation en gaz plasinagène dans l'ordre énoncé ci-dessus, entre la source de gaz et la torche plasma. I1 est à noter que lors de l'utilisation d'une temporisation sur la première électrovanne V1, ou lors de l'utilisation de la seconde électrovanne V2, omunie d'une temporisation, la torche peut être réactivée également pendant la durée de la temporisation, au cours de laquelle le débit de gaz est indentique au débit de la torche pendant la phase de soudage ou de coupage. Toutefois, la force à exercer sur la torche pour provoquer le court-circuit est nettement plus importante que lors d'un départ sans débit de gaz ou à faible niveau de gaz. On constate alors que l'allumage de la torche est très difficile, en particulier sur une plaque mince, en porte-à-faux. Pour permettre un démarrage plus aisé au cours de cette phase post-coupage, comportant un débit important de gaz (premier débit), l'invention prévoit également une variation de la durée de la temporisation en fonction de la durée de l'opération de coupage ou de sondage précédente. Généralament, lorsque la phase de soudage ou de coupage a été brève, l'opérateur désire recomwncer rapidement une nouvelle phase. Inversement, lorsque la phase de soudage ou de coupage a été longue, l'opérateur ne souhaite pas recamencer rapidement une telle opération. Afin de répondre à ce problème, l'invention prévoit deux alternatives: La première, dans laquelle la temporisation a une double durée, l'une courte (ou nulle) correspondant à une courte utilisation de la torche, l'autre longue, correspondant à une utilisation plus longue de la torche. Toutes ces durées peuvent être réglées en fonction du matériel et de son utilisation. La seconde, dans laquelle la temporisation varie contin*ment en fonction de la durée d'utilisation de la torche, jusqu'à un seuil maximum, quelle que soit cette durée d'utilisation. 2 5 78138 Dans les deux cas, le circuit électrique correspondant utilisera la charge ou la décharge d'un condensateur déclenchée par l'opération de soudage ou coupage, pour mesurer la durée de la temporisation. Les moyens nécessaires à ces deux alternatives font partie des moyens de réglage de l'intervalle de temps prédéterminé. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants, donnés à titre non limitatif, conjointement avec les figures qui représentent: - la figure 1, une vue schématique d'un système suivant Irinvention, - la figure 2, une variante de réalisation du système suivant l'invention. - La figure 1 montre un système selon l'invention comportant une torche 1 constituée d'une électrode 2 et d'une tuyère 3 montée à coulissement dans le corps 4 de torche (avec isolement par rapport à l'électrode 1). Le systnème comporte également des moyens d'alimentation en gaz G.M. de la torche, des moyens d'alimentation électriques E.C.M. de la torche ainsi que des moyens de temporisation C.G.M., reliés d'une part aux moyens d'alimentation G.M. en gaz et d'autre part aux moyens d'alimentation électrique E.C.M. de la torche. La torche 1 est ici représentée à faible distance d'une pièce à souder ou à couper 7. La source électrique d'alimentation de la torche 1 est un transformateur 10 dont le primaire 11 est raccordé, par deux conducteurs 12 et 13, à un réseau d'alimentation 14 via un interrupteur à commande automatique 15, qui peut d'ailleurs être placé en aval du transformateur 10. Un secondaire 16 alimente un pont redresseur 17 dont une borne négative 18 est branchée à l'électrode 2 de la torche 1 via un conducteur 19, tandis qu'une borne positive 20 est raccordée, par un conducteur 21, à une borne 22 d'une inductance 23 dont l'autre borne 24 est raccordée par un conducteur 25 à la pièce à traiter 7. Un circuit auxiliaire de commainade 30 incorpore un transformateur très basse tension de sécurité 31 dont le primaire 32 est branché, via un interrupteur manuel 34, au réseau 14, en amont de l'interrupteur 15. Aux bornes du secondaire 33 du transformateur 31 sont branchés, en parallèle: - une lampe 40 d'indication de mise sous tension du circuit auxiliaire de commande 30, - un circuit de commande 41 comprenant un enroulement de comrmande 42 de l'interrupteur principal 15 en série avec un contact de relais 43, - un bobinage d'excitation 44 d'une électrovanne Vl, connectée en série avec un dispositif de temporisation 86 du type pneumatique électro-mécanique (bi-lame, etc...) ou électronique (bascule monostable déclenchée par la coupure de l'arc).; Cet ensemble (44 et 86) forme ici les mooyens de temporisation C.G.M.. Le dispositif de temporisation 86 est un dispositif qui se ferme lorsque sa bobine de commande 142 est excitée et qui ne s'ouvre qu'après un intervalle prédéterminé lorsque ladite bobine 142 n'est plus excitée (voir ci-dessous). Une borne 45 du secondaire 33 du transformateur 31 est également raccordée à la pièce 7 par un circuit incorporant en série un contact thermique 46, à ouverture en cas d'élévation anormale de température, placé dans les bobinages du transformateur principal 10, un contact 47 à fermeture sous l'effet d'une pression gazeuse, placé dans le conduit d'alimentation en gaz de la torche, un enroulement d'excitation 48, associé à une impédance 49 (condensateur 50 et résistance 51 en parallèle) , cet enroulement 48 comeandant, à l'état excité, la fermeture du contact 43, le tout étant branché, par une diode 52, à la borne 24 de l'inductance 23, tandis que la borne négative 18 est branchée, par une diode 53, à l'autre borne du secondaire 33 du transformateur 31. D'autre part, la borne 22 de l'inductance 23 est raccordée par un conducteur 55 à résistance 56 à la borne 45 du secondaire 33 du transformateur 31. L'électrovanne V1 constitue avec le conduit d'alimentation en gaz (et le robinet d'alimentation général en gaz, non représenté) les moyens d'alimentation en gaz G.M. Le fonctionnement de l'installation est le suivant: l'opérateur ferme l'interrupteur 34 du circuit auxiliaire 30 et ouvre le robinet d'alimentation général en gaz plasmagène, ce qui a pour effet de mettre sous tension le transformateur très basse tension 31 et d'allumer la lampe témoin 40. L'interrupteur principal 15 est encore en position d'ouverture. La formation de l'arc est assurée par la venue en contact mutuel de l'électrode 2, de la tuyère 3 et de la pièce 7. Le circuit auxiliaire 30 alimente, à partir du transformateur 31, l'enroulement 48 qui est excité, via les contacts de sécurité 46 et 47 et le court-circuit 2-3-7, ce qui provoque la fermeture du contact 43 du relais 48, donc l'excitation des enroulements 42 et 142, provoquant la fermeture du contact 15 d'alimentation du transformateur principal 10, ainsi que la fermeture du contact 86, de sorte que le gaz plasmagène parvient et s'écoule dans la torche. L'écartement de l'électrode 2 de la tuyère 3 forme 1' arc de soudage ou coupage entre électrode 2 et pièce 7 et établit ainsi le courant de soudage ou coupage. Le maintien de l'excitation de l'enroulement 48 est assuré par la tension aux bornes 22-24 de l'inductance 22, qui dépend de l'existence du courant de soudage ou coupage, cette tension assurant l'alimentation de l'enroulement 48 via le conducteur 55, la résistance 56, les contacts de sécurité 46, 47 et l'élément unidirectionnel 52. Dès l'extinction de l'arc de soudage provoquée par l'opérateur, l'enroulement 48 n'est plus excite, le contact 43 s'ouvre, l'enroulement 42 est également dcsexcitg ouvrant le contact 15. Simultanémant, l'enroulem=ant 142 est également désexcité provoquant la mise au repos temporisée_ du relais 86 et la fermeture de l'électrovanne V1 dont l'enroulement 44 n'est plus alimenté. Généralement, la durée de la temporisation à la fermeture de V1 varie entre 5 et 15 secondes. Cet intervalle se détermine expérimrntalement en fonction des caractéristiques de la torche et de son utilisation. On note que l'arrêt de l'installation est obtenu, en outre, et indépendamoent de l'opérateur, si la pression de gaz fait défaut (ouverture du contact 47) ou si le transformateur 10 s'échauffe anormalement (ouverture du contact 46). Un circuit de contrôle (lampe 60 et élément unidirectionnel 61) signale de façon optique l'état correct de l'alimentation gazeuse et le non-=chauffement du transformateur 10. En outre, une lampe 62 branchée en série avec un élément unidirectionnel 63 signale optiquement le bon état de l'enroulement 42 et de son contact 15. De préférence, la lampe 62 est en série avec un interrupteur à bilame 64, de sorte qu'en fonctionnement normal cette lampe 62 s'éclaire faiblement et s'éteint lors d'un arrêt de fonctionnement. Au contraire, la lampe 62 se mettra à clignoter au cas o 1 'enroulement 42 ou le contact 15 sont défectueux, du fait de l'existence d'une tension à vide élevée aux bornes du secondaire 16 du transformateur 10. De préférence, on place un appareil sonore 65 en parallèle sur la lampe 62. La figure 2 représente une variante de réalisation du système de la figure 1, variante dans laquelle les mêmes éléments que ceux de la figure 1 portent les mnmes références. L'enroulement 44 dans cette variante fait partie du circuit auxiliaire de cOmmande 30. Les moyens de tenporisation C.G.M. sont constitués ici d'une électrovanne V2 à double débit commandée par l'enroulement 84, reliés en série avec un interrupteur temporisé 85. Les extrémités de l'enroulement 84 et de l'interrupteur temporisé 85, non reliées entre-elles, sont reliées en parallèles sur l'enroulement 44 et aux bornes du secondaire du transformateur 31. Le premier débit de l'électrovanne V2 correspond au débit normal de l'appareil, ce débit étant au moins égal au débit de l'électrovanne V1. Le second débit del'électrovanne V2 est faible, comparé au premier et permet d'engendrer une fuite calibrée de gaz. Cette fuite calibrée de gaz a une valeur suffisante pour permettre de maintenir à distance la tuyère et l'électrode, c'est-à-dire maintenir la tuyère nobile en appui sur son siège dans le corps de torche 1. Suivant la structure de la torche, on détermine expérimentalement la valeur de ce second débit et l'on choisit ou l'on règle la vanne V2 de manière à obtenir ledit débit dans sa seconde position. Le fonctionnement du système selon la figure 2 est en tout point identique à celui de la figure 1 si ne n'est au niveau des moyens de tmporisation C.G.M.: Lorsque l'opérateur ferme l'interrupteur 34 du circuit auxiliaire 30, ceci a pour effet de mettre sous tension le transformateur très basse tension 31, d'allumer la lampe témoin 40 et d'exciter l'enroulement 44 de l'électrovanne V1, ce qui ouvre celle-ci. L'électrovanne V2 est fermée, en position de fuite calibrée, autorisant le second débit de gaz plasmagène dans la torche 1. La formation de l'arc de soudage ou de coupage s'effectue de la même manière que précéderment. L'amorçage de l'arc provoque l'ouverture de V2 dans sa position de premier débit. Dès l'extinction de l'arc de sondage, provoquée par l'opérateur, l'enroulement 48 est désexcité, le contact 43 s'ouvre, ce qui désexcite également les enroulements 42 et 142. Le contact 15 s'ouvre, tandis que l'interrupteur temporisé 85 s'ouvre également, après un intervalle de temps prédéterminé, provoquant le basculement de l'électrovanne V2, de sa position de premier débit dans sa position de second débit ou fuite calibrée. Pendant l'intervalle de temps prédéterminé le débit de gaz plasmagène est maintenu à sa valeur maximale, ce qui permet d'assurer le refroidissement rapide de la torche. 2578 138 Bien entendu, on peut dans cet exemple, supprimer l'électrovanne V1 et son enroulement 44, celle-ci n'ayant qu'une fonction de vanne électrique d'alimentation en gaz plasmagène. Selon une variante de l'invention particulièrement applicable lorsque le flux de gaz nécessaire au refroidissemant n'est pas très important, on peut également supprimer l'enroulement 142 et l'interrupteur temporisé 85 dans le circuit de temporisation C.G.M. de la figure 2. De cette manière, lorsque l'opérateur provoque l'extinction de l'arc de soudage, ceci engendre, par l'intermSdiaire de l'enroulemant 84, un basculemnt de l'électrovanne V2 dans sa position de faible débit, celui-ci étant alors suffisant d'une part pour maintenir la- tuyère sur son siège, à distance de l'électrode, et d'autre part pour refroidir l'électrode et/ou la tuyère de la torche. Dans cette dernière variante, les moyens de temporisation C.G.M. se réduisent ainsi aux moyens de basculement de l'électrovanne V2 de la position de premier débit à la position de second débit. De préférence, le second débit (fuite calibrée) sera tel qu'il ne peut permettre, à la fois la création et le maintien d'un arc plasma ainsi que le refroidissement suffisant de la torche. Bien qu'il soit-possible d'utiliser deux gaz différents pour engendrer les deux débits différents, avec deux circuits d'alimentation séparés, arrivant sur l'électrovanne V2, chaque circuit étant commanid en synchronisation avec la commutation de la vanne du premier au second débit et vice-versa, il sera généralement plus simple d'utiliser le même gaz pour les deux débits. REVENDICATIOS 1. - Système de soudage ou de coupage plasma constitué notamment d'une torche comportant au moins une électrode (2) et une tuyère (3), des moyens d'alimentation en gaz (G.M.) de la torche pour alimenter celle-ci en gaz plastagène ainsi que des moyens d'alimentation électriques (E.C.M.) de la torche pour engendrer, maintenir ou couper un arc électrique de soudage ou de coupage plasma, caractérisé en ce que l'électrode (2) et la tuyère (3) sont montées à débattement axial jusqu'au contact mutuel contre l'action d'un moyen élastique de rappel vers une position d'écartement nutuel maximal correspondant au fonctionnement normal et en ce qu'il comporte des-moyens de temporisation (C.G.M.) reliés, d'une part, aux moyens d'alimentation électrique (E.C.M.) de la torche, et d'autre part, aux moyens d'alimentation en gaz (G.M.) de la torche, lesdits moyens de temporisation étant sensibles à la coupure de l'arc électrique de la torche et comnandant la fermeture des moyens d'alimentation en gaz (G.M.) de la torche après un intervalle de temps prédéterminé suivant la coupure de l'arc électrique, de manière à assurer le refroidissement de la torche pendant ledit intervalle de temps. 2. - Système de soudage ou de coupage plasma selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de temporisation (C.G.M.) comportent des moyens de réglage de l'intervalle de temps prédéterminé. 3. - Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de réglage de l'intervalle de temps prédéterminé sont tels que la temporisation est fonction de la durée de la coupe précédente. 4. - Système de soudage ou de coupage plasma selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en gaz (G.M.) corportent notamment une première électrovanne (V1) dont l'ouverture ou la fermeture ccmmande le passage du gaz plasmagène, le circuit électrique de commande (44) de ladite électrovanne (V1) étant connecté aux moyens d'alimentation électrique (E.C.M.) par l'interédiaire des moyens de temporisation (C.G.M.). 5. - Système de soudage ou de coupage plasma selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel le moyen élastique de rappel est le débit de gaz plasmagène dans la tuyère, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en gaz (G.M.) comportent notamment une seconde électrovanne (V2), à deux débits, dont le circuit électrique de cmande (84) est connecté aux moyens d'alimentation électrique (E.C.M.), le premier débit correspondant aux phases pour engendrer et maintenir l'arc électrique, le second débit plus faible que le premier, correspondant à la phase dans laquelle l'arc électrique est coupé tandis que le systeme est toujours sous tension, ce second débit ayant une valeur suffisante pour maintenir la tuyère (3) et l'électrode (2) à distance l'Lune de l'autre quelle que soit la position de la torche (1). 6. - Système de -soudage ou de coupage plasma selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de temporisation (C.G.M.) sont insérés entre le circuit de carmnande (84) de la seconde électrovanne (V2) et les moyens d'alimantation électrique (E.C.M.), les moyens d'alimentation en gaz (G.M.) étant toujours ouverts lorsque le système est sous tensions, de manière a assurer le refroidissement de la torche à l'aide du premier débit de gaz lorsque l'arc électrique est ocupé, puis à maintenir ensuite l'6cartemnt entre l'électrode (2) et la tuyère (3) à l'aide du second débit de gaz.