Brevet FR2613965A1 — publié le 19881021

261396' La présente invention concerne le soudage et plus particulièrement les dispositifs de soudage. L'invention peut surtout trouver son application dans la technique du microsoudage au plasma, notamment: soudage bout à bout, en T, en angle, à recouvrement. L'invention peut trouver son application la plus efficace dans le soudage de tales minces et de feuilles métalliques effectué avec un interstice garanti entre les éléments à souder. Les articles soudés à l'aide de ce dispositif peuvent être largement utilisés dans les industries électroniques, chimique, dans la technique du vide et dans la médecine. Pour le microsoudage au plasma (dans ce qui suit: microplasmasoudage) des métaux, l'essentiel est d'obtenir une haute qualité de la soudure, son homogénéité, l'étan- chéité, la résistance mécanique, l'aspect, ainsi que la productivité des procédés de soudage, la fiabilité des installations, la possibilité d'en réaliser les lignes de production automatisées et robotisées avec commande et contrôle par ordinateur. Tout dépend de la conception du dispositif choisi. Il existe un dispositif de microplasmasoudage (voir par exemple, B.E. Paton "Microplasmasoudage", 1979, "Naoukova doumka, Kiev, pages 111 à 116). Ce dispositif comprend un transformateur triphasé à dissipation magnétique et à bobines mobiles fonction- nant à la fréquence du secteur industriel (50 Hz + 2,5 %), et trois redresseurs branchés sur les secondaires du trans- formateur. Sur deux redresseurs est branché, via un commutateur à thyristors, l'électrode d'un chalumeau de soudage, alors que le troisième redresseur est relié, via un oscillateur, à la buse à arc plasma du chalumeau de soudage. Le transformateur à dissipation magnétique et à bobines mobiles est destiné au réglage du courant de soudage. Le réglage du courant de soudage se fait par 261396' déplacement des bobines mobiles le long de la colonre c. circuit magnétique du transformateur à l'aide d'un ertrai- nement électromécanique utilisant un moteur asynchrone réversible. Les redresseurs convertissent la tension alternative des secondaires du transformateur en tension continue, deux redresseurs étant utilisés pour alimenter l'arc de soudage et le troisième, pour l'alimentation électrique d'un arc auxiliaire et de l'oscillateur. L'oscillateur produit des impulsions haute tension pour réaliser un percement électrique primaire de l'entrefer entre la buse et l'électrode du chalumeau à arc plasma ou plasmatron et pour allumer un arc auxiliaire dans cet entrefer. Le commutateur à thyristors branche périodique- ment, à l'électrode du plasmatron, les redresseurs alimen- tant l'arc de soudage et permet d'obtenir des impulsions du courant de soudage de forme rectangulaire de différentes durées et fréquences. L'inconvénient notable du dispositif de microplasma- soudage réside en ce que la conversion de l'énergie dans le dispositif se fait à la fréquence du secteur industriel, ce qui entraîne une consommation élevée de l'acier et du cuivre utilisés par transformateur triphasé, ainsi que l'augmentation des cotes d'encombrement et de la masse métallique de la structure. L'utilisation de bobines mobiles pour régler le courant de soudage diminue la fiabilité du transformateur triphasé et rend sa fabrica- tion plus difficile à cause de l'entrainement électromé- canique des bobines. Outre cela, les pertes considérables de puissance pour la dissipation magnétique dans le transformateur triphasé diminuent le rendement du dispositif et le commutateur à thyristor n'assure pas la production d'impulsions du courant de soudage d'une forme arbitraire. 261396E Le plus proche, du point de vue idée technique, est un dispositif de soudage (voir article "Source d'alimentation polyvalente à entrée sans transformateur" par Mansourov S.I. revue "Instruments et technique de l'expérience", 1981, n0 3, pages 145 à 148). Le dispositif comporte, en série, un onduleur, un redresseur, une porte de puissance, un filtre et un organe de mesure, ainsi qu'un générateur de tension en dents de scie dont l'entrée est branchée sur la sortie de l'onduleur et un comparateur. Le dispositif de soudage fonctionne de la façon suivante. Au branchement de l'onduleur sur la source d'alimen- tation, sa sortie délivre une tension alternative de fréquence élevée qui, via le redresseur, la porte de puissance à enclenchement périodique, le filtre et l'organe de nesure, est appli- quée au chalumeau de soudage. En même temps, la tension de sortie de l'onduleur, atta- quant l'entrée du générateur de tension en dents de scie, synchronise son fonctionnement de façon que la mise à zéro de la tension à la sortie du générateur de tension en dents de scie se fasse au passage par zéro de la tension de sortie de l'onduleur. A l'entrée du comparateur arrivent trois tensions: celle de la sortie du générateur de tension en dents de scie, celle de l'organe de mesure et celle de la source extérieure d'un dispositif de consigne de régime. L'action de ces tensions sur le comparateur fait que sa sortie délivre des impulsions de tension débloquant la porte de puissance. Dans ce cas, le temps de l'état débloqué de la porte de puissance est propor- tionnel (le courant du chalumeau de soudage étant constant) à la tension appliquée par la source extérieure. Ce dispositif connu permet de réduire la masse métallique de la structure par la réduction de la masse et de l'encombrement du transformateur de soudage à la conversion de l'énergie à des fréquences élevées. L'absence de dissipation magnétique augmente notablement le rende- ment du dispositif et l'absence de pièces mobiles d'entraînement des bobines du transformateur élève la fiabilité du fonctionnement. La présence, dans le dispo- sitif, d'un organe de mesure inséré dans le circuit de réaction et d'un dispositif de consigne de régime de fonctionnement permet de produire, à la sortie, des impulsions du courant de soudage de forme arbitraire. Cependant, le dispositif considéré n'est pas absolu- ment fiable dans le travail par suite de la réduction de la durée de service des portes de puissance de l'onduleur (par exemple, des transistors) parce que la commutation des portes de puissance de l'onduleur a lieu au moment de passage du courant maximal à travers ces dernières, ce qui a pour résultat le dégagement d'une grande puissance impulsionnelle instantanée aux jonctions émetteur-collecteur des portes de puissance au moment de leur commutation. L'invention vise à créer une telle structure du dispositif de soudage o, par suite d'une modification du circuit de commande de l'onduleur, seraient assurées l'augmentation de la fiabilité ainsi que de la longévité des portes de puissance de l'onduleur. Le but est obtenu du fait qu'un dispositif de soudage qui comporte un comparateur relié électriquement à un dispositif de consigne de régime, avec en série, un onduleur, un redresseur, une porte de puissance, un filtre, un organe de mesure, ainsi qu'un générateur de tension en dents de scie dont l'entrée est branchée sur la sortie de l'onduleur, conformément à l'invention, comporte aussi deux circuits de comparaison avec des sources de tension de référence et un circuit logique 26 1395 "ET" et la sortie du générateur de tension en ce-ts ce scie est reliée aux entrées des circuits de ccmpare:sc- et à une première entrée du comparateur, une deuxième e: une troisième entrées du comparateur étant branchées scr la sortie de l'organe de mesure et sur celle du disposit:f de consigne de régime, respectivement, tandis que la sortie du comparateur est branchée sur une première entrée du circuit logique "ET" et les sorties des circuits de comparaison avec sources de tension de référence le sont sur la deuxième entrée du circuit logique "ET" dont la sortie est reliée à l'entrée de la porte de puissance. L'utilisation de deux circuits de comparaison avec sources de tension de référence permet d'isoler, sur la courbe de tension du générateur de tension en dents de scie, un tronçon limité d'en haut et d'en bas par les niveaux de tension de référence et de présenter le tronçon isolé sous la forme d'une impulsion de tension dont la durée peut être réglée par les sources de tension de référence. L'utilisation du circuit logique "ET" permet de ne débloquer la porte de puissance du dispositif de soudage qu'aux moments o une tension est présente aux sorties des circuits de comparaison. L'utilisation de l'organe de mesure permet de transformer la valeur du courant de soudage en tension et, ensuite, de l'utiliser pour la comparer à la tension à la sortie du dispositif de consigne de régime. Le branchement de la sortie de l'onduleur sur l'entrée du générateur de tension en dents de scie synchronise la croissance et la décroissance de la tension en dents de scie sur les moments de commutation des portes de puissance de l'onduleur. Le branchement de la sortie du générateur de tension en dents de scie sur les entrées des circuits de compa- raison avec sources de tension de référence assure la formation, aux sorties réunies, de deux dernières:j- sions de tension apparaissant seulement aux moments o les portes de puissance de l'onduleur se trouvent en état statique. Le branchement des trois entrées du comparateuT, respectivement, sur la sortie du générateur de tension en dents de scie, sur l'organe de mesure et sur le dispositif de consigne de régime,assure la variation de la durée de l'impulsion de sortie du comparateur propor- tionnellement aux valeurs de tension de l'organe de mesure et du dispositif de consigne de régime aux moments de croissance de la tension de sortie du générateur de tension en dents de scie. Le branchement des deux entrées du circuit logique "ET", respectivement, sur la sortie du compara- teur et sur les sorties des circuits de compa- raison avec sources de tension de référence assure la formation d'une impulsion de tension sur la sortie du circuit logique "ET" seulement en cas de présence simultanée des impulsions de tension à ses entrées. Le branchement de la sortie du circuit logique "ET" sur l'entrée de la porte de puissance assure le déblocage de cette dernière seulement en présence de l'impulsion de tension à la sortie du circuit logique "ET". Une telle modification du circuit de commande du dispositif de soudage assure l'élévation de la fiabilité du travail et augmente la longévité des portes de puissance de l'onduleur par suite de la synchronisation de leur commutation avec l'état bloqué de la porte d'alimentation. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels: - la figure 1 représente un schéma fonc---e c dispositif de soudage, objet de l'invention; - la figure 2 représente les épures des terns cs illustrant son fonctionnement. Le dispositif de soudage selon l'invention comporte en série, un onduleur 1, un redresseur 2, une porte de puissance 3, un filtre 4, un organe de mesure 5 et un chalumeau de soudage 6. La sortie de l'onduleur 1 est branchée sur l'entrée d'un générateur de tension en dents de scie, et la sortie de ce dernier est reliée aux entrées de circuits de comparaison 8, 9 avec des sources de tension de référence 10, 11, respectivement, et à une première entrée d'un comparateur 12. Les sorties des circuits de comparaison 8, 9 sont reliées à une première entrée d'un circuit logique "ET" 13, la deuxième entrée du circuit logique "ET" 13 est branchée sur la sortie du comparateur 12 dont les deuxième et troisième entrées sont reliées à la sortie de l'organe de mesure 5 et à la sortie d'un dispositif de consigne de régime 14. Le dispositif fonctionne de la façon suivante. Lorsque l'onduleur 1 se trouve branché sur une source d'alimentation, sa sortie délivre une tension alternative de forme rectangulaire (figure 2a). La tension de sortie de l'onduleur 1 (figure 1), redressée par le redresseur 2, est appliquée au chalumeau de soudage 6 via la porte de puissance 3 à enclenchement périodique, le filtre 4 et l'organe de mesure 5. En même temps, la tension de sortie de l'onduleur 1 qui attaque l'entrée du générateur de tension en dents de scie 7 synchronise son fonctionnement de façon que la diminution brusque jusqu'à zéro de la tension à la sortie de ce dernier se fasse au passage par zéro de la tension de sortie de l'onduleur 1 aux moments tO, t3, t6 (droite 15, figure 2b). La tension de sortie en dents de scie du générateur de tension en dents de scie 7 (figure 1) attaque la première entrée du circuit de comparaison 8 et la première e-:rèe C.i circuit de comparaison 9. Le circuit de comparaison 8 compare la tension en dents de scie à la tension continue de la source de tension de référence 10 attaquant sa deuxième entrée (droite 16, figure 2b), en formant à sa sortie des impulsions de tension correspondant à un "1" logique dans les intervalles de temps t4 à t6 (figure 2c). Le circuit de comparaison 9 (figure 1) compare la tension en dents de scie à la tension continue de la source de tension de référence 11 attaquant sa deuxième entrée (droite 17, figure 2b) en produisant à sa sortie des impulsions de tension correspondant à un "1" logique dans les intervalles de temps t0 à t2, t3 à t5 (figure 2d). Par suite de l'addition des deux tensions arrivant des circuits de comparaison 8 et 9 (figure 1) dans les intervalles de temps t1 à t2, t4 à t5, des impulsions de tension se forment, correspondant à un "1" logique (figure 2e) attaquant, ensuite, la première entrée du circuit logique "ET" 13 (figure 1). A la deuxième entrée du circuit logique "ET" 13 arrivent les impulsions de tension correspondant à un "1" logique, de la sortie du comparateur 12 (figure 2f), produites par ce dernier par suite d'une addition algébrique à son entrée des tensions de la sortie du générateur de tension en dents de scie 7, du dispositif de consigne de régime 14 et de l'organe de mesure 5. Le comparateur 12, l'organe de mesure 5 et le dispositif de consigne de régime 14 forment un circuit de régulation et de stabilisation du courant de l'arc de soudage fonctionnant sur le principe de modulation de la durée d'impulsions. Sous l'action du circuit de régulation et de stabilisation du courant de l'arc de soudage, la durée des impulsions de soudage à la sortie du comparateur 12 peut varier dans les intervalles de temps t0 à t3, t3 à t6, mais les impulsions de tension à la sortie du circuit logique "ET" 13 ne peuvent se former que dans les intervalles de temps t1 à t2, t4 à t5. 26!365 Ainsi, se trouve limitée la durée des impulsions ce tension attaquant l'entrée de la porte de puissance 3 depuis la sortie du circuit logique "ET" 13. La porte d'alimentation 3 étant débloquée, sa sortie délivre de impulsions puissantes de tension (figure 2g) lissées par le filtre 4 (figure 2h). En comparant les épures de tension montrées sur les figures 2a et 2e, on peut noter que le changement de polarité de la tension de sortie de l'onduleur i (figure 1) n'a lieu que lorsque la porte de puissance 3 est bloquée, c'est-à-dire, lorsque la charge est débranchée en régime de marche à vide de l'onduleur 1. C'est pourquoi la puissance impul- sionnelle se dégageant aux jonctions émetteur-collecteur des portes de puissance 3 de l'onduleur i au moment de leur commutation, est faible. L'invention permet d'augmenter la fiabilité du fonctionnement et de prolonger la durée de service de l'onduleur 1 par diminution de la puissance impulsionnelle se dégageant dans les portes de puissance de l'onduleur 1 au moment de leur commutation. Le branchement de la sortie du générateur 7 de tension en dents de scie aux entrées des circuits de comparaison 8, 9 avec les sources de tension de référence , 11 et à la première entrée du comparateur 12 dont les deuxième et troisième entrées sont reliées aux sorties de l'organe de mesure 5 et du dispositif de consigne de régime 14, respectivement, ainsi que le branchement de la sortie du comparateur 12 à la première entrée du circuit logique "ET" 13 dont la sortie est reliée à l'entrée de la porte d'alimentation 3, permet d'augmenter la fiabilité de fonctionnement et de prolonger la durée de service de l'onduleur 1 par diminution de la puissance impulsionnelle se dégageant dans les portes de puissance de l'onduleur 1 aux moments de leur commutation parce que la commutation des portes de puissance de l'onduleur 1 n'à lieu que lorsque la porte de puissance est bloquée. - REVENDICATION - Dispositif de soudage du type comportant un comparateur et en série, un onduleur, un redresseut, une porte de puissance, un filtre et un organe de mesure, ainsi qu'un générateur de tension en dents de scie dont l'entrée est branchée à la sortie de l'onduleur, carac- térisé en ce que le dispositif comporte également deux circuits (8, 9) de comparaison avec des sources de tension de référence (10, 11) et un circuit logique "ET" (13), la sortie du générateur de tension en dents de scie (7) étant reliée aux entrées des circuits de comparaison (8, 9) avec les sources de tension de référence (10, 11) et à la première entrée du comparateur (12), dont les deuxième et troisième entrées sont branchées aux sorties de l'organe de mesure (5) et d'un dispositif de consigne de régime (14), respectivement, tandis que la sortie du comparateur (12) est branchée à une première entrée du circuit logique "ET" (13), et la sortie des circuits de comparaison (8, 9) avec les sources de tension de référence (10, 11) est branchée à la deuxième entrée du circuit logique "ET" (13) dont la sortie est reliée à l'entrée de la porte de puissance (3).