Brevet FR2830208A1 — publié le 20030404

Procédé et dispositif vibratoire d'allumage d'arc. La présente invention concerne un procédé d'allumage d'arc au moyen d'actions périodiques ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé L'état de la technique relatif à la présente invention est un procédé et un dispositif vibratoire d'allumage d'arc pour les appareils de soudage à l'arc reposant sur la production des effets décharges entre une électrode et une pièce à usiner (ou entre deux électrodes) dans un processus de traitement vibratoire d'espace d'air entre l'électrode et la pièce précités, dans lequel un gaz de protection comme l'hélium ou l'argon, ou bien leur mélange peut être amener. Les principaux inconvénients des procédés existants d'allumage d'arc pour les appareils de soudage à l'arc reposant sur les schémas classiques d'amorçage un arc entre une pièce à usiner et une électrode sont : ta production des parasites qui réalisent l'influence négative sur l'environnement par exemple qui gênent la réseau des installations électriques et électroniques ; la complexité des schémas électriques (électroniques) et des dispositifs leurs réalisant ; la complicité de la synchronisation de tension et de courante de soudage avec les mêmes paramètres du système réalisant amorçage d'arc. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients précités et d'accroître les possibilités fonctionnelles du procédé et du dispositif A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'allumage d'arc par la conversion d'énergie d'au moins deux actions périodiques aux décharges électriques qui mettent en marche (en fonctionnement) d'au moins un circuit électrique de courante continu ou alternatif, ou mixte en attendant de sa fermeture par les décharges cités, caracténsé par les points suivants on forme au moins un circuit électrique en formant au moins un système potentiellement dynamique pour la circulation de courant alternatif ou de courant continu, ou bien de leur combinaison, on fixe par au moins un système de guidage de l'orientation dans l'espace et dans le temps l'électrode, la pièce à usiner ou leur combinaison, on forme au moins une action périodique principale : en assurant la génération d'énergie d'au moins une source d'alimentation alternative, continu ou mixte en synchronisation avec au moins premier régime potentiellement dynamique stable de la série possible de ces régimes cités pour un circuit électrique ; on gère les paramètres de la source d'alimentation par le système de régulation et on fixe la valeur de la fréquence de l'action périodique et la valeur de seuil minimale de l'amplitude de l'action garantissant l'apport d'énergie de cette source au réalisation de décharges capables de mettre en marche (en fonctionnement) d'au moins un circuit électrique de courante continu ou alternatif, ou mixte qu'attend sa fermeture par les décharges cités ; on agit par l'action périodique sur l'espace entre une électrode et une pièce à usiner (ou entre deux électrodes) et on réalise ainsi le traitement vibratoire de cet espace d'air et/ou du gaz de protection par exemple de hélium ou d'argon, ou bien de leur mélange, produisant les décharges électriques ; on forme au moins une action périodique supplémentaire : en assurant la génération d'énergie d'au moins une source d'alimentation alternative, continu ou mixte en synchronisation avec au moins une action périodique principale citée ; on agit par l'action périodique supplémentaire sur l'action périodique principale citée, on gère les paramètres de la source d'alimentation par le système de réglage et on fixe la valeur de la fréquence et la valeur de seuil minimale de l'amplitude de cet action supplémentaire garantissant la réalisation de la modulation de l'action principale cité par l'amplitude ou la phase, ou la fréquence, ou encore par leurs combinaisons, on crée l'interaction d'au moins un circuit électrique de courante continu ou alternatif, ou mixte cité avec l'action périodique par l'établissement de liens entre eux et on assure t'hétérogénéité de l'action périodique suivant l'amplitude ou la non linéanté, ou de leur combinaison, la modulation par la variation de fréquence-phase et d'amplitude de l'influence par l'action du circuit électrique de courante continu ou alternatif, ou mixte lui-même et/ou par l'excitation d'au moins une action périodique supplémentaire extérieure ou par l'action de leur combinaison, et on assure de cette façon les conditions nécessaires et suffisantes pour : la conversion d'énergie d'au moins une action périodique principale modulée par au moins une autre action périodique aux décharges électriques ; la fermeture par ces décharges d'au moins un circuit électrique de courante continu ou alternatif, ou mixte que lui permet à réaliser d'au moins un régime stable de fonctionnement ; l'autorégulation par le circuit électrique l'apport d'énergie dans chaque régime d'allumage d'arc et la reproduction stable de cet arc pendant le laps de temps nécessaire de soudage. L'invention a également pour objet un procédé vibratoire d'allumage d'arc tel que défini, caractérisé en ce que à l'aide d'au moins une action périodique supplémentaire de nature mécanique, électrique, magnétique, des vagues ou mixte, on agit sur l'électrode ou sur la pièce à souder, ou encore sur leur combinaison, on leurs traitent par la vibration et on crée ainsi des conditions complémentaires favorisant d'allumage d'arc et de protection contre oxydation des surfaces de l'électrode et de la pièce à souder. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - on alimente les systèmes d'actions périodiques par l'énergie d'une seule source d'alimentation oulet par la même source d'énergie qu'alimente circuit électrique en régime optimal et on réalise ainsi les conditions nécessaires et suffisantes de l'allumage d'arc et de la protection contre oxydation des surfaces de l'électrode et de la pièce à usiner L'invention a en outre pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un circuit électrique comprenant au moins un électrode, au moins une pièce à usiner ou une deuxième électrode, au moins une source d'alimentation, au moins un système de régulation les conditions initiales de fonctionnement du circuit électrique dans l'un des régimes dynamiques stables possibles par exemple un régulateur des caractéristiques électriques avec un système de leur indication, au moins un ballon du gaz de protection qui peut être nécessaire pour certain type de soudage ; au moins un système formant le circuit électrique par exemple un système de déclenchement avec un système de protection ; au moins un système de guidage de l'orientation dans l'espace et dans le temps : l'électrode, la pièce à usiner ou leur combinaison par exemple au moins un système manuel ou au moins un servomécanisme automatique, ou encore leur combinaison ; au moins une action périodique principale comprenant au moins une source d'énergie régulée et au moins un formateur de l'action assurant, par exemple, l'excitation des vibration sur l'espace entre au moins un électrode et au moins une pièce à usiner ; au moins une action périodique supplémentaire comprenant la source d'énergie régulée et la formateur des vibrations assurant la modulation d'amplitude et non linéarité de l'action périodique principale, ou leur combinaison par moyen de l'excitation des vibrations mécaniques ou électriques, ou magnétiques, ou des vague ou encore par leurs combinaisons ; au moins un système de régulation, de commande et d'optimisation comprenant, par exemple, un système de liaison du circuit électrique, de l'action périodique principale, de l'action périodique supplémentaire et système d'apport du gaz de protection dans l'espace de soudage, et au moins un système de gestion et de synchronisation du fonctionnement de tous les systèmes du dispositif afin d'assurer la réalisation d'au moins un régime stable de fonctionnement du circuit électrique et de l'arc électrique. L'invention a enfin pour objet, un dispositif vibratoire d'allumage d'arc pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un système d'action principale vibratoire notamment au moins un système d'excitation électrique ou mécanique, ou magnétique, ou des vagues ou encore leurs combinaisons, qui agit sur l'espace entre l'électrode et la pièce à usiner, au moins un système d'action périodique supplémentaire, notamment de type mécanique, magnétique, électrique, ultrasonore, des vagues ou mixte assurant les conditions supplémentaires et/ou l'optimisation d'allumage d'arc et la protection d'électrode et la pièce à usiner contre l'oxydation Suivant d'autres caractéristiques - le système d'action périodique principale et le système d'action périodique supplémentaire sont réunis en un seul système d'action pénodique, - les sources d'alimentation du système d'action périodique principale et des systèmes d'actions périodiques supplémentaires sont réunis en une seul source d'alimentation ; - les sources d'alimentation de tous systèmes d'actions périodiques et du circuit électrique sont réunis en une seul source d'alimentation. L'invention proposée est basée sur le phénomène de conversion d'énergie d'au moins deux actions périodiques aux décharges électrique Les circuits électriques peuvent être : des circuits de courant continu, des circuits de courant alternatif ou des circuits de courant mixte par leurs combinaisons. Les régimes dynamiques de fonctionnement d'au moins un circuit électrique peuvent être mise en route par les décharges électriques et réalisés sous forme de trois type de circulation du courant, par exemple : courant continu, courant périodique (alternatif) ou courant de leur combinaison Les actions périodiques peuvent être représentée par : des forces concentrées ou l'action des vagues, ou d'action des champs magnétiques et/ou électromagnétiques, ou les systèmes et processus oscillatoires, les différentes combinaisons de forces, d'actions, de systèmes et processus, et encore par leurs différents combinaisons. L'interaction d'un circuit électrique avec les actions périodiques est basée sur le mécanisme de formation des conditions nécessaires et suffisantes permettant au ce circuit de guider l'action périodique et de l'adapter à son propre régime de fonctionnement. Pratiquement, cela peut se réaliser, par exemple, au moyen de la modulation, c'est-à-dire de la modulation par variation de fréquence - phase et/ou d'amplitude de l'action principale par circuit électrique et/ou par au moins une action périodique supplémentaire, de l'obtention du caractère non linéaire de l'action périodique principale ou de leur hétérogénéité suivant l'amplitude, ainsi que la réalisation de leurs combinaisons. A l'issue d'une telle interaction, l'arc s'allume et simultanément, ferme le circuit électrique. Ainsi, l'allumage d'arc par le principe de la modulation par variation de fréquence-phase et/ou d'amplitude est réalisé en tant que mécanisme assurant le mise en marche du circuit électrique et la réalisation d'un régime stable de fonctionnement de ce circuit et d'arc électrique Si les conditions nécessaires sont respectées, l'interaction du circuit électrique avec l'action périodique principale et l'action périodique supplémentaire s'accompagne d'une série de propriétés spécifiques assurant ta conversion d'énergie de l'action périodique principale dans les décharges électnques ; te mise en marche du circuit électrique et la réalisation d'au moins premier régime dynamique stable de la séné possible de ces régimes dépendant de valeurs du courant ou de la tension, ou bien de leur combinaison qui sont nécessaire pour réalise le soudage avec les caracténstiques précis du matérielles de l'électrode, de la pièce à usiner, du gaz de protection (argon, hélium, air ou leur combinaison) et du type de soudage traditionnel ou par le plasma ; l'autorégulation des processus de conversion d'énergie des actions périodiques dans les décharges électriques, la synchronisation d'allumage d'arc avec la fermeture du circuit électrique et la réalisation du régime stable de son travail Ainsi, l'allumage d'arc est basé sur le mécanisme de conversion d'énergie d'au moins deux actions périodiques aux décharges électriques et la synchronisation avec la fermeture d'un circuit électrique et de régime stable de son fonctionnement Ce procédé peut être appliquer dans les différents cas de la soudure classique et de la soudure par le plasma pour : la soudure d'acier et de tôle en acier, cuivre, aluminium ou différentes leurs combinaisons, pour les différents cas d'utilisation des matériaux céramiques, composites ou leur combinaison aussi que pour les applications spéciales par exemple pour la fabrication de tuyaux à partir de longue bande de matériaux cité, pour la soudure de haute précision etc. Le champ d'application qui couvre ce procédé s'inclut de toutes types de soudure avec les électrode consommables et non consommables et des appareils manuels et robotisés. Sur la figures 1 et 2 sont représentés les schémas de principe d'un dispositif mettant en oeuvre le procédé vibratoire d'allumage d'arc Le schéma de principe donné à la figure 1 comprend : un circuit électrique 1 comprenant un électrode A, une pièce à usiner ou une deuxième électrode B, une source d'alimentation C avec régulateur D de ces caractéristiques électriques, un ballon du gaz E de protection qui peut être nécessaire pour certain type de soudage, un système 2 formant le circuit électrique 1 par exemple un système de déclenchement avec un système de protection ; un système (3,13) de guidage de l'orientation dans l'espace et dans le temps l'électrode (A), la pièce à usiner (B) ou leur combinaison par exemple un système manuel ou un servomécanisme automatique, ou encore leur combinaison, une action périodique principale 4 comprenant la source d'énergie régulée 4'et au moins un formateur 4"de l'action assurant, par exemple, l'excitateur des vibrations dans l'espace entre un électrode A et une pièce à usiner B, une action périodique supplémentaire 5 comprenant la source d'énergie régulée 5'et la fonnateur 5"des vibrations assurant la modulation d'amplitude et non linéarité de l'action périodique principale, ou leur combinaison par moyen de l'excitation des vibrations mécaniques ou électriques, ou magnétiques, ou des vague ou encore par leurs combinaisons ; un système 6 de régulation, de commande et d'optimisation comprenant, par exemple, un système de liaison du circuit électrique 1, de l'action périodique principale 4, de l'action périodique supplémentaire 5 et système E d'apport du gaz de protection dans l'espace de soudage, et un système de gestion et de synchronisation du fonctionnement de tous les systèmes du dispositif afin d'assurer la réalisation d'au moins un régime stable de fonctionnement du circuit électrique et de l'arc électrique. Le schéma de principe donné à la figure 2 comprend les mêmes ensembles que le schéma sur la figure 1 et un système supplémentaire 7 d'action périodique assurant les conditions complémentaires d'optimisation d'allumage d'arc et la protection de l'électrode et de la pièce à usiné contre l'oxydation. Cet action 7 comprend une source d'alimentation 7'avec le régulateur de ses caractéristiques et un formateur 7". Le formateur 7"peut être représenter par un système vibratoire mécanique ou électrique, ou magnétique, ou des vagues ou encore par leurs combinaisons Le procédé vibratoire d'allumage d'arc est mis en oeuvre à l'aide du dispositif dont le schéma est représenté à la figure 1 de la façon suivante. Le circuit électrique 1 conditionné par les systèmes 2 et 3 est lancé initialement dans une régime potentiellement dynamique stable de fonctionnement qu'assure la condition d'interaction de la circuit électrique 1 avec l'action périodique 4 à l'aide du système 6. Dans ce cas, l'action 4 est formée de la façon suivante A l'aide de la source régulée 4'et du formateur 4", on forme le système capable de générer l'énergie et d'exercer l'action périodique 4 sur l'espace entre l'électrode A et la pièce à usiner B, par exemple, d'une façon non linéaire ou d'une façon hétérogène suivant l'amplitude de l'action ou bien dans leur combinaison On établit par le système 6 la valeur minimale (de seuil) de l'amplitude de l'action 4 assurant la conversion d'énergie de l'action 4 dans les décharges électriques dans l'espace citée et la fermeture du circuit électrique qui, immédiatement, lance l'arc électrique stable entre l'électrode et la pièce à usiner La présente invention fait appel à un procédé d'action simultanée sur un milieu physique 2 (Fig. 1) et sur un milieu entre un électrode A et une pièce à usiner B (Fig. 1 et 2), à l'aide d'au moins deux actions périodiques, tel que décrit précédemment dans le brevet français n"96 02 080 des mêmes demandeurs. Cependant, à la différence de l'invention décrite dans le brevet précitée, la mise en oeuvre d'au moins deux actions périodiques sur le milieu traité est utilisée non pas pour leur mélange, mais pour la conversion d'énergie destinée au création des décharges et lancement d'une arc électrique. Dans le cadre de la présente invention, le procédé selon le brevet français n 96 02 080 est appliqué à la conversion d'énergie au allumage d'arc électrique de la façon suivante Conformément au procédé décrit dans le brevet français n 96 02 080, dans les conditions déterminées, dans un milieu traité simultanément par au moins deux actions périodiques, on réalise la conversion de leur énergie aux décharges électrique et la fermeture du circuit électrique 1 qui, immédiatement, lance l'arc électrique stable entre l'électrode A et la pièce à usiner B (fig. 1 et 2) REVENDICATIONS 1. Procédé vibratoire d'allumage d'arc par la conversion d'énergie d'au moins deux actions périodiques (4, 5,14 15) aux décharges électriques, caractérisé en ce que on forme au moins un circuit électrique (1, 11) en formant par au moins un système (2,12) au moins un système potentiellement dynamique pour la circulation réglable par le système de régulation (D) des paramètres électriques de tension et de courant alternatif ou continu, ou bien de leur combinaison, on fixe par au moins un système (3, 13) de guidage de l'orientation dans l'espace et dans le temps'l'électrode (A), la pièce à usiner (B) ou leur combinaison on forme au moins une action périodique principale (4, 14) en assurant la génération d'énergie d'au moins une source d'alimentation (4', 14') alternative, continu ou mixte en synchronisation avec au moins premier régime potentiellement dynamique stable de la série possible de ces régimes cités pour un circuit électrique (1, 11) ; on gère les paramètres de la source d'alimentation par le système de régulation (4", 14") et on fixe la valeur de la fréquence de l'action périodique et la valeur de seuil minimale de l'amplitude de l'action garantissant l'apport de l'énergie de cette source au réalisation de décharges capables de mettre en marche (en fonctionnement) d'au moins un circuit électnque (1, 11) de courante continu ou alternatif, ou mixte qu'attend sa fermeture par les décharges cités ; on agit par cette action périodique principale (4,14) sur l'espace entre une électrode (A) et une pièce (B) à souder (ou entre deux électrodes) et on réalise ainsi le traitement vibratoire de cet espace d'air et/ou du gaz de protection (E) par exemple de hélium ou d'argon, ou bien de leur mélange, produisant les décharges électriques, on forme l'action périodique supplémentaire (5,15) en assurant la génération d'énergie d'au moins une source d'alimentation (5', 15') alternative, continu ou mixte en synchronisation avec au moins une action périodique pnnclpale citée, on agit par l'action périodique supplémentaire (5,15) sur l'action périodique principale (4,14) citée, on gère les paramètres de la source d'alimentation (5', 15') par le système de réglage (5", 15") et on fixe la valeur de la fréquence et la valeur de seuil minimale de l'amplitude de cet action supplémentaire (5. 15) garantissant la réalisation de la modulation de l'action principale (4, 14) cité par l'amplitude ou la phase, ou la fréquence, ou encore par leurs combinaisons, on crée l'interaction d'au moins un circuit électrique (1,11) de courante continu ou alternatif, ou mixte cité avec d'au moins une action périodique principale (4,14) et d'au moins une action supplémentaire (5,15, 17) par l'établissement de liens entre eux et on assure. l'hétérogénéité de l'action périodique principale (4,14) suivant l'amplitude ou la non linéarité, ou de leur combinaison, ta modulation par la variation de fréquence-phase et d'amplitude d'influence de l'action principale (4,14) par l'action du circuit électrique (1,11) de courante continu ou alternatif, ou mixte lui-même et/ou par l'excitation d'au moins une action périodique supplémentaire (5,15, 17) extérieure ou par l'action de leur combinaison, et on assure de cette façon les conditions nécessaires et suffisantes pour-la conversion d'énergie d'au moins une action périodique principale (4, 14) aux décharges électriques ; la fermeture par ces décharges d'au moins un circuit électrique (1,11) de courante continu ou alternatif, ou mixte que lui permet à réaliser d'au moins un régime stable de fonctionnement ; l'autorégulation par le circuit électrique (1,11) l'apport d'énergie dans chaque régime d'allumage d'arc et la reproduction stable de cet arc pendant le laps de temps nécessaire de soudage 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'aide d'au moins une action périodique supplémentaire (17) de nature mécanique, électnque, magnétique, des vagues ou mixte, on agit sur l'électrode (A) ou sur la pièce à souder (B), ou encore sur leur combinaison, on leurs traitent par la vibration et on crée ainsi des conditions complémentaires favorisant d'allumage d'arc et de protection contre oxydation des surfaces de l'électrode (A) et de la pièce à souder (B). 3 Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on alimente les systèmes d'actions périodiques (4,5, 14,15, 17) par l'énergie d'une seule source d'alimentation ou/et par la même source d'énergie (C) qu'alimente circuit électrique (1,11) en régime optimal et on réalise ainsi les conditions 1 nécessaires et suffisantes de l'allumage d'arc et de la protection contre oxydation des surfaces de l'électrode (A) et de la pièce à usiner (B). 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un circuit électrique (1, 11) comprenant un électrode (A), au moins une pièce à usiner (B) ou une deuxième électrode, au moins une source d'alimentation (C), au moins un système (D) de régulation les conditions initiales de fonctionnement du circuit électrique (1,11) dans l'un des régimes dynamiques stables possibles par exemple un régulateur des caractéristiques électriques avec un système de leur indication, au moins un ballon du gaz (E) de protection qui peut être nécessaire pour certain type de soudage, au moins un système (2, 12) formant le circuit électrique (1,11) par exemple un système de déclenchement avec un système de protection ; au moins un système (3,13) de guidage de l'orientation dans l'espace et dans le temps. l'électrode (A), la pièce à usiner (B) ou leur combinaison par exemple au moins un système manuel ou au moins un servomécanisme automatique, ou encore leur combinaison ; au moins une action périodique principale (4,14) comprenant au moins une source d'énergie régulée (4', 14') et au moins un formateur (4", 14") de l'action assurant, par exemple, l'excitation des vibration sur l'espace entre au moins un électrode (A) et au moins une pièce à usiner (B) ; au moins une action périodique supplémentaire (5,, 15) comprenant la source d'énergie régulée (5', 15') et la formateur (5", 15") des vibrations assurant la modulation d'amplitude et non linéarité de l'action périodique principale (4,14), ou leur combinaison par moyen de l'excitation des vibrations mécaniques ou électriques, ou magnétiques, ou des vague ou encore par leurs combinaisons, au moins un système (6,16) de régulation, de synchronisation, de commande et d'optimisation comprenant, par exemple, un système de liaison du circuit électrique (1, 11), de l'action périodique principale (4,14), de l'action périodique supplémentaire (5,15) et système d'apport du gaz (E) de protection dans l'espace de soudage, et au moins un système de gestion et de synchronisation du fonctionnement de tous les systèmes du dispositif afin d'assurer la réalisation d'au moins un régime stable de fonctionnement du circuit électrique et de l'arc électrique 5 Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un système (14) d'action vibratoire principale notamment d'excitateur 1 électrique ou mécanique, ou magnétique, ou des vagues ou encore leurs combinaisons, qui agit sur l'espace entre l'électrode et la pièce à usiner, au moins un système (17) d'action périodique supplémentaire, notamment de type mécanique, magnétique, électrique, ultrasonore, des vagues ou mixte assurant les conditions supplémentaires et/ou l'optimisation d'allumage d'arc et la protection d'électrode (A) et de pièce à usiner (B) contre l'oxydation, au moins un système d'alimentation régulée (17') et au moins un formateur (17") d'action (17). 6 Dispositif suivant les revendications 4 à 5, caractérisé en ce que : - le système d'action périodique principale (4, 14) et le système d'action périodique supplémentaire (5,15) sont réunis en un seul système d'action périodique, - les sources d'alimentation du système d'action périodique principale (4,14) et des systèmes (5, 15, 17) d'actions périodiques supplémentaires sont réunis en une seul source d'alimentation ; - les sources d'alimentation de tous systèmes d'actions périodiques et du circuit électrique sont réunis en une seul source d'alimentation.