Brevet FR2847088A1 — publié le 20040514

La présente invention concerne une source de courant de soudage, tel un poste de soudage, comportant un transformateur multi-phasé à plusieurs sorties intermédiaires permettant d'opérer un réglage grossier, c'est-à-dire discontinu par plages, et des moyens de réglage fin, c'est-àdire continu au sein d'une plage donnée, tel qu'un transducteur, situés du côté primaire ou secondaire du transformateur, permettant d'opérer un réglage fin de la source de courant. Il est connu que les caractéristiques d'un poste de soudage doivent être adaptées au procédé qu'il permet de mettre en u̇vre. Ainsi, en soudage MIG/MAG (Metal Inert Gas /Métal Active Gas), les caractéristiques des postes sont dîtes "horizontales" dans le plan U(I), comme montré en figure 1, alors qu'en soudage TIG (Tungsten Inert Gas) ou à l'électrode enrobée, les caractéristiques des postes doivent être "plongeantes" ou "verticales" dans le plan U(I), comme montré en figure 3. De là, dans le cas des postes de soudage MIG/MAG, pour obtenir des caractéristiques horizontales réglables, on utilise habituellement un transformateur à sorties multiples. La sortie utilisée est sélectionnée en fonction de la tension d'arc nécessaire à l'opération de soudage par un ou plusieurs commutateurs, souvent à deux commutateurs dont le premier sert à obtenir un réglage grossier du poste de soudage, alors que le second commutateur permet d'affiner ce réglage. Le schéma de principe d'un poste à diodes pour soudage MIG/MAG est représenté en figure 2. L'inconvénient de cette technique est de ne proposer qu'un réglage par palier actionnable uniquement hors soudage, c'est-à-dire avant le début de l'opération de soudage. De plus, on obtient une série de points de fonctionnement distincts qui ne permettent pas de balayer la totalité des conditions de soudage existantes, comme visible sur la figure 1 qui schématise les points de fonctionnement d'un poste à diodes pour soudage MIG/MAG. Par ailleurs, dans le cas des postes de soudage TIG ou à l'électrode enrobée, pour obtenir des caractéristiques plongeantes ou verticales nécessaires, comme montré sur la figure 3 qui schématise la plage de fonctionnement d'un poste à transducteur pour le soudage à l'électrode enrobée, on utilise classiquement soit un transformateur à fuites qui permet le réglage de l'intensité de soudage par des commutateurs (réglage par palier) ou par action sur le couplage magnétique entre enroulements (réglage continu de type mécanique); soit un transducteur placé au secondaire du transformateur, en amont du redresseur (donc côté alternatif), celui-ci se comporte comme une self réglable qui permet d'ajuster la caractéristique du poste. Le schéma de principe d'un poste à transducteur pour le soudage à l'électrode enrobée est donné en figure 4. L'avantage majeur de cette technique est de permettre un réglage continu du poste, en cours de soudage ou hors soudage, ce réglage pouvant être déporté à proximité de l'opérateur, via une commande à distance. Toutefois, si l'élément est utilisé pour régler la caractéristique sur une plage complète d'utilisation, par exemple 70V de tension à vide et un courant de soudage allant de 100A à 400A, le volume et le coût de ce composant électromagnétique deviennent élevés. De plus, cette manière de procéder est mal adaptée aux procédés de soudage MIG et MAG. Le but de l'invention est alors de proposer un poste de soudage, en particulier MIG/MAG, amélioré de manière à pouvoir ajuster la tension ou le courant par plage ou palier (le réglage de la tension engendrant une variation de l'intensité, et inversement), de commander électriquement ce réglage et de réduire le nombre de sorties intermédiaires du transformateur principal du poste ou générateur de soudage. La solution de l'invention est alors une source de courant de soudage ou de coupage à l'arc électrique pour fournir un courant électrique à une torche de coupage ou soudage, comprenant : - un transformateur multi-phasé possédant plusieurs sorties intermédiaires permettant d'opérer un réglage discontinu de la source de courant en tension (U) ou en intensité (I), ledit réglage discontinu s'effectuant en sélectionnant une plage prédéterminée de tension ou de courant, et - des moyens de réglage fin, situés du côté au primaire dudit transformateur, coopérant avec ledit transformateur et permettant d'opérer un réglage continu de la source de courant en tension (U) ou en intensité (I), ledit réglage continu s'effectuant en sélectionnant une valeur de tension ou d'intensité au sein de la plage sélectionnée. Dans le cadre de la présente invention, on entend : - par réglage grossier ou discontinu par pallier, une sélection par incrément de plages de tension ou d'intensité, chaque plage comportant plusieurs valeurs possibles de tension ou d'intensité, par exemple des plages avec incréments de 4 V ou de 30 A pour une tension maximale allant jusqu'à 80 V (par ex. des plages successives de 16 V à 20 V, 20 V24 V, 24 V-28 V...) et une intensité maximale allant jusqu'à 500 A (par ex. des plages successives de 120 A-150 A, 150 A-180 A, 180 A- 210 V...). - par réglage fin continu, une sélection d'une valeur de tension ou d'intensité au sein d'une plage donnée de tension ou d'intensité, c'est-àdire entre deux incréments grossiers, par exemple le choix d'une valeur comprise entre 16 V et 20 V ou entre 120 et 150 A. Selon le cas, la source de courant de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : - les moyens de réglage fin comprennent au moins un transducteur, de préférence un transducteur est monophasé. - le transducteur est multi-phasé, de préférence triphasé. - lesdites sorties intermédiaires du transformateur multi-phasé sont sélectionnables par actionnement d'un ou plusieurs commutateurs. - elle comporte au moins un redresseur, situé au secondaire du transformateur, permettant d'opérer un redressement du courant de soudage délivré par le transformateur. - elle comporte un transducteur situé au primaire ou au secondaire du transformateur, de préférence au secondaire, c'est-à-dire entre le transformateur et le redresseur. - elle comporte au moins une inductance située en aval du redresseur permettant de lisser le courant.- elle est un poste de soudage MIG ou MAG, ou de soudage à l'électrode. - elle est un poste de coupage plasma. - un enroulement de commande du transducteur est conçu pour et apte à réguler ou régler la tension ou l'intensité. - un premier moyen de sélection, actionnable par l'opérateur, coopère avec le transformateur pour opérer le réglage discontinu et un second moyen de sélection, actionnable par l'opérateur, coopère avec les moyens de réglage fin pour opérer le réglage continu, de préférence les premier et second moyens de sélection comprennent des commutateurs, par exemple des commutateurs rotatifs. L'invention est utilisable non seulement sur des postes de soudage MIG/MAG mais peut aussi être utilisée sur des postes destinés à mettre en u̇vre d'autres procédés de soudage ou de coupage, par exemple des postes de coupage Plasma ayant une caractéristique plongeante. L'invention va maintenant être mieux comprise grâce aux figures annexées données à titre purement illustratif parmi lesquelles : - la figure 1 schématise les points de fonctionnement d'un poste à diodes pour soudage MIG/MAG de l'art antérieur, comme expliqué ciavant, - la figure 2 est un schéma de principe d'un poste à diodes pour soudage MIG/ MAG de l'art antérieur, - la figure 3 schématise la plage de fonctionnement d'un poste à transducteur pour le soudage à l'électrode enrobée de l'art antérieur, comme expliqué ci-avant, - la figure 4 est un schéma l'architecture de principe d'un poste à transducteur pour le soudage à l'électrode enrobée de l'art antérieur, - la figure 5 représente les plages de fonctionnement obtenues avec un poste à diodes pour soudage MIG/MAG à réglage continu selon la présente invention,- la figure 6 schématise l'architecture de principe d'un poste à transducteur pour le soudage MIG/MAG selon la présente invention, et - la figure 7 schématise l'architecture de principe d'un poste à transducteur pour le coupage plasma selon la présente invention. - la figure 8 schématise le principe de fonctionnement d'un poste de soudage selon l'invention. Il ressort de ce qui précède que, selon l'invention, le réglage de la tension (U), et/ou éventuellement de l'intensité (I), délivrée par le générateur de courant est partagé entre un réglage discontinu grossier par paliers et un réglage fin continu progressif au sein d'un palier sélectionné. Le réglage fin continu peut être soit déporté à proximité de l'opérateur via une commande à distance, soit accessible sur la face avant du générateur, c'est-à-dire le pupitre de commande du poste. Comme illustré sur la figure 8, un premier commutateur 15 rotatif permet à l'opérateur de réaliser le réglage grossier par paliers de la source conjointement à un transducteur 2, 3 ou analogue qui permet d'affiner le réglage grossier ainsi obtenu de manière continu en couvrant la totalité des points de fonctionnement disponibles au sein dudit palier sélectionné au moyen du premier commutateur 15. Le réglage fin continu progressif au sein du palier donné est réalisé par l'opérateur au moyen par exemple d'un second commutateur 16 rotatif à potentiomètre, ou de tout autre élément de réglage analogue, agissant sur des moyens de réglage continu, en particulier un transducteur 2, 3, qui permettent un réglage du poste dans la plage réduite sélectionnée compatible avec les caractéristiques du soudage ou du coupage à effectuer, ledit transducteur 2, 3 étant une inductance saturable par enroulement de commande avec circuit de régulation ou fonctionnant en transformateur, la chute de I étant obtenue par insertion ou non de l'inductance magnétisante du transformateur. A l'inverse, comme montré sur la figure 2, un poste à diodes pour soudage MIG/ MAG de l'art antérieur comprend habituellement, en série, un transformateur 1 triphasé à plusieurs sorties intermédiaires pour le réglage grossier de la source de courant, un redresseur 4 et une inductance 5 (couramment appelée "self") de manière à obtenir un réglage (U, I) par palier comme représenté sur la figure 1. De façon alternative, la figure 4 montre un poste à transducteur pour soudage à l'électrode enrobée de l'art antérieur comprenant habituellement, en série, un transformateur 1 triphasé à rapport de transformation fixe, un transducteur 2 triphasé situé au secondaire dudit transformateur 1, c'est-à-dire en sortie dudit transformateur 1 lorsqu'on considère le sens de circulation du courant, avec enroulement de commande 3, un redresseur 4 et une inductance 5 (self) de manière à obtenir un réglage continu (U, I) comme représenté sur la figure 3. Par ailleurs, on peut voir sur la figure 5 que le choix des plages de fonctionnement d'un poste à diodes pour soudage MIG/MAG à réglage continu conforme à la présente invention peut être effectué par un double réglage du poste dans le plan (U, I), à savoir d'abord par réglage grossier discontinu par paliers, puis par réglage plus fin au sein d'un palier sélectionné. Pour ce faire, le poste de soudage MIG/MAG est conçu de la manière représentée sur la figure 6. Il comprend un transformateur 1 triphasé possédant plusieurs sorties 11, 21, 31 intermédiaires permettant d'opérer le réglage grossier par paliers de la source de courant et un transducteur 2 monophasé, situé au primaire ou au secondaire du transformateur 1, lequel permet d'opérer le réglage fin et progressif souhaité dans la plage sélectionnée. Les sorties 11, 21, 31 intermédiaires du transformateur 1 sont sélectionnables par actionnement d'un ou plusieurs commutateurs 13, 23, 33, en fonction du choix de l'opérateur. Un redresseur 4, situé au secondaire du transformateur 1, c'est-àdire en aval dudit transformateur 1, permet d'opérer un redressement du courant de soudage délivré par le transformateur 1 de manière à obtenir un courant continu pour alimenter l'arc électrique. Par ailleurs, une inductance 5 située en aval du redresseur 4, sur la sortie 41 dudit redresseur, est utilisée pour lisser ce même courant et obtenir un arc plus stable. Un enroulement de commande 3 du transducteur 2 permet d'effectuer le réglage fin du poste à l'aide d'un courant de faible intensité, par exemple maximal de 10 A à 30 A. Si le courant est contrôlé par une boucle de régulation, on peut aussi réguler une grandeur déterminée, telle que la tension de soudage MIG/MAG, dans le but de compenser des fluctuations réseau ou la longueur des câbles de soudage. Une variante de l'invention est donnée en figure 7 où est schématisé un poste de coupage plasma comprenant, comme précédemment, un transformateur 1 triphasé à plusieurs sorties 11, 21, 31 intermédiaires pour le réglage grossier de la source de courant, un transducteur 2 situé au primaire ou au secondaire dudit transformateur 1 pour réaliser le réglage fin de la source de courant, un redresseur 4 en aval du transformateur 1, une self 5 en aval du redresseur 4 et enroulement de commande 3 du transducteur 2. Toutefois, dans ce cas, le transducteur 2 est triphasé de manière à obtenir une pente plus importante sur la caractéristique U(I). Grâce à l'invention, il est désormais possible de redimensionner le couple transformateur-transducteur pour obtenir un coût réduit grâce à une limitation du nombre de sorties intermédiaires du transformateur et par passage d'une technologie triphasée à une technologie monophasée pour le transducteur. En outre, la présente invention autorise aussi le réglage de l'installation en cours de soudage, la régulation de la tension moyenne de soudage, le pré-affichage de la tension de soudage, le réglage synergique continu, la compensation automatique des fluctuations réseau et de la longueur de faisceau reliant la source de courant à la torche de soudage MIG/MAG. L'invention apporte donc aux postes de soudage "à diodes", des services disponibles uniquement sur les technologies supérieures, à savoir les postes à transistors et thyristors, tout en conservant un prix de revient attractif. Revendications 1. Source de courant de soudage ou de coupage à l'arc électrique pour fournir un courant électrique à une torche de coupage ou soudage, comprenant : - un transformateur (1) multi-phasé possédant plusieurs sorties (11, 21, 31) intermédiaires permettant d'obtenir un réglage discontinu de la source de courant en tension (U) ou en intensité (I), ledit réglage discontinu s'effectuant par sélection d'une plage souhaitée de valeurs de tension ou de courant, et - des moyens de réglage fin (2) coopérant avec le transformateur (1) et permettant d'obtenir un réglage continu de la source de courant en tension (U) ou en intensité (I), ledit réglage continu s'effectuant par sélection d'une valeur de tension ou d'intensité au sein de la plage souhaitée sélectionnée par le transformateur (1). 2. Source de courant selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de réglage fin (2) comprennent au moins un transducteur, de préférence un transducteur (2, 3) est monophasé. 3. Source de courant selon la revendication 2, caractérisée en ce que le transducteur (2) est multi-phasé, de préférence triphasé. 4. Source de courant selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdites sorties (11, 21, 31) intermédiaires du transformateur (1) multi-phasé sont sélectionnables par actionnement d'un ou plusieurs commutateurs (13, 23, 33). 5. Source de courant selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un redresseur (4), situé au secondaire du transformateur (1), permettant d'opérer un redressement du courant de soudage délivré par le transformateur. 6. Source de courant selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un transducteur (2, 3) situé au primaire ou au secondaire du transformateur (1), de préférence au secondaire. 7. Source de courant selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une inductance (5) située en aval du redresseur (4) permettant de lisser le courant. 8. Source de courant selon l'une des revendications 1, 2 ou 4 à 7, caractérisée en ce qu'elle est un poste de soudage MIG, MAG ou à l'électrode. 9. Source de courant selon l'une des revendications 1, 3, 5 à 7, caractérisée en ce qu'elle est un poste de coupage plasma. 10. Source de courant selon l'une des revendications 2, 3 ou 6 caractérisée en ce qu'un enroulement de commande (3) du transducteur (2, 3) est apte à réguler ou régler la tension ou l'intensité. 11. Source de courant selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'un premier moyen de sélection (15, 13, 23, 33), actionnable par l'opérateur, coopère avec le transformateur (1) pour opérer le réglage discontinu et un second moyen de sélection, (16, 40) actionnable par l'opérateur, coopère avec les moyens de réglage fin pour opérer le réglage continu, de préférence les premier et second moyens de sélection comprennent des commutateurs. 12. Procédé de soudage ou de coupage utilisant une source de courant selon l'une des revendications 1 à 11, en particulier un procédé de soudage MIG ou MAG.