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DISPOSITIF DE SOUDURE PAR COURANT ALTERNATIF.
Il est un fait connu que la s'habilite d'un arc de soudure électri- que, dans un. circuitprincipalement inductif, est d'autant meilleure que la tension alternative aux bornes de l'arc est élevée, car cette tension, lors de l'extinction de l'arc, au passage par zéro du courante favorise le réa- morçage, Dans les installations de soudure à- courant alternatif, toutefois, on est limite pour le choix de la tension à vide à une valeur de 70 à 75 volts au maximum,
car des tensions plus élevées pourraient mettre le soudeur en danger ou alors elles impliqueraient au point de vue isolement des dispo- sitions qui ne pourraient pas être réalisées pratiquement dans l'exploita- tion d'un atelier de soudure. On est donc forcée pour cette raison, et sur- tout pour les faibles intensités de courant de soudure, d'employer des élec trodes enrobées pour faciliter l'amorçage de l'arc. L'inconvénient de cette pratique réside dais l'augmentation très importante du coût des électrodes.
Cet inconvénient est éliminé par le dispositif de soudure en cou- rant alternatif conforme à l'invention, étant donné que dans ce dispositif la tension est relevée pour un court instant en cas d'interruption du cou- rant, Il est souhaitable que cette augmentation de tension ne se produise qu'un temps aussi court que possible après le désamorçage de l'arc;, puis qu'elle retombe alors d'elle-même au moins à la valeur maximum admissible de 75 V. eff.
On peut dans ce but prévoir un appareillage temporisé dynamique ou électrique grâce auquel la tension d'amorçage;, dès qu'elle a été appliquée à l'électrode de soudure:, retombe à une valeur admissible en permanence. La tension nécessaire pour l'amorçage ne dépasse pas les valeurs admises jusqu'à présent pour les réseaux basse-tension.
Comme il suffit que cette tension soit appliquée pendant quelques alternances pour provoquer l'amorçage, il n'y a aucun danger pour le soudeur de rester crispé au contact d'une pièce sous-tension, et par conséquent de risquer les effets électrothermiques qui s'en suivent, comme ce pourrait être le cas si cette tension élevée d'amor- çage était appliquée pendant plus longtemps. Des recherches ont établi que la tension Ua nécessaire pour obtenir l'amorçage est sensiblement proportionnel- le à l'inverse de la racine carrée du courant de soudure.
Si I est le courant
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de soudure, exprime en ampères, on a apro4. reme. g dans la liL:d:te des valeurs convenant techniquement pour la soudure à 'l' eide d"électrodes non enrobées.
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TI 100 \ i300 1.oi"ù. a " """1
Cette formule donne par exemple,, pour I = 50 A, une tension, d'a- morgage Ua = 250 V. environ; pour I = 300 A, elle tombe à 100 V. Il est donc à conseiller,pour la réalisation de dispositifs conformes à l'inven- tion, de dimensionner l'appareillage de manière à ce que la tension d'amor-
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çage Ua ait approximativement les valeurs dé coulant de cette formule.
Les figures ci-jointes représentent schématiquement des exemples de réalisations de dispositifs conformes à l'invention, avec leurs diagrammes de tension respectifs.
Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 1, le trans- formateur de soudure 1 applique à l'électrode 2 une tension à vide U20 éle- vée. A l'aide du contacteur 4., on peut mettre une inductance 3 en parallèle avec l'électrode, aussitôt que la tension atteint la valeur U20 de la tension à vide, lors d'un désamorçage de l'arc, A cause de cette inductance 3,le transformateur 1, qui présente comme c'est la règle,une très forte disper-
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sion, est chargé de telle sorte que la tension U20 retombe à la valeur admis- sible U2 = 75 volt.
La tension élevée d'amorçage ne subsiste donc que pendant le temps de retard à l'enclenchement du contacteur ; .; -la durée d'application
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de cette tension est donc égale au temps de fonctionnement de ce contacteuz, qui peut être choisi selon les conditions d'eirploitation. Le contacteur 4 s' ouvre aussitôt que la tension au bornes de sa bobine d'enclenchement, du fait du ré amorçage de l'arcs ou de la mise en contact de l'électrode 2 avec
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la pièce à souder, est tombée suffisamment en-dessous de la vale1= î de la tension à vide.
Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 2, on a éli- miné le contacteur pour intensités élevées en remplaçant l'inductance 3 par une inductance magnétisée au préalable, laquelle par exemple, être ex- citée par la tension aux bornes de l'électrode, par l'intermédiaire du redres- seur sec 5. Pendant la soudure,'la tension de l'arc est faible, de sorte que la magnétisation préalable de l'indue-Lance est faible.
L'inductance présente
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dans ces conditions une sen considérable, et ne se laisse traverser que par un courant de faible valeur, de sorte qu'il ne se produit aucune diminution perceptible de l'intensité du courant disponible pour la soudure.Lors d'un
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césamorgage de l'arc, cette magnétisation préalable;, par suite de la constan- te de temps élevée, subsiste un court instant. De ce fait:, la tension à l'é- lectrode remonte approximativement à la valeur de la pleine tension à vide U20.
A mesure que la magnétisation préalable augmente, par suite de la montée de
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la tension d'électrode, l' inductance de la self diminue;, jusqu'à ce qu'elle atteigne - par le choix approprié de l' aimantation préalable - une valeur cor- respondant à l'induction constante de l' exemple de réalisation selon la figu- re 1;
il s'en suit par conséquent que la tension à 1' électrode retombe à la valeur de 75 V. admissible en permanence,,
Il est recommandable de prévoir, dans l'exemple de réalisation pré-
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cédent, un contacteur 4 en série dans le circuit d'excitation de 1 inductan- ce, ce contacteur ne laissant passer le courant continu dans le circuit d'ex- citation qu'après le désamorçage de l'arc, de manière à disposer, au moment du désamorçage, de la self maximum de l'inductance. On peut, dans ce cas utiliser comme contacteur 4 un relais de tension, vu la faible puissance que nécessite le circuit d'excitation. Des valves à remplissage gazeux peuvent également convenir.
Le dispositif conforme à l'invention peut encore être modifié de
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plusieurs autres illsni0res, faisant toujours intervenir le principe de la mi- ,se en parallèle d'lme inductance;, comme indiqué à la figure 3, T19 étant la self d dispersion du transformateur de soudure;, et L- l' induc tauce mise en parallèle sur son secondaire.
Pendant la .soudure;, le rapport L2/L1, doit être aussi grand que possible; il doit cependant se modifier, en cas d'interruption du courant de
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soudure, de telle maniéré.,que l'on ait U.L. = 75 V U étant la tension du réseau. On peut égalee¯¯t,:cbtenir ce résUltat, comme le montre la figure 4, avec une inàu-etaziee L2 c9ias.tante, à condition de prévoir un dispositif grâce auquel l'inductance L1 devienne très grande lors du désamorçage de 3'arc.
Ce but peut être atteint en prévoyant un transformateur de dispersion magné- tisé au préalable par'le courant de soudure, ou, comme le représente la fi-
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gure 4, une bobine d'induc8.l1ce préalablement magnétisée, laquelle est montée en série avec un transformateur normal, non représentée fournissant la tension à vide.
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Dans les exemples d'exécution décrits j,isu' a présent, la tension se comporte, après un désamorçage, comme 1?inâique.=ia figure 7a. On constate SU'Ul1e puissance réactive relativement importante est demandée au réseau, car on sait qu'elle est égale, pendant la soudure, au produit de la tension à vice et du courant de soudure,
Cet inconvénient est évité dans l'exemple de réalisation représen- té à la figure 5. Dans cet exemple, on met simplement en série avec le trans-
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formateur de soudure ou l'inductance de soudure 1h condensateur C, L''induc- tance résulta.l1te L'est égale à
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L' 7 (ca .z -)
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On en déduit la valeur du courant de soudure 1 =,. - pour les raisons de sécu- rité exposées précédemment, U doit être au msxiraum de 75 V.
Lors du passage par zéro du courant, passage lors duquel l'arc se désamorce, la chute de ten- sion dans l'inductance, qui a précisément à cet instant son impédance maximum, est égale à zéro, lorsque l'arc ne se rallume pas. Le condensateur, par con- tre, qui à cet instant est complètement chargé et est par conséquent aussi au maximum de tension, maisde polarité inverse, conserve cette tension. Coin- me sa charge ne peut s'écouler, elle s'ajoute à la tension aux bornes, de l'électrode qui est précisément au maximum..
La figure 6 montre clairement ce dont il s'agit. Pour ce motif, le -transformateur ne doit pas être prévu de manière à donner une tension à vide plus élevée, c'est plutôt le condensateur qui fournit une brève pointe de tension, dont la durée peut être déterminée par une résistance de décharge j connectée en parallèle avec le condensateur.
La charge du réseau n'est donc pas plus grande que pour un transformateur de soudure normal conçu pour une tension à vide de 75 V, comme on peut le véri- fier sur la figure 7b correspondant. à ce cas.
Comme l'élévation de tension d'électrode nécessaire pour l'amor- gage doit être faible pour les intensités de soudure importantes, et grande pour les petites intensités de soudure, la même puissance de condensateur con- vient dans les deux cas.L'adaptation du condensateur s'effectue commodément à l'aide d'un transformateur auxiliaire.
Une partie de la réactance de dispersion du,transformateur de soudure est compensée par le condensateur . Il est recommandable, par consé- quent, de constituer comme indiqué à là figure 8 un circuit résonant avec le condensateur 7 et une inductance spéciale 8, lequel circuit résonant est in- tercalé dans le circuit du courant de soudure par l'intermédiaire du trans- formateur d'adaptation 6. Pendant la soudure, ce circuit, qui est accordé sur la fréquence du courant de soudure, ne présente pas de résistance au cou- rant de soudure. Lors du désamorçage de l'arc, cependant, le condensateur élève, comme on vient de le décrire, la tension à l'électrode.
On obtient de
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cette manière un dispositif additionnel, que l'on peut connecter en série avec n'importe quel transformateur de .soudure normal; il n'est donc pas né- cessaire d'augmenter la réactance de dispersion du transformateur de soudure en considération du condensateur.
On peut également, pour simplifier le dispositif additionnel, réunir, dans l'exemple de réalisation selon la figure 8, l'induetance 8 avec le transformateur d'adaptation 6, de manière que l'on puisse réaliser ce dernier comme un transformateur de soudure à réactance élevée. On obtient alors pour le dispositif supplémentaire le schéma représenté à la figure 9.
La figure 10 montre encore une autre simplification. Le transformateur de soudure, le transformateur d'adaptation et le condensateur sont réunis en un seul ensemble constructif. Le transformateur est réalisé dans ce but avec trois colonnes fixes A, B et C, et un noyau mobile D. (noyau de dispersion).
L'enroulement primaire 8 est bobiné sur la colonne A, l'enroulement 9 sur la colonne B. La tension B est au maximum égale à 75 V. Pour le réglage du cou- rant de soudure, on se sert du noyau mobile D. Une partie du flux de disper- sion positif qui se ferme par le noyau D est compensée par un flux de dis- persion négatif qui circule dans la colonne auxiliaire C chargée par le con- densateur 12. Lors de l'extinction du courant de soudure I, à son passage par zéro, le condensateur ajoute sa tension à la tension à vide de l'enrou- lement de sortie 9 maintenant à circuit ouvert, par l'intermédiaire de l'en- roulement auxiliaire 10.
L'élévation artificielle de la tension d'amorçage, conformément à l'invention, rend possible d'abaisser la tension de soudure, qui était jusqu'à présente voisine de 75 V, en considération de l'amorçage, et qui fut la cause de nombreux accidents, jusqu'à la valeur non dangereuse de 40 ou 42 volt.
REVENDICATIONS.
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1. - Dispositif pour la soudure en courant alternatif, caracté- risé par des moyens qui élèvent momentanément la tension d'électrode lors de l'interruption du courant de soudure.
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ALTERNATIVE CURRENT WELDING DEVICE.
It is a known fact that the is enabled by an electric welding arc, in a. mainly inductive circuit, is better as the alternating voltage at the arc terminals is high, because this voltage, when the arc is extinguished, at the zero crossing of the current favors restarting, In installations AC welding, however, the no-load voltage selection is limited to a value of 70 to 75 volts at most,
for higher voltages could endanger the welder or else they would imply, from the point of view of isolation, arrangements which could not be carried out in practice in the operation of a welding workshop. We are therefore forced for this reason, and especially for low welding current intensities, to use coated electrodes to facilitate the ignition of the arc. The disadvantage of this practice lies in the very significant increase in the cost of the electrodes.
This drawback is eliminated by the alternating current welding device according to the invention, given that in this device the voltage is raised for a short time in the event of a current interruption. It is desirable that this increase of voltage only occurs for as short a time as possible after the arc has been deactivated ;, then it drops by itself at least to the maximum admissible value of 75 V. eff.
For this purpose, it is possible to provide a dynamic or electrical timed device by means of which the starting voltage i, as soon as it has been applied to the welding electrode:, falls back to a permanently admissible value. The voltage required for ignition does not exceed the values hitherto accepted for low-voltage networks.
As it suffices for this voltage to be applied for a few alternations to cause the ignition, there is no danger for the welder to remain tensed in contact with a live part, and consequently to risk the electrothermal effects which occur. This follows, as might be the case if this high ignition voltage were applied for a longer period of time. Research has established that the voltage Ua required to achieve ignition is substantially proportional to the inverse of the square root of the weld current.
If I is the current
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of welding, expressed in amperes, we have apro4. reme. g in the line: d: te values which are technically suitable for welding using uncoated electrodes.
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TI 100 \ i300 1.oi "ù. A" "" "1
This formula gives, for example, for I = 50 A, a triggering voltage Ua = 250 V. approximately; for I = 300 A, it drops to 100 V. It is therefore advisable, for the production of devices in accordance with the invention, to dimension the apparatus so that the starting voltage
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cing Ua has approximately the values deriving from this formula.
The attached figures schematically represent examples of embodiments of devices according to the invention, with their respective voltage diagrams.
In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the welding transformer 1 applies a high no-load voltage U20 to the electrode 2. Using contactor 4., you can put an inductance 3 in parallel with the electrode, as soon as the voltage reaches the value U20 of the no-load voltage, during a de-ignition of the arc, Because of this inductance 3, transformer 1, which presents as is the rule, a very strong dispersion
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tion, is charged so that the voltage U20 drops to the permissible value U2 = 75 volts.
The high starting voltage therefore only remains during the delay time when the contactor closes; .; -the duration of application
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of this voltage is therefore equal to the operating time of this contacteuz, which can be chosen according to the operating conditions. Contactor 4 opens as soon as the voltage at the terminals of its closing coil, due to re-ignition of the arcs or contacting electrode 2 with
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the workpiece has fallen sufficiently below the value 1 = î of the open-circuit voltage.
In the embodiment shown in FIG. 2, the contactor for high currents has been eliminated by replacing inductor 3 by a previously magnetized inductor, which for example, be excited by the voltage across the terminals of l 'electrode, via the dry rectifier 5. During welding, the arc voltage is low, so that the pre-magnetization of the indue-Lance is low.
Inductance present
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under these conditions a considerable sen, and can only be passed through by a current of low value, so that no perceptible decrease in the intensity of the current available for welding occurs.
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This preliminary magnetization, owing to the high time constant, subsists for a short time. As a result :, the voltage at the electrode rises approximately to the value of the full no-load voltage U20.
As the prior magnetization increases, as a result of the rise in
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the electrode voltage, the inductance of the choke decreases ;, until it reaches - by the appropriate choice of the prior magnetization - a value corresponding to the constant induction of the example embodiment according to figure 1;
it follows therefore that the voltage at the electrode drops back to the permanently permissible value of 75 V.
It is advisable to provide, in the example of a pre-
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In addition, a contactor 4 in series in the excitation circuit of 1 inductance, this contactor only allowing direct current to pass through the excitation circuit after the arc has been deactivated, so as to have, at the moment of de-energization, the maximum self of the inductance. In this case, a voltage relay can be used as contactor 4, given the low power required by the excitation circuit. Gas-filled valves may also be suitable.
The device according to the invention can also be modified from
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several other illsni0res, always involving the principle of half, in parallel with the inductance ;, as shown in figure 3, T19 being the dispersion choke of the welding transformer ;, and L- the inductance placed in parallel on his secondary.
During the welding, the ratio L2 / L1 must be as large as possible; however, it must change, in the event of an interruption in the
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welding, in such a manner., that one has U.L. = 75 V U being the network voltage. We can also: obtain this result, as shown in figure 4, with an inàu-etaziee L2 c9ias.tante, on condition of providing a device thanks to which the inductance L1 becomes very large during the de-energization of 3 ' bow.
This object can be achieved by providing a dispersion transformer magnetized beforehand by the solder current, or, as shown in Fig.
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Figure 4, a coil of induc8.l1ce previously magnetized, which is connected in series with a normal transformer, not shown providing the no-load voltage.
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In the exemplary embodiments described now, the voltage behaves, after deactivation, as in FIG. 7a. It can be seen that the relatively high reactive power is demanded from the network, because it is known that it is equal, during welding, to the product of the vice voltage and the welding current,
This drawback is avoided in the exemplary embodiment shown in FIG. 5. In this example, one simply puts in series with the transmission.
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weld former or weld inductance 1h capacitor C, The resulting inductance is equal to
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The 7 (ca .z -)
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We deduce the value of the welding current 1 = ,. - for the safety reasons explained above, U must be at the msxiraum of 75 V.
When the current passes through zero, during which the arc is ignited, the voltage drop in the inductor, which precisely at this instant has its maximum impedance, is equal to zero, when the arc does not reignite. not. The capacitor, on the other hand, which at this instant is fully charged and is therefore also at maximum voltage, but of reverse polarity, retains this voltage. As its charge cannot flow, it is added to the voltage at the terminals of the electrode which is precisely at the maximum.
Figure 6 clearly shows what it is. For this reason, the transformer should not be designed so as to give a higher no-load voltage, rather it is the capacitor which supplies a brief voltage spike, the duration of which can be determined by a discharge resistor j connected. in parallel with the capacitor.
The grid load is therefore no greater than for a normal welding transformer designed for a no-load voltage of 75 V, as can be seen in the corresponding figure 7b. in this case.
Since the electrode voltage rise required for ignition must be small for large solder currents, and large for small solder currents, the same capacitor power is suitable in both cases. Adaptation of the capacitor is conveniently carried out using an auxiliary transformer.
Part of the dispersion reactance of the solder transformer is compensated by the capacitor. It is therefore advisable to constitute as shown in figure 8 a resonant circuit with the capacitor 7 and a special inductor 8, which resonant circuit is intercalated in the circuit of the solder current through the intermediary of the trans - matching trainer 6. During soldering, this circuit, which is tuned to the frequency of the solder current, has no resistance to the solder current. When defusing the arc, however, the capacitor raises, as just described, the voltage at the electrode.
We get from
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in this way an additional device, which can be connected in series with any normal welding transformer; it is therefore not necessary to increase the dispersion reactance of the welding transformer in consideration of the capacitor.
It is also possible, to simplify the additional device, to combine, in the embodiment according to FIG. 8, the induetance 8 with the matching transformer 6, so that the latter can be produced as a welding transformer. at high reactance. The diagram shown in FIG. 9 is then obtained for the additional device.
Figure 10 shows yet another simplification. The welding transformer, the matching transformer and the capacitor are united in a single constructive unit. The transformer is made for this purpose with three fixed columns A, B and C, and a mobile core D. (dispersion core).
The primary winding 8 is wound on column A, winding 9 on column B. The voltage B is at most equal to 75 V. For the adjustment of the welding current, the mobile core D. A part of the positive dispersion flux which closes by the core D is compensated by a negative dispersion flux which circulates in the auxiliary column C charged by the capacitor 12. When the welding current is extinguished I, at its zero crossing, the capacitor adds its voltage to the no-load voltage of the now open circuit output winding 9, through the auxiliary winding 10.
The artificial increase in the starting voltage, in accordance with the invention, makes it possible to lower the welding voltage, which was until now close to 75 V, in consideration of the starting, and which was the cause. numerous accidents, up to the non-dangerous value of 40 or 42 volts.
CLAIMS.
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1. - Device for welding with alternating current, characterized by means which momentarily increase the electrode voltage when the welding current is interrupted.