Appareillage statique pour le soudage de métaux de conductibilité thermique quelconque. Un grand nombre d'appareils statiques de soudage à l'arc connus à l'heure actuelle, pour fonctionner avec du courant alternatif, sont prévus pour travailler sur le monophasé; ils déséquilibrent donc de ce fait le réseau d'alimentation triphasé, ce qui est un sérieux inconvénient pour les compagnies de distri bution.
De plus, ces appareils travaillent dans de très mauvaises conditions, puisque le facteur de puissance cos 9#,, qui est le rapport de la puissance utile à la puissance appa rente, est d'autant plus petit dans un circuit triphasé que cette puissance apparente de vient. plus importante, par suite de la. pro duction de courants parasites importants dans les circuits déséquilibrés.
Par ailleurs, dans les installations de sou dage à l'arc, il se produit toujours des varia tions de courant consécutives aux variations de la résistance du circuit d'utilisation, cette résistance dépendant, essentiellement de la longueur variable de l'arc. Pour assurer la stabilité de l'arc, c'est-à-dire sa continuité pendant l'opération de soudage, il est par conséquent, indispensable de limiter les varia tions trop importantes du courant. En outre, le soudage à l'arc des métaux fortement con- dueteurs de la chaleur s'avère assez difficile en courant alternatif, non seulement à cause de la caractéristique négative de l'arc, mais aussi à cause du passage par zéro de l'inten sité et encore par suite de la formation, à la surface du métal, de couches d'oxyde souvent isolantes.
Pour ces métaux, le courant sen- siblement continu, par exemple redressé à faibles ondulations, convient mieux que le courant alternatif. Le courant redressé est aussi plus avantageux pour le soudage par résistance des mêmes métaux légers fortement conducteurs de la chaleur. D'autre part, les redresseurs, lorsqu'ils sont du type à couche semi-conductrice, ont l'inconvénient d'être à la longue - sujets à certaines détériora tions dues à l'échauffement de la couche semi-conductrice. Par conséquent, on emploie habituellement des appareillages différents selon la nature des métaux à souder, ce qui augmente le prix de toute l'installation.
La présente invention concerne un appareillage tatique pour le soudage de métaux de con- ductibilité thermique quelconque qui est ca ractérisé par trois transformateurs monopha sés à fuites réglables par des shunts magné tiques, ces transformateurs étant susceptibles d'être couplés par deux ou trois en parallèle, et pourvus de moyens permettant de les bran cher de faon équilibrée sur un réseau tri phasé et de les faire débiter sur un redres seur donnant Lui courant redressé sensible ment continu pour le soudage des métaux fortement conducteurs de la chaleur,
les mé taux peu conducteurs de la chaleur pouvant être soudés grâce au courant alternatif dis ponible directement aux secondaires des transformateurs. Par conséquent, on peut éviter l'usure du redresseur, lorsque son uti lisation n'est pas indispensable, tout en évi tant l'achat de deux appareillages distincts. En outre, les shunts magnétiques permettent. le réglage de la puissance de l'arc tout en assurant la stabilité. L'appareillage ne dès équilibre pas le réseau, au moins dans le cas où il est utilisé pour le soudage par courant continu.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention. Sur ce dessin: La fig. 1 montre le schéma de l'appareil lage, dont la fig. 2 représente la caractéris tique.
L'appareillage en question comprend trois transformateurs monophasés avec trois cir cuits magnétiques monophasés à deux co- Ionnes. Les trois enroulements primaires monophasés peuvent être couplés en étoile par l'interrupteur 7 lorsqu'ils sont connectés aux trois bornes du réseau triphasé par les interrupteurs 1 et 9. Chaque circuit magné tique monophasé à deux colonnes est muni d'un shunt magnétique 4, constitué par un noyau magnétique de forme telle que, sui vant sa position, il crée une dérivation magnétique plus ou moins importante entre les deux colonnes de chaque transformateur monophasé. Il y a trois enroulements secon daires monophasés et chacun d'eux est divisé en deux parties.
Une première partie A est enroulée en couplage serré (fuites très ré duites) autour du primaire; ime deuxième partie B est enroulée en couplage lâche (fuites importantes) autour du primaire. Les shunts magnétiques sont placés entre les pri maires et les parties B des enroulements se condaires, qui se composent à leur tour de deux enroulements Bl et B.. Lorsque les transformateurs alimentent la batterie de redresseurs, représentée au bas de la fig. 1, tout l'enroulement B joue essentiellement le rôle d'une self.
Les parties Bl ou B,+B; peuvent être utilisées à volonté lorsqu'on veut souder en courant alternatif. L'ensemble des shunts 4 permet de régler la puissance de l'arc et d'en assurer la stabilité.
Les shunts agissent de la manière sui vante: Lorsque le secondaire débite, il crée .des ampères-tours qui sont presque en opposition par rapport aux ampères-tours primaires. Le flux résultant passe donc. en partie dans le noyau du shunt, et provoque une diminution de la tension dans la partie B du secondaire; le couplage magnétique est réglable de ma nière à produire des fuites plus ou moins im portantes entre le primaire et cette partie du secondaire, de façon à permettre de faire va rier dans de fortes limites la tension aiLx bornes du secondaire. Ces fuites sont cepen dant toujours assez importantes pour limiter fortement le courant de court-circuit secon daire.
Le fonctionnement de l'appareillage est le suivant: Pour le soudage par courants redres sés, les enroulements primaires reliés en étoile par les interrupteurs 7 sont branchés au réseau par les interrupteurs 1 et 9. Les secondaires des trois transformateurs mono phasés alimentent les trois bornes du redres seur par l'intermédiaire des interrupteurs 6 et sont couplés en étoile par l'intermédiaire des interrupteurs 4'. Le redresseur est cons titué par deux groupes d'éléments, ces groupes (G, et GZ) étant couplés en paral lèle.
Les éléments de chaque groupe sont con nectés de .la façon suivante: Trois piles de n éléments en série sont placées en parallèle entre chacune des phases I, II et III et la borne positive, ou la borne négative respec tivement du redresseur, de façon à réaliser le montage trihexaphasé pour redresser les deux alternances de chaque phase. On a donc 3X24 éléments par phase et par groupe, soit 3 X 6 n, éléments par groupe.
Le nombre n des éléments en série est dé terminé par la valeur de la tension que l'on désire obtenir à la sortie du redresseur. Il est évident qu'on pourrait, suivant les besoins, utiliser un nombre plus grand de groupes en parallèle.
On a indiqué par des flèches le sens de parcours du courant dans les éléments du redresseur pour une fraction de période, dans laquelle les phases I et III sont positives et la phase II négative. A la sortie du redresseur, les bornes + et - sont reliées respectivement à la baguette de soudage et à la masse. Pendant le soudage, notamment pendant le soudage des métaux<B>lé-</B> gers, il pourrait se produire, comme on l'a expliqué, des variations importantes de cou rant qui sont très préjudiciables à la stabilité de l'arc et à la bonne qualité de la soudure; l'arc doit se maintenir quelle que soit sa lon gueur, et ce sans briller le métal. Les disposi tions adoptées permettent, dans certaines limites naturellement, d'obtenir ce résultat.
En effet, à cause du shunt magnétique, une partie B de l'enroulement secondaire joue le rôle de self, comme on l'a déjà dit du reste: d'où une variation de tension en sens inverse de la variation du courant. et limitant cette variation de courant..
L'expérience a montré que la caractéris tique externe de l'appareillage, c'est-à-dire la tension U en fonction du courant I doit avoir la forme représentée sur la fig. 2. C'est juste ment cette forme qu'on obtient avec l'appa reillage décrit, d'une part, grâce à la chute de tension provoquée par une partie de l'enroulement secondaire en conséquence des fuites dues au shunt magnétique et, d'autre part, à la résistance des cellules du redres seur. Cette résistance contribue dans une me sure importante à donner à la caractéris tique du courant redressé la forme désirée, à savoir que lorsque la tension augmente, l'in tensité diminue d'abord très peu, mais di minue ensuite fortement lorsque la tension approche de sa valeur maximum à vide.
La limitation du courant de court-circuit évite le risque de brûler le métal lors de l'amorçage de l'arc.
Dans la soudure en courant redressé, on manoeuvre simultanément les shunts magné tiques. Avec le montage des redresseurs figuré, l'ondulation résiduelle du courant re dressé par les cellules est de l'ordre de 4 %.
L'appareillage décrit permet d'exécuter aussi le soudage par résistance en courant. re dressé dans d'excellentes conditions, princi palement celui des métaux (légers) à grande conductibilité thermique et électrique. Il suf- fit. en. effet de brancher les pôles positif + et négatif - du redresseur sur des élec trodes en cuivre de grosse section qui agissent par pression sur les pièces à souder.
Pour le soudage des pièces qui ne sont pas en métal léger ou pour des grandes pièces nécessitant une puissance importante, on peut souder en courant alternatif.
Dans ce cas, on peut se servir de chaque transformateur monophasé individuellement pour débiter par exemple trois fois jusqu'à 160 ampères. A cet effet, on ouvre d'abord les trois interrupteurs 6, ce qui isole le re dresseur. On ouvre ensuite les interrupteurs î, ce qui supprime le point neutre des pri maires, et les interrupteurs 4', ce qui sup prime le point neutre des secondaires. On ferme ensuite les interrupteurs 5, 8 et 9 (les interrupteurs 1 restant fermés), ce qui a pour effet de brancher les trois primaires mono phasés individuellement. .tir les bornes du ré seau. On dispose alors pour chaque enroule ment secondaire d'une borne H, d'une borne P et d'une borne f. Si l'on désire une tension secondaire plus grande, on utilise les bornes H et f, pour y connecter la. pièce à souder, respectivement la baguette.
Si l'on veut une tension secondaire plus petite, on utilise les bornes H et F.
On peut souder aussi avec un poste débi tant jusqu'à 320 ampères et Lin poste débi tant jusqu'à l.60 ampères. A cet. effet, les pri maires de deux transformateurs monophasés sont branchés en parallèle entre deux fils du réseau, leurs secondaires étant également branchés en parallèle. Le troisième trans formateur monophasé reste branché comme précédemment polir débiter isolément jus qu'à<B>160</B> ampères. Pour cela, on ouvre les interrupteurs 8 et 9 du transformateur II et on ferme les interrupteurs 11 et 12. Les transformateurs 1 et II sont alors branchés en parallèle par leurs primaires sur les mêmes fils de ligne.
Les interrupteurs polir le bran chement en parallèle de leur;, secondaires ne sont pas figurés.
On peut souder avec un poste unique dé bitant jusqu'à 480 ampères. A cet effet, les trois primaires monophasés sont branchés en parallèle entre deux fils du réseau, leurs se condaires étant également en parallèle. A cet effet, les interrupteurs 8 et 9 des transforma teurs II et III doivent être ouverts et les interrupteurs 10, 11, 12 et 13 fermés. Les interrupteurs pour le branchement en paral lèle des secondaires ne sont pas figurés.
Static equipment for welding metals of any thermal conductivity. A large number of static arc welding devices known at the present time, to operate with alternating current, are designed to work on single-phase; they therefore unbalance the three-phase supply network as a result, which is a serious drawback for distribution companies.
In addition, these devices work in very bad conditions, since the power factor cos 9 # ,, which is the ratio of the useful power to the apparent power, is all the smaller in a three-phase circuit as this apparent power bECOMES. more important, as a result of the. production of large parasitic currents in unbalanced circuits.
Furthermore, in arc welding installations, there are always variations in current resulting from variations in the resistance of the user circuit, this resistance depending essentially on the variable length of the arc. To ensure the stability of the arc, that is to say its continuity during the welding operation, it is therefore essential to limit excessive variations in the current. In addition, arc welding of highly heat-conducting metals is quite difficult with alternating current, not only because of the negative characteristic of the arc, but also because of the zero crossing of the arc. intensity and again as a result of the formation, on the surface of the metal, of often insulating oxide layers.
For these metals, substantially direct current, for example rectified with low ripples, is more suitable than alternating current. The rectified current is also more advantageous for resistance welding of the same light metals which are highly conductive of heat. On the other hand, rectifiers, when they are of the semiconductor layer type, have the drawback of being subject to certain deteriorations due to heating of the semiconductor layer over time. Consequently, different equipment is usually used depending on the nature of the metals to be welded, which increases the cost of the entire installation.
The present invention relates to static equipment for welding metals of any thermal conductivity which is characterized by three single-phase leakage transformers adjustable by magnetic shunts, these transformers being capable of being coupled by two or three in parallel. , and provided with means making it possible to connect them in a balanced manner on a three-phase network and to cause them to be fed to a rectifier giving it a substantially direct rectified current for the welding of metals which are highly conductive of heat,
metals which do not conduct much heat can be welded using the alternating current available directly to the secondaries of the transformers. Consequently, the wear of the rectifier can be avoided, when its use is not essential, while avoiding the purchase of two separate pieces of equipment. In addition, magnetic shunts help. adjusting the power of the arc while ensuring stability. The apparatus does not immediately balance the network, at least in the case where it is used for direct current welding.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention. In this drawing: Fig. 1 shows the diagram of the lage apparatus, of which FIG. 2 represents the characteristic.
The switchgear in question comprises three single-phase transformers with three single-phase two-column magnetic circuits. The three single-phase primary windings can be star-coupled by switch 7 when they are connected to the three terminals of the three-phase network by switches 1 and 9. Each single-phase magnetic circuit with two columns is provided with a magnetic shunt 4, constituted by a magnetic core of such shape that, depending on its position, it creates a more or less important magnetic branch between the two columns of each single-phase transformer. There are three single phase secondary windings and each of them is divided into two parts.
A first part A is wound in tight coupling (very small leaks) around the primary; second part B is coiled in loose coupling (large leaks) around the primary. The magnetic shunts are placed between the primary and the parts B of the secondary windings, which in turn consist of two windings B1 and B .. When the transformers supply the battery of rectifiers, shown at the bottom of fig. 1, all the winding B essentially plays the role of a choke.
Parts B1 or B, + B; can be used at will when you want to weld in alternating current. The set of shunts 4 makes it possible to adjust the power of the arc and to ensure its stability.
The shunts act in the following way: When the secondary charges, it creates ampere-turns which are almost in opposition to the primary ampere-turns. The resulting flow therefore passes. partly in the core of the shunt, and causes a decrease in voltage in part B of the secondary; the magnetic coupling is adjustable so as to produce more or less significant leaks between the primary and this part of the secondary, so as to make it possible to make the voltage at the terminals of the secondary go within strong limits. However, these leaks are still large enough to greatly limit the secondary short-circuit current.
The operation of the apparatus is as follows: For welding by rectified currents, the primary windings connected in a star by switches 7 are connected to the network by switches 1 and 9. The secondaries of the three single-phase transformers supply the three terminals rectifier via switches 6 and are star-coupled via switches 4 '. The rectifier is made up of two groups of elements, these groups (G, and GZ) being coupled in parallel.
The elements of each group are connected in the following way: Three stacks of n elements in series are placed in parallel between each of phases I, II and III and the positive terminal, or the negative terminal respectively of the rectifier, so to perform the three-phase assembly to straighten the two half-waves of each phase. We therefore have 3X24 elements per phase and per group, ie 3 X 6 n, elements per group.
The number n of the elements in series is determined by the value of the voltage which it is desired to obtain at the output of the rectifier. It is obvious that one could, according to the needs, use a greater number of groups in parallel.
The direction of flow of the current in the rectifier elements for a fraction of a period, in which phases I and III are positive and phase II negative, has been indicated by arrows. At the output of the rectifier, the + and - terminals are respectively connected to the welding rod and to the ground. During welding, especially during welding of <B> light </B> metals, there could be, as has been explained, large variations in current which are very detrimental to the stability of the arc. and the good quality of the weld; the arc must be maintained regardless of its length, without shining the metal. The provisions adopted make it possible, within certain limits of course, to obtain this result.
Indeed, because of the magnetic shunt, a part B of the secondary winding plays the role of inductor, as we have already said moreover: hence a voltage variation in the opposite direction of the current variation. and limiting this current variation.
Experience has shown that the external characteristic of the apparatus, that is to say the voltage U as a function of the current I must have the form shown in fig. 2. It is just this form that is obtained with the apparatus described, on the one hand, thanks to the voltage drop caused by part of the secondary winding as a consequence of the leaks due to the magnetic shunt and, on the other hand, to the resistance of rectifier cells. This resistance contributes in an important measure to giving the characteristic of the rectified current the desired shape, namely that when the voltage increases, the intensity decreases at first very little, but then decreases sharply when the voltage approaches. its maximum empty value.
The limitation of the short-circuit current avoids the risk of burning the metal during the ignition of the arc.
In rectified current welding, the magnetic shunts are operated simultaneously. With the assembly of the rectifiers shown, the residual ripple of the current drawn up by the cells is of the order of 4%.
The apparatus described also makes it possible to carry out current resistance welding. re trained under excellent conditions, mainly that of (light) metals with high thermal and electrical conductivity. It is enough. in. the effect of connecting the positive + and negative - poles of the rectifier to large section copper electrodes which act by pressure on the parts to be welded.
For welding parts that are not made of light metal or for large parts requiring significant power, you can weld in alternating current.
In this case, we can use each single-phase transformer individually to deliver for example three times up to 160 amps. To this end, we first open the three switches 6, which isolates the re trainer. The switches I are then opened, which eliminates the neutral point of the primary, and the switches 4 ', which eliminates the neutral point of the secondaries. The switches 5, 8 and 9 are then closed (switches 1 remaining closed), which has the effect of connecting the three single-phase primaries individually. . pull out the network terminals. A terminal H, a terminal P and a terminal f are then available for each secondary winding. If you want a higher secondary voltage, you use the H and f terminals to connect it. piece to be welded, respectively the rod.
If you want a smaller secondary voltage, you use the H and F terminals.
You can also weld with a debi station up to 320 amps and Lin debi station up to 1.60 amps. In this. Indeed, the primary of two single-phase transformers are connected in parallel between two network wires, their secondaries also being connected in parallel. The third single-phase transformer remains connected as before, polish and output separately up to <B> 160 </B> amps. For this, we open the switches 8 and 9 of transformer II and we close the switches 11 and 12. The transformers 1 and II are then connected in parallel by their primaries on the same line wires.
The switches polish the connection in parallel with their ;, secondary are not shown.
You can weld with a single workstation delivering up to 480 amps. To this end, the three single-phase primaries are connected in parallel between two wires of the network, their secondary ones also being in parallel. For this purpose, switches 8 and 9 of transformers II and III must be open and switches 10, 11, 12 and 13 closed. The switches for parallel connection of the secondaries are not shown.