Installation comprenant une machine à souder par résistance pour la soudure par points. L'invention a pour objet une installation comprenant une machine à souder par résis tance pour la soudure par points.
Dans la soudure par points, il est usuel d'employer une machine à souder à résistance munie d'une paire d'électrodes et d'un dispo sitif permettant d'exercer une pression pour déplacer une des électrodes par rapport à L'autre, afin de serrer les pièces de travail qui doivent être soudées entre elles. L'énergie fournie aux électrodes pour produire une sou dure provient d'une source de courant alter natif à travers des valves électriques et un transformateur de soudure. Les valves sont contrôlées pour déterminer la durée pendant laquelle du courant est fourni aux électrodes, dite temps de soudure, en même temps que la valeur du courant effectif. Après l'interrup tion du courant de soudure; les électrodes con tinuent à serrer les pièces de travail entre elles pendant un temps qu'on appelle généra lement le temps de retenue.
Pendant ce temps de retenue, la masse des électrodes et le métal environnant aident à dissiper la chaleur pro duite à la soudure, de sorte que la possibilité de formation de porosités et de fêlures à la soudure est réduite pendant que le bourrelet de soudure se solidifie.
Dans la soudure par points de pièces de travail, il est d'usage de choisir la grosseur des extrémités d'électrodes, la pression de serrage à appliquer au moyen des électrodes, la valeur du courant de soudure à fournir aux électrodes et la durée de la fourniture du courant selon les pièces de travail à sou der. Il est également d'usage commun de changer la grosseur des extrémités des élec trodes, la force de serrage, la valeur du cou rant et le temps de soudure lors de tout chan gement important dans l'épaisseur de la ma tière à souder. Par épaisseur de matière, on entend l'épaisseur totale au point .de soudure des pièces de travail qui doivent être soudées ensemble.
Les rectifications et les modifications à apporter au montage de la machine à souder pour la soudure de matières de différentes épaisseurs, lorsque de telles opérations sont relativement fréquentes, nécessitent une atten tion soutenue, un jugement précis et de l'adresse de la part de l'opérateur. De plus, le temps nécessaire pour effectuer ces change ments augmente grandement le prix de revient. des objets fabriqués.
Le but de l'invention est de .créer une installation comprenant une machine à souder par résistance dans la soudure<U>-par</U> points de matières de différentes épaisseurs, dans la quelle les rectifications et modifications de montage de la machine sont fortement ré duites ou supprimées.
Dans ce but, l'invention consiste en une installation comprenant une machine à sou der par résistance pour la soudure par points comportant des dispositifs de contrôle qui sont sensibles à l'épaisseur des pièces de tra- vail serrées entre les électrodes de soudure, et qui sont agencés de manière à pouvoir ré gler automatiquement la puissance de soudure selon ladite épaisseur.
La solidité d'une soudure variant avec son étendue et son épaisseur de même que la cha leur nécessaire pour effectuer une soudure donnant satisfaction, l'invention est basée sur le principe que dans la soudure par points de métaux, tels que les aciers à faible teneur ën carbone, les soudures de bonne qualité peu vent être façonnées avec des matières de différentes épaisseurs en modifiant seulement la durée de la soudure.
Ainsi, cri maintenant sensiblement constantes la grosseur de l'extré mité de l'électrode, la force de serrage, la valeur du courant et la durée de retenue, la quantité de chaleur nécessaire et la soli dité des soudures de matières de différentes épaisseurs peuvent être modifiées en variant la durée de la soudure seulement. _ Selon une forme d'exécution préférée de l'invention, un dispositif est prévu, dans une machine à souder par résistance, pour régler l'alimentation de l'énergie pour effectuer une soudure, dispositif au moyen duquel le temps de soudure est réglé automatiquement comme fonction déterminée de l'épaisseur de la ma tière à souder.
D'ailleurs, il a été constaté que le meilleur rapport temps-épaisseur pour l'écartement le phis petit de points de sou dure nécessaire dans des buts de solidité dans les aciers à faible teneur en carbone peut être défini comme N=1,67J+6J2+12J3 (1) où J représente l'épaisseur en pouces (1 pouce = 2,54 cm) et N le temps en se condes. L'invention est relative à d'ajuste ment automatique .du temps .de soudure selon l'équation (1).
Lorsque l'épaisseur est repré sentée par C en cm, l'équation peut être modi fiée comme suit: N = 0,66 C + 0,93 CZ + 0,73 C3 (7.a) On ne doit pas déduire de cela que l'équa tion précitée représente le seul rapport entre l'épaisseur et le temps permettant d'obtenir clés résultats satisfaisants. L'équation indique le temps minimum approximatif de soudure nécessaire pour obtenir une soudure satisfai sante avec toute épaisseur donnée pour des écartements minima des points de soudure.
Il a été constaté que le rapport entre l'épaisseur et le temps selon l'équation (1) peut également servir de mesure commode du temps de retenue minimum nécessaire pour la solidification du bourrelet de soudure. Le temps de retenue peut aussi être modifié auto matiquement avec l'épaisseur de la matière, afin d'augmenter la vitesse de production.
Dans la pratique, il est préférable de choi sir la grosseur des extrémités des électrodes, la force de serrage et le courant correspon dant à l'épaisseur maximum de la matière. Alors, ces valeurs étant maintenues cons tantes, le temps de soudure et le temps de retenue sont réglés automatiquement avec l'épaisseur de la matière. On a. trouvé que le champ pratique des épaisseurs qui peuvent être soudées de cette façon est de l'ordre de 6 à 1.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, dans sa figure unique, un schéma de l'installation avec machine à souder par résistance selon l'invention.
Ainsi que le représente le dessin, la ma chine à souder comporte une paire d'élec trodes 3 et 5, dont l'une, 5, est immobile, tan dis que l'autre, 3, est mobile, afin de serrer entre elles les pièces de travail 7 et 9 à souder. L'électrode 3 est agencée de manière à pouvoir être déplacée par un dispositif de pression approprié 11, qui peut être actionné par exemple par de l'air sous pression. L'appli cation de la pression est réglée par une valve 13 actionnée par un solénoïde 15, lequel, lors qu'il est aimanté, oblige l'électrode 3 à se dé placer vers la position de serrage, où elle est retenue jusqu'à la désexcitation de la bobine du solénoïde 15.
Un interrupteur à contre- pression est muni d'un contact 17 qui est fermé seulement après que le dispositif de pression 11 a amené l'électrode 3 dans la posi tion de serrage avec la force désirée.
L'enroulement secondaire 19 d'tul trans formateur de soudure 21 est relié aux élec trodes 3 et 5. L'enroulement primaire 23 du transformateur 21 est relié de façon à être alimenté au moyen de lignes d'alimentation à. courant alternatif 25 et 27 à travers une, paire de valves électroniques à arc 29 cou plées en connexion croisée, telles que des igni- irons. Une résistance 30 est connectée en shunt sur l'enroulement primaire 23 pour absorber les à-coups de courant et empêcher un allumage prématuré des ignitrons 29.
Une valve électrique 31, également de pré férence du genre à arc, telle qu'un thyratron, est, prévue pour chacun des ignitrons 29 et est appelée ci-après tube d'allumage . Chaque tube d'allumage 31 a une anode 33 reliée à l'anode 35 de l'ignitron correspondant 29, et une cathode 37 reliée à l'allumeur 39 de l'igni tron correspondant 29. Ainsi, lorsqu'un tube d'allumage 31 devient conducteur, l'anode 35 de l'ignitron correspondant est positive et le courant traversant le tube d'allumage 31 et l'allumeur 39 rend l'ignitron conducteur pour créer un passage de courant à travers les électrodes 3 et 5. Les tubes d'allumage 31 sont réglés par une autre valve 43, qui est également de pré férence du genre à arc, telle qu'un thyratron, et qui est appelée ci-après tube de réglage .
L'anode 45 et la cathode 47 du tube de réglage 43 sont couplées en série avec une résistance 41 par l'intermédiaire d'un contact normale ment fermé 49 d'un premier relais 51 et ali mentées par un redresseur 53 à onde pleine branché sur les lignes d'alimentation 25 et 27.
Le circuit de contrôle pour chaque tube d'allumage 31 comprend l'électrode de con trôle 55 de ce tube et une résistance de grille correspondante 57 connectée à une extrémité de l'enroulement secondaire 59 d'un transfor mateur auxiliaire 61, les électrodes de contrôle 55 des deux tubes d'allumage 31 étant reliées aux extrémités opposées de l'enroulement se condaire 59. L'enroulement primaire du trans formateur auxiliaire 61 est excité par les lignes d'alimentation 25 et 27. Le circuit de contrôle part d'une dérivation centrale 63 de l'enroulement. secondaire 59 et passe à travers une source de tension de commande 65, par la résistance 41 couplée en série avec le tube de contrôle 43, pour arriver à une dérivation intermédiaire 67 d'une résistance 69 reliée aux anodes 33 des ' deux tubes d'allumage 31.
A partir de l'anode d'un des tubes d'allumage, le circuit de contrôle de l'autre -tube d'allu- mage continue à travers la cathode 71 et l'allumeur 39 de l'ignitron 29 correspondant à la cathode 37 du tube d'allumage. La tension de commande de la source 65 maintient nor malement les tubes d'allumage non conduc teurs. Chaque tube d'allumage 31 devient con ducteur au moment, dans une demi-période de la tension alternative, où son anode devient positive, du fait que le tube de contrôle 43 devient conducteur. La résistance 69, connec tée entre les anodes 33 des tubes d'allumage 31, est destinée à permettre à une tension uni que, fournie à travers la résistance 41, de contrôler les deux tubes d'allumage.
Le tube de contrôle 43 devient conducteur à un moment déterminé à l'avance dans chaque demi-période de la tension d'alimenta tion alternative pendant l'intervalle du temps de soudure. La longueur de l'intervalle du temps de soudure est déterminé par un circuit qui comporte un diviseur de tension 75, à tra vers lequel est maintenue une tension à cou rant continu au moyen d'un redresseur à onde pleine 77 et des organes de filtrage 79 et 81 excités par les lignes d'alimentation 25 et 27 à travers un autre transformateur auxiliaire 83. La bobine 15 de la valve à solénoïde 13 du dispositif de pression 11 est reliée aux bornes du diviseur 75 par l'intermédiaire d'un pre mier contact 85 d'un interrupteur à poussoir 87.
L'interrupteur à poussoir 97 est normale ment ouvert, mais, lorsqu'il est fermé à la main, il est maintenu en position fermée par un verrou 89 actionné par un solénoïde jus qu'à ce que la bobine du solénoïde 91 du ver rou soit excitée, auquel moment l'interrupteur à poussoir 87 est ouvert au moyen d'un res sort 93. Le circuit de la bobine 91 du solé noïde du verrou est fermé sur les bornes du diviseur de tension 75 par l'intermédiaire d'un contact 95 normalement ouvert d'un second relais 97, le contact à contre-pression 17 et un second contact 99 sur l'interrupteur à pous soir 87.
Une paire de valves électriques 1.01 et 103, préférablement du genre à arc, telles que des thyratrons, est branchée dans le circuit de dis tribution. La première de ces valves 101 est appelée tube d'amorçage , et la seconde valve 103 est appelée tube d'arrêt . Les anodes 105 et 107 des tubes d'amorçage et d'arrêt 101 et 103 sont reliées ensemble à la borne positive du diviseur de tension 75 par un contact nor malement fermé 109 d'un troisième relais 111, le contact à contre-pression 17 et le contact 99 de l'interrupteur à poussoir 87. La cathode 113 du tube d'amorçage 101 est reliée par une résistance 11_5 à la borne négative du diviseur 75.
En parallèle avec cette résistance 115, et reliés en série, sont branchés -un redresseur 117, plusieurs éléments de résistance 118-125 et un premier condensateur de distribution 127. Un second condensateur de distribution 129 est connecté normalement en dérivation avec le premier condensateur de distribution <B>127</B> au moyen d'un interrupteur à main 131 qui peut être ouvert dans le but indiqué ci- après. Un circuit de décharge, comprenant une résistance 133 et un contact normalement ouvert 135 du troisième relais 111, est bran ché en parallèle sur les condensateurs de dis tribution 127 et 129.
Chacun des éléments de résistance 118-125 est connecté à deux contacts adjacents d'un dispositif à contact multiple 137. Le dispo sitif à contact 137 peut être monté sur une partie fixe de la machine à souder et comporte plusieurs lames flexibles 139=147 placées l'une au-dessus de l'autre. Les lames sont fixées et isolées l'une de l'autre à une extré mité, mais sont libres et portent des contacts à l'autre extrémité. Un levier 149 en matière isolante est disposé de manière à pouvoir être déplacé dans un sens pour entrer en contact avec l'extrémité libre de la première lame 139 et la déplacer vers la deuxième lame 140 pour entrer en contact avec celle-ci.
Lors de la con tinuation du mouvement du levier 149 dans le même sens, la lame 140, qui est toujours en contact avec la feuille 139, entre en contact également avec la troisième lame 7.41. Le mouvement progressif du levier 149 donne lieu à des contacts successifs entre les lames successives du dispositif à contact. Il est évi dent que, lorsque la première et la deuxième lame 139 et 140 sont en contact, le premier élément de résistance relié entre celles-ci est court-circuité, et ainsi de suite; la résistance totale du jeu d'éléments de résistance 118-125 inséré dans le circuit est déterminée par la position du levier mobile 149.
Le levier 149 est pivoté en un point 151 et soumis à l'action d'un ressort 153, de façon que, normalement, les lames 139-147 ne sont pas en contact. L'extrémité du levier éloignée des lames est placée de façon à coopérer avec un organe fileté réglable 155 monté sur l'élec trode mobile 3 et se déplaçant avec elle. Par conséquent, pendant que l'électrode 3 se dé place vers la position de serrage des pièces à souder entre les électrodes, le levier 149 est déplacé de manière qu'un certain nombre de lames 139-147 sont en contact correspondant à la position de l'électrode mobile 3, laquelle, à son tour, est déterminée par l'épaisseur de la matière à souder.
L'organe réglable 155 monté sur l'électrode mobile 3, une lampe 157 branchée en dériva tion sur le dernier organe de résistance 125 de la série et alimentée au moyen d'une source de tension, représentée par une batterie 159, et un interrupteur à main 161. branché dans le circuit de la lampe, sont prévus pour per mettre un premier réglage de l'appareil. Ce réglage est décrit ci-après en corrélation avec le fonctionnement de l'installation.
La cathode 163 du tube d'arrêt 103 est reliée à la cathode 47 du tube de contrôle 43 et elle est aussi reliée par une résistance 165 à une dérivation intermédiaire 167 du divi seur de tension 75. La bobine 169 du second relais 97 est reliée aux bornes de la résistance 165 par l'intermédiaire d'un contact normale ment ouvert 171 du premier relais 51. La bobine 173 du troisième relais 111 est aussi reliée aux bornes de la résistance 165 par l'intermédiaire d'un contact normalement fermé 175 du pre mier relais 51.
L'enroulement 177 du premier relais 51. est connecté à la borne positive du diviseur 75 et à la dérivation intermédiaire 167 de celui-ci, à travers le contact 99 de l'in terrupteur à poussoir 87, le contact à contre- pression 17 et un contact normalement ouvert 179 du troisième relais 111. Un contact 1S1 du premier relais 51 est branché en dérivation sur le contact ouvert 179 du troisième relais 11l.
Le circuit de contrôle du tube d'amorçage 101 peut être tracé de l'électrode de contrôle 183 de celui-ci, à travers une résistance de grille 185, une paire de résistance 187 et 189, à la cathode 113. Une tension de commande de courant continu est appliquée à la résis tance 189 qui tend à maintenir le tube d'amor çage 101. non conducteur. Une impulsion de tension suffisante pour vaincre la tension de commande et pour rendre le tube d'amorçage 101 conducteur est appliqué périodiquement à travers l'autre. résistance 187. L'impulsion de tension est obtenue au moyen d'un transfor mateur de pointe 191 alimenté par les lignes d'alimentation 25 et 27 au moyen d'un circuit de déphasage 193.
Le circuit 193 est réglé de façon que l'impulsion de tension dans la résis tance 187 rende le tube d'amorçage 101 con ducteur .à un moment de la période de la ten sion d'alimentation alternative, dépendant du facteur de puissance de la charge et corres pondant au point nul du courant.
Le circuit de contrôle du tube d'arrêt 103 peut être tracé depuis l'électrode de contrôle 195 de celui-ci à travers une résistance de grille 197 et les condensateurs de distribution <B>127</B> et 129 à la borne négative du diviseur 75.
partir de la dérivation intermédiaire<B>167</B> chi diviseur 75, le circuit de contrôle continue à. travers la résistance 165 à la cathode 163 du tube d'arrêt. La tension existant dans le diviseur 75 entre la dérivation intermédiaire 167 et la borne négative tend à maintenir le tube d'arrêt 103 non conducteur. Toutefois; lorsque le tube d'arrêt 101 devient conduc teur, du courant passe dans les condensateurs < le distribution 127 et 129 pour les charger à un taux déterminé par la résistance prévue clans le circuit par les organes de résistance 118-125. Lorsque la charge dans les conden sateurs de distribution 127 et 129 atteint une valeur déterminée à l'avance, le tube d'arrêt 103 devient conducteur.
Le circuit de contrôle du tube de contrôle 43 peut être tracé depuis l'électrode de con trôle 199 de celui-ci, à travers une résistance de grille 201, un pont de compensation com prenant une résistance 203 et un enroulement secondaire 205 d'un transformateur auxiliaire 207, un conducteur 209, une résistance 211, la résistance 189, la résistance 115 à la borne négative du diviseur 75 et, en outre, depuis la dérivation intermédiaire 167 du diviseur 75 à travers la résistance 165 à la cathode 47 du tube de contrôle 43.
La tension résultant de la partie du divi seur 75 insérée dans le circuit de contrôle du tube de contrôle 43 et la tension de commande appliquée à la résistance 189 fournissent une tension tendant à maintenir le tube de con trôle 43 non conducteur. Une tension de ré glage est appliquée aux bornes de la résistance 211 à travers un redresseur 213 et un circuit de déphasage 215 aimanté par les lignes d'ali mentation 25 et 27 à travers le transformateur auxiliaire 207. Ainsi qu'il sera expliqué plus loin, le moment dans une demi-période de la tension alternative à laquelle le tube de con trôle 43 devient conducteur est déterminé par le déphasage de la tension appliquée aux bornes de la résistance 211.
Avant le commencement des opérations de soudure, le montage du dispositif à contact 137 doit être réglé. Un interrupteur actionné à la main 217 placé à proximité de l'interrup teur à poussoir 87 est fermé pour produire l'aimentation de la valve à solénoïde 13, de façon que l'électrode à souder mobile 3 soit abaissée sous l'effet de la pression, sans qu'il y ait de plaque de matière entre les électrodes. Les électrodes étant dans cette position, l'or gane réglable 155 est réglé de façon que toutes les lames 139-147 du dispositif à con tact 137 soient tout juste en contact. L'inter rupteur à main 161 est fermé de façon que le contact entre les deux dernières lames 146 et 147 soit. signalé par l'allumage de la lampe indicatrice 157.
Avec toutes les lames en con tact, l'organe réglable 155 est fixé en position et les interrupteurs à main 161 et 217 sont ouverts; l'installation est dès lors en état de fonctionnement. Pour amorcer le fonctionnement de l'ins tallation, l'interrupteur à poussoir 87 est fermé. Ainsi qu'il a déjà été expliqué, l'inter rupteur à poussoir 87, une fois fermé, est maintenu dans cette position aussi longtemps que la bobine du solénoïde 91 de la détente demeure désexcitée. Le premier contact 85 de l'interrupteur à poussoir 87 ferme un circuit à travers la bobine 15 de la' valve à solénoïde 13 du dispositif de pression 11. Il en résulte que l'électrode mobile 3 est déplacée vers le bas pour serrer les pièces de travail 7 et 9 à souder qui ont été placées entre les deux élec trodes 3 et 5.
Au même moment, le levier 149 est déplacé vers le haut, de manière qu'un certain nombre des lames 139-147 du dispo sitif à contact entrent en contact entre elles, ce nombre correspondant à l'épaisseur des pièces de travail à souder.
Lorsque l'électrode mobile 3 est en posi tion, le contact à contre-pression 17 se ferme, de sorte qu'un circuit est fermé depuis la borne positive du diviseur 75 à travers le deuxième contact 99 de l'interrupteur à pous soir 87, le contact 17 de l'interrupteur à contre-pression et le contact normalement fermé 109 du troisième relais 111 aux anodes 105 et 107 des tubes d'amorçage et d'arrêt 101 et 103. De ce fait, la prochaine impulsion de tension se produisant à travers la résis tance 187 dans le circuit de contrôle du tube d'amorçage 101 rend le tube d'amorçage con ducteur, afin d'amorcer la charge des conden sateurs de distribution 127 et 129.
Lorsque le tube d'amorçage 101 devient conducteur, le point sur le circuit de contrôle du tube de contrôle 43 le plus rapproché de la cathode 113 du tube d'amorçage 101 est élevé presque au niveau du potentiel de la borne positive du diviseur 75. Par conséquent, les pointes de la tension de contrôle résul tante, telles que prévues par la tension de réglage appliquée aux bornes de la résistance 211, rendent le tube de contrôle 43 conduc teur.
La phase des pointes et, par conséquent, le moment dans une demi-période auquel le tube de contrôle devient conducteur est réglé par le circuit de déphasage 215. Les tubes d'allumage 31 deviennent conducteurs pendant des demi-périodes alternatives par l'action du tube de contrôle 43 et, à leur tour, ils agis sent de manière que les ignitrons 29 devien nent conducteurs alternativement dans des demi-périodes opposées de la tension d'alimen tation. Par conséquent, du courant. est trans mis dans le transformateur de soudure pour produire une soudure dans les pièces de tra vail serrées entre les électrodes, la durée du temps de soudure commençant au moment où le tube d'amorçage devient conducteur.
La charge des condensateurs de distribu tion 127 et 129 est aussi amorcée lorsque le tube d'amorçage 101 devient conducteur. Le taux de chargement des condensateurs de dis tribution dépend de la valeur de la résistance insérée par les éléments de résistance 118-125 en série avec ceux-ci. Cette valeur, à son tour, dépend du nombre de lames du dispositif à contact 137 qui sont en contact les unes avec les autres, nombre qui correspond à l'épaisseur de la matière à souder. Pour des raisons déjà indiquées, il est préférable de choisir les résis tances des divers éléments de résistance 118-125, de façon que le temps nécessaire pour charger les condensateurs de distribution 127 et 129 à la tension nécessaire pour rendre le tube d'arrêt 103 conducteur soit déterminé par l'équation (1) déjà. énoncée.
Lorsque le tube d'arrêt 103 devient conducteur, la ca thode 47 du tube de contrôle 43 étant reliée à la cathode 163" du tube d'arrêt 103, est élevée presque au niveau du potentiel de la borne po sitive du diviseur 75, tandis que la grille 119 du tube de contrôle 43 a sensiblement le po tentiel de la borne négative du diviseur 75, de sorte que le tube de contrôle 43 n'est plus conducteur pendant chaque demi-période. Ainsi, le temps de soudure est. terminé et l'alimentation en courant de soudure cesse. Le courant dans le tube d'arrêt 103 passe dans le contact normalement fermé 175 du premier relais 51 et à travers la bobine 173 du troi sième relais 111 pour exciter ce dernier.
Lors de l'aimantation du troisième relais 11.1, le premier contact 179 de celui-ci est fermé pour compléter le circuit dans la bo bine 177 du premier relais 51. Le deuxième contact 109 du troisième relais 111 s'ouvre pour couper les circuits d'anodes des tubes d'amorçage et d'arrêt 101 et 103, et le troi sième contact 135 est fermé pour compléter le circuit de décharge à travers les condensateurs (le distribution 127 et 129.
Lorsque le premier relais 51 est excité du fait de l'action du troisième relais 111, le pre mier contact 49 de celui-ci s'ouvre, de manière que tant que le premier relais 51 demeure dans sa position excitée, le tube de contrôle 43 ne peut pas devenir conducteur. Le deuxième contact 181 du premier relais 51 complète le circuit de maintien pour la bobine 177. Ceci est nécessaire puisque le troisième relais 111 reprend sa position de désexcitation lorsque le deuxième contact 109 .de celui-ci coupe les circuits des anodes .des tubes d'amorçage et d'arrêt 101 et 103. Le troisième contact 171 du premier relais 51 complète la connexion de la bobine 169 du deuxième relais 97 à tra vers la résistance 165 dans le circuit de ca thode du tube d'arrêt 103.
Toutefois, le tube d'arrêt 103 est maintenant désexcité, de sorte que le deuxième relais 97 reste dans sa posi tion désexcitée. Le quatrième contact 175 du premier relais 51 ouvre le circuit d'excitation du troisième relais 111.
Jusqu'ici, il est évident que le temps de soudure dépend et est réglé automatiquement en fonction de l'épaisseur de la matière à souder. De plus, en choisissant convenable ment les organes de .résistance 118-125, le temps de soudure devient une fonction déter minée de l'épaisseur conformément à l'équa tion déjà énoncée. Il est évident que le nom bre d'organes de résistance et de leurs résis tances peut être déterminé comme on le dé sire. La disposition des contacteurs peut, naturellement, être utilisée pour faire varier un autre paramètre du courant de soudurë, si on le désire. De plus, d'autres dispositions peuvent être prévues pour traduire l'écarte ment mécanique des électrodes en. un réglage du circuit de distribution.
Lorsque le quatrième contact 175 du pre mier relais 51 ouvre le circuit d'excitation du troisième relais 111, ledit troisième relais re tourne à sa - position de désexcitation, mais seulement après un léger retard provoqué par tme pièce de retardement prévue sur le relais. Ainsi, le circuit de décharge pour les conden sateurs de distribution 127 et 129 est ouvert, les condensateurs .ayant été, à ce moment-là, complètement déchargés, et les circuits d'anodes des tubes d'amorçage et d'arrêt 101 et 103 sont de nouveau fermés. L'opération de distribution est alors répétée, mais il est à noter que, puisque le premier relais 51 est encore excité, aucun courant .de soudure ne passe.
A la fin de la deuxième période de dis tribution, le tube d'arrêt 103 redevient 'con ducteur. Cette fois-ci, le deuxième relais 97 est excité au lieu du troisième relais 111 et ferme le circuit par la bobiné 91 du solénoïde de détente 89. Le solénoïde est déplacé hors de contact .de l'interrupteur à poussoir 87,. de sorte que ce dernier est immédiatement' ouvert par l'action du ressort 93. Lors de l'ouverture de l'interrupteur à poussoir 87, la valve de soléno'ide 13 du dispositif de pression 11 est désexcitée et l'électrode mobile 3 est ramenée vers le haut, hors de contact de la matière qui vient d'être soudée.
Il est alors évident que la deuxième pé riode de durée constitue le temps de retenue. Pendant cette période, les électrodes 3 et 5 sont maintenues en contact avec les pièces qui viennent d'être soudées; mais aucun courant de soudure ne passe.
On doit se rendre compte que, tandis qu'on a représenté une installation dans laquelle le temps de soudure ainsi que le temps de rete nue sont réglés automatiquement selon l'épais seur de la matière. à souder, il peut être dési rable, clans certains cas, de ne régler que la durée du temps .de soudure seulement. Il est également à noter que divers relais adjoints au tube d'arrêt peuvent être utilisés pour d'autres opérations en phis de celles décrites, telles que l'amorçage :d'une pression de for geage pendant la période de retenue. On doit également se rendre compte que les condensateurs 127 et 129 ont, de préfé rence, une grandeur qui est en rapport avec la valeur des éléments de résistance 118-125, en vue de la distribution énoncée dans l'équa tion (1).
Les condensateurs ont également, de préférence, une grandeur relative telle que, lorsqu'on ouvre l'interrupteur 131, le réglage obtenu correspond à environ 701/o de celui résultant de l'équation (1) pour l'obtention de soudures uniques ou très largement espa cées dans lesquelles l'effet de dérivation de la soudure précédente n'est pas sensible. D'après ce qui précède, on voit qu'avec l'installation selon l'invention, les réglages manuels et les modifications dans le montage de la machine, habituellement effectués jus qu'ici pour chaque modification .dans l'épais seur de la matière à souder, sont supprimés.
De bonnes soudures en résultent, qui sont entièrement indépendantes du degré d'atten tion ainsi que du jugement de l'opérateur. L'appareil est entièrement autoréglable d'une soudure à l'autre.
Installation comprising a resistance welding machine for spot welding. The subject of the invention is an installation comprising a resistance welding machine for spot welding.
In spot welding, it is customary to use a resistance welding machine provided with a pair of electrodes and a device enabling pressure to be exerted to move one of the electrodes relative to the other, in order to clamp the work pieces which are to be welded together. The energy supplied to the electrodes to produce a hard penny comes from a source of native alternating current through electric valves and a welding transformer. The valves are controlled to determine the duration during which current is supplied to the electrodes, known as the welding time, together with the value of the effective current. After interrupting the welding current; the electrodes continue to clamp the workpieces together for a time which is generally called the holding time.
During this holding time, the mass of the electrodes and the surrounding metal help dissipate the heat produced in the weld, so that the possibility of porosity and cracking in the weld is reduced as the weld bead solidifies. .
In spot welding of work pieces, it is customary to choose the size of the electrode ends, the clamping pressure to be applied by means of the electrodes, the value of the welding current to be supplied to the electrodes and the duration of the supply of current according to the work pieces to be welded. It is also common practice to change the size of the electrode ends, the clamping force, the current value and the weld time when making any significant change in the thickness of the material to be welded. By material thickness is meant the total thickness at the welding point of the workpieces which are to be welded together.
The rectifications and modifications to be made in the assembly of the welding machine for welding materials of different thicknesses, when such operations are relatively frequent, require sustained attention, precise judgment and skill on the part of the 'operator. In addition, the time required to make these changes greatly increases the cost price. artifacts.
The aim of the invention is to create an installation comprising a resistance welding machine in the <U> -by </U> spot welding of materials of different thicknesses, in which the rectifications and modifications of the machine assembly are strongly reduced or deleted.
To this end, the invention consists of an installation comprising a resistance welding machine for spot welding comprising monitoring devices which are sensitive to the thickness of the work pieces clamped between the welding electrodes, and which are arranged so as to be able to automatically adjust the welding power according to said thickness.
The strength of a weld varying with its extent and its thickness as well as the heat necessary to perform a satisfactory weld, the invention is based on the principle that in spot welding of metals, such as low-grade steels. carbon content, good quality welds can be shaped with materials of different thicknesses by only modifying the duration of the weld.
Thus, keeping the size of the end of the electrode, the clamping force, the value of the current and the holding time, the amount of heat required and the strength of the welds of materials of different thicknesses substantially constant. be modified by varying the duration of the weld only. According to a preferred embodiment of the invention, a device is provided, in a resistance welding machine, for regulating the supply of energy for effecting a weld, by means of which the welding time is regulated. automatically as a determined function of the thickness of the material to be welded.
Moreover, it has been found that the best time-to-thickness ratio for the least smallest hard spot spacing necessary for strength purposes in low carbon steels can be defined as N = 1.67J + 6J2 + 12J3 (1) where J represents the thickness in inches (1 inch = 2.54 cm) and N the time in seconds. The invention relates to automatic adjustment of the welding time according to equation (1).
When the thickness is represented by C in cm, the equation can be modified as follows: N = 0.66 C + 0.93 CZ + 0.73 C3 (7.a) We must not deduce from this that the aforementioned equation represents the only relationship between the thickness and the time making it possible to obtain key satisfactory results. The equation indicates the approximate minimum weld time required to achieve a satisfactory weld with any given thickness for minimum weld spot gaps.
It has been found that the ratio of thickness to time according to equation (1) can also serve as a convenient measure of the minimum holding time required for solidification of the weld bead. The holding time can also be changed automatically with the thickness of the material, in order to increase the production speed.
In practice, it is preferable to choose the size of the ends of the electrodes, the clamping force and the current corresponding to the maximum thickness of the material. Then, these values being kept constant, the welding time and the holding time are automatically adjusted with the thickness of the material. We have. found that the practical range of thicknesses that can be welded in this way is on the order of 6 to 1.
The appended drawing represents, by way of example, in its single figure, a diagram of the installation with a resistance welding machine according to the invention.
As shown in the drawing, the welding machine comprises a pair of electrodes 3 and 5, one of which, 5, is stationary, while the other, 3, is mobile, in order to clamp between them the work pieces 7 and 9 to be welded. The electrode 3 is arranged so that it can be moved by a suitable pressure device 11, which can be actuated for example by pressurized air. The application of the pressure is regulated by a valve 13 actuated by a solenoid 15, which, when it is magnetized, forces the electrode 3 to move towards the clamping position, where it is retained until de-energization of the solenoid coil 15.
A back pressure switch is provided with a contact 17 which is closed only after the pressure device 11 has brought the electrode 3 into the clamping position with the desired force.
The secondary winding 19 of the welding transformer 21 is connected to the electrodes 3 and 5. The primary winding 23 of the transformer 21 is connected so as to be supplied by means of supply lines to. alternating current 25 and 27 through a pair of cross-connected electronic arc valves 29, such as ignitions. A resistor 30 is shunted across primary winding 23 to absorb power surges and prevent premature ignition of ignitrons 29.
An electric valve 31, also preferably of the arc type, such as a thyratron, is provided for each of the ignitrons 29 and is hereinafter called the ignition tube. Each ignition tube 31 has an anode 33 connected to the anode 35 of the corresponding ignitron 29, and a cathode 37 connected to the igniter 39 of the corresponding ignitron 29. Thus, when an ignition tube 31 becomes conductive, the anode 35 of the corresponding ignitron is positive and the current passing through the ignition tube 31 and the igniter 39 makes the ignitron conductive to create a current passage through the electrodes 3 and 5. Ignition tubes 31 are regulated by another valve 43, which is also preferably of the arc type, such as a thyratron, and which is hereinafter called the adjustment tube.
The anode 45 and the cathode 47 of the adjustment tube 43 are coupled in series with a resistor 41 via a normally closed contact 49 of a first relay 51 and supplied by a full wave rectifier 53 connected. on supply lines 25 and 27.
The control circuit for each ignition tube 31 comprises the control electrode 55 of this tube and a corresponding grid resistor 57 connected to one end of the secondary winding 59 of an auxiliary transformer 61, the control electrodes. control 55 of the two ignition tubes 31 being connected to the opposite ends of the secondary winding 59. The primary winding of the auxiliary transformer 61 is energized by the supply lines 25 and 27. The control circuit starts from a central branch 63 of the winding. secondary 59 and passes through a control voltage source 65, through resistor 41 coupled in series with control tube 43, to arrive at an intermediate branch 67 of a resistor 69 connected to the anodes 33 of the two tubes. ignition 31.
From the anode of one of the ignition tubes, the control circuit of the other ignition tube continues through the cathode 71 and the igniter 39 of the ignitron 29 corresponding to the cathode. 37 from the ignition tube. The control voltage from source 65 normally maintains the ignition tubes non-conductive. Each ignition tube 31 becomes conductive at the moment, in half a period of the alternating voltage, when its anode becomes positive, because the control tube 43 becomes conductive. The resistor 69, connected between the anodes 33 of the ignition tubes 31, is intended to allow a united voltage, supplied through the resistor 41, to control the two ignition tubes.
The control tube 43 becomes conductive at a predetermined time in each half period of the AC supply voltage during the interval of the welding time. The length of the weld time interval is determined by a circuit which includes a voltage divider 75, through which a direct current voltage is maintained by means of a full wave rectifier 77 and filter members. 79 and 81 excited by the supply lines 25 and 27 through another auxiliary transformer 83. The coil 15 of the solenoid valve 13 of the pressure device 11 is connected to the terminals of the divider 75 by means of a pre mier contact 85 of a push-button switch 87.
Push switch 97 is normally open, but, when closed by hand, is held in the closed position by a latch 89 actuated by a solenoid until the coil of solenoid 91 of the worm wheel is energized, at which time the push-button switch 87 is opened by means of a res out 93. The circuit of the solenoid coil 91 of the latch is closed on the terminals of the voltage divider 75 by means of a normally open contact 95 of a second relay 97, the back pressure contact 17 and a second contact 99 on the push button switch 87.
A pair of electric valves 1.01 and 103, preferably of the arc type, such as thyratrons, is plugged into the distribution circuit. The first of these valves 101 is called the priming tube, and the second valve 103 is called the stop tube. The anodes 105 and 107 of the starting and stopping tubes 101 and 103 are connected together to the positive terminal of the voltage divider 75 by a normally closed contact 109 of a third relay 111, the back pressure contact 17 and the contact 99 of the push-button switch 87. The cathode 113 of the ignition tube 101 is connected by a resistor 11_5 to the negative terminal of the divider 75.
In parallel with this resistor 115, and connected in series, are connected a rectifier 117, several resistor elements 118-125 and a first distribution capacitor 127. A second distribution capacitor 129 is normally connected in branch with the first capacitor of distribution <B> 127 </B> by means of a hand switch 131 which can be opened for the purpose indicated below. A discharge circuit, comprising a resistor 133 and a normally open contact 135 of the third relay 111, is connected in parallel to the distribution capacitors 127 and 129.
Each of the resistance elements 118-125 is connected to two adjacent contacts of a multiple contact device 137. The contact device 137 can be mounted on a fixed part of the welding machine and has several flexible blades 139 = 147 placed one above the other. The blades are fixed and insulated from each other at one end, but are free and carry contacts at the other end. A lever 149 of insulating material is arranged so as to be able to be moved in one direction to come into contact with the free end of the first blade 139 and to move it towards the second blade 140 to come into contact with the latter.
When continuing the movement of the lever 149 in the same direction, the blade 140, which is still in contact with the sheet 139, also comes into contact with the third blade 7.41. The progressive movement of the lever 149 gives rise to successive contacts between the successive blades of the contact device. It is obvious that when the first and the second blade 139 and 140 are in contact, the first resistance element connected between them is short-circuited, and so on; the total resistance of the set of resistance elements 118-125 inserted in the circuit is determined by the position of the movable lever 149.
The lever 149 is pivoted at a point 151 and subjected to the action of a spring 153, so that, normally, the blades 139-147 are not in contact. The end of the lever remote from the blades is placed so as to cooperate with an adjustable threaded member 155 mounted on the movable electrode 3 and moving with it. Therefore, as the electrode 3 moves to the clamping position of the workpieces between the electrodes, the lever 149 is moved so that a number of blades 139-147 are in contact corresponding to the position of. the movable electrode 3, which, in turn, is determined by the thickness of the material to be welded.
The adjustable member 155 mounted on the movable electrode 3, a lamp 157 connected in derivation on the last resistance member 125 of the series and supplied by means of a voltage source, represented by a battery 159, and a switch hand-held 161. plugged into the lamp circuit, are provided to allow a first adjustment of the device. This setting is described below in relation to the operation of the installation.
The cathode 163 of the stop tube 103 is connected to the cathode 47 of the control tube 43 and it is also connected by a resistor 165 to an intermediate branch 167 of the voltage divider 75. The coil 169 of the second relay 97 is connected. across resistor 165 via a normally open contact 171 of first relay 51. Coil 173 of third relay 111 is also connected across resistor 165 via normally closed contact 175 of the first relay 51.
The winding 177 of the first relay 51. is connected to the positive terminal of the divider 75 and to the intermediate branch 167 thereof, through the contact 99 of the push-button switch 87, the back-pressure contact 17 and a normally open contact 179 of the third relay 111. A contact 1S1 of the first relay 51 is bypassed on the open contact 179 of the third relay 11l.
The firing tube control circuit 101 may be traced from the control electrode 183 thereof, through a gate resistor 185, a pair of resistor 187 and 189, to the cathode 113. A control voltage DC current is applied to resistor 189 which tends to keep the firing tube 101 non-conductive. A voltage pulse sufficient to overcome the drive voltage and to make the firing tube 101 conductive is periodically applied across the other. resistor 187. The voltage pulse is obtained by means of a peak transformer 191 supplied by the supply lines 25 and 27 by means of a phase shift circuit 193.
Circuit 193 is set so that the voltage pulse across resistor 187 makes firing tube 101 conductive at some point in the period of the AC supply voltage, depending on the power factor of the voltage. load and corresponding to the zero point of the current.
The control circuit of the stop tube 103 can be traced from the control electrode 195 thereof through a gate resistor 197 and the distribution capacitors <B> 127 </B> and 129 to the negative terminal divider 75.
from the intermediate branch <B> 167 </B> chi divider 75, the control circuit continues to. through resistor 165 to cathode 163 of the stop tube. The voltage existing in the divider 75 between the intermediate branch 167 and the negative terminal tends to keep the stop tube 103 non-conductive. However; when the stop tube 101 becomes conductive, current flows through the capacitors 127 and 129 to charge them at a rate determined by the resistance provided in the circuit by the resistance members 118-125. When the charge in the distribution capacitors 127 and 129 reaches a predetermined value, the stop tube 103 becomes conductive.
The control circuit of the control tube 43 can be traced from the control electrode 199 thereof, through a gate resistor 201, a compensation bridge comprising a resistor 203 and a secondary winding 205 of a. auxiliary transformer 207, conductor 209, resistor 211, resistor 189, resistor 115 to the negative terminal of divider 75 and further from intermediate lead 167 of divider 75 through resistor 165 to cathode 47 of the tube control 43.
The voltage resulting from the part of the divider 75 inserted into the control circuit of the control tube 43 and the control voltage applied to the resistor 189 provide a voltage tending to keep the control tube 43 non-conductive. A setting voltage is applied across resistor 211 through a rectifier 213 and a phase shift circuit 215 magnetized by supply lines 25 and 27 through auxiliary transformer 207. As will be explained later. , the moment in a half-period of the alternating voltage at which the control tube 43 becomes conductive is determined by the phase shift of the voltage applied to the terminals of the resistor 211.
Before starting the welding operations, the mounting of the contact device 137 must be adjusted. A hand operated switch 217 placed in proximity to the push button switch 87 is closed to provide power to the solenoid valve 13, so that the movable weld electrode 3 is lowered under the effect of the pressure. pressure, without there being a plate of material between the electrodes. With the electrodes in this position, the adjustable or gane 155 is set so that all of the blades 139-147 of the contact device 137 are just in contact. The hand switch 161 is closed so that the contact between the last two blades 146 and 147 is. signaled by the lighting of the indicator lamp 157.
With all the blades in contact, the adjustable member 155 is fixed in position and the hand switches 161 and 217 are open; the installation is therefore in working order. To start the operation of the installation, the push-button switch 87 is closed. As has already been explained, the push-button switch 87, once closed, is maintained in this position as long as the coil of the solenoid 91 of the trigger remains de-energized. The first contact 85 of the push-button switch 87 closes a circuit through the coil 15 of the solenoid valve 13 of the pressure device 11. As a result, the movable electrode 3 is moved downward to clamp the parts. 7 and 9 to be welded which have been placed between the two electrodes 3 and 5.
At the same time, the lever 149 is moved upwards, so that a certain number of the blades 139-147 of the contact device come into contact with each other, this number corresponding to the thickness of the work pieces to be welded.
When the movable electrode 3 is in position, the back pressure contact 17 closes, so that a circuit is closed from the positive terminal of the divider 75 through the second contact 99 of the pushbutton 87 , the contact 17 of the back pressure switch and the normally closed contact 109 of the third relay 111 at the anodes 105 and 107 of the starting and stopping tubes 101 and 103. As a result, the next voltage pulse is producing through the resistor 187 in the control circuit of the priming tube 101 makes the starting tube conductive, in order to prime the charge of the distribution capacitors 127 and 129.
When the priming tube 101 becomes conductive, the point on the control tube 43 control circuit closest to the cathode 113 of the starting tube 101 is raised almost to the level of the potential of the positive terminal of the divider 75. Therefore, the resulting control voltage spikes, as predicted by the control voltage applied across resistor 211, make the control tube 43 conductive.
The phase of the peaks and therefore the time in a half period at which the control tube becomes conductive is set by the phase shift circuit 215. The ignition tubes 31 become conductive during alternating half periods by the action. of the control tube 43 and, in turn, they act so that the ignitrons 29 become conductors alternately in opposite half-periods of the supply voltage. Therefore, current. is fed into the welding transformer to produce a weld in the workpieces clamped between the electrodes, the duration of the weld time starting when the firing tube becomes conductive.
Charging of the distribution capacitors 127 and 129 is also initiated when the initiation tube 101 becomes conductive. The charging rate of the distribution capacitors depends on the value of the resistance inserted by the resistance elements 118-125 in series with them. This value, in turn, depends on the number of blades of the contact device 137 which are in contact with each other, which number corresponds to the thickness of the material to be welded. For reasons already indicated, it is preferable to choose the resistances of the various resistance elements 118-125, so that the time necessary to charge the distribution capacitors 127 and 129 to the voltage necessary to make the stop tube 103 conductor is determined by equation (1) already. stated.
When the stop tube 103 becomes conductive, the cathode 47 of the control tube 43 being connected to the cathode 163 "of the stop tube 103, is raised almost to the level of the potential of the positive terminal of the divider 75, while that the grid 119 of the control tube 43 has substantially the potential of the negative terminal of the divider 75, so that the control tube 43 is no longer conductive during each half-period. Thus, the soldering time is ended. and the solder current supply ceases Current in stop tube 103 passes through normally closed contact 175 of first relay 51 and through coil 173 of third relay 111 to energize the latter.
When the third relay 11.1 is magnetized, the first contact 179 thereof is closed to complete the circuit in the coil 177 of the first relay 51. The second contact 109 of the third relay 111 opens to cut the circuits d start and stop tubes 101 and 103, and the third contact 135 is closed to complete the discharge circuit through the capacitors (distribution 127 and 129.
When the first relay 51 is energized due to the action of the third relay 111, the first contact 49 thereof opens, so that as long as the first relay 51 remains in its energized position, the control tube 43 cannot become a driver. The second contact 181 of the first relay 51 completes the holding circuit for the coil 177. This is necessary since the third relay 111 returns to its de-energizing position when the second contact 109 of the latter cuts the circuits of the anodes of the tubes d. start and stop 101 and 103. The third contact 171 of the first relay 51 completes the connection of the coil 169 of the second relay 97 through the resistor 165 in the cathode circuit of the stop tube 103.
However, the stop tube 103 is now de-energized, so that the second relay 97 remains in its de-energized position. The fourth contact 175 of the first relay 51 opens the excitation circuit of the third relay 111.
So far, it is obvious that the welding time depends and is automatically adjusted depending on the thickness of the material to be welded. In addition, by suitably choosing the resistance members 118-125, the welding time becomes a determined function of the thickness in accordance with the equation already stated. Obviously, the number of resistance organs and their resistances can be determined as desired. The arrangement of the contactors can, of course, be used to vary another parameter of the weld current, if desired. In addition, other arrangements can be provided to translate the mechanical separation of the electrodes into. adjustment of the distribution circuit.
When the fourth contact 175 of the first relay 51 opens the excitation circuit of the third relay 111, said third relay returns to its de-energization position, but only after a slight delay caused by a delay part provided on the relay. Thus, the discharge circuit for the distribution capacitors 127 and 129 is opened, the capacitors having been, at that time, completely discharged, and the anode circuits of the starting and stopping tubes 101 and 103 are closed again. The distribution operation is then repeated, but it should be noted that, since the first relay 51 is still energized, no welding current flows.
At the end of the second distribution period, the stop tube 103 becomes conductive again. This time, the second relay 97 is energized instead of the third relay 111 and closes the circuit through the coil 91 of the expansion solenoid 89. The solenoid is moved out of contact with the push-button switch 87,. so that the latter is immediately opened by the action of the spring 93. When opening the push-button switch 87, the solenoid valve 13 of the pressure device 11 is de-energized and the movable electrode 3 is brought upwards, out of contact with the material which has just been welded.
It is then obvious that the second period of duration constitutes the holding time. During this period, the electrodes 3 and 5 are kept in contact with the parts which have just been welded; but no welding current is flowing.
We must realize that, while we have shown an installation in which the welding time as well as the holding time are automatically adjusted according to the thickness of the material. soldering, it may be desirable, in some cases, to set only the duration of the soldering time only. It should also be noted that various relays added to the stop tube can be used for other operations in addition to those described, such as the initiation of: a forging pressure during the hold period. It should also be appreciated that capacitors 127 and 129 preferably have a magnitude which relates to the value of resistance elements 118-125, in view of the distribution set forth in equation (1).
The capacitors also preferably have a relative size such that, when the switch 131 is opened, the setting obtained corresponds to approximately 701 / o of that resulting from equation (1) for obtaining single welds or very wide spaces in which the effect of bypassing the previous weld is not noticeable. From the foregoing, it can be seen that with the installation according to the invention, the manual adjustments and the modifications in the assembly of the machine, usually carried out heretofore for each modification. In the thickness of the machine. material to be welded are deleted.
Good welds result, which are entirely independent of the degree of attention as well as the judgment of the operator. The device is fully self-adjusting from one weld to another.