Les principaux types de machines à souder

La fixation de pièces par soudage et brasage repose sur un principe : couler les éléments à assembler avec des métaux en fusion. Uniquement lors du soudage, des soudures plomb-étain à bas point de fusion sont utilisées, et lors du soudage, les mêmes métaux à partir desquels les structures soudées sont fabriquées.

Lois physiques agissant en soudage

Pour faire passer un métal d'un état solide normal à un état liquide, il faut le porter à une température très élevée, supérieure à son point de fusion. Les machines à souder électriques fonctionnent sur le principe de générer de la chaleur dans un fil lorsqu'un courant électrique le traverse.

Dans la première moitié du XIXe siècle, ce phénomène a été décrit simultanément par deux physiciens : l'Anglais James Joule et le Russe Emil Lenz. Ils ont prouvé que la quantité de chaleur générée dans un conducteur est directement proportionnelle à :

1. le produit du carré du courant passant ;

2. résistance électrique du circuit ;

3. temps d'exposition.

Pour créer la quantité de chaleur capable de faire fondre des pièces métalliques avec un courant, il faut l'influencer avec l'un de ces trois critères (I, R, t).

Toutes les machines à souder utilisent le contrôle de l'arc en modifiant la valeur du courant circulant. Les deux paramètres restants sont classés comme additionnels.

Types de courant pour les machines à souder

Idéalement, un courant électrique à temps constant, qui peut être généré à partir de sources telles que des batteries rechargeables ou des batteries chimiques ou des générateurs spéciaux, est le mieux adapté pour chauffer uniformément les pièces et la zone de couture.

Cependant, le schéma montré sur la photo n'est jamais utilisé dans la pratique. Il a été démontré qu'il affiche un courant stable qui peut créer un arc lisse et parfait.

Les soudeuses électriques fonctionnent en courant alternatif avec une fréquence industrielle de 50 hertz. En même temps, ils sont tous créés pour un travail sûr et à long terme du soudeur, ce qui nécessite l'installation d'une différence de potentiel minimale entre les pièces soudées.

Cependant, pour un allumage fiable de l'arc, il est nécessaire de maintenir un niveau de tension de 60 ÷ 70 volts. Cette valeur est prise comme valeur de départ pour le circuit de travail tandis que 220 ou 380 V sont fournis à l'entrée de la machine à souder.

Courant alternatif pour le soudage

Afin de réduire la tension d'alimentation de l'installation électrique à la valeur de fonctionnement du soudage, de puissants transformateurs abaisseurs permettant d'ajuster la valeur du courant sont utilisés. En sortie, ils créent la même forme sinusoïdale que dans le réseau électrique. Et l'amplitude harmonique pour la combustion de l'arc est créée beaucoup plus élevée.

La conception des transformateurs de soudage doit répondre à deux conditions :

1.limitation des courants de court-circuit dans le circuit secondaire, qui, selon les conditions de fonctionnement, se produisent assez souvent ;

2. combustion stable de l'arc allumé nécessaire au fonctionnement.

À cette fin, ils sont conçus avec une caractéristique externe de volt-ampère (VAC) qui a une chute abrupte. Cela se fait en augmentant la dissipation de l'énergie électromagnétique ou en incluant un starter - une bobine de résistance inductive - dans le circuit.

Dans les anciennes conceptions de transformateurs de soudage, la méthode de commutation du nombre de tours dans l'enroulement primaire ou secondaire est utilisée pour régler le courant de soudage. Cette méthode laborieuse et coûteuse a perdu son utilité et n'est pas utilisée dans les appareils modernes.

Initialement, le transformateur est réglé pour délivrer une puissance maximale, ce qui est indiqué dans la documentation technique et sur la plaque signalétique du coffret. Ensuite, pour ajuster le courant de fonctionnement de l'arc, il est réduit de l'une des manières suivantes :

• connecter une résistance inductive au circuit secondaire. Dans le même temps, la pente de la caractéristique I - V augmente et l'amplitude du courant de soudage diminue, comme le montre la photo ci-dessus;

• changement d'état du circuit magnétique;

• circuit des thyristors.

Méthodes de réglage du courant de soudage en introduisant une résistance inductive dans le circuit secondaire

Transformateurs de soudageces travaux sur ce principe sont de deux types :

1. avec un système de contrôle de courant lisse en raison du changement progressif de l'entrefer à l'intérieur du fil magnétique inductif;

2. avec commutation progressive du nombre d'enroulements.

Dans la première méthode, le circuit magnétique inductif est composé de deux parties : une fixe et une mobile, qui est déplacée par la rotation de la poignée de commande.

À l'entrefer maximal, la plus grande résistance au flux électromagnétique et la plus petite résistance inductive sont créées, ce qui fournit la valeur maximale du courant de soudage.

L'approche complète de la partie mobile du circuit magnétique vers la partie fixe réduit le courant de soudage à la valeur la plus faible possible.

La régulation pas à pas repose sur l'utilisation d'un contact mobile pour commuter un certain nombre d'enroulements par paliers.

Pour ces inductances, le circuit magnétique est rendu entier, indissociable, ce qui simplifie légèrement la conception globale.

Une méthode de régulation de courant basée sur la modification de la géométrie du circuit magnétique du transformateur de soudage

Cette technique est réalisée en utilisant l'une des méthodes suivantes:

1. en déplaçant la section de bobines mobiles à une distance différente des bobines montées fixes ;

2. En ajustant la position du shunt magnétique à l'intérieur du circuit magnétique.

Dans le premier cas, le transformateur de soudage est créé avec une dissipation d'inductance accrue en raison de la possibilité de modifier la distance entre les enroulements du circuit primaire, fixes dans la région de la culasse inférieure, et l'enroulement secondaire mobile.

Il se déplace grâce à la rotation manuelle de la poignée de l'arbre de réglage, qui fonctionne sur le principe d'une vis mère avec un écrou. Dans ce cas, la position de la bobine de puissance est transmise par un schéma cinématique simple à un indicateur mécanique, gradué en divisions du courant de soudage. Sa précision est d'environ 7,5 %.Pour de meilleures mesures, un transformateur de courant avec ampèremètre est intégré au circuit secondaire.

À la distance minimale entre les bobines, le courant de soudage le plus élevé est généré. Pour le réduire, il est nécessaire de déplacer la bobine mobile sur le côté.

De telles constructions de transformateurs de soudage créent de grandes interférences radio pendant le fonctionnement. Par conséquent, leur circuit électrique comprend des filtres capacitifs qui réduisent le bruit électromagnétique.

Comment activer le shunt magnétique mobile

L'une des versions du circuit magnétique d'un tel transformateur est illustrée sur la photo ci-dessous.

Le principe de son fonctionnement est basé sur la manœuvre d'une certaine partie du flux magnétique dans le noyau grâce à l'inclusion d'un corps de réglage avec une vis mère.

Les transformateurs de soudage commandés par les procédés décrits sont constitués de noyaux magnétiques constitués de tôles d'acier électriques et de bobines de fils de cuivre ou d'aluminium avec une isolation résistant à la chaleur. Cependant, dans le but d'un fonctionnement à long terme, ils sont créés avec la possibilité d'un bon échange d'air pour éliminer la chaleur générée dans l'atmosphère environnante, ils ont donc un poids et des dimensions importants.

Dans tous les cas considérés, le courant de soudage traversant l'électrode a une valeur variable, ce qui réduit l'homogénéité et la qualité de l'arc.

Courant continu pour le soudage

Circuits à thyristors

Si deux thyristors connectés de manière opposée ou un triac sont connectés après l'enroulement secondaire du transformateur de soudage, à travers les électrodes de commande, à partir desquelles le circuit de commande est utilisé pour régler la phase d'ouverture de chaque demi-cycle de l'harmonique, alors il devient possible de réduire le courant maximum du circuit de puissance à la valeur requise pour des conditions de soudage spécifiques.

Chaque thyristor ne laisse passer que l'alternance positive du courant de l'anode à la cathode et bloque le passage de son alternance négative. La rétroaction vous permet de contrôler les deux demi-ondes.

L'organe réglant du circuit de commande fixe l'intervalle de temps t1 pendant lequel le thyristor est encore fermé et ne passe pas son alternance. Lorsqu'un courant est fourni au circuit de l'électrode de commande à l'instant t2, le thyristor s'ouvre et une partie de l'alternance positive, marquée d'un signe «+», le traverse.

Lorsque la sinusoïde passe par une valeur nulle, le thyristor se ferme, il ne passera pas de courant à travers lui jusqu'à ce qu'une alternance positive s'approche de son anode et que le circuit de commande du bloc déphaseur donne une commande à l'électrode de commande.

Aux instants t3 et T4, le thyristor relié au compteur fonctionne selon l'algorithme déjà décrit. Ainsi, dans le transformateur de soudage utilisant un circuit à thyristor, une partie de l'énergie du courant est interrompue aux instants t1 et t3 (une pause sans courant est créée) et les courants circulant dans les intervalles t2 et t4 sont utilisés pour le soudage.

De plus, ces semi-conducteurs peuvent être installés dans une boucle primaire plutôt que dans le circuit électrique. Cela permet l'utilisation de thyristors de plus faible puissance.Mais dans ce cas, le transformateur convertira les parties coupées des demi-ondes de l'onde sinusoïdale, marquées des signes «+» et «-».

La présence d'une pause sans courant pendant les périodes d'interruption d'une partie des harmoniques de courant est une lacune du circuit qui affecte la qualité de la combustion de l'arc. L'utilisation d'électrodes spéciales et certaines autres mesures permettent d'utiliser avec succès le circuit du thyristor pour le soudage, qui a trouvé une application assez large dans des structures appelées redresseurs de soudage.

Circuits à diodes

Les redresseurs de soudage monophasés de faible puissance ont un schéma de connexion en pont assemblé à partir de quatre diodes.

Il crée une forme de courant redressé qui prend la forme d'alternances continues d'alternances positives. Dans ce circuit, le courant de soudage ne change pas de direction, mais fluctue seulement en amplitude, créant des ondulations. Cette forme maintient mieux l'arc de soudage qu'une forme de thyristor.

De tels dispositifs peuvent avoir des enroulements supplémentaires connectés aux enroulements de fonctionnement du transformateur de régulation de courant. Sa valeur est déterminée par un ampèremètre connecté à un circuit redressé via un shunt ou sinusoïdal - via un transformateur de courant.

Le projet de pont de Larionov

Il est conçu pour les systèmes triphasés et fonctionne bien avec les redresseurs de soudage.

L'inclusion de diodes selon le schéma de ce pont permet d'ajouter des vecteurs de tension à la charge de manière à créer une tension finale U out, caractérisée par de petites ondulations et, selon la loi d'Ohm, forme un arc courant de forme similaire sur l'électrode de soudage. Il est beaucoup plus proche de la forme idéale du courant continu.

Caractéristiques de l'utilisation des redresseurs de soudage

Le courant redressé permet dans la plupart des cas :

• il est plus sûr d'allumer l'arc ;

• assure sa combustion stable;

• créer moins de projections de métal en fusion que les transformateurs de soudage.

Cela élargit les possibilités de soudage, vous permet de connecter de manière fiable des alliages d'acier inoxydable et des métaux non ferreux.

Courant inverseur pour le soudage

Les onduleurs de soudage sont des appareils qui effectuent une conversion pas à pas de l'électricité selon l'algorithme suivant :

1. l'électricité industrielle 220 ou 380 volts est changée par un redresseur ;

2. les bruits technologiques générés sont lissés au moyen de filtres intégrés ;

3. l'énergie stabilisée est inversée en un courant haute fréquence (10 à 100 kHz) ;

4. le transformateur haute fréquence réduit la tension à la valeur nécessaire pour un amorçage stable de l'arc d'électrode (60 V) ;

5. Le redresseur haute fréquence convertit l'électricité en courant continu pour le soudage.

Chacun des cinq étages de l'onduleur est automatiquement contrôlé par un module transistor spécial de la série IGBT en mode rétroaction. Le système de contrôle basé sur ce module appartient à l'élément le plus complexe et le plus coûteux de l'onduleur de soudage.

La forme du courant redressé créé pour l'arc par l'onduleur est pratiquement proche d'une droite parfaite. Il vous permet d'effectuer plusieurs types de soudage sur différents métaux.

Grâce au contrôle par microprocesseur des processus technologiques se déroulant dans l'onduleur, le travail du soudeur est grandement facilité par l'introduction de fonctions matérielles :

• démarrage à chaud (Hot start mode) en augmentant automatiquement le courant en début de soudage pour faciliter l'amorçage de l'arc ;

• anti-stick (Anti Stick Mode), lorsque lorsque l'électrode touche les pièces à souder, la valeur du courant de soudage diminue à des valeurs qui ne font pas fondre le métal et ne collent pas à l'électrode;

• forçage de l'arc (mode Arc force) lorsque de grosses gouttelettes de métal en fusion sont séparées de l'électrode lorsque la longueur de l'arc est raccourcie et qu'il existe un risque de collage.

Ces caractéristiques permettent même aux débutants de réaliser des soudures de qualité. Les postes à souder à onduleur fonctionnent de manière fiable avec de grandes fluctuations de la tension du secteur d'entrée.

Les dispositifs onduleurs nécessitent une manipulation soigneuse et une protection contre la poussière qui, si elle est appliquée sur des composants électroniques, peut perturber leur fonctionnement, entraîner une détérioration de la dissipation thermique et une surchauffe de la structure.

A basse température, de la condensation peut apparaître sur les cartes des modules. Cela entraînera des dommages et des dysfonctionnements. Par conséquent, les onduleurs sont stockés dans des pièces chauffées et ne fonctionnent pas avec eux pendant le gel ou les précipitations.