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Auteur(s)
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Roland CAZES : Ingénieur de l’École Supérieure d’Électricité - Ingénieur-Conseil Ferranti International
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le lecteur pourra se reporter, pour plus de détails, à la rubrique Assemblage du traité Génie mécanique et, notamment, aux articles :
Les générateurs de soudage ont subi, comme beaucoup d’autres machines, telles les machines-outils, l’évolution générale de la technologie ainsi que l’influence des conditions nouvelles de leur mise en œuvre dans le contexte moderne de la productique.
La notion de machine s’efface devant celle d’îlot de production flexible apte à traiter de façon ordonnée des opérations nécessitées par la fabrication d’une famille de pièces données. Dans un tel îlot, le soudage, lorsqu’il existe, s’exécute au moyen d’actionneurs appropriés parmi lesquels celui délivrant l’énergie de fusion qu’il implique.
Un actionneur de soudage est donc essentiellement un outil alimenté en énergie par un générateur de puissance et de caractéristiques adaptées au procédé mis en œuvre.
Qu’il s’agisse d’une machine à souder ou d’un actionneur, les problèmes liés à la conception et au fonctionnement des générateurs électriques restent les mêmes. Ces générateurs ont, de façon intrinsèque, bénéficié, dans ces dernières décennies, des progrès de l’électronique de puissance (dans ce traité, rubrique Électronique de puissance) et, notamment, de ceux des composants semi‐conducteurs de puissance ; cela a conduit à reconsidérer d’importants aspects les concernant.
On doit pouvoir, en effet, les programmer selon des objectifs précis et les asservir à des effets liés au comportement du phénomène électrothermique qu’ils alimentent.
On peut également prendre en compte, grâce aux performances que l’on peut désormais obtenir, des phénomènes subtils considérés jusque-là comme marginaux ou perturbateurs.
Nous citerons, comme exemple, les générateurs à courant pulsé utilisés avec beaucoup d’intérêt dans le soudage MAG (Metal Activ Gas) avec protection par CO2 ; ils contrôlent le transfert de métal, phénomène naturel de relaxation, jusque-là subi. Ces générateurs contrôlent également l’inversion du courant dans le soudage TIG (Tungsten Inert Gas) des alliages légers en courant, non plus alternatif, mais à polarité variable.
Les progrès marquants obtenus justifient la démarche autrement que pour des raisons purement commerciales.
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Soudage à l’arc1. Conception des générateurs de soudage
Les considérations précédentes sont communes à tous les générateurs destinés à alimenter des outils permettant de développer des phénomènes électrothermiques utilisés en soudage et principalement :
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les phénomènes basés sur l’ionisation et les effets thermiques du plasma associé donnant lieu à toutes les formes du soudage à l’arc ;
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les phénomènes basés sur des déplacements d’électrons et les effets thermiques qu’ils induisent, tels l’effet Joule base des procédés de soudage par résistance, le bombardement d’électrons, et, dans une certaine mesure, le rayon laser dont il ne sera pas question ici (dans le traité Électronique, la rubrique Lasers ).
1.1 Principes généraux
Tous les phénomènes électrothermiques sont bipolaires dans la mesure où l’on peut considérer qu’ils nécessitent d’injecter, dans l’espace de soudage, des électrons par une électrode et de les collecter en un autre point pris sur la pièce qui forme l’autre électrode.
La configuration correspondante est donnée par la figure 1.
Le phénomène électrothermique est inséré dans une boucle électrique ou circuit de soudage, l’ensemble étant doué d’impédance, généralement observable, et produisant selon le cas une force contre-électromotrice et /ou une chute de potentiel correspondant à l’énergie dissipée.
C’est dans ce circuit que le générateur doit, par la tension qu’il y développe, produire le courant de nature et de valeur correspondant à l’effet thermique cherché.
Selon les techniques classiques, un générateur de soudage est un ensemble constitué de composants électriques à constantes localisées (inductances, résistances, condensateurs, générateurs tournants), agencés de façon à transformer l’énergie telle qu’il la prélève au réseau en une forme particulière. À ces considérations, on associe des notions de caractéristique statique secondaire, plate ou tombante s’il s’agit d’arc par exemple, ainsi que des conditions de facteur de marche bien connues.
De tels générateurs existent encore dans...
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