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PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES ET AUX APPARELLS DE SOUDURE ET DE DECOUPAGE ELECTRIQUE à l'ARC.
La présente addition à pour objet des perfectionnements aux pro- cédés et aux appareils de soudure et de découpage électrique à l'arc, ap- plicables aussi à la fusion des métaux, notamment à ceux qui sont décrits dans le brevet principal et dans la première addition. En particulier, la présente invention concerne l'utilisation de l'argon et de l'hélium, pour former le milieu ambiant favorable à l'arc.
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On a déjà indiqué que la présence de l'hydrogène est favorable pour obtenir des soudures ductiles, ave l'arc électrique. la tension critique d'un arc dans l'hydrogène est de 38 volts environ, et une tension d'au moins 120 volts est nécessaire pour établir et maintenir un arc alimenté en courant continu.
Cette tension d'arc élevée est avantageuse lorsqune grande quantité d'énergie est désirable pour l'arc, par exemple lorsqu'il s'agit de souder une pièce d'é- paisseur considérable, et en outre la grande énergie de l'arc permet aussi d'ob- tenir de grandes vitesses de soudure. La tension de formation de L'arc est tou- tefois supérieure aux tensions généralement fournies par les machines industriel- les établies pour exécuter la soudure dans l'air, et il n'est pas toujours pos- sible d'adapter facilement ces machines à la soudure dans l'hydrogène.
Ceci posé, on a trouve et constaté que, si une petite quantité d'argon qui est un gaz inerte chimiquement et facilement ionisable, est ajoutée à l'hy- drogène, la tension de formation est diminuée, et l'on peut ainsi utiliser des machines ayant une tension de circuit ouvert égale ou même inférieure à 60 Volts
L'addition d'une quantité d'argon comprise, par exemple, entre 3 & 5%, est suf- fisante pour obtenir cet effet technique, la tension d'arc, dans ce mélange, est à peu près la même que dans l'hydrogène pur, et les avantages d'une énergie plus grande dans l'arc permettant d'obtenir une plus grande pénétration et une vitesse plus élevée de soudure, sont conservée, tandis que la tension de forma- tion est diminuée à un point tel qu'on peut utiliser facilement des tensions de circuit ouvert.
de 60 volts environ,
II est possible aussi d'améliorer la qualité de la soudure par compa- raison à la soudure dans l'air, si l'opération de soudure est effectuée dans une atmosphère complète d'argon. En effet, le métal fondu de la soudure est ainsi protégé par un gaz qui est absolument inerte au point de vue chimique, et qui empêche la formation de composés tels que les oxydes et les nitrures, qui diminuent la qualité de la soudure.
La tension de formation dans l'argon est très faible, et une tension de 20 volts est suffisante pour établir et maintenir l'arc. la tension d'arc est un peu inférieure à celle dans l'air, et la moyenne est de 15 volts environ.
Il est possible de maintenir l'aro avec des courants très faibles, même infé- rieures à 5 ampères ; expériences ont montré qu'on obtient d'excellents résultats aKeo des intensités de 15 et 16 ampères,
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La proportion de chaleur produite à la cathode est très faible, et elle est faible aussi à l'anode, sans être toutefois aussi faible qu'à la ca- thode. Le dépôt de métal est très lent. La soudure dans l'argon ne permettant d'obtenir que de faibles quantités d'énergie, convient particulièrement pour la soudure de pièces métalliques minces. Le gaz n'est pas explosif, ni nuisible, il est invisible, et il peut donc être utilisé sans danger et sans gêner la vision de l'opérateur.
Dans certaines conditions, il peut être difficile de chasser complètes ment l'oxygène et l'azote de l'air, de l'arc et des parties fondues du métal, et il peut être alors désirable d'ajouter une petite quantité d'hydrogène, ou d'un autre élément réducteur, à l'argon, pour rendre l'atmosphère autour de l'arc et des portions fondues du métal, activement réductrice, et neutraliser ainsi l'oxygène pouvant être présent. Toutefois, il convient de remarquer que, dans les conditions convenables normales, on peut obtenir des soudures ductiles en présence d'argon.
On a déjà proposé d'améliorer la qualité des soudures obtenues à l'arc. électrique, en exécutant l'opération dans une atmosphère d'azote; mais on ne peut pas obtenir ainsi des soudures ferreuses ductiles, car, même en exécutant l'opération dans des conditions de laboratoire, dans une enveloppe contenant un grand excès d'azote sec, de pureté parfaite, les soudures sont au moins aus- si cassantes que celles obtenues dans l'air, dans la proportion de 80%. L'azote se combine soit directement, soit indirectement, avec le métal, pour former des nitrures dont la présence est une des principales causes de la fragilité. la difficulté provient peut-être de petites traces d'oxygène introduites dans l'a- gent gazeux, ou bien se trouvant dans la pièce d'ouvrage.
On a trouvé qu'en ajoutant, à l'atmosphère d'azote, une quantité con- venable d'un gaz chimiquement inerte ou inactif et susceptible d'être facile- ment ionisé, par exemple l'argon, on peut obtenir des soudures ductiles avec certitude et uniformité. Il est possible que l'argon, grâce à son ionisation facile, assure au mélange une nature neutre, en empêchant l'azote de devenir actif en présence de l'arc, et de former des composés avec le métal de soudure.
De toutes façonsw et indépendamment de toute théorie, il est certain que l'ad- dition d'argon à l'azote permet d'obtenir des soudures ductiles. On a obtenu
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en particulier de bas résultats avec un mélange de 75% d'azote et 25% d'argon.
Des mélanges d'azote et d'argon, comprenant jusqu'à 80% d'argon, peuvent être obtenus de manière facile et économique, et le procédé proposé est donc avan- tageux au point de vue industriel et au point de vue commercial.
Les opérations de soudure peuvent être exécutées non seulement dans des mélanges d'hydrogène et d'argon, et d'azote et d'argon, mais aussi dans des mélanges ternaires d'hydrogène, d'azote et d'argon, où les gaz consti- tuants se trouvent en proportions convenables. lorsque l'opération de soudure est effectuée à la main, on peut utiliser avantageusement un appareil du type représenté sur la Fig.l du brevet principal. Dans ce cas, le réservoir 10.contient, par exemple, de l'hydrogène ou de l'azote, et le réservoir 1 contient de l'argon. Si l'on désire effectuer la soudure dans une atmosphère d'argon pur, on supprime le réservoir 10 ou bien on ferme sa valve, suivant les cas.
Si l'opération de soudure doit être effectuée d'une manière au- tomatique ou semi-automatique, on utilise avantageusement un dispositif du type représenté sur la droite de la Fig.5 de la première addition. L'argon, ou bien le mélange d'argon avec un ou plusieurs gaz convenables, tels que ceux qui ont été indiqués ci-dessus, sont amenés par le tu;,au flexible 120.
Ainsi qu'il a été dit, l'utilisation de l'argon est applicable à toutes les espèces de soudure exécutées, soit à la main, soit d'une manière semi-automatique, soit d'une manière complètement automatique. On peut utiliser avantageusement des électrodes ou des fondants complexes produisant une scorie qui flotte ou surnage à la surface du cratère du métal soudé et qui l'empêche de se refroidir rapidement, lorsque le métal de soudure absorbe facilement l'agent gazeux utilisé. la scorie ou le fondant empêche le métal d'être refroi- di rapidement, en arrêtant l'échappement des gaz dissous dans la métal de sou- dure, et empêche ainsi la porosité.
Ainsi qu'il a été dit, une des principales causes de la fragili- té des soudures est'constituée par la présence de nitrures et d'oxydes dans le métal soudé. On a-trouvé aussi que cettefragilité peut être évitée en chassant du métal soudé, l'oxygène et l'azote, ou les autres éléments nuisibles qui sont
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susceptibles de dégager de l'oxygène et de l'azote, en présence de l'arc; à cet effet, on enveloppe l'arc et les parties fondues de la pièce d'ouvrage par un agent absolument inerte, par exemple l'hélium. la tension de formation avec une électrode métallique nue, dans une atmosphère dlium, est de 40 volts environ. La tension d'arc nécessaire pour un arc de ce type est de 18 volts environ et est donc voisine de la ten- sion d'arc dans l'air.
L'hélium étant plus léger que l'air, la soudure en tête (overhead) peut être exécutée en dirigeant un jet de gaz autour de l'arc et de la pièce d'ouvrage, pour chasser l'air et empêcher la formation d'oxydes ou de nitrures qui sont si nuisibles à la soudure. Ce gaz étant incombustible et transparent, l'opération peut être facilement exécutée, sans gêne pour l'opérateur. La sou- dure dans des places restreintes, ou des agents inflammables ou combustibles présenteraient des difficultés ou des inconvénients, est aussi facilitée par l'utilisation d'un gaz inerte de ce type.
Pour souder sur des surfaces horizontales ou inclinées, on peut utiliser le même procédé, ou bien on peut prendre avantageusement un capuchon ou une boite entourant l'arc et les parties fondues du métal de soudure. Le gaz peut aussi être amené au point de soudure par une électrode creuse.
L'invention est applicable à la soudure à l'arc métallique ainsi qu'à la soudure à l'arc au carbone. Elle est particulièrement avantageuse dans ce dernier cas, car, avec l'arc plus long utilisé pour cette soudure, la pré- sence de l'oxygène et de l'azote peut être plus nuisible au métal de soudure, que dans le cas d'arcs plus courts utilisés, par exemple, pour la soudure à l'arc métallique. Comme précédemment, le procédé perfectionné de soudure à 1' hélium peut être utilisé à volonté pour la soudure manuelle ,semi-automatique ou complètement automatique.
Dans' le cas de la soudure manuelle, on utilise avantageusement un appareil du type représenté sur la Fig.l du brevet principal et pouvant comporter seulement un réservoir contenant de l'hélium.
Dans le cas de la soudure semi-automatique ou de la soudure com- plètement automatique, on utilise avantageusement un dispositif du type repré- senté sur la droite de la Fig.5 du premier perfectionnement, ainsi qu'il a été dit plus haut au sujet de l'argon.
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la description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple, fera bien comprendre la nature et les avantages de l'invention, dans certains cas d'application.
La Fig.l représente l'application du système perfectionné à un dispo- sitif comprenant des moyens indépendants pour amener l'agent gazeux autour de l'arc et des parties fondues du métal.
La Fig.2 représente un autre dispositif de soudure manuelle, dans le- quel le gaz est amené par une ouverture se déplaçant dans l'axe de l'électrode.
Dans le dispositif de la Fig.l, l'hélium venant d'une source convenable non représentée, est amené par un tuyau 12 et une tu;,ère 13 qui le dirigent en
14 vers l'&rc et les parties fondues du métal, 15 désigne un support d'électro- de muni d'une électrode de type quelconque. Sur cette figure, l'invention est représentée dans son application à la soudure en tête (overhead), mais le même dispositif pourrait, bien entendu, être utilisé pour exécuter l'opération de soudure, dans toute autre position.
En outre, le capuchon représenté sur la
Fig.l du brevet principal, pourrait être utilisé pour la soudure en tête, au lieu du dispositif qui vient d'être décrit. la Fig.2 représente un dispositif obtenu en combinant les organes du dispositif de la Fig.l en une structure unitaire, comprenant essentiellement une électrode creuse et un support convenable pour celle-ci. L'agent gazeux est conduit au support i6 par un tube flexiole 17, et le courant de soudure est amené à l'électrode par un conducteur 18. L'électrode creuse 19 est fixée dans le support d'électrode 16 par des moyens convenables quelconques, par exemple une vis à oreilles 20. L'électrode 19 peut être établie, soit en métal, soit en carbone.
Ces dispositions perfectionnées peuvent être appliquées comme précé- demnent, à tous les types de soudure. le milieu gazeux peut être constitué par l'hélium seul ou par des mélanges d'hélium avec d'autres gaz, soit inertes, soit fournissant des résultats techniques améliorés,
D'une manière générale, il est bien entendu que les dispositions et les applications qui ont été indiquées ci-dessus, à titre d'exemple, ne sont nullement limitatives, et qu'on peut s'en écarter sans pour cela sorti, -du cadre de l'invention.