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PROCEDE DE SOUDURE ET DE DECOUPAGE ELECTRIQUE A STABILISATION MAGNETIQUE"
L'industrie de la soudure électrique à l'arc emploie actuellement deux procédés fondamentaux de soudure qui sont appelés communément :soudure à l'électrode métallique et son- dure à. l'électrode au carbone ou produit similaire.
Ces deux méthodes sont bien oonnues des spécialistes; elles ne sont mentionnées que pour spécifier que la présente invention s'appliqua indifféremment à l'une ou l'autre en leur apportant des perfectionnements importants qui en améliorent les résultats et en facilitent considérablement l'emploi.
L'arc utilisé en soudure est un-élément instable,
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très capricieux et les oheroheurs qui se sont intéressés au pro- blème, ont préconisé de nombreux systèmes pour lediriger;
en effet, quand on amoroe l'arc sur un angle, on le voit sauter d'un endroit à un autre et il est impossible de l'obliger à suivre le tra j et imposa de même quand l' opérat eur travaill e sur : un oint formé par deux tôles bord à bord, l'instabilité naturel- le est telle que l'arc vagabonde d'une tôle à une autre et il est très difficile de le fixer sur un joint.
Dès le début de la soudure à l'aro, on a songé à re- médier à cette difficulté et de diriger l'are par l'emploi de bobines magnétisantes, car on sait qu'un flux magnétique dépla- ce le conducteur parcouru par le courant; on a réussi ainsi à stabiliser partiellement 1 tara sur un chemin détermine.
A cette fin, on a pu recommander par exemple l'emploi d'une bobine de soufflage placée entre deux oharbons inclinas, ou l'emploi d'une bobine concentrique à l'arc.
La chaleur dégagée par l'arc a obligé à. écarter les bobines de façon à éviter de les endommager et il a été néces- saire d'interposer entre l'arc et ces bobines une sorte de bou- olier parcouru par une circulation d'eau; ces bobines doivent être très importantes oar elles agissent dans l'air dont la perméabilité magnétique est faible.
On sait que l'effet d'un champ sur un courant est régi par la loi définie par MAXWELL? la valeur de la force appli- quée sur lecondueteur est proportionnelle à 1, L, H ; i étant l'intensité du courant, L la longueur du conducteur, c'est-à , dire la longueur de l'arc et H la valeur du ohamp magnétique au point de l'aro considéré.
Pratiquement, on voit qu'il y a un intérêt capital à augmenter la valeur de H, c'est-à-dire l'importance de la bobine
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magnétisante; par contre, il est nécessaire de laisser à l'ob- servateur la possibilité d'examiner le travail de soudure.
La bobine magnétisante doit donc être choisie très puissante et elle doit être écartée de 1'arc ou construite aveo un diamètre suffisamment grand pour permettre d'apercevoir le travail de soudure; oes considérations rendent peu pratique l'emploi d'une bobine magnétisante concentrique pour obtenir l'effet directeur cherche.
La présente invention supprime ces inconvénients, d'une manière très simplet elle est caractérisée par la'mise en place autour de l'électrode, d'un circuit magnétique qui aura pour effet de oonoentrer les lignes de force et de les guider à proximité de 1'arc.
L'arc est donc entouré par un flux magnétique oenoen- trique et la résultante des forces agissant sur le conducteur resserre le faisceau de l'arc pour en faire un jet droit et très serré.
L'action d'un tube magnétique concentrique à l'arc est remarquable et, pratiquement, on peut obliger l'arc à sou- der à l'endroit choisi par l'opérateur, le long d'un joint ou d'un anglepar exemple.
La bobine magnétisante peut être plaoée à. une distan- ce relativement très grande de l'arc etson emplacement ne néces- site plus une protection contre les radiations calorifiques: ' la circulation d'eau peut ainsi être facilement supprimée.
La fige 1 montre la réalisation la plus simple de l'invention, le crayon de graphite ou l'électrode métallique 1 est entourée d'un cylindre 2 en acier doux formant le noyau creux de la bobine magnétisante 3; les lignes de force 4 oonoen- trent l'arc 5 en un faisceau étroit qui jaillit entre le orayon
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1 et la pièce 6.-
La réalisation de l'invention montre que la concentre- ion des lignes de force magnétique donne des effets tels que le whamp créé par la bobine magnétisante peut être réduit et l'é- leotro-aimant à cylindre creux peut être remplacé par un simple barreau aimanté, creux, lequel donne des résultats satisfaisante
La fig.
2 représente cette disposition dans laquelle 1 représenta l'électrode métallique, graphitique ou autre, uti- lisée pour l'amenée du courant dans l'arc; cette électrode est entourée d'un barreau aimanté 2, cylindrique de préférence, per- cé d'un trou pour le -libre passage de l'électrode. La position relative de l'électrode par rapport au barreau aimanté, peut être choisie convenablement par un simple déplacement longitudinal de l'un sur l'autre; par exemple, lebarreau aimanté 2 pourra être réglé par rapport à l'électrode par un simple coulissement à frottement doux ou avec un jeu suffisant près de 1 tara pour éviter le contact avec l'électrode 1 et la transmission de oha- leur qui en résulterait.
On sait que 1'acier à aimant perd ses qualités magné- tiques avec l'élévation de température; on pourra doncutilement placer à. son extrémité une buse 7 réfractaire en stéatite, por- celaine ou autres matériaux de même genre, la buse ne modifie- ra pas le passage des lignes de force et la stabilisation de l'arc pourra être ainsi assurée à peu de frais.
D'âpres l'exposé ci-dessus, il apparaît que l'inven- tion réside dans la concentration deslignes de force autour de l'arc, de façon à obliger celui-ci à suivre une ligne droite.
Le même résultat peut être atteint par l'introduction d'un ou plusieurs circuits magnétiques réalisant la même idée c'est-à-dire une concentration de lignes de force autour de
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l'aro. Dans la fige 3, on a représenté une vue de profil d'un circuit magnétique qui peut être réalisé aveo une bobine ma- gnétisante ou avec un barreau aimanté.
L'électrode 1 ooulisse au travers d'un espace annu- laire réservé dans une pièce polaire 2' d'un circuit magnéti- que 2; la bobine 3 peut être supprimée s'il est fait usage d'un barreau aimanté et, afin de favoriser leretour des lignes de force dans le circuit magnétique, après passage dans la pièce à souder, on peut prévoir une réalisation du circuit ma- gnétique en fer à oheval analogue à celle représentée par la fige 3.
La fig. 4 représente une autre réalisation dans la- quelle plusieurs circuits magnétiques ont été disposés autour de l'électrode 1, deux barreaux cylindriques 2 et 8 ont été indiqués, leur nombre pourrait être augmenté à volonté pour obtenir un effet mieux réparti autour de l'électrode 1 ; cette disposition peut être préférable dans certains cas et elle constitue nettement une variante de l'invention, de même que tout montage utilisant un circuit magnétique concentrant les lignes de force pour obtenir l'effet directuur de l'arc.
IL est évident que la disposition du circuit magné- tique, l'importance de la bobine magnétisante ou oelle du bar- reau aimanté, dépendent de l'intensité du courant dans l'arc, de la longienur de oelui-oi , de la nature du travail et du milieu où se fait la soudure.
A cet effet, on a dit , dans le cas d'un tube placé autour de l'arc pour concentrer l'action du champ, que la posi- tion de ce tube pouvait être réglée en hauteur; on remarque, en effet, qu'un ohamp trop important a tendano.e à souffler l'arc; on est alors conduit à augmenter l'intensité du oourant
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de façon à retrouver une stabilité convenable. On' proposera plus loin, à titre indicatif, différents dispositifs de régla- ge.
Dans le cas de deux ou plusieurs circuits magnétiques ceux-ci peuvent être réglés ensemble ou séparément, de façon à obtenir au besoin un effet dissymétrique qui aurait par exem- ple le résultat d'incliner l'arc sur la verticale. Dans le cas le quatre circuits magnétiques droite, trois pourraient être inclines du même angle sur la vertioale, lequatrième lofant moins, l'arc serait dirigé plus spéoialement de son coté.
D'après l'expose ci-dessus , il est évident que l'effet directeur est indépandant de la nature de l'électrode, le même résultat est obtenu que l'on emploie un crayon de gra- phite ou de tungstène ou une baguette de composition résistant aux hautes températures, on bien plus simplement une électrode en fil métallique destinée également à faire l'apport de métal.
IL est connu que, dès le début de la soudure à l'arc, on a recherché à éviter l'action nocive de l'air ambiant, en faisant arriver sur l'arc un jet d'hydrogèm, de gaz à l'eau ou tout autre gas réduisant les oxydes ou simplement Inerte et chassant l'air des parages de l'arc.
La présente invention se prête parfaitement à cette combinaison ca r il est possible de faire arriver le gaz soit par un ou plusieurs trous percés dans l'électrode ou simplement par le conduit formé par l'espace annulaire compris entre l'é- leotrode 1 et le tube magnétique 2 dans les figures 1, 2 et 3, ou encore par des ouvertures en bout des circuits magnétiques 2 et de l'électrode 1 dans la figure 4.
On sait que l'arrivée d'un gaz sur ltaro électrique a un mauvais effet sur la stabilité; ce nouveau procédé ramène
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l'aro à. un fonctionnement normal et l'effet directeur permet d'utiliser au mieux l'arrivée gazeuse.
Il est pravu d'autre part, que l'on peut, dans les mêmes conditions, faire arriver un jet d'oxygène au ooeur de l'aro ou sur son pourtour et :il est ainsi possible de disposer d'un nouveau moyen de découpage beaucoup plus efficace que le découpage à l'arc ordinaire qui procède par simple fusion.
Le dispositif magnétique indiqué ci-dessus peut être réalisé sous une forme très simple qui se prête particulièrement bien, soit à l'Adaptation manuelle ou à l'opération semi-auto- matique ou purement automatique.
La fig. 5 montre l'électrode 1 par exemple un crayon de graphite placé à l'intérieur d'un tube magnétique 2. lequel est entouré de la bobine magnétisante 3, les lignes de force 4 dirigent l'aro 5 vers la pièce 6 en un faisceau bien droit que l'ouvrier peut déplacer à. volonté le long du travail à sousder, le tube magnétique paut être avantageusement termina par une buse réfractaire 7.
L'appareil peut être réalisé ainsi qu'il est décrit ci-après:
L'électrode 1 est montée sur un culot métallique 8, lequel se termine par une tige métallique 9 serrée dans une cosse 10 où elle peut coulisser après desserrage d'un éorou moitié 11; l'appareil est complète par une tige et une poignée 12 que l'opérateur tient en main et qui laissent passer les câ- bles d'amenée de courant 13.
L'opérateur règle la saillie de l'électrode par rap- port au tube magnétique 2 et, dès que l'usure du oharbon est assez importante, il desserre la cosse 10 par le bouton moleté 11 et fait coulisser le crayon 1 de la longueur désirée,' il
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resserre ensuite l'écrou 11 et l'appareil est de nouveau prêt à fonctionner.
On a également représenté sur oette figure un tube (ramenée de gaz 14 débouchant sur une chambre qui évacue vers l'arc par l'intermédiaire de la buse 7 . Les gaz peuvent être ouverts ou coupés à volonté par l'opérateur au moyen d'un ro- binet comme il est d'usage par exemple dans les chalumeaux.
La fig. 6 représente une réalisation pour le fonction- nement en soudure semiautomatique. L'électrode 1 a été repré- sentée comme s'il s'agissait de soudure à l'électrode métal- lique, c'est-à-dire que l'électrode est réalisée sous forme d'un fil pouvant être tiré, par exemple, d'une couronne montée sur un touret.
L'électrode 1 passe au travers du tube magnétique 2 aimanté par la bobine 3 et, à l'extrémité du tube , il est pré- vu @@e amenée de courant 13 et un tube 14 pour l'arrivée d'un gaz réducteur ou inerte qui s'échappera par la buse 7. L'aro jaillit en 5 sur la pièce 6 connectée à l'autre polo de la géné- ratrioe électrique.
L'électrode 1 est tirée par des galets moletés 15 entraînés par un dispositif analogue à ceux déjà. connus, soit une via sans fin 16 et un petit moteur électrique 17 lequel eera mis en mouvement à. la volonté de l'opérateur ou commandé automa- tiquement par un relais.
L'ensemble est tenu en main par l'ouvrier au moyen d'une poignée formée par le carter 18 et on peut ainsi oontrô- ler la distance entre le tube magnétique et la pièce.
La description ci-dessus est donnée à. titre indica- tif pour faciliter la compréhension de l'invention; il est ce- pendant; à noter que l'on pourrait aussi bien utiliser une élec-
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trode en graphite ou autre, montée ainsi qu'il a été mis en évidence par la figure 5 par exemple.
La figure 7 montre la réalisation de l'invention pour une opération purement automatique: il est fait usage d'un sys- tème automatique pour l'entraînement de l'électrode tel que ce- lui décrit dans le brevet belge n 342.664 du 3 Juin 1927.
L'électrode 1 passe au travers du tube magnétique 2 entouré par la bobine 3; les lignes de force 4 partent du tube vers la pièce à souder et concentrent l'arc 5 entre l'électrode et la pièce 6 ; la buse 7 évite que la chaleur ne se propage vers le tube magnétique 2: il est prévu une amenée de courant 13 et une arrivée gazeuse 14 dont le débit peut âtre contrôlé à la volonté de l'opérateur.
Les molettes 15 sont entraînées par un système automa- tique queloonque; celui représenté sur la fige 7 déjà. breveté, comporte deux plateaux magnétiques 19 et 20 tournant en sens in- verse et aotionnés par un moteur 21.
Le disque 22 peut être attiré par l'un ou l'autre des deux plateaux 19 et 20 et participer à sa rotation en en- traînant les galets moletés 15.
L'aimantation des plateaux est déterminée par un re- lais contrôlé par la tension aux bornes de l'arc et il est ain- si possible d'obtenir un réglage de l'avancement de l'électrode très précis.
Pour plus de commodité, on a représenté l'entraînement: d'une électrode métallique continue; cependant on voit que le même système d'entraînement automatique or:tout autre, de bon fonctionnement, peut être utilisé pour conduire un crayon ana- logue à celui replante pea la fig. 5; le crayon a été, à cet effet, muni d'une petite capsule ou bien il pourrait être serré
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dans une pinoe du modèle trouve sur les porte-mines à écrire.
Dtaprès la fige 7, on voit que 1 électrode 1 est indé- pendante du tube magnétique 2 et il est donc possible de coulis- ser le tube en hauteur pour obtenir l'éoartement désiré par rapport à la pièce.
L'invention permet de réaliser une nouvelle forme de soudure, en combinant l'emploi du crayon de graphite et d'un fil métallique; le crayon est percé d'un trou longitudinal en son centre par exemple et le fil métallique destiné à faire l'apport passe dans ce trou pour arriver au sein de l'aro.
De cette manière, il est possible de faire l'apport de métal nécessaire poux obtenir 1 e rechargement de la soudure en épaisseur,
L'arc peut être maintenu sur le crayon de graphite ou, également, en même temps sur l'électrode métallique, et le champ magnétique étant concentré par l'un des dispositifs décrite l'are ne peut tourbillonner comme il le ferait; s'il n'était pas dirige il est obligée ainsi que xx nous l'avons vu, da se tenir absolument droit entre la pièce et le crayon ou entre la pièce et le crayon et l'électrode tous deux simultanément.
11 est prévu, dans ce cas, que les systèmes d'avance- ment de l'électrode indiqués plus haut peuvent être appliqués séparément ou en combinaison.
D'après la description ci-dessus, on voit que le dis- positif de circuit magnétique préconisé dans la présente invention apporte un moyen de stabilisation pour les arcs de soudure, de ohauffage ou de découpage.
La réalisation de l'invention est indépendante de toutes formes, dimensions et de l'adaptation aux procédés de tra- va:11 existants, aussi bien en ce qui concerne les modalités de
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l'avancement de l'électrode, que --de celles ayant trait à. son déplacement relatif par rapport à la pièce.
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R 11: V :s N D l 0 A T ION 8 .-
1. Un procédé pour la stabilisation de l'arc électri- que dans la soudure et le découpage par l'arc électrique, carac- térise en ce que l'on orée , autour de l'électrode, un ciouit magnétique tel que les lignes de force dans ce circuit soient concentrées autour de 1'arc.
2. Un dispositif pour l'exécution du procédé, selon 1, caractérisé en ce que le ohamp magnétique est créé par une et bobine magnétisantedont le noyau est creux/entoure l'électrode.,
3. Un dispositif pour l'exécution du procédé selon 1, comprenant essentiellement un barreau aimanté, de préférence cylindrique, et qui entoure l'électrode.
4. Un dispositif selon les revendications a et 3, ca-
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raetdrisé en ce qu'Jl comporte des moyens pour déplacer longi- tudinalement l'un par rapport à. l'autre l'électrode et le noyau de la bobine ou le barreau aimanté.