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PERFECTION@2MENTS AUX PROCEDES ET APPAREIISDE CHAUFFAGE. NOTAMMMENT POUR LA FU- -SION DES 11-TAUX*-
La présente invention vise des perfectionnements aux chalumeaux à gaz atomique, tels que les chalumeaux à arc dans un courant gazeux, notamment aux appareils de ce tpe destinés à exécuter des opérations de coupe, de soudure de déploiement de métaux, et d'autres opérations métallurgiques comportant l'u- sage de gaz atomiques.
L'Invention est particulièrement applicable à l'utulisation de l'effet de chauffage par la flamme d'hydrogène atomique. On sait qu'une flamme @
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de gaz atomique est produite en amanaut du gaz moléculaire à un arc où il est dissocié, et en amenant les produits de dissociation cl est-à-dire le Gaz ato!J1i- que, à la place où il doit être utilisé COu1JJle agent de chauffïSe- L'invention décrit un chalumeau dans lequel la disposition des organes est telle qu'un jet unique de gaz peut être employé pour envelopper complètement les bornes d'arc de ses électrodes* Dans le chalumeau conforme à
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l'invention, le gaz est amené autour des électrodes,
de façon à anpècher 1'en- traînement de l'air dans le voisinage des électrodes qui sont placées de manière à être parallèles'
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On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et lus avan- tages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple, et dans lesquels:
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La r'ig1 représente en perspective un chalumeau conforme à l'intention'
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La Fig-2 est une vue de détail avec partie en coupe relative à une variante-
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Les Fig# z 4 concernent une autre variante, munie d'un dispo- sitif pour entraîner et projeter à distance le gaz atomique*
Le chalumeau représenté Fig.1 comprend une poignée 1, à travers
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laquelle etiétandent les conducteurs 2 et 3 et un conduit ou tuau 4' Sur la borne 5 du tu;
,au 4 est attachée une tujëro 6e Des électrodes 7 et 8, placées à peu près parallèlement l'une à l'autre, sont supportées à l'intérieur de la tuyère 6 et s'étendant à travers celle-ci, leurs extrémités entre lesquelles jaillit l'arc se trouvant à petite distance de son ouverture de décharge*
Les électrodes 7 et 8 sont reliées par des pinces 10 et 11 for- mant partie intégrante avec les conducteurs 2 et 3, à une source d'énergie qui à son tour est reliée, par des conducteurs appropriés (non représentés) aux conducteurs 2 et 3.
L'ajustage longitudinal des électrodes7 et 8 , dans la tuyère 6, est commandé par des pinces ou colliers élastiques 12 et 13 placés autour des électrodes et engageant la partie extérieure et supérieure de la tuyère 6, à travers laquelle s'étendent les électrodes- Le gaz est fourni à la tuyère par le tuyau 4 qui se termine à l'intérieur de celle-ci-
Dans l'arrangement particulier représenté, la partie terminale
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du tu au 4 s'étend à l'intérieur de la tuyère 6 et est placée entre les élec- trodes 7 et 8, à égale distance de celles-ci- Le gaz est ainsi fourni du tuyau 4, sous forme d'un jet qui est déchargé entre les électrodes puis traverse l'em- bouchure de la tuyère,
à travers laquelle elles s'étendent* La tuyère 6 , dans le chalumeau représenté, affecte une fonne ovale, de manière à entourer à petite distance les électrodes 7 et 8; cette construction permet d'assurer une économie dans la consommation de gaz- Dans le chalumeau particulier représenté au dessin, la tuyère 6 est confectionnée en quartz, le tuyau 4 en verre et les électrodes 7 2 8 en tungstène*
Grâce au fait que les électrodes sont à peuprès parallèles* le gaz fourni sux bornes d'arc ne refroidit pas, de manière appréciable, les poin- tes fondues des électrodes, et l'arc.établit entre celles-ci fonctionne en con- séquence avec un rendement plus grand pour fournir du gaz atomique, que dans le cas où les électrodes forment un angle- En outre, la façon particulière dont le gaz est fourni aux bornes d'arc et autour de celles-ci,
empêche l'introduction de l'air au point de soudure, ainsi qu'aux bornes d'arc* L'absence de toute oxy- gène à l'intérieur du gaz formant écrn, ou au voisinage du gaz atomique, rend le chalumeau particulièrement approprié à la soudure de métaux très oxydables, tels que l'aluminium, le chroma et les alliages de ces métaux- En raison de l'ab- sence d'oxygène autour des bornes de l'arc, la consomrnation de celles-ci est très inférieure à ce qu'elle serait dans d'autres chalumeaux où la façon d'ame- ner le gaz a pour effet que de petites quantités d'oxygène sont entraînées et amenées autour de l'arc.
Le nouveau chalumeau est approprié pour être utilisé avec un gaz unique ou des mélanges de gaz, on a trouvé qu'il est particulièrement avan- tageux lorsqu'on utilise du gaz ammoniac oudes mélanges d'hydrogène et d'azote.
En utilisant la construction particulière représentée, il est passible d'obtenir un chalumeau léger, de manoeuvre facile et fournissant du gaz atomique avec un minimum d'inconvénients pour l'opérateur* Cela est dû au fait que le chalumeau fonctionne avec une petite flamme qui est confinée autour des électrodes*
Dans le chalumeau, objet du présent perfectionnement, un jet, unique de gaz agit à la fois comme agent enveloppant et comme moyen pour amener le gaz atomique de l'arc en un point où il est employé comme agent de chauffage*
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On peut fournir aux électrodes du courant continu ou du courant alternatif, notamment du courant alternatif polyphasé:
lorsqu'on utilise plus de deux élec- trodes, la configuration de l'ouverture de décharge 9 doit correspondre à l'a- gencement des électrodes pour assurer l'économie de gaz désirée. On a constaté expérimentalement qu'une disposition particulière efficace est réalisée en ali- mentant par du courant triphasé un ensemble de trois électrodes parallèles dis- posées sensiblement suivant les arêtes d'un prisme triangulaire équilatéral-
Le nez de l'appareil peut alors être de forme cylindrique' comme dans le cas de deux électrodes, le nez est legèrement dépassé par les extremi- tés des trois électrodes entre lesquelles jaillit l'arc. Dans certains cas,
ce nez peut cependant être prolongé par un ajutage isolant résistant aux très hau- tes températures (en quartz, par exemple)-
L'allumage de l'arc peut être effectué au moyen d'une étincelle- pilote à haute fréquence, le procédé étant particulièrement avantageux lorsque les extrémités des électrodes sont difficilement accessibles ou dans le cas d'une machine à souder automatique*
De toutes façons, l'application d'une source polyphasée, à l'ali- mentation de T'arc, procure un accroissement très important de la quantité d'hy- drogène atomique produite par watt absorbé dans l'are.
Ce gain est encore plus considérable si on rapporte cette quantité aux volt-ampères fournis par la sour ce, le facteur de puissance étant fortement amélioré en raison de la stabilité naturelle d'un arc polyphasé, dont le parfait fonctionnement nécessite un rap- port de la tension à vide aux bornes de l'arc, à la tension en charge, beau- coup plus faible que celui nécessaire avec un arc monophasé* Par exemple, avec un réseau triphasé fournissant 220 volts entre phases, un excellent fonctionne- ment est obtenu sans transformateur, en branchant la torche au réseau par l'ili- termédiaire de bobines de réactances-
Dans la variante représentée Fig.2,
la tuyère comprend une pièce creuse 14 fixée sur un arbre creux 15 à l'intérieur duquel s'étendent des con- ducteurs 16-17 et un tuau 18. Les électrodes 19 et 20 sont supportées dans la tuyère du chalumeau au moyen des supports 21 et 22; ces supports sont maintenus en place à l'intérieur du manchon 14 au moyen d'une masse 23 de ciment isolant réfractaire,
Le courant est fourni aux électrodes par les conducteurs 16 et 17 qui sont fixés, en 24 et 25, sur les supports d'électrodes 21 et 22. Une
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chambre 26 est ménagée dans la matière isolante 23.
La partie extrême ou terminale 27 du tuyau 18 s'étend à l'inté- rieur de la partie supérieure de cette chambre 26, la disposition et la pro- portion des organes étant par ailleurs analogues à ce qui est représenta Fig.
1. -
Si, au lieu d'un tube de section transversale appréciable, on fait appel à un tube capillaire ou de petit diamètre, en amenant dans ce tube du gaz à pression notable, le gaz sortant du tube possède une vitesse suffi- sante pour entraîner les gaz atomiques autour de l'arc, suivant un pinceau étroit, et la quantité de gaz utilisée dans le tube est si faible qu'il ne refroidit pas, de manière appréciable, l'arc ni les gaz qui l'entourent- Etant donné que la température des gaz n'est pas abaissée de manière appréciable, le gaz atomique ne se recombine pas à l'état moléculaire pendant une durée ap- préciable.
En conséquence, en utilisant des tubes capillaires ou des tubes de petit diamètre pour décharger un jet étroit de gaz à grande vitesse à travers l'arc, il est possible de produire une longue flamme de gaz atomique*
Les Fig- 3 & 4 se rapportent à cette réalisation de l'invention*
La Fig.3 représente, en élévation latérale, un chalumeau du type visé, dans lequel la longueur et la nature de la flamme de gaz atomique ont été représentées*
La Fig.4 est une coupe de la tête du chalumeau de la Fig.3, per mettant de bien comprendre la construction et la disposition de ses organes*
Le chalumeau représenté Fig.3 comprend un corps cylindrique 31 muni, à son extrémité gauche, d'une poignée 32 et, à son extrémité droite,
d'une tête 33 constituant la tu ère Le gaz est fourni au chalumeau par un tuau ou conduit 34, et l'électricité par les conducteurs 35- La tête du cha- lumeau comprend, comme représenté Fig. 4, une pièce creuse 36 entourant des support? d'électrodes 37 et 38, un manchon 39 et un tube 40 Les supports d'électrodes 37 et 38 et le manchon 39 sont maintenus en place à l'extérieur de la pièce 36, au moyen d'une masse 41 de ciment réfractaire et isolant, la disposition des organes étant telle que les électrodes insérées dans les sup- ports d'électrodes saient à peu près parallèles au tube 40 supporté dans le manchon 39.
Une chambre 42 est ménagée dans la masse de ciment 41; les sup- @
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porter d'électrodes j7 et ;i8 et le tube a0 s'étendent à l'intérieur de cette chambre- La disposition des supports d'électrodes est telle que les électro-
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des insérées dUl8 ceux-ci s'étendent à travers cette chanbre et au-delà de la tâte du chalumeau, sur une petite distance tandis que les bornes des élec- trodes se rapprochent l'une de l'autre à bonne distance d'arc*
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Le tube 40 s'étend vers la pointe du oïaçlwneûu, se terûiim-Bt au voisinage de l'arc* Ce tube posslde un petit diamètre' il est de 'préférence
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en quartz et se termine par une partie e::trSme tronconique 4s agencée pour s'engager dans 1;
1l iiartie tronconique corresp.ndante du manchon 39.
La tube t0 est iuaintmm oa place dans le manchon 59 au :.1oyon d'un collet tubulaire 44 et d'une vis de fixation là :Du retirant la vis de fixa- tion 45 et le collet 44, le tube 40 pout âtre retiré du c]1[.11J:..:o&,', ut '-'1,22'{, en cas de rupture*
Du gaz est fourni à la partie supérieure de la chambre 42 par un
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tube 46, et à l'intérieur du manchon à9, par un tuba 47* Les tubes t6 et bzz sont reliés par un joint 48 et une valve 49, au conduit :
54 par lequel le gaz est fourni au chalumeau* La joint 48 est muni de deux valves 50 et 51 au moyen desquelles les pressions de gaz relatives dans les tuyaux 46 et 47 sont réglées-
La valve 50, règlent l'amenée du gaz à travers le tube 46, vers la partie supérieure de la chambre 42, est suffisamment fermée, pour que le gaz
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introduit dans la -partie supérieure de cette chillilbre, soit à faible pression- La valve 51, qui coMmande l'amanée du gaz à travers le tube 7, le manchon b9 et le tube 40, est ouverte plus en grandpour que le gaz à haute pression qui est déchargé à travers le tube à polit diamètre i-0 et tr±1l1sversal#lent aux bornes d'arc des électrodes 52 et 53,
soit à plus haute pression-
Les électrodes 52 et 53 sont serrées dans les supports 57 et 38 au moyen des écrous 54 et 55' Le courant est -fourni à. cas électrodes par les conducteurs 56 et 57 fixée aux supports 37 et 38. On peut utiliser soit du
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courant continu soit du courant altarm-tif monophasé ou polyphasé* Les conducteurs sont enfilés à travers un Iil2rlCholl de porcelaine 58 qui est logé ainsi que les tubes 46 et 47, la valve 49 et le joint 48, u.
l'intérieur du corps du chalumeau Si* Les conducteurs 56 et 57 sont reliés antre eux ou formant prolongement des conducteurs 55 comme t'eprésentê Fig-b
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Comme visible Fig.4, la fiasse 41 de ciment isolant et réfrac- taire est refoulée dans la partie droite du corps 31 et sert de support pour les extrémités des tubes 46 et 47 et l'extrémité du manchon, de porcelaine 58-
On peut se représenter comme suit le fonctionnement du chalumeau:
Los électrodes 52 et 53 sont ajustées dans les supports 37 et 38, de façon que leurs bornes se rapprochent à distance d'arc- Du gaz (par exem- ple de l'hydrogène ) est alors fourni à la chambre 42 et au tube capillaire 40, en ouvrant la valve 49.
Un arc est ensuite amorcé entre les électrodes en formant un eircuit les travorsant, au moyen d'un conducteur, et le chalumeau fonctionna pour engendrer de l'hydrogène atomique qui peut être utilisé pour des opéra- tions quelconques,
Une atmosphère enveloppante est fournie autour des électrodes et de 1'arc par le gaz amané par le tube 46 dans la partie supérieure de la chambre 42- Le gaz atomique est soufflé depuis l'espace compris entre les é- lectrodes au moyen du jet de gaz à grande vitesse sortant du tube capillaire 40-
Dans le chalumeau particulier représenté au dessin, le diamètre extérieur du tube de quartz est d'environ 3 mm et le diamètre intérieur d'environ 0,5 mm La pression de gaz an amont du tube de quartz peut varier par exemple depuis 0,035 kg par cm2 à 4,5 kg.
par cm2 en fonction des di- mensions de la flamme et du courant passant dans l'arc- La pression du gaz protecteur s'échappant de la chambre 42 est très faible, elle est par exem- ple de l'ordre de 0,3gr/m2.
Les dimensions du tube 40 et la pression du gaz utilisé dont les valeurs indiquées plus haut ne sont nullement limitatives peuvent varier dans de grandes proportions avec les dimensions du chalumeau et la nature du tra- vail exécuté-
Le principe essentiel de cette forme de réalisation de l'inven- tion est de produire un jet à grande vitesse, sans pour cela consommer une quantité excessive de gaz-
Si l'ouverture du tube inférieur était grande, on devrait admet- tre une quantité de gaz si grande que, laro, ainsi que la flamme au-delà de celui-ci seraient refroidis dans une forte proportion- En pareil cas, il se- rait/
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rait impossible de maintenir les conditions qui sont tout à fait essentielles pour conserver l'hydrogène à l'état atomique* Lais avec l'arrangement ropré- .santé et décrit,
une quantité de gaz relativement filiale est soufflée, soit à travers l'arc, soit au voisinage de celui-ci- Cette petite quotité d'h@- drogène moléculaire détermine un courent et il en résulte que l'hydrogène atomique se diffusant du noyau de l'arc est entraîné, concentré et dirigé suivant un courant étroit en s'éloignant de l'arc-
La disposition parallèle des électrodes, bien que n'étant pas essentielle, est préférée, car elle facilite davantage une création notable d'hydrogène atomique* En plaçant les électrodes en relation à peu prs paral- -lèle, comme représenté, les pointes fondues des électrodes,
aux bornes de l'arc établi entre celles-ci, ne sont pas refroidies par le courant ou jet d'hydrogène sortant du tube capillaire 40- Il en résulte un arc plus stable et la création d'une quantité plus grande d'hydrogène atomique que celle qui serait produite si les électrodes étaient placées suivant unmgle notable l'une par rapport à l'autre'
La disposition parallèle des électrodes indiquée dans les Fig.1 et 2, réduit aussi notablement les dimensions de la tête du chalumeau, et la rend appropriée pour 'être utilisée dans les places encombrées lorsque l'es- pace disponible est faible-
En raison de la flamme pointue et longue produite par la chalu- meau perfectionné,
il est possible d'exécuter des opérations de soudure dans des places qui seraient sinon inaccessibles- Il a été possible, avec le cha- lumeau représenté et décrit, de rendre incandescente une brisque réfraictaire des distances atteignant et dépassant 15 cm.Le jet concentré de gaz fournit une flamme s'étendant jusqulà environ 15 à 20 cm.
à partir de l'arc maintenu entre les bornes des électrodes 52 et 53' La flamme atomique créée par le chalumeau perfectionné est tout à fait analogue à la flamme oxy-hydrogène en forme et rigidité, bien que beaucoup plus chaude que cette dernière-
En raison de la possibilité de maintenir le chalumeau à une très grande distance de la pièce en cours de traitaient, les électrodes et le chalumeau sont maintenus à une distance suffisante de la Masse de Métal fon- du dans cette pièce, de manière à ne pas être atteints, ni abîmés par les par ticules métalliques jaillissant de cette masse au cours de la soudure' En outre, le chalumeau peut être maintenu à une distance suffisante de la pièce,
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de façon que l'arc établi entre les électrodes ne vienne pas en contact avec celle-ci et ne soit pas court-circuité au cours de l'opération de soudure-
En raison de la petite quantité d'hydrogène utilisée et de la nature confinée et directive des flammes, le chalumeau peut être employé par des opérateurs dans des conditions plus confortables qu'avec les appa- reils connus dans lesquels la flamme atomique n'a pas été si bien confinée et dirigée- La flamme longue et pointue a, de manière analogue, pour effet de rendre le chalumeau approprié pour les opérations de découpage* Elle a pour effet de fondre le métal à tailler et de souffler le métal fondu de la cou- ture.
Le Chalumeau est utilisé de préférence pour des opérations de soudure et de coupure à l'hydrogène atomique, mais il peut être utilisé avec d'autres gaz que l'hydrogène et pour exécuter d'autres opérations que la soudure et le découpage- Au lieu de gaz purs, on peut utiliser des mélanges de gaz, ou encore des produits de décomposition de gaz et de liquides, par exemple du gaz ammoniac et du méthane-
Il est bien entendu que les dispositions et les applications qui ont été indiquées ci-dessus, à titre d'exemple, ne sont nullement limitati- ves, et qu'on peut s'en écarter sans pour cela sortir du cadre de l'inven- tion*