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PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES ET APPAREILS DE CHAUFFAGE. NOTAMMENT POUR LA.
FUSION DES METAUX'
La présente invention vise des perfectionnéments aux procédés de soudure et se rapporte plus particulièrement aux chalumeaux de soudure à l'arc, utilisés notamment pour la soudure à l'arc en atmosphère gazeuse*
Dans la soudure à l'arc en atmosphère gazeuse, l'opération de soudure est exécutée au moyen d'un arc électrique, avec création d'une atmos- phère gazeuse dans l'arc et autour de l'arc.
L'invention concerne principalement l'utilisation de l'effet de chauffage des flammes de l'hydrogène atomique* Une flamme d'hydrogène ato-
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mique peut être produite en dissociant de l'hydrogène au moyen d'un arc élec- trique, et en laissant ensuite l'hydrogène dissocié sehrecombiner et brûler* Lors de la recombinaison, l'hydrogène atomique libère une quantité de chaleur énorme qui peut être utilisée pour la soudure ou pour des opérations semblables-
L'invention concerne principalement la soudure avec fiammes d'hydrogène atomique ,
mais de nombreuses particularités de construction décri- tes ci-après sont applicables en général aux appareils de soudure dans lesquels un arc est établi entre plusieurs électrodes maintenues au voisinage de la pièce en cours de soudure, et elle est particulièrement applicable aux appareils de soudure dans lesquels un agent de soudure, de nature appropriée quelconque, est fourni à l'arc et aux environs de l'arc et de la pièce*
L'invention couvre aussi un mécanisme perfectionné d'alimenta** tion ou d'avance des électrodes et un mécanisme perfectionné d'amorçage de l'arc, pour les chalumeux de soudure à l'arc du genre visé.
L'invention couvre également un chalumeau à l'arc au gaz .léger et équilibré, dans lequel les organes sont placés les uns par rapport aux autres de façon qu'il soit possible d'utiliser efficacement le chalumeau pour tantes sortes de soudures, particulièrement pour des soudures dans des endroits eixg@s où la place disponible est restreinte-
L'invention couvre également un chalumeau perfectionné parti- culièrement approprié à l'utilisation avec des- machines automatiques*
Elle prévoit en outre un chalumeau de soudure dans lequel l'a- gent de soudure est amené à l'arc et autour de l'arc, de manière à stabiliser son fonctionnement et à produire, le long de la ligne de soudure,
une zone de chauf- fage vnifonne-
Elle couvre également des organes et moyens propres à établir un arc en éventail stable qui assure une pénétration profonde même avec des cou- rants relativement peu intenses et un chauffage modérée
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avan- tages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessine qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple non limitatif, et dans les- quels
La Fig.1montre en perspective un chalumeau de soudure à l'arc en atmosphère gazeuse conforme à l'invention.
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La Fig.2 montre en coupe le mécanisme d'alimentation du chalu- meau de la Fig.l.
La Fig.3montre en perspective un autre chalumeau de soudure à l'are en atmosphère gazeuse, Conforme à l'invention*
La Fig.4 est une coupe longitudinale de la partie de l'appareil correspondant à la poignéeou au manches
La Fig.5 est une coupe du manche du chalumeau de la Fig.3, pri- se suivant la ligne 5-5 de la Fig.4.
La Fig.6 est une vue perspective relative à une variante-
La Fig.7 montre en élévation latérale, avec partie en coupe, une tête de soudure contenant un chalumeau conforme à une autre réalisation de l'invention.
La Fig.8 est une coupe schématique des tuyères du chalumeau de la Fig.?
La Fig.9 enfin est une élévation latérale de détail de la pièce d'ajutage centrale de la Fig.8.
Le chalumeau représenté Fig.l comprend plusieurs porte-électro- des 1 et 2 supportés de manière indépendante par des tubes 3 et 4 qui font saillie par rapport à un manche 5.
Les électrodes 6 & 7 sont avancées à travers leurs supports par un mécanisme d'avancement qui est également porté par eux*
Un levier 10 monté à pivot sur une console 11 fixée sur le pro- tecteur 12 du manche 5, et relié, par des tiges 13 et 14, et une pièce iso- lante 15, au porte-électrode 2, permet d'imprimer à ce dernier un moumement limité pour déplacer l'électrode par rapport à l'électrode 6, de manière à amorcer et régler l'arc de soudure jailli entre les électrodes, au cours de la soudure*
Ce mouvement limité est rendu possible en munissant le tube 4 d'une partie cintrée 16, qui à cet effet, est suffisamment élastique et agit aussi comme un ressort dans le but de maintenir les électrodes dans une position déterminée l'une par rapport à l'autre-
Le courant est fourni aux porte-électrodes 1 et 2 par les tubes 3 et 4,
au moyen des conducteurs électriques 17 et 18, le gaz étant fourni à ces tubes par un tuyau 19'
Les porte-électrodes 1 et 2 sont construits de manière à sup-
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porter par frottement, les électrodes 6 & 7 qui font saillie à leur partie inférieure, à conduire le courant électrique à ces dernières et à fournir également du gaz le long des électrodes à travers un arc formé entre les ex- trémités des électrodes-
Le mécanisme d'avancement des électrodes est représenté claire- ment dans la vue en coupe de la Fig.2. Chaque mécanisme comprend un tube 20 taraudé intérieurement, entourant et supportant un manchon 21 qui peut tour- ner à l'intérieur* Ce manchon 21 est percé d'une fente longitudinale de gui- dage dans laquelle se trouve une pièce 22 porte-électrode munie d'une saillie filetée 23 venant,
à travers la fente, en contact avec la surface taraudée du tube 20.
Dans l'exemple décrit l'électrode 6 est faite en tungstène munie d'une partie terminale filetée 24 en fer qui est vissée dans un trou taraudé ménagé dans le porte-électrode 22. Le tube 20 est monté dans une plaque-son- sole 25 au moyen de laquelle il est fixé sur les porte-électrodes, ou sur d'autres pièces prévues pour maintenir, par frottement, les électrodes et amener le courant électrique à leurs extrémités saillantes-
Le tube 20 est isolé par un revêtement de matière isolante 26, et le manchon 21 est munie d'un bouton 27 en matière isolante, au moyen duquel il peut être tourné par rapport au tube 20.
Lorsque le manchon 21 est tourna par rapport au tube 20, le porte' électrode 22, par suite de l'engagement de sa surface filetée 23 avec la sur- face taraudée du tubee20, se déplace dans un sans ou dans l'autre, le long du tube 20, suivant le sens de la rotation qui est imprimée au manchon 21-
Le chalumeau représenté Fig.3 est particulièrement adapté à l'a- vancement d'électrodes souples, bien que les caractéristiques mécaniques de construction de ce chalumeau soient applicables également aux appareils utili- sant des électrodes rigides-
Le chalumeau représenté comprend plusieurs tubes porte-électrodes 28 et 29 et plusieurs tubes de gaz 30 et 31 munis de parties cintrées vers le bas et vars l'intérieur, faisant saillie au-delà d'un manche 32 et se termi- nant dais des tuyères 33 et 34.
Les électrodes souples 35 et 36 sont avancées à travers les tubes porte-électrodes et les tuyères de façon que l'arc se maintienne Entre elles, au moyen de mécanismes d'avance logée partiellement ou complètegemt à l'inté-
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rieur du man che du cha lume au-
Dans l'appareil représenté à tttre d'exemple non limitatif,le tube porte-électrode 28 et les tubes de gaz 30 et 31 sont supportés par le manchon 32 et shétendent le long de celui-ci. Le tube porte-électrode 29 est supporte par un pivot 37 dans la pièce de garde 38 du manche, de telle sorte que la partie du tube 29 qui correspond à la partie du tube 28 logée à l'in- térieur du manche 32, se trouve placée dans un canal 39 s'étendant le long du manche.
Les tubes porte-électrodes sont sollicités par un ressort 40 placé dans le canal 39 à occuper l'un par rapport à l'autre, des positions déterminées à l'avance- La partie du tube 29 se trouvant à l'intérieur du ca- nal 39 est isolée et munie d'une pièce de manoeuvre 41 au moyen de laquelle il peut être déplacé autour du pivot 37, sous l'effet du ressort 40.
Le gaz est fourni aux tubes de gaz 30 et 31, à travers le manche 32, par un conduit souple 42, et le courant est fourni aux tubes par les con- ducteurs 43 et 44. Les connexions au moyen desquelles on obtient ce résultat sont représentées sur les coupes des Fig.4 et 5' Comme on peut le voir sur la Fig.4, les tubes 30 et 31'sont fixés dans le manche 32, mais isolés l'un de l'autre par la matière isolante constituant ce dernier. Les tubes sont re- liés entre eux par un canal tranversal 45 qui est, à son tour, relié, par un canal 46 et un tuyau 47, au conduit souple 42 mentionné ci-dessus-
Dans le chalumeau représenté, les canaux 45 et 46 et l'emplace- ment du tuyau 47 sont obtenus en perçant des trous dans la matière isolante du manche 32.
Le même résultat peut aussi être obtenu en moulant les canaux dans le manche au cours de la fabrication du chalumeau* Dans la construction qui vient d'être décrite, les tubes de gaz 30 et 31 sont isolés électrique- ment l'un de l'autre et du tuyau d'alimentation 47.
La connexion électrique entre les conducteurs 43 et 44 et les tubes de gaz 30 et 31 est réalisée par des bouchons 48 qui ferment les extré- mités des tubes 30 et 31, tout en fermant des pièces terminales pour les con- ducteurs 43 et 44. Cette connexion est réalisée à l'intérieur du bâti du man- che, dans une chambre recouverte par un couvercle amovible 49.
Dans le chalumeau représenté Fig.3, le mécanisme d'avancement est placé dans les tubes porte-électrodes, ce mécanisme d'avancement étant
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dans Il ensemble le marne que celui décrit ci-dessus an regard des Fig 1 1 et 2.
La partie 50 des tubes porte-électrodes 28 et 29, dans le manche du chalumeau est taraudée intérieurement et, à l'intérieur de la partie taraudée, est logé un mmchon 51 dans lequel se trouve l'électrode et à l'intérieur duquel elle peut être déplacée par une pièce 52 munie d'une partie filetée 53 s'étendait à travers une tante 54 dans le manchon, et .' engageant avec la partie tarau- dée 50 du tube porte-électrode-
Le manchon 51 peut tourner par rapport au tube porte-électrode, et il est muni, à sa partie terminale, d'un bouton 55 qui commande la rota- tion* Ce bouton est, de préférence, fait en matière isolante, bien que d'au- tres moyens puissent être prévus pour isoler électriquement le manchon 51 de l'opérateur, en le protégeant contre les décharges,,
Lorsque le manchon 51 est tourné par rotation du bouton 55, l'é- lactrode est avancée, à travers le tube porte-électrode, par la pièce 52 qui est avancéele long du manchon, par suite de l'engagement de sa partie file- tée 53 avec la partie taraudée 50 du tube porte-électrode*
Mais il convient d'observer que le tube porte-électrode est muni d'une partie élargie 56 dans laquelle la partie terminale du manchon 51 fait saillie, le dispositif étant tel que, lorsque la partie filetée 53 de la pièce 52 est avancée dans cette partie élargie, une nouvelle avance de l'élec- trode est rendue impossible par le fait que la partie filetée 53 de la pièce propulsive, se dégage alors de la partie taraudée 50 du tube porte-électrode.
Gràce à cette construction, le mécanisme d'avaice ne peut pas se coincer, car la parti filetée 53 de la pièce d'avance 52 tourne simplement librement à l'intérieur du tube lorsqu'elle est avancée dans la partie élar- gie.
Pour empêcher le manchon 51 d'être accidentellement retiré ou poussé par des forces de réaction hors du tube porte-électrode, il est main- tenu en place par un pliquet ou loguèt 57 fixé au manche du chalumeau et en- gageant une rainure ou gorge circonférentielle 58 ménagée dais le bouton 55.
Grâce à cette construction, on peut tourner le bouton 55, pour avancer l'électrode, et en marne temps maintenir le bouton et son manohon 51 en place par rapport au manche du chalumeau-
La partie du loquet 57 qui engage le bouton 55 fixé au tube porte-électrode supporté à pivot, est suffisamment en-
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taillée pour permettre un libre pivotement de ce tube-
Chacun des tubes porte-électrodes 28 et 29 est muni d'orifices 69, visibles Fig.3- Ces orifices sont prévus pour empêcher le gaz alimentant les tuyères 33 et 34 de revenir par les tubes porte-électrodes à travers les mécanismes d'avancement qui y sont logés.
Si le gaz possède des propriétés corrosives, il peut abîmer ou détruire la mécanisme d'avancement! s'il est inflammable, lorsqu'il s'échappe d'une extrémité d'un tube porte-électrode, il peut brûler, avec une petite flamme directement au-dessous de la main de l'opérateur* Les orifices 59 s'op- posent à ces deux éventualités* Ces orifices doivent être suffisamment grands pour permettre l'évacuation de toute quantité de gaz revenant des tuyères 33 et 34 vers les tubes porte-électrodes 28 et 29.
Ces orifices sont de préfé- rence placés au voisinage des tuyères, comme on peut le voir dans l'appareil représenté sur la Fig.3-
Dans la Fig.3, les tubes porte-électrodes sont placés parallèle- ment l'un par rapport à l'autre dans un plan horizontal mais ils peuvent aus- si occuper d'autres positions et on peut également prévoir des tubes en nom- bre supérieur à deux, car l'application de l'invention n'est pas limitée à la soudure à courant continu, ni à la soudure à courant alternatif monophasé*
Dans la soudure à courant polyphasé, on prévoit des tubes porte- électrodes en nombre au moins égal à trois,
et la construction des chalumeaux est modifiée de manière correspondante*
Dans la variante représentée sur la Fig.6 les tubes d'alimenta- tion et les tubes porte-électrodes sont respectivement placés dans des plans verticaux les uns par rapport aux autres* Un chalumeau de ce système possède, pour certains genres de travaux, des avantages par rapport au chaluneau de la Fig.3, dans lequel les tubes-électrodes et les tubes de gaz sont placés respectivement dans des plans horizontauxy comme il a été décrit ci-dessus.
Dans la variante représentée sur la Fig.7, le chalumeau de sou- dure est logé dans une enveloppe 61 semblable à une boite qui supporté par une pièce verticale 62 faisant partie d'une machine de soudure automatique à l'arc-
Le chalumeau comprend plusieurs porte-électrodes 63 et 64 suppor- tant les électrodes 65 et 66 dans des positions convergentes l'une par rap- port à l'autre,
et une pièce 67 formant tuyère pour diriger un courant de gaz
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en éventail entre les bornes d'arc des électrodes 65 et 66 et autour de cel- les-ci* Les porte-électrodes servent aussi à diriger du gaz pour entretenir une enveloppe gazeuse autour des parties terminales des électrodes qu'ils sup- portent*
Le gaz est amené aux porte-électrodes par des tubes 68 et 69.
Ces tubes servent aussi de conducteurs pour amener le courant de enduro aux électrodes 65 et 66. Le courant est fourni aux tubes par des conducteurs 70 et 71 qui leursont fixés par des pinces 72 et 73- Les tubes 68 et 69 se ter- minent par un collecteur 74 en matière isolante dans lequel le gaz est amené par un robinet 75. Le gaz est aussi fourni à la tuyère 67 par un robinet 76 et un tube 77.
Grâce aux liaisons qui viennent d'aire décrites, l'arrivée du gaz par les porte-électrodes 63 et 64 est commandée par le robinet 75 ,et l'arrivée du gaz à la tuyère 67 est commandée par le robinet 76, ce qui per- met un réglage indépendant des deux alimentations*
Les électrodes 65 et 66 sont de préférence faites en métal ré- fractaire, en tungstène par exemple et elles sont avancées à travers les porte-électrodes 63 et 64 par des mécanismes d'avance 78 et 79 semblables à ceux déjà décrits plus haut-
L'équipement comprend un mécanisme d'avance à vis par lequel les électrodes sont avancées à travers un support, lorsque des boutons moletés 80 sont'tournés à la main- Les porte-électrodes sont maintenues dans les posi- tions relatives représentées, au moyen des tubes 6B et 69.
Un de ces tubes, savoir le tube 69 est muni d'une partie en for- me de col de cygne qui lui fournit une élasticité suffisante grâce à laquelle le porte-électrode 64 peut être facilement déplacé vers le porte-électrode 63, pour amener les électrodes en contact et amorcer l'arc.
Cette opération est réalisée par un mécanisme d'amorçage d'arc comprenant un levier coudé pivotant dans la boite de support de chalumeau au- tour d'un axe 81. Une branche du levier, désignée par 82, sort de la boite, par une ouverture prévue dans celle-ci, tandis que l'autre branche du levier, désignée par 83, est reliée, par une pièce isolante 84, au porte-électrode 64.
Une butée réglable 85 est prévue pour limiter l'écartement des électrodes à la grandeur désirée- Cette butée est constituée par une pièce filetée dont l'extrémité vient en contact avec la branche 82 du levier coudé mentionné oi-
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dessus*
La construction des pièces de tuyères du chalumeau décrit, est représentée en détail sur la Fig.8. Les porte-électrodes 63 et 64 constituent des tuyères au moyen desquelles les gaines gazeuses sont dirigées le long des parties terminales des électrodes s'étendant à travers les dites pièces, et entre lesquelles l'arc s'établit: la tuyère 67 sert à diriger, dans le plan des électrodes et autour de leurs extrémités, un courant de gaz en forme de sain, qui diverge depuis un point compris entre les électrodes.
La réalisation particulière représentée comprend plusieurs aju- tages individuels 86 , 87 et 88 au moyen desquels un courant gazeux en forme d'éventail est dirigé autour des bornes d'arc des électrodes, Les formes des jets de gaz déchargés à travers les porte-électrodes 63 et 64 etdla tuyère 67, sont représentées sur les Fig.8 et 9, par les lignes pointillées 91. La forme de la flamme d'arc résultante est représentée aussi par les lignes pointillées 92 sur la Fig.8.
Dans la construction particulière, représentée à titre d'exem- ple non limitatif, les ajutages 86, 87 et 88 ont un diamètre d'environ 1 à 2 mm et produisant un jet de gaz qui balaye les bornes d'arc, au cours de fusion,89 et 90, des électrodes 66 et 65, dans des directions divergentes, comme on peut le voir sur la Fig.8
Une quantité suffisante de gaz est débitée à travers les porte- électrodes 63 et 64, pour produire un courant de gaz approprié qui enveloppe les parties terminales des porte-électrodes et les protège de l'atmosphère ambiante*
Du gaz à pression beaucoup plus élevée est fourni à travers la tuyère 67. Pour une tuyère possédant les dimensions indiquées ci-dessus, on peut utiliser des pressions d'environ 0,35 kgcm2.
On obtient ainsi un jet possédant une grande force-
Pour empêcher la force d'entraînement de ce jet d'éteindre l'arc, il convient d'utiliser des tensions atteignant 550 à 650 volts. Avec un cou- rant de 650 voâts et de 45 ampères seulement on peut obtenir, avec le chalu- meau représenté, la pénétration complète d'un métal d'épaisseur de 6 mm, avec un cordon de remplissage, à une vitesse d'environ 10 cm par minuter*
Le jet soufflant sur les électrodes exerce un effet direct sur la position de l'éventail de l'arc- Les électrodes agissent comme des chicanes n
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sur lesquelles frappe le jet, et la modification continuelle de forme des ex- trémités des électrodes détermine aussi une variation dans la direction de l'éventail de l'arc.
Grâce à l'arrivée d'un jet de gaz en forme d'éventail conformé- ment à l'invention, les surfaces en regard des électrodes sont maintenues propres, et les gouttes de métal fondu formées aux extrémités des électrodes, sont chassées dans la position déterminée désirée qui est représentée sur le dessin-
La forme particulière du jet agit aussi pour déployer l'arc amorcé entre les électrodes exerçant sur celui-ci une pression mécanique qui chasse l'éventail d'arc vers l'extérieur et latéralement par rapport aux bor- nes d'arc constituées par les électrodes, en produisant ainsi un arc effec- tuant la forme représentée par les lignes pointillées 92 sur la Fig.8.
L'opé- ration de soudure est exécutée avec l'éventail d'arc parallèle à la direction de déplacement- Dans la machine de la Fig.7, ceci se fait, soit de droite à gauche, soit de gauche à droite*
Au lieu de la construction décrite, on peut faire appel à d'au- tres appareils dans lesquels un courant de gaz, en forme d'éventail ou en forme de coin, est dirigé transversalement et autour des bornes constituées par les électrodes-
Le chalumeau n'est pas utilisé nécessairement avec les machines de soudure à l'arc automatique, et peut aussi servit aux opérations de sou- dure à la main' dans ce cas, le chalumeau représenté est muni d'un manche au moyen duquel l'opérateur peut facilement manoeuvrer le chalumeau pendant qu'il exécute une ,
opération de s ou.dure-
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'invention*
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