<Desc/Clms Page number 1>
MEMOIRE DESCRIPTIF à l'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION "Machine à couper les métaux, fonctionnant à l'arc électrique" La présente invention est relative aux machi- nes à couper les métaux, et porte plus particulièrement sur un dispositif destiné à couper les métaux au moyen de l'aro électrique.
Dans la pratique de la soudure et du coupage électriques, beaucoup de tentatives ont été faites en vue d'employer un arc électrique pour couper les métaux, toutes les machines construites étant basées sur le principe qui consiste à employer l'arc électrique pour fondre ou brûler le métal pendant qu'un jet d'oxygène était dirigé sur le métal ainsi chauffé, afin de consumer ce métal. Ces
<Desc/Clms Page number 2>
dispositifs antérieurs, toutefois, ne peuvent être employés pour exécuter une coupe relativement étroite, attendu qu'il est nécessaire que tout le métal environnant la coupe soit chauffé jusqu'au point d'ignition, et le résultat est une ligne de séparation grossière et irrégulière entre les lévres de la coupe.
De plus, remploi de tels procédés de coupe exige qu'onnporte le métal à la température corres- pondant au point d'ignition, avant que le brûlage ou effet de coupe commence, et le métal est ainsi chauffé assez énergiquement pour qu'à une distance considàrable de chaque côté de la coupe ce métal se trouse "brûlé".
Lorsqu'il stagit de la coupe de métaux trempés ou cémentés, une telle surchauffe du métal de chaque côté de la coupe a pour effet de l'attendrir ou de provoquer une cristallisation, suivant la nature du métal à couper* Un des objets de l'invention est par conséquent de réaliser un dispositif pour le coupage des métaux au moyen d'un arc électrique, dispositif dans lequel la largeur de la coupe sera seulement égale à l'épaisseur de l'électrode employée pour effectuer ladite coupe.
Un autre objet de l'invention est de réaliser un dispositif pour le coupage des métaux au moyen de l'arc électrique dans lequel aucun agent oxydant n'est nécessaire.
.Un autre objet de l'invention est de réaliser un dispositif pour le coupage des métaux au moyen de l'arc électrique dans lequel le chauffage du métal est limité à une étroite bande pratiquement égale en largeur à l'épaisseur de l'électrode employée, procédé dans lequel le métal., de chaque côté de la coupe, reste pratiquement froid durant
EMI2.1
; v t .i. J .rw9 e n wst TG ¯
<Desc/Clms Page number 3>
Un autre objet de l'invention est de réaliser un dispositif pour le coupage des métaux au moyen de l'arc électrique dans lequel la coupe terminée présente un bord uni et régulier, de la même apparence que si le métal avait été coupé au moyen d'une soie.
Un autre objet de l'invention est de réaliser un dispositif pour le coupage des métaux au moyen de l'arc électrique, dans lequel le métal à couper peut être plus dur que la matière qui constitue l'électrode employée pour la coupe.
Un autre objet de l'invention est encore de réaliser un dispositif pour le coupage des métaux au moyen de l'arc électrique dans lequel le seul contact mécanique entre l'électrode de coupe et la pièce à couper est le contact passager nécessaire pour l'amorçage de l'arc.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront de l'examen de la description qui va suivre, accompagnée des dessins annexés dans lesquels=
La fig. 1 est une vue en perspective d'une machine à couper à arc construite suivant la présente invention.
La fige 2 est une vue en coupe verticale passant par l'électrode et la table porte-ouvrage, et montrant la façon de monter l'électrode, ainsi que le mode d'arrivée du courant électrique jusqu'à celle-ci.
La fig. 3 est une vue en coupe horizontale, passant par la ligne 111-111 de la fig. 2.
La fig. 4 est une vue schématique du bobinage et des connexions de la machine à couper arc.
<Desc/Clms Page number 4>
La fig. 5 est une vue schématique montrant la mode d'action de l'arc entre l'électrode et l'ouvrage à couper.
En se référant aux dessins, on voit que la machine à couper à arc électrique représentée comprend une table porte-ouvrage appropriée 1, dont la partie supérieure 2 est supportée par plusieurs pieds 3, de façon à élever la table jusqu'à tout niveau désiré. La partie supérieure de la table 8 sert à supporter le métal qui doit être coupé, et qui peut être bloqué en place sur celle-ci au moyen de tout dispositif de serrage approprié, tel que le dispositif d'étau 4 monté sur la table. La nable est en outre pourvue d'une fente appropriée 5 s'étendant sur toute la largeur de celle-ci, fente audessus de laquelle l'ouvrage 6 ou le mét al à couper est susceptible de s'étendre.
L'électrode de coupe est représentée comme comprenant un disque circulaire 7, analogue en construction aux soies circulaires actuellement employées en vue du sciage mécanique par contact, le disque étant monté sur un arbre tournant approprié 8, permettant au disque 7 de tourner vis-à-vis de la table 1.
Le disque 7 est représenté susceptible d'être mis en rotation par toute source motrice appropriée telle qu'un moteur électrique 9 dont l'armature est reliée à l'arbre 8 soit directement, soit par 1'intermédiaire d'engrenages 10, de façon à obtenir la vitesse de rotation désirée pour le disque 7. Attendu que le disque 7 doit constituer l'une des électrodes employées pour produire l'arc électrique, il est désirable d'isoler le disque 7
<Desc/Clms Page number 5>
de son arbre 8 et du moteur 9, et à cet effet on a montré que l'arbre est pourvu d'une bride appropriée 11 contre laquelle un disque isolant peut venir porter, ce disque creux présentant une surface plane contre laquelle l'un des côtés du disque 7 peut être bloqué.
Une bague isolante désignée en 13 peut être interposée entre le perçage 14 ménagé dans le centre du disque 7 d'une part, et l'arbre 8 d'autre part, cependant qu'une seconde rondelle 15 peut être interposée entre le disque 7 et l'écrou de blocage 16 ut ilisé pour retenir le disque sur l'arbre 8. En vue de conduire le courant électrique jusqu'au disque 7, une bague désignée en 17, établie en une matière conductrice appropriée peut être interposée entre la rondelle isolante 16 et la paroi latérale de la plaque ou disque 7.
Le disque est disposé de manière à être mis en rotation par le moteur 9 à une vitesse relativement élevée, et une garde 18 peut être employée pour entourer partiellement le disque 7, oette garde formant une enveloppe demi-cylindrique supportée par les ferrures 19 et 20 fixées au moteur 9 ou à son support, de sorte que la garde se déplacera avec le moteur 9 et le disque 7. Cette garde est préférablement formée d'une matière non magnétique de façon à empêcher la création de champs magnétiques indésirables autour de l'électrode.
La garde 18 peut être employée pour supporter les dispositifs conducteurs électriques amenant le courant jusqu?au disque 7, par exemple en montant une feuille 21 relativement large de matière isolante sur l'un des côtés de llenveloppe ou garde 18, la matière de la garde 18 étant entaillée en vis-à-vis de la surface interne de la plaque ou feuille de matière isolante 21, comme indiqué
<Desc/Clms Page number 6>
en 22.
Un montage de balai 23 est représenté fixé à la plaque 21, ce dispositif de montage comprenant une douille cylindrique comportant un perçage 24 s'étendant sur toute sa longueur et traversant la plaque 21, perçage destiné à recevoir un balai métallique approprié 25, repoussé en contact avec la bague ou rondelle conductrice désignée en 17 sous l'action d'un ressort de compression approprié 26. La pression exercée par le ressort 26 peut être réglée à volonté au moyen dtune vis 27 engagée dans l'extrémité externe de la douille servant de montage au balai.
Ainsi, le courant amené à la douille de montage de balai 23 passera jusqu'au disque 7, pendant que celui-ci sera mis en rotation par le moteur 9, si bien quun arc pourra être amoroé entre l'ouvrage placé sur la table 8 et l'électrode rotative 7,,
Bn se référant plus particulièrement aux fige 1 et 2, on remarquera que le moteur 9 est monté sur une plaque de support appropriée 28, représentée comme étant formée par un tronçon de fer en U normal,, auquel sont fixées deux plaques 29 et 30 stétendant verticalement.
La plaque 29 est montrée portant une paire de guides ou chemins de glissement 31 et 32, destinés à venir se placer au-dessus et au-dessous d'une portée 33. La portée 33 est préférablement formée par un tronçon de fer en I normal, désigné en 34, dont les bords des ailes sont taillés en biseau et usinés afin de donner naissance à des chemins de glissement sur lesquels les guides 31 et 32 viendront porter par le haut et par le bas. La
<Desc/Clms Page number 7>
de guides ou chemins de glissement 35 et 36 s'engageant sur la portée 37 formée sur l'autre aile du fer en I.
Toute cette construction forme un montage pour le moteur, montage permettant à celui-ci d'être déplacé longitudina- lement au fer en I 34, le moteur étant toutefois rigi- dement supporté en direction verticale. Un bossage exté- rieur 38 peut être prévu sur la plaque 30 de façon à constituer un éorou dans lequel viendra sengager une tige filetée 59'au moyen de laquelle le moteur et son montage pourront être déplacés horizontalement le long du fer en I désigné en 34. Ce fer en I est représenté supporté de façon coulissante par une paire de montants 40 et 41, de sorte que le fer en I porteur du moteur et du disque pourra être déplacé verticalement dans les deux sens.
Le montant 40 est représenté comprenant une armature supé- rieure et inférieure supportant une vis de manoeuvre verticale 43 tournant dans celle-ci, ladite vis passant dans un dispositif 43 approprié formant écrou et servant à supporter le fer en 1 34.
La vis 42 peut être pourvue d'une poignée de manoeuvre convenable 44 permettant à ladite vis d'être faoilement manoeuvrée de façon à élever ou abaisser le fer en 1 34. L'extrémité opposée du fer en ou traverse peut être montée d*une façon similaire, ou bien pourra être montée comme on l'a représenté, c'est-à-dire fixée à un chariot 45 engagé dur le montant 41. En vue dtamener le chariot 45 à se déplacer conformément au déplaoement de l'éorou 43, un contrepoids approprié 46 peut être relié au moyen d'une chaîne ou d'un câle flexible 47 en . à la traverse 34, la chaîne ou le câble passant sur une poulie appropriée 48 supportée par le montant 41.
<Desc/Clms Page number 8>
Si on le désire, le montant 41 peut être formé par un montant tubulaire, le contrepoids 46 coulis- sant à l'intérieur de celui-ci, Avec cette disposition, la manoeuvre de l'unique poignée de commande 44 permettra d'élever ou d'abaisser le moteur 9 et le disque 7. La vis d'avancement latérale 39 pourra être commandée au moyen dune manivelle appropriée 49 fixée à ladite vis, à l'extrémité antérieure de celle-ci, de sorte que la manoeuvre de la manivelle 49 amènera le moteur et son disque à se mouvoir horizontalement le long de la traverse en I.
Ainsi, le disque pourra être amené à toute position désirée, dans le plan vertical dans lequel il tourne, ce plan se trouvant en alignement avec le plan de la fente 5 de la table porte-ouvrage, si bien que la partie inférieure du disque pourra passer au-dessous du niveau de la face supérieure e de la table.
On remarquera que le disque 7 constitue une électrode comportant un bord 50 allongé et relativement étroit, lequel, lorsque le disque tournera sous l'action du moteur, passera continuellement dans la même direction devant l'ouvrage placé sur la table. Ainsi, un arc électrique est amorcé entre le bord de l'électrode et le point le plus proche de l'ouvrage, l'arc ainsi amorcé chauffera la portion du métal de l'ouvrage qui se trouve immédiatement voisine de l'électrode pour l'amener au point de fusion la vitesse du mouvement du bord de l'électrode par rapport à l'ouvrage faisant en sorte que des particules en fusion de l'ouvrage se trouveront entraînées dans la direction du mouvement du bord de l'électrode,
si bien que dès que
<Desc/Clms Page number 9>
fusion, elles seront immédiatement entraînées loin de l'ouvrage. L'arc, toutefois, subsistera entre l'ouvrage et le point le plus voisin du bord de l'électrode, de telle façon qu'après que chaque particule aura été éloignée l'arc continuera à fondre la portion suivante de la matière de 11 ouvrage.
En se référant particulièrement à la fige 5, on remarquera que si l'électrode 7 tourne dans la direc- tion indiquée par la flèche, le contact mécanique entre le bord 50 de l'électrode et le bord extrême 51 de l'ou- vrage 6 provoquera l'amorçage d'un arc entre le bord 50 de 11 électrode et l'ouvrage 6. Attendu que l'arc fait fondre le métal, la rotation du bord de l'électrode amènera les particules fondues à s'éloigner de l'ouvrage, suivant une ligne tangente au bord 50 de l'électrode 7, comme il est indiqué en 52.
En agissant sur la vis de manoeuvre 39, l'électrode sera déplacée vers l'ouvrage puis au travers de celui-ci, dans une direction transversale à l'axe de rotation du bord 50 de l'électrode, permettant ainsi à l'arc de pénétrer davantage dans 11 ouvrage jusqu'à ce que le bord de l'électrode ait complètement traversé l'ouvrage, en divisant celui-ci en deux parties séparées.
Afin d'aider à l'éloignement des particules fondues du mét al, le bord 50 de l'électrode peut être pourvu d'une pluralité de dents 53 semblables aux dents employées dans les soies mécaniques normales, si bien que 1'arc amorcé entre le bord de l'électrode et l'ouvrage partira effectivement de la pointe des dents.
<Desc/Clms Page number 10>
quoique la théorie de la fusion et de la projection des particules ne soit pas entièrement comprise, on a observé dans la pratique effective que l'emploi de dents de la forme indiquée produisait les résultats les plus désirables ;
apparemment, la tendance que présente l'arc à suivre les surfaces de fuite de la dent, combinée avec la succion créée par les surfaces des dents passant au point où se trouée l'arc, donnent naissance à une force qui tend à chasser les particules de métal hors de la coupe. Ainsi, la forme des dents sera préférablement analogue à celle des soies mécaniques en ce sens que le bord des soies est déporté de façon à obtenir une largeur plus grande au bord externe de la dent, vis-àvis de la largeur du disque, en des points plus voisins de son centre. De cette manière, l'arc qui est amorcé et qui part du bord extrême de la dent sera suffisamment large pour assurer l'éloignement du métal, et former une coupe, coupe dont les bords seront séparés des côtés du disque formant électride.
En vue du fait que l'opération de coupe est effectuée entièrement par l'arc, et non pas par contact mécanique entre les dents de l'électrode et l'ouvrage, tout métal, quelle que soit sa dureté, pourra être coupé avec succès au moyen d'une électrode formée d'un métal beaucoup plus tendre.
La caractéristique principale et essentielle de la matière destinée à former l'électrode est que cette matière devra être suffisamment rigide pour résister à une rotation rapide, et pour que tous les points du bord restent maintenus
<Desc/Clms Page number 11>
On a employé une soie établie en un métal relativement tendre, soie telle que celles utilisées pour la coupe du bois, et avec une telle soie on est parvenu à couper des métaux possédant pratiquement la dureté du diamant.
Un phénomène intéressant est que dans le dispositif de coupe qui fait l'objet de l'invention, l'électrode 7 ne s'échauffe pas dans une mesure appréciable durant l'opération de coupe et en fait, immédiatement après l'achèvement d'une coupe, le bord de l'électrode peut être faoilement pris en mains et ne montre pas d'élévation de température au-dessus de la température ambiante.
Le seul contact mécanique qui est réalisé entre l'électrode et l'ouvrage est celui nécessaire en vue d'amorcer initialement l'arc, quoique, si on le veut, ce contact initial puisse être évité en employant d'autres moyens pour amorcer l'arc, par exemple en touchant avec une brosse métallique à la fois l'ouvrage et l'électrode, ou en plaçant une hande de carbone ou d'une autre matière tendre et conductrice immédiatement en avant de l'ouvrage, de sorte que l'arc pourra être à l'origine amorcé entre cette matière et l'électrode au lieu d'amorcer l'aro, à l'origine, par contact avec l'ouvrage.
Toutefois, en pratique, le contact initial est si instantané qu'après de nombreuses coupes effectuées sur des métaux extrêmement durs, coupes faites au moyen de la scie ci-dessus, aucun émoussage appréciable de l'outil n'a été constaté, ceci indiquant que le contact mécanique instantané était si bref qutaucun contact mécanique effeotif ne se trouvait maintenu*
<Desc/Clms Page number 12>
Lorsque l'électrode pénètre dans l'ouvrage, on constate que l'arc présente une tendance à s'étendre vers l'intérieur, le long des cotés de l'électrodes phénomène qui pourrait avoir pour conséquence l'échauffement de l'électrode et le brûlage ainsi que l'enlèvement du métal le long des cotés de la coupe* Pour éviter cet inconvénient,
on peut créer un champ magnétique dans le disque formant électrode, champ qui tendra à dériver l'arc radialement en l'éloignant du disque et tendra à confiner ledit axe sur le bord seulement de l'électrode.
A cet effet, on pourra employer tous moyens convenables pour créer un champ magnétique dans l'électrode, quoique, dans la forme de réalisation de l'invention employant un disque comme électrode, ainsi que représenté, il soit jugé préférable de créer le champ magnétique au moyen d'un enroulement 54 au travers duquel passera l'électrode.
En se référant plus particulièrement aux fige 2 et 3, on remarquer a que l'enroulement 54 est formé par une bande continue de matière conductrice enroulée en forme d'hélice à spires décroissantes, ladite hélice se rétrécissant en direction du bord de l'électrode.
L'enroulement 54 peut partir d'une borne convenable 55, et s'enrouler à l'intérieur de la garde 18, en restant à un certain intervalle de l'électrode 7. Lorsque la première spire est prolongée pour former une seconde spire autour de l'électrode, la périphérie de cette seconde spire est diminuée, et la troisième spire est formée de manière à posséder une périphérie encore plus réduite.
L'enroulement 54 peut être supporté en fixant celui-ci
<Desc/Clms Page number 13>
par exemple au moyen d'une paire de ferrures 54a établies en une matière isolante appropriée et fixées aux cotés de la garde 18.
On a trouvé que les meilleurs résultats étaient obtenus lorsque la ligne passant par les centres des conducteurs, d'un coté de l'électrode, et la ligne passant par les centres des conducteurs, de l'autre coté de l'électrode, venaient se recouper pratiquement sur le bord $0 de ladite électrode. Une telle condition est indiquée par les flèches en pointillé 56 et 57 de la fig.2.
Ainsi, l'électrode constitue en fait un aimant qui tend à souffler l'arc transversalement à la direotion du mouvement constant entre le bord de l'électrode et l'ouvrage; toute tendance que présente l'arc à ramper vers l'arrière le long des cotés de l'électrode est ainsi combattue.
Pour la simplicité de la construction, l'en- roulement 54 pourra être formé par une barre de matière conductrice présentant une section transversale relativement importante, suffisante pour supporter le courant utilisé en vue de la formation de l'arc, et cet enroulement pourra être connecté en série avec l'électrode 7, si bien que tout le courant qui passera dans l'arc passera également dans l'enroulement, afin de créer une action de soufflage ou de dérivation proportionnelle à chaque instant à la quantité de courant employé dans l'arc. Comme le montre la fig.
3, l'enroulement s'étend depuis la borne 55, puis autour de l'électrode 7 pour parvenir à une seconde borne 59 reliée par l'intermédiaire d'une bande 60 à la douille désignée en 23 servant au montage du balai, de sorte que le courant fourni à l'électrode traversera d'abord l'enroulement pour aboutir à ladite électrode.
<Desc/Clms Page number 14>
En vue du fait qu'a l'instant où l'arc est amorcé on crée pratiquement un court-circuit, il est désirable qu'un dispositif quelconque limitant le courant soit interposé entre la source d'alimentation et l'électrode.
En se référant à la fig. 4, on remarquera que le système classique de bobinage et de connexions qui peut être employé pourra comprendre une jonction de l'électrode 7 à une source convenable d'alimentation par l'intermédiaire du conducteur 61, d'un :interrupteur de commanda d'arc 62, d'une résistance limitatrice de courant 63, depuis laquelle un conducteur 64 aboutira à la borne 55. Le circuit passe ensuite par l'enroulement désigné en 54, la borne 59, le pont 60, le balai 85, la bague ou rondelle de contact 17 pour arriver au disque 7 formant électrode. Le circuit est complété par l'ouvrage 6 et la table 2 qui peut être reliée de toute manière convenable, par exemple au moyen du conducteur 67 à la borne opposée de la source de courant électrique.
Quoique l'on juge préférable d'utiliser du courant continu, comme source d'alimentation de l'arc, on pourra aussi employer du courant alternatif, avec des résultats pratiquement aussi bons.
Qp fera observer qu'en limitant l'arc au bord de l'électrode, et en amenant ledit arc à être projeté vers l'extérieur à partir du bord de l'électrode, dans une direction pratiquement transversale au mouvement qui s'effectue entre le bord de l'électrode et l'ouvrage, l'unique portion de l'ouvrage qui doit âtre coupé, portion qui se trouvera chauffée, sera celle qui
<Desc/Clms Page number 15>
l'électrode. De cette façon, aucun chauffage pratique du métal ne se produira sur les cotés de la coupe. En fait, et à la suite dressais pratiques, on a trouvé qu'aucune surchauffe du métal ne se manifestait à plus de 1 mm. de chaque coté de la coupe.
C'est ainsi que des métaux trempés, , comme des ressorts et autres objets analogues, peuvent être facilement coupés au moyen du dispositif .objet de l'invention, sans détruire la trempe dans le métal à une distance supérieure à 1 mm. de chaque côté de la coupe. L'aspect des cotés de la coupe exécutée au moyen du dispositif décrit est lisse et régulier, l'apparence étant identique à celle d'une coupe effectuée au moyen d'une soie mécanique par contact, telle qu'une soie à encoches ou une soie "à friction".
Alors que l'opération de coupe peut être effectuée à toute vitesse désirée de déplacement du bord de l'électrode, relativement à l'ouvrage, en mentionnera que les meilleurs résultats sont obtenus lorsque la vitesse du mouvement relatif entre ces parties est grande; plus la vitesse sera élevée, et muins il y aura tendance à ce que les particules en fusion viennent adhérer aux cotés de la coupe. Par exemple, on pourra employer un disque formant électrode de 7 am. de diamètre, et faire tourner celui-ci à une vitesse d'approximativement 5.000 T/M, conditions dans lesquelles d'excellents résultats ont été constatés.
Quoique l'invention ait été décrite sous sa forme de réalisation dans laquelle l'électrode présente la forme d'un disque circulaire, on conçoit que d'autres formes de réalisation de l'électrode pourront être adoptées , par exemple une électrode en forme de bande sans fin.
<Desc/Clms Page number 16>
établie en une matière appropriée, la caractéristique essentielle étant que l'électrode doit posséder un bord allongé et relativement étroit depuis lequel l'arc pourra être amorcé, ledit bord devant passer contre l'ouvrage à couper, à une vitesse relativement élevée.
Si on le désire, le mouvement devancement du disque vers l'ouvrage et dans l'ouvrage à couper pourra être automatiquement contrôlé de façon que l'arc puisse être maintenu à toute longueur désirée.
Le contrôle automatique de l'avancement de l'électrode peut être réalisé de toute manière désirée, par exemple de la façon représentée à la fig. 4,dans laquelle la vis d'avancement 39, qui commande le mouvement latéral de l'électrode 7 et de son moteur 9 peut être reliée à un moteur d'entraînement approprié 70 dont l'armature 71 pourra être connectée par l'intermédiaire de l'arc,, par exemple en reliant une dorne de l'armature au conducteur 64 qui amena le courant jusqu'à l'électrode 7, et en reliant l'autre borne de l'armature 71 à l'ouvrage.
L'enroulement de champ 72 du moteur 70 est relié à toute source d'énergie constante appropriée, si bien que, lorsque la longueur de l'arc augmente, une plus forte quantité de courant sera fournie à l'armature 71 du moteur, lequel moteur fera tourner la vis 39 pour faire avancer l'électrode en direction de l'ouvrage, alors que si la longueur de l'arc décroit, une quantité moindre de courant sera fournie à l'armature 71, de sorte que le mouvement d'avancement de l'électrode sera ralenti.
Quoiqu'on ait représenté et décrit la forme de réalisation préférée de l'invention, on conçoit que celle-ci n'est pas limitée aux détails indiqués.