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-ELECTRODE POUR LA SOUDURE A L'ARC DE CUIVRE OU METAUX ANALOGUES.
La présente invention est relative à une électrode pour la soudure à l'arc, par le procédé Slavianoff, d'objets en mé- taux à conductibilité calorifique élevée, tels que le cuivre et les alliages riches en cuivre.
Pour la soudure électrique à l'arc du cuivre d'après le procédé Slavianoff,on n'a utilisé pratiquement jusqu'ici que des électrodes qui, en outre du cuivre, renfermaient des quanti- tés importantes d'autres métaux, par exemple des baguettes de bronze.
En conséquence, il est, à priori, impossible de donner à la soudure les propriétés de la matière de base (au point de vue mécanique et chimique}.
On n'a obtenu aucun résultat satisfaisant avec tous les essais effectués pour souder électriquement des objets en ouivre à l'aide d'électrodes en cuivre pur ou renfermant seulement de très faibles additions, comme cela est courant dans le cas de la soudure autogène; en effet, dans tous les cas, la soudure
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présentait de nombreux pointa où il n'y avait pas de liaison et elle était si fortement traversée par des scories et des pores qu'elle ne présentait qu'une faible résistance mécanique.
Ces difficultés tiennent avant tout à la conductibilité calori- fique élevée du cuivre car la chaleur amenée par l'arc à l'en-- droit de la, soudure est évacuée trop rapidement dans l'objet, de sorte qu'au point de soudure lui-même, l'échauffement est insuffisant.
Jusqu'ici, on a essayé de remédier à ces difficultés en réchauffant de façon additionnelle et permanente le point de soudure au moyen d'une deuxième source de chaleur, par exemple au moyen d'un chalumeau à souder. De ce fait, :il serait possible d'amener au point de soudure une quantité de chaleur telle qu'au moins lorsque l'on utilise une baguette de bronze, on puisse obtenir un bain de soudure suffisamment grand, mais avec une baguette de cuivre le réchauffage était insuffisant. Du fait du réchauffage, on avait d'autres inconvénients, par exemple, la forte dilatation thermique et les forces de contraction de la pièce pouvaient-donner lieu à des fissures dans le cas de piè- ces rigides ou tendues.
Par suite, on annihilait les avantages de la soudure des métaux à l'arc - arrivée de chaleur pancti.. forme au point de soudure et, par suite, faibles tensions ther- miques.
Par suite, l'invention se propose d'utiliser les avanta- ges de la soudure des métaux à l'arc même pour la soudure d'ob- jets en cuivre. D'après les explications ci-dessus, elle repose sur le fait que l'augmentation, nécessaire du fait des proprié- tes du cuivre, de l'arrivêe de chaleur - lorsque l'on doit sup- primer le réchauffage - doit se faire uniquement par l'arc. on a déterminé dlabord au moyen d'essais méthodiques que la quan- tité élevée d'énergie nécessaire ressortant des constantes phy- siques, qui est amenée au cuivre dans la matière fondue peut
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être transmise uniquement: à l'aide d'un arc très long lorsque l'on ne doit pas utiliser d'autre source d'énergie supplémen- taire.
Par opposition à l'arc court de 2 à 5 mm. de long au maximum utilisé exclusivement jusqu'ici dans la soudure des métaux à l'arc, l'arc a au mains de 10 jusqu'à environ pratique- ment 40 mm. de long dans le procédé selon l'invention et il peut même dans des cas particuliers être sensiblement plus long.
Naturellement, on ne peut produire un arc aussi long qu'avec du courant de tension comparativement élevée. L'invention applique, par suite, du courant d'au moins 40 volts de préférence 70 à 80 volts; cependant, on peut utiliser des tensions encore plus élevées.
Si, cependant, conformément à cela, on fait fondre une électrode en cuivre nu., il se produit, sur le grand parcours que les gouttes fondues doivent effectuer, une oxydation et une absorption de gaz sensibles. En conséquence, on obtient une soudure contenant beaucoup de pores et de protoxyde. La sensibilité du cuivre à ce point de vue est connue d'après sa fabrication. En outre, un arc de cette longueur peut être à peine obtenu. avec les électrodes courantes fortement enrobées car il est très instable, il sautille et par suite projette la matière de l'électrode fondue. Etant donné que le point de con- tact de l'arc sur l'objet change continuellement, il ne peut pas se produire de fusion de la matière de base.
Grâce à l'invention, on remédie aussi à ces difficultés.
Comme fil d'apport, on utilise une baguette en cuivre électrolytique ou en un alliage de cuivre à forte teneur en cuivre comme cela est oourant dans le cas de la soudure auto- gène du cuivre. Ces fils d'apport sont des alliages connus qui, en général, renferment moins de 2 % de matières étrangères, Grâce à ces petits constituants d'alliage, la solubilité du gaz et la formation d'oxyde sont fortement réduites et l'écou- lement est amélioré. Au cours des recherches, on a constaté que pour des applications particulières (soudure par dessus
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tête, etc..) la baguette de l'électrode pouvait consister, sui- du vant l'invention, de préférence en/bronze.
Alors que la masse d'enrobage pour les électrodes en cuivre était faite jusqu'ici d'après les principes de l'enro bage des électrodes en acier, on utilise, dans le cas de la. présente invention, les fondants connus de la soudure autogène.
Ces fondants consistent par exemple surtout en un mélange de composés du bore et de phosphates alcalins, avec de petites additions de fluorures et de chlorures. Ainsi qu'on le sait, le mélange de base de ces fondants est choisi de façon qu'ils aient un point de fusion relativement bas et qu'ils convien- nent même pour des alliages qui deviennent liquides à 850-900 .
'En modifiant ces mélanges, par exemple en augmentant la teneur en phosphates alcalins fondant difficilement, on amène le point de fusion et la température diction au voisinage du point de fusion du cuivre. Le point de fusion se trouve en- viron entre 850 à 1060 . La composition de la masse d'enrobage est par exemple 50 parties d'acide. borique, 35 parties de phos- phate de sodium, 6 parties de sel marin, 6 parties de cryolithe, 3 parties de verre.
Une électrode munie d'un enrobage de ce genre présente, comme caractéristique la plus importante de l'invention, le fait que, lors de son utilisation pour la soudure, l'enrobage coule plus tard que la.baguette de métal dans une mesure telle que l'enrobage constitue une extrémité en forme de tuyau dans lequel l'arc effectue la totalité au une partie de son trajet.
La longueur de ce tuyau est de une à six fois le diamètre de la. baguette de métal.
Grâce à cela, on obtient les avantages suivants :
1 -L'arc est stabilisé et est dirigé dans une direction déterminée (direction de l'axe de l'électrode). les gouttes de l'électrode qui coulent, ne sautent plus.
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La goutte est dirigée par le tuyau - comme la balle d'un pisto- let - dans une direction déterminée et cela dans celle de l'arc en atteignant l'endroit de l'objet qui est fondu par l'aro.
3 - La goutte n'est plus soumise à l'action de l'air étant donné qu'au début elle se déplace dans l'extrémité en forme de tuyau de l'enrobage et ensuite à l'intérieur de l'arc.
De ce fait, la soudure est oompacte et ne contient pas de protoxyde et on obtient partout une liaison parfaite.
On obtient la formation de l'extrémité en forme de tuyau, lors de la soudure avec une électrode selon l'invention, en premier lieu grâce au choix et à la quantité du phosphate alca- lin ajouté, à point de fusion élevé, et de sels analogues, en second lieu grâce au réglage de l'épaisseur de paroi de l'enro bage ; enfin, en troisième lieu, on peut, en accordant ces deux conditions, satisfaire dans une grande mesure aux différentes obligations pratiques imposées à l'électrode.
On peut appliquer sur la baguette de l'électrode la mas- se d'enrobage dont on vient de parler, par exemple en dissol- vant ou en mettant en suspension cette masse dans une laque faite d'alcool et de nitrocellulose, après quoi on y plonge la baguette métallique qui a-, par exemple 4 mm. de diamètre, à plusieurs reprises, jusqu'à ce que le diamètre total de l'élec- trode s'élève à 6 ou 7 mm.
Une autre caractéristique de l'invention consiste enfin à appliquer sur la baguette métallique une couche supplémentai- re spéciale qui doit protéger encore davantage contre l'oxyda- tion, le métal qui coule du fil. On a, en effet, établi au moyen d'essais répétés que des masses d'enrobage, qui ont des propriétés réductrices ou qui dégagent à la chaleur des gaz inertes, donnent lieu, lors de la soudure à la formation d'un courant de gaz qui entoure à la façon d'un tuyau et protège l'extrémité qui fond du fil de métal et l'arc.
On a représenté schématiquement ce phénomène sur le
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dessin annexé et, dans cet exemple de réalisation, 1 est la baguette de cuivres un enrobage mince fait en une matière donnant des scories et favorisant la coulée, ayant sensiblement la composition indiquée ci-dessus, 1 une enveloppe faite en une masse qui dégage un gaz réducteur au inerte et 4 l'enveloppe extérieure qui, dans l'exemple de réalisation, a la même compo- sition que l'enveloppe et qui, lors de la soudure, constitue l'extrémité en forme de tuyau.
La couche ?, peut être faite par exemple en plongeant l'électrode dans une solution d'oxalate de soude; cependant, on peut utiliser également n'importe quelle autre masse qui dégage un gaz réducteur ou inerte, tel que par exemple de l'oxyde de carbone, de l'acide carbonique, de l'azote, etc. Le dessin montre l'action de l'enveloppe de gaz 20 qui se forme lors de la soudure, dans l'extrémité de l'enrobage en forme de tuyau.
L'arc électrique g. qui se forme entre l'extrémité de la baguette de soudure 1 et la surface de l'objet à souder 10 se trouve dans 1'extrémité 1 en forme de tuyau de la couche 4; il est dirigé et maintenu stable par celle-ci. Sous l'action de la chaleur, l'extrémité de la baguette 1 coule et constitue le courant de métal ± qui sort de la couche 2, mélangé avec la scorie.
La couche 3, qui est faite de matière dégageant un gaz réducteur, fond un peu plus tard que la baguette 1. et libère son gaz dans la chambre annulaire , d'où il sort par en bas et constitue le courant annulaire de gaz .2 qui entoure l'arc et empêche ainsi la matière de soudure 6,qui coule à l'intérieur de l'arc, de venir au contact de l'air et, par suite, de s'oxyder
Il est bien connu dans la soudure du fer de faire faire saillie à la masse d'enrobage à la façon d'un cratère, au delà de l'extrémité de l'électrode (Kjelberg). Toutefois, ce cratère doit, uniquement constituer un réservoir pour la goutte dans le cas d'une.extrémité d'électrode dirigée vers le haut et empêcher
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que celle-ai coule.
Par opposition à cette formation de cratère le tuyau selon l'inventian a. pour but de favoriser le déplace- ment de la goutte, et en outre, de permettre d'employer un ara long.
L'invention est appliquée également dans le cas d'allia- ges à teneur en cuivre élevée, par exemple de bronzes, auquel cas l'alliage de la. baguette d'électrode correspond à l'objet à souder, conformément à l'expérience acquise dans la soudure autogène. La température d'action et le point de fusion de la masse d'enrobage sont également adaptés, d'après les prescrip- tions ci-dessus, aux points de fusion de ces matières. Grâce à la présente invention, il est devenu possible d'effectuer sur ces matières des soudures pratiquement utilisables, de façon correspondant à l'idée de base de la présente invention, et de rendre utilisable la soudure électrique à l'arc pour des objets en métaux ayant une conductibilité calorifique très élevée.