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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION la Société dite: N.V.PHILIPS'GLOEILAMPENFABRIEKEN Procédé de soudure électrique à l'arc et dispositif utilisé à cet effet.
Demande de brevet hollandais en sa faveur du 3 Septembre 1943.
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Dans un procédé connu de soudure automatiaue à l'arc, l'extrémité d'un fil de soudure nu parcouru par du courant, est maintenue dans une couche pulvérulente ou granulée, appelée à former le laitier et appliquée sur la pièce à souder. Ce procédé permet de souder avec des courants de forte intensité et assure donc une grande vitesse de soudure, c'est-à-dire que le nombre de grammes de métal déposé par unité de temps esttrès grand.
Dans ce procédé, les conditions sont choisies de manière que la chaleur développée par effet Joule ne porte pas à des températures élevées la partie du fil de soudure comprise entre l'endroit où s'effectue la fusion et celui où l'on applique le courant, parce que cet échauffement n'était pas désiré.
L'invention est basée sur l'idée qu'on peut influencer le processus de soudure en abandonnant ce principe, et que l'on peut tirer parti des températures élevées spécifiées. Suivant l'invention, la chaleur requise est engendrée par effet Joule; dans la partie mentionnée du fil de soudure, pour obtenir 'ce résultat, on augmente la distance comprise entre l'endroit où s'effectue la fusion et l'endroit où l'on applique le courant, ou bien on utilise uneplus grande densité de courant. Le fil de soudure est donc préchauffé, de sorte que, pour provoquer la fusion d'une quantité donnée de métal l'arc doit fournir moins d'énergie, ce qui offre plusieurs possibilités d'influencer le processus de soudure.
C'est ainsi qu'à vitesse de soudure constante et toutes autres conditions égales d'ailleurs, la pénétration est plus faible, - c'est-à-dire que la quantité de métal porté à fusion de la pièce diminue - à mesure qu'augmente la distance comprise entre l'endroit où se produit la fusion et l'endroit où l'on applique le courant, et l'intensité du courant diminue simultanément. D'autre part, la vitesse de soudure est plus grande à mesure qu'augmente la distance comprise-entre l'endroit où s'effectue la fusion et celui où l'on applique le courant, si les'autres facteurs, et aussi l'intensité de courant, restent inchangés. Pour autant que le remplissage du joint reste constant, la pénétration diminue quelque peu.
De plus, une augmentation de la densité de courant'augmente la pénétration et la vitesse de soudure par suite de l'accroissement de l'énergie de l'arc si l'endroit où l'on applique le courant et les autres facteurs restent inchangés. Dans ce cas la vitesse de soudure
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augmente encore par suite de la chaleur développée supplémentairement par effet Joule, de sorte que la vitesse est plus grande que ne le ferait prévoir,'l'intensité de courant.
Rien n'empêche de faire varier indépendamment La densité de courant et la distance comprise entre'l'endroit où s'effectue la fusion et celui où. l'on applique le courant, de manière à pouvoir obtenir dans chaque cas la pénétration et la vitesse de soudure désirées.
Dans les cas mentionnes, le chaleur additionnelle développée par effet Joule, augmente la température de la partie du fil de soudure comprise entre l'endroit où s'effectue la fusion et celui où l'on applique le courant. En ce qui concerne l'effet de l'invention, seule la température obtenue à l'endroit de fusion importe. Dans le cas d'un fil de soudure essentielle- ment composa de fer, cette température peut, cornue le prouve un calcul approximatif, atteindre, à quelaues millimètres de l'endroit de fusion, plus de 600 C.
L'invention est illustrée dans le tablenu suivant à l'aide de quelques exemples non limitatifs.
EMI2.1
<tb>
<tb>
L <SEP> I <SEP> T <SEP> V <SEP> V <SEP> V/V <SEP> B
<tb>
EMI2.2
i¯ ¯¯¯.,¯600 470¯¯¯-. g-,---Ï. 70¯¯¯: i n ----- :7g------
EMI2.3
<tb>
<tb> 2 <SEP> 18 <SEP> 440 <SEP> 980 <SEP> 1.8 <SEP> 1.24 <SEP> 1. <SEP> 45 <SEP> 0.30
<tb> 13 <SEP> 600 <SEP> 980 <SEP> 2.6 <SEP> 1.70 <SEP> 1.53 <SEP> 0.65
<tb> 4 <SEP> 6 <SEP> 730 <SEP> 660 <SEP> 2.6 <SEP> 2.05 <SEP> 1.27 <SEP> 0. <SEP> 80
<tb> 5 <SEP> 10 <SEP> 730 <SEP> 980 <SEP> 3.0 <SEP> 2.05 <SEP> 1. <SEP> SE <SEP> 0.75
<tb>
Dans les exemples mentionnas au tableau, le joint en V d'une pièce en acier doux normal fut rempli en une seule passe à l'aide d'un fil de soudure, de même matière, d'un diamètre de 4 mm. La pièce à souder mesurait 250 x 50 x 16 mm.
Elle compor- tait, dans la direction longitudinale, un joint en V à angle d'ouverture de 90 , et dont la largeur, mesurée dans le plan supérieur de la pièce, était de 17 mm (voir fig.l). Pendant la soudure, l'extrémité du fil de soudure, amené de façon continue, était plongée dans une couche de matière appelée à former le laitier et appliouée sur le joint. Cette matière consistait en une masse granulée composée essentiellement d'environ 25% de quartz, de 15% de dolomite, de 25% de magnétite, de 20 ' de ferromanganèse et de 10% de verre soluble. Pendant la soudure, la tension d'arc était de 35 V. environ. La première colonne du tableau donne la distance L, exprimée en cm, comprise entre le point d'alimentation en courant et l'endroit de fusion du fil de soudure.
La seconde colonne donne l'intensité du courant de soudure, exprimée en ampères. La troisième colonne donne l'accroissement de température calculé T, exprimé en C, à une distance de quelques milimètres de l'endroit de fusion, sous l'effet de la chaleur y développée par le passage du courant. Dans la quatrième colonne figure la. vitesse de soudure ainsi obtenue, exprimée en grammes de métal déposé par seconde. La cinquième colon¯ne donne la grandeur %,désignée ci-après par vitesse de soudure spécifique et qui représente la vitesse de soudure que l'on obtiendrait dans le cas théorique ou le passage du courant dans le fil de soudure n'échaufferait pas celui-ci.
Cette valeur est déterminée par interpolation des valeurs de la vitesse de soudure, mesurée dans plusieurs cas, pour une chaleur développée par effet Joule décroissante ; ces valeurs peuvent être obtenues très facilement en déplaçant le contact d'alimentation dans la direction de l'endroit de fusion, tout en laissant inchangés les autres facteurs détermi- .nant le processus de soudure. Enfin, la sixième colonne donne le . rapport V/Vo et la septième colonne la pénétration B. Les chiffres
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mentionnés pour la pénétration furent obtenus en divisant l'air 1 de la partie fondue de la pièce considérée dans la section transversale de la soudure, par l'aire 2 de la section transversale du joint à remplir. (Voir fig.2).
Le tableau montre l'influence de l'augmentation de la température du fil de soudure à proximité de l'endroit de fusion et des variations de l'intensité du courant sur la vitesse de soudure et sur la pénétration.
Bien que, dans ce qui précède, l'invention soit décrite pour la soudure automatique dans laquelle l'extrémité d'un fil nu, parcouru par du courant, est constamment plongée dans une masse appelée à former le laitier, elle s'applique aussi à d'autres procédés de,soudure automatique dans lesquels le fil de soudure est parcouru par du courant.
Après cette description du principe de l'invention et d'un groupe de formes d'exécution qui en découlent, il y a lieu d'établir une distinction formelle entre le connu et la partie de la présente invention qui se rapporte à ce groupe. A cet effet, on a utilisé la vitesse de soudure spécifique déjà mentionnée dans le tableau et expliquée ci-dessus.
Le domaine d'application de la partie mentionnée de l'invention est limité par la condition que par suite de la chaleur développée par effet Joule, la vitesse de soudure dépasse 1, 2 et de préférence 1, 3 fois la vitesse de soudure spécifique.
Comme d'aprèsl'idée exposée ci-dessus, c'est-à-dire que le réglage de la température à proximité de l'endroit de fusion du fil de soudure permet d'atteindre des résultats déterminés, l'invention concerne aussi le cas où ce résultat est obtenu d'une autre manière que par le réglage de l'énergie dissipée par effet Joule. Bien qu'en pratique, cette possibilité soit moins courante, cet échauffement peut être obtenu en communiquant au fil de soudure la chaleur d'une source extérieure ou bien en refroidissant le fil de soudure. Ce refroidissement assure alors un effet inverse à celui obtenu par le chauffage.
Comme la température à proximité de l'endroit de fusion peut être réglée d'une autre manière que par l'énergie dissipée par effet Joule, en principe l'invention peut aussi être app.liquée au procédé utilisé pour la soudure électrique à l'arc, dans lequel le fil de soudure à alimentation continue n'est pas parcouru par du courant et dans lequel l'arc est établi entre la. pièce à souder et une électrode à charbon par exemple.
De plus, l'invention concerne un dispositif destiné à la soudure électrique automatique à l'arc caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen de régler la. température à proximité de l'endroit où s'effectue la fusion du fil de soudure. Dans la plus importante forme d'exécution décrite de l'invention, forme dans laquelle ce réglage est assuré par la chaleur développée par effet Joule dans le fil de soudure, on peut avantageusement utiliser à cet effet un contact d'alimentation mobile, par exemple coulissant.
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DESCRIPTIVE MEMORY
SUBMITTED IN SUPPORT OF A REQUEST
PATENT OF INVENTION the Company known as: N.V. PHILIPS'GLOEILAMPENFABRIEKEN Electric arc welding process and device used for this purpose.
Dutch patent application in his favor of September 3, 1943.
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In a known process for automatic arc welding, the end of a bare welding wire traversed by current is held in a powder or granulated layer, called to form the slag and applied to the part to be welded. This process makes it possible to weld with high intensity currents and therefore ensures a high welding speed, that is to say that the number of grams of metal deposited per unit of time is very large.
In this process, the conditions are chosen so that the heat developed by the Joule effect does not bring to high temperatures the part of the welding wire between the place where the fusion takes place and that where the current is applied. , because this warm-up was not desired.
The invention is based on the idea that one can influence the welding process by abandoning this principle, and that one can take advantage of the specified high temperatures. According to the invention, the required heat is generated by the Joule effect; in the mentioned part of the solder wire, to obtain this result, the distance between the place where the fusion takes place and the place where the current is applied is increased, or else a greater density of current. The solder wire is therefore preheated, so that, in order to cause the melting of a given quantity of metal, the arc must provide less energy, which offers several possibilities to influence the soldering process.
Thus, at constant welding speed and all other equal conditions, the penetration is lower, - that is to say that the quantity of metal brought to fusion of the part decreases - as 'increases the distance between the place where the fusion occurs and the place where the current is applied, and the intensity of the current decreases simultaneously. On the other hand, the welding speed is greater as the distance between the place where the fusion takes place and the place where the current is applied, if the other factors, and also the l current intensity, remain unchanged. As long as the seal fill remains constant, the penetration decreases somewhat.
In addition, an increase in current density increases weld penetration and speed as a result of the increased arc energy if the location to which current is applied and other factors remain unchanged. . In this case the welding speed
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further increases as a result of the heat developed additionally by the Joule effect, so that the speed is greater than the intensity of the current would suggest.
Nothing prevents to vary independently the current density and the distance between 'the place where the fusion takes place and that where. the current is applied so as to be able to obtain in each case the desired penetration and welding speed.
In the cases mentioned, the additional heat developed by the Joule effect increases the temperature of the part of the solder wire between the place where the melting takes place and that where the current is applied. As regards the effect of the invention, only the temperature obtained at the melting point matters. In the case of a solder wire composed essentially of iron, this temperature can, according to an approximate calculation, reach, within a few millimeters of the place of fusion, more than 600 C.
The invention is illustrated in the following table using a few non-limiting examples.
EMI2.1
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L <SEP> I <SEP> T <SEP> V <SEP> V <SEP> V / V <SEP> B
<tb>
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ī ¯¯¯., ¯600 470¯¯¯-. g -, --- Ï. 70¯¯¯: i n -----: 7g ------
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<tb> 2 <SEP> 18 <SEP> 440 <SEP> 980 <SEP> 1.8 <SEP> 1.24 <SEP> 1. <SEP> 45 <SEP> 0.30
<tb> 13 <SEP> 600 <SEP> 980 <SEP> 2.6 <SEP> 1.70 <SEP> 1.53 <SEP> 0.65
<tb> 4 <SEP> 6 <SEP> 730 <SEP> 660 <SEP> 2.6 <SEP> 2.05 <SEP> 1.27 <SEP> 0. <SEP> 80
<tb> 5 <SEP> 10 <SEP> 730 <SEP> 980 <SEP> 3.0 <SEP> 2.05 <SEP> 1. <SEP> SE <SEP> 0.75
<tb>
In the examples given in the table, the V-joint of a normal mild steel part was filled in one pass using a weld wire of the same material with a diameter of 4 mm. The piece to be welded measured 250 x 50 x 16 mm.
It had, in the longitudinal direction, a V-joint with an opening angle of 90, and whose width, measured in the upper plane of the part, was 17 mm (see fig.l). During welding, the end of the welding wire, fed continuously, was immersed in a layer of material called to form the slag and applied to the joint. This material consisted of a granulated mass consisting essentially of about 25% quartz, 15% dolomite, 25% magnetite, 20% ferromanganese and 10% water glass. During welding, the arc voltage was approximately 35 V. The first column of the table gives the distance L, expressed in cm, between the point of current supply and the place of fusion of the solder wire.
The second column gives the intensity of the welding current, expressed in amperes. The third column gives the calculated temperature increase T, expressed in C, at a distance of a few millimeters from the place of fusion, under the effect of the heat developed there by the passage of the current. In the fourth column is the. welding speed thus obtained, expressed in grams of metal deposited per second. The fifth column gives the magnitude%, hereinafter referred to as the specific welding speed and which represents the welding speed that would be obtained in the theoretical case where the flow of current in the welding wire would not heat the one. -this.
This value is determined by interpolation of the values of the welding speed, measured in several cases, for a heat developed by the decreasing Joule effect; these values can be obtained very easily by moving the feed contact in the direction of the melting point, while leaving the other factors determining the soldering process unchanged. Finally, the sixth column gives the. V / Vo ratio and the seventh column the penetration B. The figures
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mentioned for the penetration were obtained by dividing the air 1 of the molten part of the part considered in the cross section of the weld by the area 2 of the cross section of the joint to be filled. (See fig. 2).
The table shows the influence of the increase in the temperature of the solder wire near the melting point and the variations in the current intensity on the solder speed and on the penetration.
Although, in the foregoing, the invention is described for automatic welding in which the end of a bare wire, traversed by current, is constantly immersed in a mass intended to form the slag, it also applies to other automatic welding processes in which the welding wire is traversed by current.
After this description of the principle of the invention and of a group of embodiments which result therefrom, a formal distinction must be made between the known and the part of the present invention which relates to this group. For this purpose, the specific welding speed already mentioned in the table and explained above was used.
The field of application of the mentioned part of the invention is limited by the condition that as a result of the heat developed by the Joule effect, the welding speed exceeds 1, 2 and preferably 1, 3 times the specific welding speed.
As according to the idea set forth above, that is to say that the adjustment of the temperature near the place of fusion of the solder wire makes it possible to achieve determined results, the invention also relates to the case where this result is obtained in a way other than by adjusting the energy dissipated by the Joule effect. Although in practice this possibility is less common, this heating can be obtained by imparting heat from an external source to the solder wire or else by cooling the solder wire. This cooling then provides the opposite effect to that obtained by heating.
As the temperature in the vicinity of the melting point can be regulated in a way other than by the energy dissipated by the Joule effect, in principle the invention can also be applied to the process used for electric welding with the arc, in which the continuously fed solder wire is not traversed by current and in which the arc is established between the. workpiece and a carbon electrode for example.
In addition, the invention relates to a device for automatic electric arc welding, characterized in that it comprises a means of adjusting the. temperature near where the welding wire melts. In the most important embodiment described of the invention, form in which this adjustment is ensured by the heat developed by the Joule effect in the solder wire, a movable power supply contact can advantageously be used for this purpose, for example. sliding.