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Procédé et appareillage pour la soudure et la, coupe électriques.
La présente invention se rapporte à la soudure et à la coupe de métaux au moyen de l'arc électrique, ou analogue.
L'invention est le développement d'un procédé élémentaire consistant dans l'emploi d'une électrode spéciale de soudure, qui comporte un canal intérieur à travers lequel est amenée de la va- peur d'eau, de préférence sous pression. Cette pression peut être rela,tivement faible pour le travail de soudure, ou relativement forte pour la coupe.
Dans sa réalisation la plus simple, cette électrode est une électrode cylindrique, creuse, en charbon, ou, de préférence, en un métal facilement oxydable, par exemple l'aluminium. La vapeur d'eau circule axialement dans l'électrode et sort du côté de la pièce à traiter. La chaleur produite simultanément par l'arc électrique et par l'oxydation du métal, ou du charbon, est suffisante pour provoquer la fusion d'une baguette d'apport pour la
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soudure. Si l'on augmente suffisamment la pression de la va- peur d'eau - qui cède son oxygène par suite de l'oxydation du métal et se transforme en hydrogène - l'action calorifique est capable d'éloigner le métal fondu de la, pièce à traiter de sorte que la, coupe s'effectue dans de bonnes conditions.
Le développement ultérieur du procédé ci-dessus conduit à une électrode creuse spéciale. Cette électrode qui ne doit pas être remplacée au cours de l'opération de soudure ou de coupe, permet d'effectuer la soudure ou la coupe sans inter- ruption, ce qui présente non seulement des avantages d'économie considérables - grande vitesse de soudure ou de coupe; aucune perte. de bouts d'électrodes; aucune interruption de travail entraînant une perte de courant - mais encore un avantage tech- nique très important, par amélioration de la qualité de la soudure etde la coupe, grâce au fait que l'opération est continue.
L'électrode creuse selon l'invention est, de préférence, plus courte que les électrodes actuellement utilisées pour la soudure et la coupe à l'arc électrique. Faite d'une matière conductrice de l'électricité, par exemple en acier, cuivre, charbon dur, etc.., elle comporte avantageusement un embout rapporté, vissé, soudé, ou fixé d'autre manière sur le corps de l'électrode. Cet embout est fait en un métal résistant aux hautes températures, pa,r exemple le tungstène.
La section du corps de l'électrode creuse est, de préférence, circulaire, tandis que la section de l'embout, du côté de son ouverture terminale, sera, par exemple, circu- lire, ou rectangulaire, ou triangulaire, ou ovale, ou autre, suivant la forme du cordon ou ligne de soudure ou de coupe à effectuer.
Un autre développement du procédé décrit plus haut est
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remarquable notamment en ce qu'il consiste à entraîner vers le point de soudure ou de coupe et à éjecter à travers un ajutage, une matière pulvérulente destinée à coopérer à la coupe ou à la soudure, en particulier par une réaction exo- thermique dégageant de la chaleur et fournissant en même temps, dans le cas de la soudure, le métal d'apport, ce qui rend superflue la baguette de métal d'apport.
Dans ce cas, on peut se passer éventuellement de la vapeur d'eau, la réaction exothermique étant assurée par la matière pulvérisée.
Cette matière peut consister notamment en un métal oxy- dable tel que l'aluminium, ou en un mélange d'un ou plusieurs métaux, ou de métaux et d'autres substances telles que oxy- des métalliques, charbon, soufre ou phosphore pulvérisés, etc.., c'està-dire en un mélange de substances pulvérisées dont une au moins, facilement oxydable, est choisie de fagon à pro- duire l'effet voulu, c'est-à-dire une température élevée.
Suivant un mode d'exécution de ce procédé, on utilise ledi.t ajutage comme électrode, seule ou combinée avec une autre électrode:
Selon un autre mode d'exécution, on peut utiliser un ajutage ne formant pas électrode et, de préférence, relié au sol, en combinaison avec une ou plusieurs électrodes.
Le mélange est propulsé par tout organe approprié, par exemple une vis sans fin ou une roue spéciale qui constitue, pour sa part, un autre objet caractéristique de l'invention.
L'organe propulseur est mis en mouvement par un moteur élec- trique qui ne fonctionne que lorsque le courant passe entre l'électrode et la pièce à traiter, ce qui peut être réalisé par un relais.
L'entraînement de la matière pulvérulente doit être tel,
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de préférence, qu'il communique aux particules de la, matière pulvérulente une énergie cinétique convenable de sorte que cette matière ne risque pas de boucher l'ajutage pour si petit que soit l'orifice de sortie du produit pulvérulent, ce qui permet : - d'une part.de réduire cet orifice (et par voie de conséquence la section d'extrémité de l'ajutage) et par suite d'obtenir des lignes de soudure ou de coupe très fines;
- d'autre part, d'éjecter la matière pulvérulente avec une vitesse suffisante pour qu'elle puisse atteindre le fond de la ligne de coupe, c'est-à-dire apporter la chaleur et ses autres proptiétés éventuelles au point précis en cours de coupe où cette chaleur ou ces propriétés sont utiles, et empêcher la réaction exothermique de se propager vers le ré- cipientcontenant la matière pulvérisée.
L'opération de soudure ou de coupe s'effectue comme avec les électrodes connues. En reliant la pièce à traiter bran- chée sur une borne, l'électrode étant branchée sur l'autre borne, on produit un court-circuit; le moteur commandé par son relais se met en marche; la, matière pulvérisée progres- se et sort par le bout ouvert de l'ajutage formant ou non l'électrode; il s'établit un arc (ou analogue) dans de bon- nes conditions et la soudure ou la, coupe s'effectue comme avec les électrodes connues. Dès qu'on supprime l'arc en élèvent par exemple l'électrode, ou de toute autre manière, le courant et, avec lui, l'arc ou analogue, est interrompu; la moteur s'arrête et la matière pulvérisée cesse d'avancer.
L'invention a également pour objet une machine de soudure et/ou de coupe électrique, destinée à l'application du pro- cédé ci-dessus.
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Cette machine est remarquable notamment en ce qu'elle comporte, en combinaison, un ajutage et des moyens pour "jec- ter une matière pulvérulente à travers cet ajutage, sous l'action d'une force d'entraînement.
Suivant un mode d'exécution, lesdits moyens comportent, en combinaison, une roue tournait à grande vitesse dans une enveloppe cylindrique fixe qui l'entoure avec un jeu appro- prié à la matière pulvérulente employée et à laquelle se rac- cordent d'une part tangentiellement, directement ou non, l'a- jutage et, d'autre part, à l'entrée, un dispositif pour mue- ner sur la jante de la roue la matière pulvérulente que cette roue projette sous l'action de la force tangentielle dans le- dit ajutage.
Suivant les cas, cet ajutage constitue lui-même l'élec- trode ou l'une des électrodes ou ne constitue pas une élec- trode et est combiné avec une ou plusieurs électrodes.
Dans tous les cas, l'ajutage peut être utilisé simul- ta,nément avec une arrivée de vapeur d'eau sous pression. Par exemple, la vapeur d'eau est amenée sur la pièce à traiter par un tube creux relié au récipient où est produite la va- peur vers le bout de l'ajutage, de préférence en arrière de celui-ci par rapport au sens du mouvement. A cet effet, le tuyau amenant la vapeur d'eau peut être relié, d'une fagon fixe ou mobile, au dispositif (pince à électrodes) servant à guider l'ajutage, en formant un angle convenable avec celui-ci.
Cet agencement est particulièrement intéres- sant pour la coupe, le métal à haute température étant non seulement fondu par l'action de l'électrode, mais encore brmlé, au moins en partie, ce métal se combinant avec l'oxy- gène de la vapeur d'eau, puis enlevé par la vapeur d'eau sous
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pression. L'admission de la vapeur est réglée par un relais, de sorte qu'elle n'est admise que lorsque l'électrode est en action. On peut également agencer le tuyau d'amenée de la. vapeur d'eau de telle façon que la vapeur même entraîne la. matière pulvérisée et, dans ce cas, on peut supprimer le dis- positif sus-indiqué pour faire avancer cette matière mécanique- ment.
D'autres caractéristiques résulteront de la description qui va suivre.
Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple :
Fig. 1 est une vue, en élévation, extérieure de la machi- ne côté électrode.
Fig. 2 est une coupe verticale, longitudinale, suivant la ligne 2-2 de la Fige 1.
Fig. 3 est une coupe horizontale, suivant la ligne 3-3 de la Fig. 2.
Fig. 4 est une vue en plan, développée, d'une portion de la ,jante de la. roue.
Fig. 5 est une coupe longitudinale de l'électrode.
Figs. 6 et 7 sont deux schémas, dans le cas de courant électrique biphasé et triphasé.
Suivant l'exemple d'exécution représenté aux Figs. 1 à 5: la machine comporte une table 1 destinée à recevoir l'ouvrage.
Dans l'exemple, cet ouvrage est supposé constitué par deux lames métalliques 2 et 3 à réunir par une ligne de soudure 4.
Cet ouvrage se déplace sur la, table 1 dans le sens de la flèche fl. La. table 1 peut être en matière isola,nte, ou métalli- que, dans lequel cas l'ouvrage en est séparé par une four- rure isolante 5.
L'ouvrage, 2-3, est relié à l'un des pâles de la source
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électrique, par exemple par une pince 6 (Fig. 2).
L'autre pôle est relié en 7 (Figs. 1, 2, 5) à une élec- trode 8. Celle-ci, métallique, est percée longitudinalement d'un canal 9 qui la traverse de bout en bout (Fig.5).
Elle est, de préférence, munie d'un embout 10, rapporté par vissage ou autrement, très résistant notamment à la chaleur, de préférence en tungstène. Cet embout 10 est percé d'un ' petit orifice 11, dont la forme peut être circulaire, ovale, rectangulaire, triangulaire ou autre. Cet orifice, dont la surface est, de préférence, de l'ordre du ou de quelques millimètres carrés, est raccordé sans saillies ou redents par un trou lisse 12 au canal longitudinal lisse 9 de l'élec- trode, de manière telle qu'une particule de matière parcou- rant cette électrode dans le sens de la flèche f2 (Fig. 5) ne puisse venir'buter contre une surface quelconque d'arrêt.
L'électrode 8 est reliée, par une tubulure 13, en caoutchouc ou matière analogue, permettant notamment un réglage longitudinal, à un raccord 14, porté par un carter cylindrique 15, dans lequel ce raccord débouche tangentiel- lement (Fig. 2) .
Le carter ou tambour cylindrique 15 est fixé à demeure à la table 1. Il porte, sur le dessus, une trémie 16 conte- nant la matière pulvérulente 17, destinée à être éjectée par l'orifice il de l'embout 10 de l'électrode 8. Cette trémie 17, qui est ouverte à l'atmosphère à la la partie supérieure en vue de son chargement (l'ouverture étant de préférence munie d'un couvercle 18) a des parois suffisam- ment inclinées pour permettre à la matière pulvérulente de descendre par gravité. (Eventuellement, cette action pourra être aidée par celle d'un dispositif 19, de brassage, à
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palettes commandées par exemple par une manivelle 20, ou au- tre, destiné à désagréger les ponts ou autres obstructions qui pourraient se former).
Le fond de la trémie débouche dans le cylindre 15 par une ouverture rectangulaire a b c d (Fig.. 4), de longueur a b (Fige. 2 et 4) de l'ordre de un ou quelques centimètres et dont la largeur 11, également de l'ordre de un ou quel- ques centimètres, est légèrement inférieure à celle 12 de la, jante 21a d'une roue 21, montée rotative dans le cylin- dre 15. La surface de cette ouverture est donc de préféren- ce de l'ordre d'un ou de quelques centimètres carrés, c'est-à- dire suffisante pour assurer une bonne descente naturelle de la. matière pulvérulente contenue dans la trémie 16.
La. roue 21 a son'.moyeu 22 claveté sur un arbre 23, monté rotatif dans des paliers 24, portés par les flasques du tam- bour. Cet arbre 23 est entraîné à grande vitesse, adaptée à la, poudre utilisée, par un moyen quelconque approprié, par exemple par un moteur électrique 25, porté par la table 1 et attaquait l'arbre 23, soit directement comme représenté, soit par l'intermédiaire d'une multiplication quelconque appropriée, à engrenages.
La largeur 12 de la jante 20 de la roue 21 est telle que cette jante tourne avec un jeu approprié à la matière pulvérulente employée, dans le tambour 15, Dans cette jante, est ménagée une première rainure 26, de profondeur x (Fig.3); les parois latérales de cette rainure sont dentées suivait
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les lignes e f g h i el f 1 gl li, il (Fig. 4-) les sommets extérieurs f h j ...f' h' j'étant situés au voisinage des ,faces latérales de la jante et les sommets médiants e g i ... e' g' l'étant situés sur deux cercles' parallèles espacés d'une
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distance y (Figs. 3 et 4) correspondant, sensiblement, aux dimensions intérieures du raccord 14 sur lequel est branchée l'électrode 8.
En outre, les faces très obliques e f, g h, e' f', g' h' ... font face au sens de rotation de la roue, sens indiqué par les flèches f3 (Figs. 2 et 4).
Entre les deux cercles distants de y, la rainure 26 est approfondie sous forme de petits alvéoles 27, séparés par des cloisons radiales 28 (Figs. 3, 4).
Le tambour 15 est percé d'un orifice 15a de sortie d'air en amont de la trémie et, par ailleurs, il est prolon- gé à sa partie inférieure par une goulotte 29. Cette gou- lotte 29 est, par exemple, à fond incliné 30 et comporte une ouverture de déchargement avec volet 31 ou autre organe ob- turateur.
De préférence, en vue d'éviter la transmission du cou- rant à la roue 21, au cylindre 15 et à la table 1 à partir de l'électrode 8 par la matière pulvérulente parcourant cette électrode, les surfaces de ces organes, notamment cel- les de la jante 20 de la roue 21 et celles du tambour 15 pourront être avantageusement revêtues d'un vernis ou autre couche isolante ou faites en matière isolante. (Au surplus, la mise sous tension (au potentiel de l'électrode 8) de ces organes et même de la table 1 serait sans inconvénient sérieux, car ce potentiel est généralement faible et sous réserve qu'aucun court-circuit ne puisse avoir lieu entre cette table et l'ouvrage).
De préférence, également, le circuit d'alimentation du moteur 25 est sous le contrôle du circuit de soudure ou de découpage qui est pourvu de l'interrupteur 32 (Fig. 3).
Dans ce circuit d'alimentation de l'électrode est disposé,
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par exemple, un enroulement 33, shunté par une résistance ap- propriée 33a, qui actionne, à l'encontre d'un dispositif élastique de rappel 34, un interrupteur 35, placé dans le circuit 36 dialimentation du Moteur 25, de telle sorte que celui-ci n'est alimenté et la roue 21 entraînée qu'autant que le courait circule entre l'électrode 8 et l'ouvrage 2-3.
Enfin, la machine est complétée par un ajutage 37 avec robinet ou organe analogue 38 commandé ou non par un relais analogue à celui sus-décrit; cet ajutage, qui débouche au- dessus de l'ouvrage juste derrière l'électrode 8 permet d'amener si on le désire au point de soudure de la vapeur d'eau, de préférence sous faible pression (par exemple 1,1 atm. pour la soudure) et de pression plus forte (par exemple 1,2 à 1,5 atm. pour la coupe).
Le fonctionnement est le suivant : dès qu'on ferme l'interrupteur 32 d'alimentation de l'électrode 8, cette électrode est sous tension ainsi que l'ouvrage 2-3.
A l'aide, par exemple, d'une pièce conductrice, on éta- blit un court-circuit entre l'électrode 8 et l'ouvrage, ce qui ferme aussitôt le circuit du moteur 25.
La roue 21 est entraînée dans le sens de la flèche f3 (Fig. 2). Cependant, par l'ouverture a b c d, la trémie 16 déverse sur la, jante 20 de la matière pulvérulente. Une partie tombe directement dans les alvéoles 27, une autre par- tie tombe au droit des triangles tels que e f g, e' f' g'.
Par suite de la rotation très rapide de la roue, les facettes obliques e f, g h ... e' f' ... g' h' ... rencontrent les particules en cours de chute et les projettent vers l'avant et vers le plan médian de la jante, c'est-à-dire vers les alvéoles 27 qui, en définitive, sont entièrement pleins,
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lorsqu'ils franchissent l'arête b c de l'ouverture de la tré- mie. Le reste des particules tombées remplit plus ou moins les alvéoles triangulaires e f g .., e' f' g' ... La roue continuant à tourner, les particules très fines entraînées sont soumises à une force centrifuge très importance, en rai- son de la très grande vitesse de rotation de la roue.
Les particules restées dans les alvéoles triangulaires e f g ... e' f' g' ..., et qui accomplissent au surplus un trajet sans utilité, y restent, malgré cette force centrifuge, en raison de la paroi du cylindre 15 qui les y enferme, et ce jusque ce qu'elles viennent au droit de la goulotte 29, où elles sont alors recueillies pour être reversées, de temps à autre, dans la trémie 16. Par contre, les particules très fines qui sont tombées directement ou qui ont été projetées dans les alvéoles 27, passent devant l'entrée tangentielle du raccord 14 et y sont projetées, à très grande vitesse, sous les ac- tions combinées de la force centrifuge qui les décolle du fond des alvéoles et de la force tangentielle d'inertie.
La vitesse communiquée à ces fines poussières est telle qu'el- les forment un véritable jet éjecté avec force, et sans pos- sibilité d'accrochage, par l'orifice 11 de l'électrode.
(A noter d'ailleurs que, dans certains cas, au cours du fonc- tionnement de la machine la température de l'embout 10 peut être telle que pour certaines vitesses c'est un véritable jet liquide des particules fondues qui peut être éjecté par cet embout).
Dès le dématnage par suite de la température déjà éle- vée produite par le courant électrique, il se produit une réaction exothermique entre les particules oxydables d'alu- minium ou autres contenues dans le jet pulvérulent qui afflue
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à grande vitesse et le ou les oxydes mélangés à ces particules, ou l'oxygène de la vapeur d'eau admise par l'ajutage 37.
Il résulte de la, formation d'alumine par exemple une éléva- tion considérable de la, température, ce qui contribue puissam- ment à la. rapidité de la soudure ou de la coupe et assure la continuité de la, réaction exothermique après démarrage et per- met d'abaisser l'intensité du courant électrique. On procède
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donc à une véritable opération électroaluminotherm.gue.
Comme on rient de le dire, dans le cas d'admission de vapeur d'eau par l'ajutage 34, l'oxygène de cette vapeur d'eau se combine immédiatement aux poudres oxydables et l'hydrogène qui reste s'élève au-dessus du point de soudure formant une couche neutre protectrice autour du point de soudure, pour brûler finalement à une petite distance de ce point. Dans le cas de la coupe, l'hydrogène, par sa pression, concourt à produire la fente.
Le dispositif décrit permet : - de réduire pratiquement autant qu'on le désire l'ori- fice d'éjection et, par conséquent, d'obtenir une ligne de travail très fine, et ce malgré un débit important en matière pulvérulente, - d'éjecter cette matière pulvérulente (.éventuellement fondue à la, sortie de l'ajutage) avec une force considérable qui, d'une part, permet une pénétration plus profonde dans l'ouvrage dans le cas de la, soudure d'où une liaison plus in- time entre les pièces réunies et, dans le cas de la coupe, une vitesse et une finesse de coupe plus grandes et qui, d'autre part, est supérieure à la vitesse de propagation de la réac- tion exothermique vers l'arrière, supprimant tout danger d'ex- plosion dans l'appareil.
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Dans certains cas notamment avec du courant biphasé ou triphasé, l'électrode 8 pourra être combinée avec une deuxiè- me électrode 39, de préférence en tungstène (Fig. 6).
On pourra également faire arriver la matière pulvérulente par un ajutage 8a ne formant pas électrode, de préférence relié à la terre, et combiné soit avec une seule électrode, soit avec deux électrodes 40 et 41 (Fig. 7), de préférence en tungstène.
Les électrodes peuvent être assujetties dans un bloc en matière réfractaire qu'elles traversent, l'ajutage étant formé par une ouverture dans ce bloc lui-même, ou ajusté dans ce bloc.
Naturellement, l'invention n'est nullement limitée aux mo- des d'exécution représentés et décrits, qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemples. C'est ainsi que les parois latérales de la rainure 26 peuvent avoir un autre tracé que celui en zig-zag décrit et représenté. Dans une variante, la partie en zig-zag de la rainure 26 peut être supprimée, la jante ne comportant alors que des alvéoles séparés par des palettes.
Dans le cas de la soudure à la main, l'électrode 8 peut être prolongée par un tube flexible.
Revendications.
1. Un procédé de soudure et de coupe électrique à l'arc, ou analogue, consistant à utiliser une électrode creuse et à diriger à travers cette électrode des matières capables d'en- gendrer une réaction exothermique.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Method and apparatus for electric welding and cutting.
The present invention relates to welding and cutting of metals by means of electric arc, or the like.
The invention is the development of an elementary process consisting in the use of a special welding electrode, which has an internal channel through which water vapor is supplied, preferably under pressure. This pressure can be relatively low for welding work, or relatively high for cutting.
In its simplest embodiment, this electrode is a cylindrical, hollow, carbon electrode or, preferably, an easily oxidizable metal, for example aluminum. The water vapor circulates axially in the electrode and leaves the side of the part to be treated. The heat produced simultaneously by the electric arc and by the oxidation of the metal, or of the coal, is sufficient to cause the fusion of a filler rod for the
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welding. If we sufficiently increase the pressure of the vapor of water - which gives up its oxygen as a result of the oxidation of the metal and is transformed into hydrogen - the calorific action is able to move the molten metal away from the, part to be treated so that the cutting takes place under good conditions.
Further development of the above method leads to a special hollow electrode. This electrode, which does not have to be replaced during the welding or cutting operation, allows welding or cutting to be carried out without interruption, which not only has considerable savings advantages - high welding speed or cutting; no loss. electrode tips; no work interruptions leading to loss of current - but still a very important technical advantage, by improving the quality of the weld and the cut, thanks to the fact that the operation is continuous.
The hollow electrode according to the invention is preferably shorter than the electrodes currently used for welding and electric arc cutting. Made of an electrically conductive material, for example steel, copper, hard carbon, etc. .., it advantageously comprises a tip attached, screwed, welded, or fixed in other way on the body of the electrode. This tip is made of a metal resistant to high temperatures, eg tungsten.
The section of the body of the hollow electrode is preferably circular, while the section of the tip, on the side of its terminal opening, will be, for example, circular, or rectangular, or triangular, or oval, or other, depending on the shape of the bead or line of welding or cutting to be made.
Another development of the process described above is
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remarkable in particular in that it consists in driving towards the welding or cutting point and in ejecting through a nozzle, a pulverulent material intended to cooperate with the cutting or the welding, in particular by an exothermic reaction releasing heat and at the same time providing, in the case of welding, the filler metal, which makes the filler metal rod superfluous.
In this case, water vapor can optionally be dispensed with, the exothermic reaction being ensured by the pulverized material.
This material can consist in particular of an oxidizable metal such as aluminum, or of a mixture of one or more metals, or of metals and other substances such as pulverized metal oxides, carbon, sulfur or phosphorus, etc., that is to say in a mixture of pulverized substances of which at least one, easily oxidizable, is chosen in such a way as to produce the desired effect, ie an elevated temperature.
According to one embodiment of this method, the nozzle is used as an electrode, alone or in combination with another electrode:
According to another embodiment, it is possible to use a nozzle which does not form an electrode and, preferably, connected to the ground, in combination with one or more electrodes.
The mixture is propelled by any suitable member, for example an endless screw or a special wheel which constitutes, for its part, another characteristic object of the invention.
The propellant is set in motion by an electric motor which operates only when the current passes between the electrode and the part to be treated, which can be achieved by a relay.
The entrainment of the pulverulent material must be such,
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preferably, that it communicates to the particles of the pulverulent material a suitable kinetic energy so that this material does not run the risk of blocking the nozzle for however small the outlet of the pulverulent product, which allows: - on the one hand.de reduce this orifice (and consequently the end section of the nozzle) and consequently obtain very fine welding or cutting lines;
- on the other hand, to eject the pulverulent material with a sufficient speed so that it can reach the bottom of the cutting line, that is to say bring the heat and its other possible properties to the precise point in progress where such heat or properties are useful, and prevent the exothermic reaction from propagating to the vessel containing the spray material.
The welding or cutting operation is carried out as with known electrodes. By connecting the part to be treated connected to one terminal, the electrode being connected to the other terminal, a short-circuit is produced; the motor controlled by its relay starts up; the pulverized material progresses and leaves through the open end of the nozzle forming or not forming the electrode; an arc (or the like) is established under good conditions and the welding or cutting is carried out as with known electrodes. As soon as the arc is removed, for example the electrode, or in any other way, the current and, with it, the arc or the like, is interrupted; the motor stops and the spray material stops advancing.
The subject of the invention is also an electric welding and / or cutting machine intended for the application of the above process.
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This machine is particularly remarkable in that it comprises, in combination, a nozzle and means for "jetting a pulverulent material through this nozzle, under the action of a driving force.
According to one embodiment, said means comprise, in combination, a wheel rotated at high speed in a fixed cylindrical casing which surrounds it with a clearance appropriate to the pulverulent material employed and to which are connected with a on the one hand tangentially, directly or indirectly, the nozzle and, on the other hand, at the inlet, a device for driving on the rim of the wheel the pulverulent material that this wheel projects under the action of the force tangential in said nozzle.
Depending on the case, this nozzle itself constitutes the electrode or one of the electrodes or does not constitute an electrode and is combined with one or more electrodes.
In all cases, the nozzle can be used simultaneously with an inlet of pressurized steam. For example, the water vapor is brought to the part to be treated by a hollow tube connected to the container where the vapor is produced towards the end of the nozzle, preferably behind the latter with respect to the direction of the nozzle. movement. For this purpose, the pipe supplying the water vapor can be connected, in a fixed or mobile way, to the device (electrode clamp) serving to guide the nozzle, forming a suitable angle therewith.
This arrangement is particularly useful for cutting, the metal at high temperature being not only melted by the action of the electrode, but also brmlted, at least in part, this metal combining with the oxygen of the electrode. water vapor, then removed by water vapor under
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pressure. The admission of steam is regulated by a relay, so that it is admitted only when the electrode is in action. It is also possible to arrange the supply pipe of the. water vapor in such a way that the vapor itself entrains the. pulverized material and, in this case, the above-mentioned device can be omitted to advance this material mechanically.
Other characteristics will result from the description which follows.
In the accompanying drawing, given only by way of example:
Fig. 1 is an exterior elevational view of the electrode side machine.
Fig. 2 is a vertical, longitudinal section taken on line 2-2 of Fig. 1.
Fig. 3 is a horizontal section taken on line 3-3 of FIG. 2.
Fig. 4 is a plan view, developed, of a portion of the rim of the. wheel.
Fig. 5 is a longitudinal section of the electrode.
Figs. 6 and 7 are two diagrams, in the case of two-phase and three-phase electric current.
Following the example of execution shown in Figs. 1 to 5: the machine has a table 1 intended to receive the work.
In the example, this structure is supposed to consist of two metal strips 2 and 3 to be joined by a weld line 4.
This work moves on the table 1 in the direction of the arrow fl. The table 1 can be of insulating material, or of metal, in which case the work is separated therefrom by an insulating fur 5.
The book, 2-3, is connected to one of the blades of the source
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electric, for example by a clamp 6 (Fig. 2).
The other pole is connected at 7 (Figs. 1, 2, 5) to an electrode 8. This metal electrode is pierced longitudinally with a channel 9 which crosses it from end to end (Fig.5). .
It is preferably provided with a tip 10, attached by screwing or otherwise, very resistant in particular to heat, preferably made of tungsten. This tip 10 is pierced with a small orifice 11, the shape of which may be circular, oval, rectangular, triangular or the like. This orifice, the surface of which is preferably of the order of one or a few square millimeters, is connected without protrusions or steps by a smooth hole 12 to the smooth longitudinal channel 9 of the electrode, in such a way that a particle of material passing through this electrode in the direction of arrow f2 (Fig. 5) cannot come into contact with any stop surface.
The electrode 8 is connected, by a tube 13, made of rubber or the like, allowing in particular longitudinal adjustment, to a connector 14, carried by a cylindrical casing 15, into which this connector opens out tangentially (FIG. 2).
The casing or cylindrical drum 15 is permanently attached to the table 1. It carries, on top, a hopper 16 containing the pulverulent material 17, intended to be ejected through the orifice 11 of the nozzle 10 of the. electrode 8. This hopper 17, which is open to the atmosphere at the top for loading (the opening preferably being provided with a cover 18) has walls sufficiently inclined to allow the material to be loaded. pulverulent to descend by gravity. (Optionally, this action could be helped by that of a device 19, for mixing,
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pallets controlled for example by a crank 20, or other, intended to break up the bridges or other obstructions which could form).
The bottom of the hopper opens into the cylinder 15 through a rectangular opening abcd (Fig. 4), of length ab (Fig. 2 and 4) of the order of one or a few centimeters and the width of which 11, also of l The order of one or a few centimeters is slightly less than that 12 of the rim 21a of a wheel 21 rotatably mounted in the cylinder 15. The surface of this opening is therefore preferably of the same size. order of one or a few square centimeters, that is to say sufficient to ensure a good natural descent of the. powdery material contained in hopper 16.
The impeller 21 has its hub 22 keyed to a shaft 23, rotatably mounted in bearings 24, carried by the flanges of the drum. This shaft 23 is driven at high speed, adapted to the powder used, by any suitable means, for example by an electric motor 25, carried by the table 1 and attacking the shaft 23, either directly as shown, or by the 'Intermediate any suitable geared multiplication.
The width 12 of the rim 20 of the wheel 21 is such that this rim rotates with a clearance appropriate to the pulverulent material used, in the drum 15, In this rim, a first groove 26 is formed, of depth x (Fig. 3). ); the side walls of this groove are toothed followed
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the lines efghi el f 1 gl li, il (Fig. 4-) the outer vertices fhj ... f 'h' i being located in the vicinity of the side faces of the rim and the mediating vertices egi ... e ' g 'being located on two parallel circles' spaced at a
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distance y (Figs. 3 and 4) corresponding, substantially, to the internal dimensions of the connector 14 to which the electrode 8 is connected.
In addition, the very oblique faces e f, g h, e 'f', g 'h' ... face the direction of rotation of the wheel, the direction indicated by the arrows f3 (Figs. 2 and 4).
Between the two circles distant from y, the groove 26 is deepened in the form of small cells 27, separated by radial partitions 28 (Figs. 3, 4).
The drum 15 is pierced with an air outlet orifice 15a upstream of the hopper and, moreover, it is extended at its lower part by a chute 29. This chute 29 is, for example, at inclined bottom 30 and has an unloading opening with flap 31 or other shutter member.
Preferably, in order to avoid the transmission of the current to the wheel 21, to the cylinder 15 and to the table 1 from the electrode 8 by the pulverulent material passing through this electrode, the surfaces of these members, in particular the cell - The rim 20 of the wheel 21 and those of the drum 15 may advantageously be coated with a varnish or other insulating layer or made of an insulating material. (In addition, the energization (to the potential of the electrode 8) of these members and even of the table 1 would be without serious inconvenience, because this potential is generally low and provided that no short-circuit can take place between this table and the book).
Also preferably, the power supply circuit of the motor 25 is under the control of the welding or cutting circuit which is provided with the switch 32 (FIG. 3).
In this electrode supply circuit is arranged,
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for example, a winding 33, shunted by an appropriate resistor 33a, which actuates, against an elastic return device 34, a switch 35, placed in the circuit 36 for the supply of Motor 25, so that the latter is supplied and the wheel 21 driven only as much as the current circulates between the electrode 8 and the structure 2-3.
Finally, the machine is completed by a nozzle 37 with a valve or similar member 38 controlled or not by a relay similar to that described above; this nozzle, which opens above the structure just behind the electrode 8 makes it possible to bring water vapor to the point of welding, if desired, preferably under low pressure (for example 1.1 atm. for welding) and higher pressure (for example 1.2 to 1.5 atm. for cutting).
The operation is as follows: as soon as the switch 32 for supplying the electrode 8 is closed, this electrode is under voltage as is the work 2-3.
Using, for example, a conductive part, a short-circuit is established between the electrode 8 and the work, which immediately closes the circuit of the motor 25.
The wheel 21 is driven in the direction of arrow f3 (Fig. 2). However, through the opening a b c d, the hopper 16 pours on the rim 20 of the pulverulent material. One part falls directly into the cells 27, another part falls in line with triangles such as e f g, e 'f' g '.
As a result of the very rapid rotation of the wheel, the oblique facets ef, gh ... e 'f' ... g 'h' ... meet the falling particles and project them forwards and towards the median plane of the rim, that is to say towards the cells 27 which, ultimately, are completely full,
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when they cross the edge b c of the hopper opening. The rest of the fallen particles more or less fill the triangular cells efg .., e 'f' g '... The wheel continuing to turn, the very fine particles entrained are subjected to a very important centrifugal force, due to the very high speed of rotation of the wheel.
The particles which have remained in the triangular cells efg ... e 'f' g '..., and which in addition accomplish a useless path, remain there, in spite of this centrifugal force, by reason of the wall of the cylinder 15 which therein. encloses, and this until they come to the right of the chute 29, where they are then collected to be returned, from time to time, in the hopper 16. On the other hand, the very fine particles which have fallen directly or which have been projected into the cells 27, pass in front of the tangential inlet of the connector 14 and are projected there, at very high speed, under the combined actions of the centrifugal force which takes them off the bottom of the cells and of the tangential force of inertia.
The speed imparted to these fine dusts is such that they form a real jet ejected with force, and without the possibility of catching, through the orifice 11 of the electrode.
(It should also be noted that, in certain cases, during the operation of the machine, the temperature of the nozzle 10 may be such that for certain speeds it is a real liquid jet of the molten particles which can be ejected by this tip).
As soon as it is dismantled as a result of the already high temperature produced by the electric current, an exothermic reaction takes place between the oxidizable particles of aluminum or others contained in the pulverulent jet which flows in.
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at high speed and the oxide (s) mixed with these particles, or the oxygen of the water vapor admitted through the nozzle 37.
For example, the formation of alumina results in a considerable rise in temperature, which contributes greatly to the. speed of welding or cutting and ensures the continuity of the exothermic reaction after start-up and enables the intensity of the electric current to be lowered. We proceed
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therefore to a real electroaluminotherm.gue operation.
As we laugh to say, in the case of admission of water vapor through nozzle 34, the oxygen of this water vapor immediately combines with oxidizable powders and the remaining hydrogen rises to- above the weld point forming a protective neutral layer around the weld point, eventually burning off at a small distance from that point. In the case of cutting, hydrogen, through its pressure, contributes to producing the slit.
The device described makes it possible: - to reduce practically as much as one wishes the ejection orifice and, consequently, to obtain a very fine working line, and this in spite of a large flow of pulverulent material, - d '' eject this pulverulent material (possibly melted at the outlet of the nozzle) with a considerable force which, on the one hand, allows a deeper penetration into the work in the case of welding, hence a bond more intimate between the joined parts and, in the case of cutting, a greater speed and fineness of cut and which, on the other hand, is greater than the speed of propagation of the exothermic reaction towards the rear, eliminating any danger of explosion in the device.
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In certain cases, in particular with two-phase or three-phase current, the electrode 8 can be combined with a second electrode 39, preferably made of tungsten (FIG. 6).
The pulverulent material can also be made to arrive via a nozzle 8a which does not form an electrode, preferably connected to earth, and combined either with a single electrode, or with two electrodes 40 and 41 (FIG. 7), preferably made of tungsten.
The electrodes can be secured in a block of refractory material which they pass through, the nozzle being formed by an opening in this block itself, or fitted in this block.
Of course, the invention is in no way limited to the embodiments shown and described, which have been chosen only as examples. Thus, the side walls of the groove 26 may have a different route than the zig-zag one described and shown. In a variant, the zig-zag portion of the groove 26 can be omitted, the rim then only comprising cells separated by pallets.
In the case of hand welding, the electrode 8 can be extended by a flexible tube.
Claims.
1. A method of electric arc welding and cutting, or the like, comprising using a hollow electrode and directing through this electrode materials capable of initiating an exothermic reaction.
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