<Desc/Clms Page number 1>
Procédé de soudure à l'arc et porte-electrode pour son exécution.
La présente invention est relative à un procédé et un appareil de soudure à l'arc., particulièrement pour la soudure de mé- taux difficilement soudables tel que le magnésium, laluminium, l'a- cier inoxydable, certains bronzes et alliages spéciaux. L'arc et la zone en fusion sont recouverts d'un matelas de gaz non-oxydant con- tenant un gaz inerte monoatomique tel que l'hélium ou l'argon. L'arc est amorcé dans le gaz entre la pièce et une électrode métallique en matière réfractaire, de préférence une matière qui ne se consume pratiquement pas, comme le'tungstène ou le molybdène.
Les procédés de ce genre sont sujets à l'instabilité, au déplacement et au crachement de l'arc, c'est-à-dire que celui-ci tenu à se déplacer continuellement d'un point chaud a un autre de la pointe delectrode ou à s'éteindre. Ce phénomène extrêmement ge- nant, détermine souvent des plages de soudure irrégulières, asymé-
<Desc/Clms Page number 2>
triques, non-uniformes ou de faible résistance, et d'aspect noi- râtre et malpropre.
Les courants de grande intensité étant à écarter, le travail devait se limiter à la soudure de tôles de faible épais- seur, la soudure était lente, et l'usure de l'électrode élevée.
La distance entre la tuyère ou ajutage et la pièce devait être tel- lement faible qu'il était malaisé pour l'opérateur de suivre le cours du travail. Le soudage était généralement difficile et d'un rendement inégal.
Avec le courant alternatif, certaines de ces difficultés étaient imputées au redressement, qui élimine partiellement ou com- plètement la demi-onde positive du cycle. Pour remédier à cet in- convénient, on a proposé l'emploi, séparément ou en combinaison, de couches émissives et du contrôle de la polarité. L'emploi de couches émissives nécessitait de revêtir la surface de travail par des produits tels que les carbonates de baryum ou de strontium, dans le but d'accroître la capacité d'émission d'électrons de la surface de travail. Le contrôle de la:polarité consistait dans l'utilisation d'une batterie d'accumulateurs en série dans un cir- cuit ordinaire de soudure à courant alternatif, pour le contrôle des tensions alternativement positives et négatives.
La tension de la batterie pouvait ainsi être ajoutée à une tension et soustraite de l'autre dans toute proportion voulue, de manière à corriger les dites tensions. Néanmoins ces deux moyens exigeaient un équi- pement spécial, ou une technique ou préparation particulière.
Conformément à la présente invention, le procédé de sou- dage à l'arc de métaux comprend la formation d'un arc entre une électrode en métal réfractaire et la pièce, au moyen d'un courant électrique, le passage le long de l'électrode d'un courant annulai- re de gaz non-oxydant pour recouvrir l'arc et les parties en fu- sion de la pièce, le maintien du diamètre de ce courant entre 2-1/3
<Desc/Clms Page number 3>
à 4 fois celui de l'électrode, et de la longueur du dit courant le long de l'électrode entre 4 et 8 fois le diamètre du dit cou- rant, ce courant étant non-turbulent, approximativement laminaire, le courant électrique étant maintenu entre les limites suivantes:
60 à 150 Ampères pour un diamètre d'électrode d'un seizième de pouce (1,58 mm. ) et 250 à 1000 ampères pour un diamètre d'électro- de de 3/16 de pouce (4,74 mm. ) dans le but de stabiliser l'arc.
L'invention comprend également un porte-électrode de soudure pour l'exécution du procédé, ce porte-électrode comportant un support d'électrode en métal réfractaire, un ajutage entourant le support et ayant un diamètre intérieur d'ouverture compris entre 21/2 et 4 fois le diamètre de l'électrode, la longueur de l'ajutage comprise entre le support et son ouverture étant de 4 à 6 fois le diamètre intérieur de l'ajutage.
Les objets de la présente invention sont donc d'établir, dans une soudure à l'arc effectuée dans une atmosphère de gaz iner- te, un arc stable, immobile, produisant une plage de soudure uni- forme, d'apparence propre, et une soudure résistante, homogène, ne nécessitant pas l'appareillage et la préparation spéciaux ci-des- sus mentionnés, dans le but d'augmenter la vitesse de soudage, et de permettre le soudage de tôles plus épaisses.
L'invention est décrite ci-après avec référence aux des- sins annexés dans lequels,
La Fig.l est une coupe verticale d'un porte-électrode à matelas de gaz établi coniormément à l'invention.
La Fig.2 est une vue analogue d'une variante.
Contrairement aux artifices de stabilisation de l'arc antérieurement prévus, le nouveau procédé simplifié comporte con- jointement l'utilisation d'une intensité de courant élevée et d'un courant laminaire, non-turbulent, de gaz inerte, et l'augmenta- tion de la partie nue non-supportée de l'électrode dans le courant ga-
<Desc/Clms Page number 4>
zeux. A cet effet l'intensité en courant alternatif est comprise entre 60 et 120 ampères pour un diamètre d'électrode de 1/16 de pouce (1,58 mm. ), et s'élève et dépasse 750 ampères pour une élec- trode de 3/8 de pouce (9,5 mm. ). Le courant laminaire, non-tur- bulent de gaz inerte est obtenu par l'emploi d'un ajutage à paroi substantiellement cylindrique, d'un diamètre compris entre 21/2 et 4 fois le diamètre d'électrode et d'une longueur de l'ordre de 4 à 8 fois son propre diamètre.
Le prolongement de .1' électrode est compris entre seize diamètres pour une électrode de 1/16 de pouce (1,58 mm. ) et six ou sept diamètres pour une électrode de 3/8 de pouce (9,5 mm.).
La grande intensité du courant engendre à la pointe d'électrode une température élevée, qui favor.ise à la fois l'ioni- sation du gaz inerte et la stabilisation de l'arc. Le courant uni- forme et laminaire du gaz inerte écarte la turbulence et les re- mous qui pourraient gêner la stabilité de l'arc. Le prolongement de l'électrode et le courant de gaz laminaire et uniforme empêchent la dégradation de l'électrode qui, dans d'autres circonstances, pourrait se produire par l'emploi de courant d'intensité aussi éle- vée.
Les hautes températures désirables comportent les ris- ques de fusion de certaines parties du porte-électrode, risques qui sont les plus grands pour l'ajutage qui est la partie la plus voisine de l'arc. On opère donc, de préférence, à la température la plus élevée que l'ajutage peut supporter. Lorsque l'ajutage est en matière infusible,aucun mode de refroidissement n'est prévu, tandis que dans le cas d'un ajutage métallique, le système de re- froidissement, juste suffisant pour empêcher la fusion, est établi de manière à maintenir la plus haute température possible de la pointe d'électrode et du courant d'argon, sans produire la fusion , de l'ajutage.
La condition optimum de travail peut s'exprimer par le terme fusion superficielle de la-pointe d'électrode, ce qui né-
<Desc/Clms Page number 5>
cessite la protection contre l'oxydation, réalisée par le matelas de gaz inerte s'écoulant en un courant laminaire dans le long aju- tage. Le refroidissement par eau du porte-électrode est établi dans le but de réduire les dimensions des organes et pour assurer une manipulation plus aisée.
La Fig.l représente le porte-électrode T comprenant un tube métallique S transmettant le courant de soudage au support d'électrode H lequel est muni d'un serre-électrode G, et de moyens d'amenée de gaz inerte par les trous K à l'intérieur de l'ajutage N.
La référence (a) représente le diamètre de l'électrode; (b) est la longueur libre de l'électrode; (c) est le diamètre intérieur de l'embouchure de l'ajutage; (d) est la longueur de l'ajutage mesurée d de l'axe des trous K à l'extrémité de l'ajutage N. Dans cet exem- ple, l'ajutage est en matière céramique. En cas de courant alter- natif à 25,50 ou 60 cycles par seconde, celui-ci est mesuré par un ampérémetre du type à noyau,dont l'erreur d'indication due aux ondes déformées, est minimum.
Dans le porte-électrode représenté sur la Fig.2, le sup- port d'électrode H et l'ajutage N sont refroidis par un courant d'eau. Le tube métallique S communique avec un prolongement angu- laire 10 constituant avec une cavité annulaire une chemise d'eau 12 communiquant avec l'intérieur du tube S. L'eau, amenée par un tube 14, traverse la chemise 12 et s'évacue par le tube S. Le gaz inerte, founni dans le support H par un tube 15 traverse les lu- mières K situées entre les griffes 16 du serre-électrode G pour pénétrer ensuite dans l'ajutage N.
L'ajutage N, en acier inoxydable, comporte une chambre annulaire voisine du serre-electrode G, fermée par un anneau d'acier inoxydable 18 et constituant une chemise d'eau 20 dans laquelle l'eau pénètre par un tuyau 21 tandis qu'elle en sort échauffée par une conduite 22.
Le tableau ci-dessous donne les intensités de courant ad-
<Desc/Clms Page number 6>
missibles en alternatif et en continu pour les différents calibres d'électrodes utilisés conformément à la présente invention pour une soudure à l'arc sous un matelas de gaz protecteur.
EMI6.1
<tb>
Diamètre <SEP> d'électrode <SEP> (a) <SEP> Courant <SEP> alternatif <SEP> Courant <SEP> continu
<tb> en <SEP> pouces <SEP> ¯en <SEP> ampères¯¯¯¯ <SEP> en <SEP> ampères <SEP> ¯ <SEP>
<tb>
<tb> 1/16 <SEP> 60-120 <SEP> 100-150
<tb>
<tb> 3/32 <SEP> 100-160 <SEP> 150-300
<tb>
<tb> 1/8 <SEP> 150-240 <SEP> 250-500
<tb>
<tb> 3/16 <SEP> 250-300 <SEP> 500-1000
<tb>
<tb> 1/4 <SEP> 350-500
<tb>
<tb> 5/16 <SEP> 500-650
<tb>
<tb> 3/8 <SEP> 600-750
<tb>
Entre les limites de courant indiquées, il est possible d'effectuer des soudures à l'arc sous un matelas de gaz inerte, de pièces de toutes épaisseurs.
En-dessous aes limites inférieures du courant indiquées, l'arc devient instable dans le cas du soudage à courant continu, des taches chaudes vagabondes se manifestent sur l'électrode, tan- dis que l'extrémité de celle-ci n'est plus complètement enveloppée par l'arc. Avec du courant alternatif, cette circonstance favorise le redressement. Dans les limites de courant continu données ci-des- sus, l'extrémité de l'électrode, complètement enveloppée par l'arc, est chaude mais ne fond pas. Dans les limites de courant alterna- tif ci-dessus, l'arc recouvre l'extrémité de l'électrode mais l'ef- fet de redressement est nul.
Le courant uniforme laminaire de gaz inerte, agissant de concert avec cette haute intensité de courant électrique, est ob- tenu' en proportionnant l'ajutage de manière à en accrortre la lon- gueur. La longueur proposée de l'ajutage (d) est comprise entre 21/2 et 4 pouces (6,3 à 10,2 cms. ) entre l'entrée et la sortie des gaz, selon que l'ajutage est monté sur un porte-électrode à main ou mé-
<Desc/Clms Page number 7>
canisé. Un plus grand ajutage protège davantage la loupe de sou- dure ainsi que la surface adjacente, en favorisant l'écoulement laminaire du gaz inerte protecteur à la sortie de l'ajutage, de manière à empêcher la turbulence et les remous qui pourraient com- promettre l'efficacité du matelas de gaz. Le tableau suivant don- ne les dimensions de base de l'ajutage.
EMI7.1
<tb>
Diamètre <SEP> d'électrode <SEP> (a) <SEP> Longueur <SEP> de <SEP> l'ajutage, <SEP> Diamètre <SEP> de <SEP> l'ajutage <SEP>
<tb>
EMI7.2
en mm. - Cd) en cms,, c en mm.
EMI7.3
<tb> 1,58 <SEP> 5,08 <SEP> 6,35
<tb>
<tb> 2,38 <SEP> 5,72 <SEP> 7,92
<tb>
<tb> 3,18 <SEP> 7,00 <SEP> 9,50
<tb>
<tb> 4,74 <SEP> 7,63 <SEP> 15,85
<tb>
<tb> 6,35 <SEP> 7,63 <SEP> 19,10
<tb>
<tb> 7,92 <SEP> 10,10 <SEP> 22,20
<tb>
<tb> 9,50 <SEP> 10,10 <SEP> 22,20
<tb>
La longueur majorée (b) de l'électrode est comprise entre 16 diamètres pour une électrode de 1/16 de pouce (1,58 mm. ) et en- tre 6 a 7 diamètres pour une électrode de 3/8 de pouce (9,5 mm.), les calibres intermédiaires étant établis proportionnellement dans le rapport inverse.
Grâce à cette majoration de longueur, le ris- que de fusion ou de chute de l'électrodes/qui pourrait résulter de l'élévation de la température due à l'augmentation du courant , est écarté par une protection de gaz plus efficace. Des courants s'é- levant à 750 ampères ent été véhiculés sur une électrode de 3/8 de pouce (9,5 mm. ) sans en causer la dégradation ni la décoloration.
La combinaison de l'accroissement de la longueur et du diamètre de chaque calibre d'électrode, a grandement amélioré les conditions de soudage. En courant alternatif, le redressement a été supprimé, tandis qu'en courant continu, l'arc est devenu sta- ble et tranquille. Dans les deux cas la plage de soudure atteste les qualités d'une protection efficace de gaz, a un aspect propre, tandis que la vitesse de soudage est augmentée conjointement avec
<Desc/Clms Page number 8>
une plus grande commodité d'exécution. La pointe d'électrode peut être écartée d'un pouce (2,5 cm. ) de la pièce sans extinction de l'arc, et des pièces de plus grande épaisseur peuvent être soudées.
Par des dimensions plus adéquates de l'ajutage et par des intensités de courant plus élevées, de meilleurs résultats peu- vent être obtenus que par l'emploi de couches émissives et/ou par le contrôle de la polarité. La condition ci-dessus de grande in- tensité de courant et d'électrode allongée ne fournit cependant pas une onde absolument symétrique, celle-ci accusant davantage la composante positive.
Grâce à la nouvelle disposition de l'électrode et de l'ajutage, la température de gaz inerte protecteur est augmentée, établissant ainsi un chemin fortement ionisé pour le rétablissement du courant après son passage par zéro.
REVENDICATIONS
1. Procéde desoudure à l'arc de métaux, caractérisé en ce qu'on établit un courant électrique de soudage pour produire un arc entre une électrode en métal réfractaire et la pièce, on fait passer le long de l'électrode un courant annulaire de gaz non-oxy- dant pour recouvrir d'un matelas de gaz l'arc et les parties en fu- sion de la pièce, on maintient le diamètre de ce courant entre 2-1/3 à 4 fois celui de l'électrode et la longueur du dit courant le long de l'électrode entre 4 et 8 fois le diamètre du dit courant, celui- ci étant approximativement laminaire et non-turbulent, et on main- tient le courant électrique entre les limites suivantes:
60 à 150 ampères pour un diamètre d'électrode de 1/16 de pouce (1,58 mm. ) et 250 à 1000 ampères pour un diamètre d'électrode de 3/16 de pou- ce (4,74 mm. ) dans le but de stabiliser l'arc.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.