BE501704A - - Google Patents

Description

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   PROCEDE ET APPAREIL DE SOUDAGE A L'ARC   ELECTRIQUE.   



   La présente invention concerne le soudage à l'arc électrique réa- lisé à l'aide d'électrodes qui déposent du métal sur l'ouvrageappelées ci- après "électrodes en métal   d'apport"..   et a plus spécialement trait à la pro- tection du métal contre   l'atmosphère.   



   Il est bien connu que les soudures électriques doivent être pro- tégées   contre l'atmosphère   jusqu'à ce que le métal se soit refroidi   suffisam-   ment au-dessous de la température à laquelle il a été déposé et que, en l'ab- sence d'une telle protection, qu'on effectue à l'aide d'écrans à gaz convena- bles ou de scorie, la soudure obtenue est poreuse et peu ductile.

   Le soudage électrique réalisé à l'aide d'électrodes conductrices ordinaires,   c'est-à-   dire sans électrodes en métal d'apport a jusqu'ici été réalisée avec une at- mosphère protectrice, telle qu'une atmosphère   d'hélium,   entourant la zone de soudure; mais dans le cas d'électrodes en métal   d'apport,   on a eu recours, jusqu'à ce jour, à une couche de scorie recouvrant soit l'électrode, soit l'ouvrage, pour protéger le métal contre l'atmosphère. 



   La technique de protection appliquée au soudage électrique réa- lisé avec des électrodes ordinaires ne donne pas de résultats satisfaisants lorsqu'elle est appliquée à des électrodes en métal d'apport non revêtues, du fait que la protection n'est pas suffisamment efficace. L'air   atmosphéri-   que pénètre dans la couche de gaz protectrice en quantité suffisante pour produire un certain degré de porosité et diminuer   la   ductilité de la soudure finale.

   Une autre raison qui rend le mode classique de protection par le- gaz impropre aux électrodes en métal d'apport est due aux températures élevées auxquelles sont portés les métaux dans le cas de l'utilisation de ces élec- trodes, une partie du métal transféré à travers l'arc étant en fait volati-   -Usée,   et ces températures élevées rendent la protection encore p lus   néces-   saire. 



   Le transfert du métal de l'électrode à travers   l'espace.qui   sé- pare celle-ci de la pièce a pour effet d'amener le métal en contact plus in- time avec le gaz qui l'entoure que dans le cas des procédés de soudage élec- trique dans lesquels il est fait usage d'électrodes ordinaires qui ne four- 

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 nissent que la chaleur nécessaire pour fondre le métal de l'ouvrage. Ce con- tact intime s'applique spécialement au métal qui se volatilise au cours de son passage à travers l'arc. 



   Dans le cas du soudage réalisé à l'aide d'électrodes conductri- ces ordinaires sous une atmosphère de gaz protectrice, on ne cherche pas à assurer un écoulement laminaire du courant de gaz protecteur au moment où il sort de la buse qui assure son alimentation et   où   il entour l'arc. Ainsi qu'il ressortira de ce qui suit, l'établissement d'un écoulement   laminaire   du gaz avec le débit de gaz nécessaire pour assurer une protection efficace à l'aide d'un équipement de dimensions pratiques est difficilement réalisa- ble.

   Par conséquent, le courant de gaz protecteur est turbulent, c'est-à- dire que le mouvement du gaz s'effectue non pas en une série de courants élémentaires en forme de lamelles parallèles, mais d'une fagon arbitraire, tourbillonnante, chacune des particules de gaz se déplaçant transversale- ment aussi bien que parallèlement   à   la ligne d'écoulement principale. 



   Un tel mouvement transversal crée une succion qui provoque l'in- troduction d'une certaine quantité d'air dans le courant de gaz et dans   l'arc.   



  Le courant de gaz protecteur n'est pas pollué par cet air dans une mesure   im-   portante, mais la pollution   e assez   importante pour empêcher l'exécution de soudures ductiles de grande qualité lorsque le soudage est effectué avec des électrodes en métal d'apport. Ceci a été nettement mis en évidence par le fait que, lorsqu'on oblige le gaz protecteur à se mouvoir à partir de la buse d'une manière laminaire et non turbulente, et   avec. un   débit suffisant pour envelopper complètement l'arc, il est facile d'obtenir des soudurés de la plus grande qualité. 



   L'invention a pour objet un procédé perfectionné pour protéger le métal pendant le soudage à l'arc réalisé à l'aide d'une électrode en métal d'apport. Un autre objet est de protéger le métal sans munir l'électrode d'un revêtement et d'une manière qui empêche toute pénétration d'air dans la zone critique où la température du métal est suffisamment élevée pour que ce mé- tal risque d'être influencé de façon nuisible par son contact avec des   quan-   tités d'air si faibles soient-elles, ayant pénétré dans la couche protectrice de gaz qui entoure l'arc et enveloppe l'ouvrage dans la zone de soudure. 



  L'invention se propose d'établir des atmosphères protectrices à écoulement laminaire. 



   Un des avantages principaux de l'invention réside dans le fait qu'elle se prête à l'utilisation pratique d'un appareil dans lequel il peut être fait usage d'une électrode de grande longueur, par exemple sous forme d'une bobine de fil métallique, pour exécuter des soudures ininterrompues avec un appareil à souder automatique ou un équipement portatifi, par exem- ple un pistolet à souder. Une des caractéristiques de l'invention consiste en ce que la région de l'arc est protégée contre l'air environnant par une gaine ou écran de gaz qui se déplace le long de l'électrode selon un écoulement vis- queux ou laminaire et à une vitesse suffisamment faible pour permettre au ri- deau de gaz de s'étaler ou se déployer transversalement au-dessus de l'ouvrage, sans turbulence. 



   L'invention a également pour objet un appareil de soudage élec- trique perfectionné qui utilise des électrodes en métal d'apport non revêtues et assure un écoulement visqueux ou laminaire du rideau de gaz qui entoure la région de l'arc de nature à assurer   la   protection du métal lorsque celui ci. a été porté à des températures élevées. 



   D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention se- ront mis en évidence au cours de la description donnée ci-après, en se réfé- rant au dessin annexé, sur lequel: 
Figures   1,   2 et 3 sont des coupes transversales de tubes   d'écou-   lement du gaz. 



   Figure 4 est une vue en coupe verticale, partiellement   schémati-   que, d'un appareil permettant d'exécuter des soudures à l'arc conformément à l'invention. 

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   Figures 5,6 et 7 sont des coupes par les lignes 5-5, 6-6 et   7-7,   respectivement, de figure   4.   



   L'étude de l'écoulement des gaz fait ressortir que l'état d'é- coulement est une fonction d'un certain nombre de facteurs variables qui, dans un but de commodité, sont .habituellement combinés pour donner un indice ou coefficient arbitraire dépourvu de dimensions et appelé "indice Reynolds', En général,l'écoulement du gaz est laminairepourde faibles indices Reynolds; il devient indéterminé entre les limites   d'une   échelle d'indices intermédiai- res, et il est toujours turbulent pour des indices Reynolds élevés.

   On a dé- terminé expérimentalement la façon dont se produit l'écoulement des gaz dans des tuyaux   circulaires   dans des conditions très diverses et on a con- staté que l'écoulementest toujours   laminaire  pour des indices Reynolds de 1050 et au-dessous; qu'il est   laminaire   dans certaines conditions entre 1050   et 3000 ; etqu'il est toujours turbulent aux indices supérieurs à 3000.

   Dans   le cas de tubes ou tuyaux circulaires, l'indice Reynolds est exprimé par l'é- quation suivante: 
Re = 10. dKV 
C dans laquelle d = diamètre intérieur en cm, 
 EMI3.1 
 
<tb> K <SEP> = <SEP> densité <SEP> en <SEP> kg <SEP> dm3
<tb> 
<tb> 
<tb> C <SEP> = <SEP> viscosité <SEP> absolue <SEP> en <SEP> kg/sec/m
<tb> 
<tb> V <SEP> = <SEP> vitesse <SEP> moyenne <SEP> du <SEP> gaz <SEP> en <SEP> m <SEP> sec.
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 



  Pour <SEP> l'argon, <SEP> au <SEP> voisinage <SEP> de <SEP> la <SEP> température <SEP> ambiante, <SEP> K/G <SEP> = <SEP> 692 <SEP> x <SEP> 103
<tb> 
<tb> 
<tb> Pour <SEP> 1' <SEP> hélium, <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> = <SEP> 78 <SEP> x <SEP> 103
<tb> 
<tb> 
<tb> Pour <SEP> CO, <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> = <SEP> 618 <SEP> x <SEP> 103
<tb> 
<tb> 
<tb> Pour <SEP> CI2, <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> = <SEP> 1150 <SEP> x <SEP> 103
<tb> 
 
Pour des débits de gaz de   14,15   litres et   28e3   litres   par minu-   te dans un tuyau flexible ayant un diamètre intérieur de 0,95 cm, les indices Reynolds sont respectivement:

   
 EMI3.2 
 
<tb> Air <SEP> CO2 <SEP> C0 <SEP> A <SEP> He
<tb> 
<tb> Débit <SEP> de <SEP> 14,15 <SEP> l. <SEP> mm. <SEP> 2230 <SEP> 4200 <SEP> 2250 <SEP> 2520 <SEP> 284
<tb> 
<tb> Débit <SEP> de <SEP> 28,3 <SEP> l./min. <SEP> 4460 <SEP> 8400 <SEP> 4500 <SEP> 5040 <SEP> 568
<tb> 
 
On voit ainsi que tous les gaz, à 3.'exception de   l'hélium,   arri- vent à l'appareil de soudage dans un état de grande turbulence et qu'il est né- cessaire de régulariser leur écoulement de manière à rendre celui-ci laminaire à l'orifice de sortie de la buse.

   Toutefois, même dans le cas de   l'hélium,   une absence de turbulence dans le tuyau d'alimentation n'assure pas un écoule- ment laminaire à la sortie de la buse parce qu'il se produit un degré consi- dérable de turbulence à chaque changement brusque de la section transversale ou de la direction d'écoulement du courant de gaz. 



   Les écoulements de gaz qui ont lieu dans des conduits autres que des tuyaux circulaires sont très complexes, et il n'existe pas de méthode fa- cile permettant de   déterminer   les conditions à remplir pour un écoulement régu- lier. En général, on peut supposer que l'écoulement   laminaire   persiste aux très faibles vitesses aes gaz, mais que, à mesure que la vitesse augmente, il se produit une turbulence chaque fois que la section transversale du cou- rant de gaz varie, de sorte que le problème à résoudre pour rétablir l'écou- lement laminaire sur une longueur d'écoulement raisonnablement courte est ren- du plus difficile. 



   Malheureusement, les quantités de gaz nécessaires sont imposées par les besoins de l'arc et sont essentiellement fixes. En général, elles   va-   

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 rient de 14,35 litres à 43 litres par minute, selon les dimensions de la sou- dure à exécuter,le courant électrique, etc. Des conduits de large section sont désirables pour l'obtention de très faibles vitesses. D'un autre côté, il est désirable5 du point de vue pratique de la commodité du travail, de la manutention et de la possibilité d'effectuer la soudure dans les angles et endroits resserrés,que l'équipement, et en particulier les buses,, aient des dimensions minima. 



   La construction de buse la plus simple dans la pratique   consis-   te en un passage annulaire, dont les parois de la   buse 1   forment le diamètre extérieur de l'anneau,tandis que l'électrode et son tube de support 2 for- ment le diamètre   intérieur,   comme représenté à la figure 1. Selon une autre disposition plus pratique, représentée à la figure   2,   le tube à électrode est supporté par une série d'ailettes ou cloisons radiales 8 qui divisent   l'espace   annulaire en une série de passages ou conduits   parallèles.   



   Une autre construction pratique permettant d'introduire un gaz protecteur dans la région de l'arc est représentée à la figure 3, où l'on voit qu'une série de passages de section circulaire ± s'étendent dans la di- rection longitudinale de la buse en des points entourant   l'électrode.   



   Pour apprécier les mérites relatifs des différentes f ormes en section transversale des conduits susceptibles   d'être   adoptés pour le passa- ge des gaz, il y a lieu de rappeler que, en ce qui concerne l'écoulement la- minaire, il est désirable que l'indice Reynolds soit aussi bas que possible. 



  Cet'indice varie directement avec la vitesse   myenne   du courant de gaz et il est aussi fonction des dimensions et de la forme du conduit de passage. Pour un débit de gaz désirée la vitesse est une fonction inverse de la section transversale du conduit et peut être exprimée par l'équation suivante : 
V = Q = q 
A 600 a dans laquelle V = vitesse, en mètres par  .seconde,   q   =   débit du gaz, en litres (dm3) par minute. 



   Q = débit du gazen mètres cubes par seconde. 



   A = section totale de tous les conduits   à   gaz, en mètres car- rés. a = section totale de tous les conduits à gaz en cm2. 



   On peut calculer les indices Reynolds se rapportant à des con- duits autres que circulaires en remplaçant le diamètre d par un facteur 4 M 
M = a1 
Z a1 étant la section transversale du conduit en centimètres carrés et Z le périmètre du conduit en centimètres. 



   La relation donnée ci-dessus est valable pour la plupart des cas de l'écoulement turbulente à savoir dans tous les cas pour des valeurs Re supérieures à 3000 et dans la plupart des cas pour   desvaleurs   Re supérieures à   2100.   Le tableau I annexé indique les valeurs typiques obtenues avec des bu- ses ayant un diamètre extérieur de 1,58 cm et un diamètre extérieur de 2,22 cm pour les différentes sections transversales des figures 1, 2, 3 et 6 et pour des débits typiques de gaz argon. 



   La relation de limitation du périmètre du courant de gaz par rap- port au débit de ce courant et au rapport de la densité du gaz à sa viscosi- té peut être obtenue des formules déjà données 

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Si l'on prend la formule donnée ci-dessus   Re = 10   4 M K V =   40 M K V   
G C et substitue à M la   fraction ,   dans laquelle a = section transversale du courant de gaz, en centimètres car- rés. 



   Z = périmètre de cette section en centimètres. 
 EMI5.1 
 



  On obtient Re = 40 CZ a KI! 
CZ 
Si l'on prend l'autre formule précédemment donnée V =g/600 a et substitue cette nouvelle valeur de V dans la formule qui la précède immédiate- tement, on obtient 
 EMI5.2 
 40aKxq l "Ka Re m 600 a x c 0 x a Si l'on désigne par f le rapport K/C, on obtient   =40 f Re= 40/60 X @   Avec Re   <   300, 
 EMI5.3 
 on aura > .1&.., x 3 q f 0' est-à-dire > 0,00022 qf 
Par conséquent, il est nécessaire que Z soit au moins égal à   0,00025.qf g   désignant le débit du gaz en litres par minute   et !   le rapport de la densité du gaz protecteur à sa viscosité absolue en kilos par seconde et par mètre. 



   On obtient un écoulement laminaire chaque fois que l'indice   Rey-   nolds est inférieur à 1050;   si.l'on   élève graduellement la vitesse, l'écoule- ment laminaire persiste jusqu'à ce que l'indice Reynolds ait atteint 2100. Au' delà de cette valeur de l'indice Reynolds, on n'est guère renseigné tant que cet indice n'a pas atteint une valeur supérieure à 3000. A ce moment,   la,   tur- bulence est'toujours la règle. Ceci s'applique à l'écoulement des gaz dans des conduits ayant une longueur suffisante pour assurer un état stable, cette. longueur étant d'au moins 50 fois le diamètre de la section transversale ef- fective du conduit. 



   L'examen des indices Reynolds et des longueurs minima, que doi- vent recevoir les conduits pour assurer un écoulement stable du gaz montre que, pour la plupart des gaz, à l'exception notable de   1.' hélium,   et pour la plupart des sections de buse pratiques, les indices Reynolds tombent dans la zone quelque peu indéterminée comprise entre 1050 et 3000. Pour des conduits dont la section transversale est inférieure à 6,45 cm2 et dont la forme   dif-   fère de celle d'un anneau circulaire, la Demanderesse a trouvé qu'un écoule- ment laminaire sera établi pour des indices Reynolds inférieurs à 2200 après une longueur d'écoulement comprise entre 20 et 50 fois le diamètre équivalent de la section transversale effective, selon l'état de turbulence que possédait le gaz avant son entrée dans le conduit.

   Pour des conduits de moins de   6,45   cm2 de section de passage et de forme annulaire circulaire, la Demanderesse a trouvé que l'indice Reynolds peut être élevé jusqu'à 3000 sans qu'on cesse d'obtenir un écoulement laminaire, après une longueur d'écoulement du même ordre. 

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   Les conditions indiquées ci-dessus sont celles qui s'appliquent lorsque le gaz pénétrant dans les conduits est à un état relativement   calme.   



  Pour cette raison, il est extrêmement important de diminuer la vitesse de pénétration du gaz et d'absorber par quelque moyen son énergie   cinétique.   



  Ces désidérata peuvent être réalisés de nombreuses   manières,   la plus simple consistant à interposer un conduit de grande section transversale entre le conduit dans lequel le gaz passe à un état turbulent et la base où 1' écoule- ment doit être laminaire. Un autre moyen utile consiste à changer-la direc- tion de l'écoulement   ducourant   turbulent, à l'aide de chicanes ou d'autres éléments qui brisent toutes composantes déterminées de turbulence qui se- raient susceptibles d'exister et qui tendraient à persister dans les bases, même lorsque l'indice Reynolds est faible, pour aes longueurs de conduit anormalement grandes. 



   La figure 4 représente la forme de réalisation préférée de l'in- -vention. 10 désigne un bottier, comprenant une douille cylindrique 11, de - grande longueur, à son extrémité inférieure et une chambre à gaz   12   à son extrémité   sup.éeure.   La chambre 12 reçoit le gaz par un ou plusieurs tubes   qui   débouchent  ;de   préférence à travers une paroi supérieure 15 de la cham- bre. Une chicane 17 est disposée transversalement en travers de la chambre à gaz 12 immédiatement au-dessous des tubes d'admission 14, son râle- étant de dévier les courants de gaz admis. 



   Un tube de guidage central 20 traverse la paroi supérieure 15 et s'étend vers le bas à l'intérieur de la chambre à gaz      et de la douille cylindrique 11. Ce tube 20 est de préférence en cuivre et constitue en même temps un conducteur pour amener un courant électrique de grande densité à un fil-électrode 22 qui est entraîné de haut en bas à l'intérieur du tube 20 par des rouleaux 24 actionnés par un moteur électrique 25. La vitesse du mo- teur 25 est réglée par une résistance variable 26, mais cette résistance est simplement un exemple   typique   des régulateurs de vitesse que comportent les moteurs; et le fonctionnement des rouleaux 24 peut être réglé de la même fa- çon que dans les unités de soudage automatiques classiques.

   Dans la mise en oeuvre du présent procédé, le moteur 25 peut avantageusement être utilisé pour faire avancer le fil-électrode 22 à une vitesse constante. 



   Le courant est fourni au tube 20 par l'intermédiaire d'un con- ducteur 28, à partir d'une dynamo génératrice de courant de soudage ou d'une autre source d'énergie convenable, et le courant passe du tube 20 au fil- électrode 22 par l'intermédiaire de balais 29, qu'on forme à l'extrémité inférieure du tube 20 en pratiquant dans la paroi du tube des fentes propres à constituer.des languettes dont les portions inférieures sont resserrées vers l'intérieur jusqu'à un diamètre un peu plus petit que celui du fil-élec-   trode.   Ceci oblige ce dernier à repousser légèrement les balais 29, en assu- rant ainsi un frottement suffisant pour un bon contact électrique. 



   L'extrémité inférieure du tube central 20 est située à une dis- tance ne dépassant pas le double de son diamètre au-dessus du bord inférieur de la douille 11. Un serpentin de refroidissement 32, disposé autour de la portion inférieure de la douille 11,est de préférence soudé ou autrement uni à la dite douille pour assurer un transfert rapide de la chaleur de la dite douille à l'eau ou autre fluide réfrigérant qui passe dans ce   serpen-   tin 32 dans le sens indiqué -par les flèches de la figure 4. 



   Des ailettes ou cloisons 35 sont prévuesentre l'extérieur du tube   20   et la surface intérieure du tube 11. Ces ailettes ou cloisons sont de préférence radiales et fixées sur la surface extérieure du tube conduc- teur 20. Elles jouent un double rôle, en ce sens qu'elles maintiennent non seulement le tube 20 en position à l'intérieur de la douille, mais qu'elles constituent aussi une série de passages ou conduits parallèles   à   haut rap- port a pour le courant de gaz descendant de la chambré 12 à l'intérieur 
Z de la douille 11. Les passages constitués par les cloisons 35 ont de préfé- rence une section transversale inférieure à 6,45 cm2. 

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   Une des caractéristiques de la construction réside dans le fait que les ailettes 35 sont minces, de sorte que leurs bords extrêmes inférieurs n'ont qu'une très faible surface. Dans le cas où les ailettes 35 seraient constituées par un métal plus épais que la tôle ordinaire, les portions extrê- mes inférieures des dites ailettes seraient amincies pour se terminer par des bords minces ou vifs, afin que les courants de gaz qui descendent à   l'inté-   rieur des conduits constitués par les ailettes 35 s'unissent sous forme d'un seul courant annulaire continu de gaz sans rencontrer d'angles susceptibles de s'étendre en travers de la direction de l'écoulement.

   Les ailettes se ter- minent à une distance n'excédant pas quelques diamètres au-dessus de l'extré- mité de la douille Il., de sorte que, alors même que la section transversale annulaire aurait un indice Reynolds assez élevé, la longueur du conduit n'est pas suffisamment longue pour permettre à toute tendance à une turbulence de se manifester. 



   La construction représentée permet d'obtenir un écoulement de gaz laminaire le long de l'extrémité inférieure de l'électrode   22   et vers l' extérieur, transversalement à l'ouvrage 34, comme l'indiquent les flèches 36. Comme le rideau de gaz possède un écoulement laminaire, on évite l'en- traînement d'air qui est occasionné  usqu' à   ce jour principalement par la turbulence du courant de gaz. 



   Au cours de Inexécution d'une soudure conformément à l'invention, le gaz pénètre d'abord dans la chambre 12 par les tubes 14, et la chicane 17 l'oblige à s'étaler transversalement en allant du tube central 20 vers la paroi périphérique de la chambre 12 Cet écoulement amène le gaz à l'intérieur d'une région de plus grande section transversale,ce qui occasionne une forte diminution de la vitesse du courant de gaz.

   Le diamètre de la chicane 17 est nettement inférieur au-diamètre intérieur de la portion supérieure de la cham- bre à   gaz 12,   ce qui laisse un intervalle largement suffisant pour permettre au gaz de descendre à une faible vitesse autour de la circonférence de la chi- cane 17   L'extrémité   inférieure de la chambre à gaz 12 va de préférence en se rétrécissant en forme de   cône   vers le sommet de la douille Il, de sorte que la vitesse du. gaz s'accroît progressivement, le gaz étant ainsi aspiré à partir de la portion supérieure de la chambre 12 en travers de toute la sec- tion transversale de la chambre.

   Ceci empêche qu'il s'établisse des courants de convection locaux à travers la chambre à gaz Dans la portion supérieure de la chambre 12, le gaz peut être considéré comme étant à un état relative- ment calmesa vitesse étant faible en raison de la grande section transver- sale et du fait que l'écoulement de gaz qui a lieu à cet endroit est large- ment réparti en travers de la section transversale de la chambre 12. 



   Dans la portion supérieure dé la douille 11. les ailettes 35 limitent l'écoulement du gaz à des colonnes parallèles et diminuent   l'indice   Reynolds des passages ainsi constitués, ce qui empêche toute possibilité de turbulence et/ou de tourbillonnement ou mouvement hélicoïdal du courant dans le mouvement qu'il effectue de haut en bas dans la portion inférieure du boî- tier 10. A l'extrémité inférieure des ailettes 35, les courants de gaz élé- mentaires parallèles se réunissent en un seul courant annulaire qui passe de haut en bas le long du tube central 20, en regard des balais 29 et le long de l'électrode 22.

   Les balais 29 convergent progressivement de telle sorte que la surface extérieure du tube 20 rencontre l'électrode 22 sans qu'il se produise aucun changement de direction brusque susceptible d'engendrer des courants tourbillonnants dans le courant de gaz. La longueur de la douille 11 est de préférence au moins de l'ordre de 20-50 fois le diamètre de la section transversale circulaire équivalente des divers passages constitués entre les ailettes. 



   L'invention peut être appliquée avec l'un quelconque des gaz dont il est fait couramment usage pour protéger les arcs d'électrodes conduc- trices ordinaires, c'est-à-dire ne fournissant pas de métal d'apport, ou avec des mélanges de gaz correspondant aux écrans formés par la volatilisation des matières d'enrobage que comportent les électrodes à revêtement. Par exem- plel'écran de gaz peut consister en argon, hélium., oxyde de carbone,   anhy-   dride carbonique, ou en mélanges de ces gaz et de divers autres gaz, avec 

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 ou sans poudres entraînées pour stabiliser   l'arc.   



   La quantité de gaz nécessaire pour une bonne protection du mé- tal de soudure dépend d'une part du diamètre de l'électrode et d'autre part de la distance séparant de l'ouvrage l'extrémité inférieure de la douille   Il.On   peut maintenir faible la vitesse du courant de gaz formant l'écran ou gaine de protection en augmentant la dimension radiale de l'espace annulaire par lequel le gaz s'échappe de l'extrémité inférieure du boîtier 10;

   et l'on peut également réduire l'indice Reynolds en augmentant le rapport de la section transversale au périmètre de cette section, 
Les formes de réalisation décrites et représentées sont celles préférées mais   l'invention   est susceptible de recevoir d'autres formes et di- verses modifications et perfectionnements qui rentrent dans le cadre et   1-les-   prit de la dite invention.

Claims (1)

1. RESUME.

   I - Procédé de soudage à l'arc électrique permettant d'obtenir des soudures saines, ductiles et non poreuses, caractérisé par les points suivants, séparément ou en combinaisons: 1. Il consiste à faire passer un courant électrique le long d'une électrode en métal d'apport et à faire avancer cette électrode vers 1'arc, la grandeur du courant électrique et le taux d'avance étant suffisants pour as- surer 1-'incorporation d'une proportion importante du métal de l'électrode à la soudure résultante; à faire passer continuellement un courant annulaire de gaz de haut en bas et autour de l'électrode et de l'are;

   et à maintenir un écoulement laminaire, ou sensiblement exempt de turbulence, du courant de gaz en restreignant la section transversale dudit courant et en coordonnant sa vitesse avec la dite section de manière à maintenir l'indice Reynolds au- dessous de 3000 directement en amont de Parc sur une distance au moins égale à vingt fois le diamètre effectif du courant.

   2. On subdivise le courant de gaz en une série de courants élé-- mentaires parallèles dont chacun a un diamètre effectif n'excédant pas le vingtième de la longueur du courant.

   3. On réduit la vitesse du gaz, en un point situé immédiate- ment au-dessus ou en amont du point où il pénètre dans le courant laminaire, à une valeur sensiblement inférieure à celle du courant laminaire en déten- dant le courant de gaz immédiatement avant son entrée dans le courant lami- naire.

   4 . Au moment où le courant de gaz annulaire dont l'indice Rey- nolds est inférieur à 3000 est sur le point d'entrer dans la zone de courant laminaire, on le divise en une série de veines ou filets de section extrême- ment faible de manière à effectuer une réduction du mouvement latéral ou turbu- lence du gaz.

   5 . Avant l'entrée du gaz dans la zone de courant laminaire on le soumet à une série de brusques changements de direction à angle droit-propres a réduire son mouvement latéral et sa turbulence au commencement de la dite zone.

   6. L'état d'écoulement laminaire ou non turbulent du courant de gaz annulaire est obtenu en limitant le courant à une section transversale dont le périmètre total, en centimètres,, est au moins égal à 0,000215 qf, q représentant le débit du gaz en litres par minute et ! le rapport de la den- sité du gaz protecteur à sa viscosité absolue en kilogs par seconde et par mè- tre; le dit périmètre et la dite section transversale étant de préférence maintenus sur une distance au moins égale à 20 fois le diamètre effectif du courant annulaire.

   Le gaz est choisi dans le groupe comprenant l'hélium et l'argon, le débit du gaz étant de préférence approximativement compris entre 14 et <Desc/Clms Page number 9> 42,5 litres par minute et le courant annulaire ayant de préférence un diamè- tre extérieur de l'ordre de 1, 27 à 1,9 cm.

   II - Appareil pour la mise en oeuvre du procédé spécifié sous I, caractérisé par les points suivants, séparément ou en combinaisons: 1) Il comprend un tube le long et à l'intérieur duquel une élec- trode - de préférence en métal d'apport - reçoit un mouvement d'avance vers l'arc un boîtier ayant d'une part une portion inférieure pourvue d'un ori- fice de sortie qui entoure la partie de l'électrode située immédiatement en arrière de 1-'extrémité à arc de l'électrode de manière à décharger de haut en bas un rideau de gaz annulaire ininterrompu autour de la région de l'arc et en travers de la surface du joint à souder, et d'autre part, à l'une des ex- trémités du dit boîtier, une chambre à gaz,, constituée par un élargissement du boîtier,

   dont la section transversale est notablement plus grande que celle du rideau annulaire; un ou plusieurs conduits débouchant dans la dite chambre pour admettre du gaz à une seule ou à différentes régions de cette chambre; et une chicane disposée dans la portion d'entrée de la chambre., di- rectement en aval du ou des conduits d'admission de gaz, afin que le ou les courants de gaz admis soient étalés en travers de la chambre, dans une direc- tion allant vers l'extérieur à partir du ou des conduits d'admission, dans le but de diminuer la vitesse à laquelle le gaz circule dans la chambre en aval de la chicane et, le cas échéant, à éliminer les courants de gaz lo- caux qui pourraient avoir tendance à se former à travers la chambre,

   la por- tion de ce boîtier située en aval de la chambre ayant une section transver- sale constante et étant plus longue que large de manière à constituer un passage servant à transférer le gaz de la dite chambre à l'orifice de sor- tie prévu dans la portion inférieure du boîtier 2) Le tube entourant l'électrode sert en même temps de guide pour le mouvement d'avance de cette électrode;

   et le passage transférant le gaz de la chambre à gaz à une région voisine de l'extrémité à arc de l'élec- trode est constitué par une douille qui part de la dite chambre., s'étend lon- gitudinalement le long du guide tubulaire et renferme, disposées entre sa surface intérieure et le guide, ,une série d'ailettes règnant le long de la douille jusqu'à la dite région extrême et servant de cloisons propres à con- stituer une série de passages grâce auxquels l'écoulement du gaz s'effectue sous de faibles indices Reynolds, ces ailettes étant pourvues à leur extré- mité inférieure de bords minces propres à assurer la réunion régulière et sans heurt des courants de gaz élémentaires circulant entre les ailettes respectives en un seul rideau annulaire de gaz,

   la portion de la douille si- tuée au-dessous des ailettes étant libre d'éléments ou restrictions suscep- tibles de diminuer la section transversale du rideau annulaire.

   3) Le guide tubulaire est pourvu, près de son extrémité infé- rieure, d'un ou plusieurs balais servant à fournir du courant électrique à l'électrode.

   4) La chambre à gaz est raccordée à l'extrémité supérieure de la douille par une portion conique ou allant en se rétrécissant de manière à provoquer une accélération progressive et régulière du gaz depuis l'état dans lequel il se trouve à l'intérieur de la chambre jusqu'à une vitesse dé- sirée le long et à l'intérieur de la douille.

   5) La douille est cylindrique, ses cloisons longitudinales in- térieures règnent sur une longueur de cette douille au moins égale à neuf fois son diamètre intérieur et sa section transversale est inférieure à 6,45 cm2, le tube formant guide présentant un diamètre extérieur faible par rapport à celui du diamètre intérieur maximum de la chambre surmontant la douille.

   6) Les cloisons sont constituées par des ailettes radiales por- tées extérieurement par le tube et centrant celui-ci dans la douille, les dites ailettes allant d'une région voisine du sommet de la douille à une ré- gion voisine de son extrémité inférieure.

   7) Les balais du guide tubulaire sont constitués à l'extrémité <Desc/Clms Page number 10> inférieure du guide en pratiquant dans la paroi du tube des fentes propres à former des languettes dont les extrémités inférieures sont progressivement recourbées vers l'intérieur,contre l'électrode, suivant des lignes d'écou- lement régulières, de telle sorte que les surfaces avec lesquelles le gaz entre en contact sont maintenues libres de changements brusques de direc- tion.

   TABLEAU I (Débit du gaz 28,3 litres par minute) EMI10.1 <tb> d1 <SEP> d2 <SEP> t <SEP> a <tb> <tb> <tb> Diamètre <SEP> Diamètre <SEP> ex- <SEP> Diamètre <SEP> in- <SEP> Epaisseur <SEP> Section <tb> <tb> extérieur <SEP> de <SEP> térieur <SEP> du <SEP> térieur <SEP> de <SEP> des <SEP> ailet- <SEP> transversale <tb> <tb> <tb> la <SEP> buse <SEP> Type <SEP> guide <SEP> de <SEP> la <SEP> buse <SEP> tes <SEP> totale <tb> <tb> <tb> Fig.N <SEP> l'électrode <SEP> 2 <tb> <tb> <tb> cm <SEP> cm <SEP> cm <SEP> cm <SEP> cm <tb> EMI10.2 1, 5$ 1 0,3l7 1,27 1,18 Il 2' fi Il ou, 1 1 Il 6 rr u fi 0,8 il 3 n Il - 0,4 EMI10.3 <tb> " <SEP> 1 <SEP> 0,476 <SEP> " <SEP> - <SEP> 1,09 <tb> EMI10.4 n 2 Il t1 0,1 0,93 " 2 Il Il 0 9 05 1 EMI10.5 <tb> 2,22 <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 635 <SEP> 1, <SEP> 9 <SEP> - <SEP> 2,

   <SEP> 54 <SEP> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> n <SEP> 2 <SEP> " <SEP> n <SEP> 0,1 <SEP> 2,¯2 <tb> TABLEAU I (Débit du gaz 28,3 litres par minute) suite EMI10.6 a 1 , Z -4m- EMI10.7 <tb> Vitesse <SEP> de <SEP> Section <SEP> du <SEP> Périmètre <SEP> 121 <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> l'argon <SEP> conduit <SEP> du <SEP> con- <tb> <tb> <tb> <tb> élémentaire <SEP> duit <SEP> élémen- <SEP> = <SEP> a <SEP> Indice <SEP> Longueur <tb> <tb> <tb> <tb> taire <SEP> 3 <SEP> Z <SEP> Reynolds <tb> <tb> <tb> <tb> m/sec <SEP> cm2 <SEP> cm <SEP> cm <SEP> cm <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> 3, <SEP> 95 <SEP> 1,18 <SEP> 5 <SEP> 0,078 <SEP> 3030 <SEP> 60,9 <tb> <tb> <tb> <tb> 4,7 <SEP> 0, <SEP> 25 <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP> 1910 <SEP> 27,9 <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> 5,9 <SEP> 0,1 <SEP> 1,38 <SEP> 0,

   024 <SEP> 1370 <SEP> 17,7 <tb> <tb> <tb> <tb> il..8 <SEP> - <SEP> - <SEP> 2500 <SEP> 14,7 <tb> EMI10.8 4.,32 1,09 5,5 0, 06 2760 59 5, 0$ 0, 23 1, 96 0, 04 1930 2T, 2 EMI10.9 <tb> 4,7 <SEP> 0, <SEP> 25 <SEP> 2 <SEP> 0,041 <SEP> 1840 <SEP> 28,2 <tb> <tb> 1,85 <SEP> 2, <SEP> 54. <SEP> 7,9 <SEP> 0,10 <SEP> 1900 <SEP> 88,8 <tb> <tb> 2,06 <SEP> 0,57 <SEP> 3,06 <SEP> 0,06 <SEP> 1240 <SEP> 40,6 <tb> P.Pon. AIR REDUCTION COMPANY INCORPORATED en annexe 1 dessin. Mandataire: P. HANSSENS.