<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention concerne la soudure à l'arc et, en parti- culier, la soudure de tôles relativement minces, comme des tôles d'alu- minium, au moyen de plusieurs arcs, à des vitesses de défilement relati- vement élevées , c'est-à-dire de l'ordre de 360 pouces (914 cm) à la minu- te et davantage.
L'industrie tend de plus à plus à utiliser la soudure à l'arc pour assembler des pièces métalliques, Dans de nombreux cas cependant, la soudure à l'arc ne peut pas être associée aux autres opérations à grande vitesse d'une chaîne d'assemblage, parce que la vitesse à laquelle on ob- tient des bonnes soudures, "pst-à-dire au maximum 240 pouces (610 cm) à la minute, est trop faible. Une contribution importante aux procédés de fabrication modernes consisterait donc à réaliser des soudures saines à des vitesses de défilement qui ne s'opposeraient plus à une augmentation de la prôduction.
Des essais faits dans ce domaine, spécialement en soudure à l'arc, ont fait découvrir des problèmes propres à la soudure à grande vitesse, le problème le plus marqué étant celui de l'affouillement.Llaffouillement peut être défini comme une forme de soudure imparfaite due à ce que l'ef- fort mécanique de l'arc déplace une partie du métal en fusion de façon que la zone de fusion de la pièce traitée ne soit pas remplie de métal de soudure, mais contienne des creux profonds qui affaiblissent le joint par création de zones de contrainte.
L'invention a pour but de procurer un procédé de soudure à l'arc permettant de souder à des vitesses supérieures à celles utilisées jusqu' ici et donnant des soudures saines sans affouillement.
On atteint ce but, suivant la présente invention, à l'aide d'un procédé de soudure dans lequel on établit un arc entre une pièce à souder et une électrode en métal fusible d'un porte-électrode de soudure à l'arc sous la protection d'un gaz inerte et on produit un déplacement relatif entre le porte-électrode et la pièce le long du joint à souder, l'affouil- lement de la soudure terminée étant évité aux grandes vitesses de défile- ment par le réchauffage de la soudure à l'aide d'un ou plusieurs arcs sui- vants établis chacun entre la soudure et le métal non consumable de l'é- lectrode d'un porte-électrode de soudure à l'arc sous la protection d'un gaz inerte, disposé en tandem avec la premier porte-électrode et dans le voisinage immédiat de celui-ci.
Le permier arc opère la pénétration nécessaire et le ou les arcs suivants suppriment les effets nocifs du premier arc en donnant au cordon de soudure sa forme normale soit sans autre pénétration, soit, si néces- saire, avec une autre pénétration échelonnée. Ceci est réalisé en répar- tissant le courant de soudure en proportions convenables entre les arcs, en utilisant les polarités voulues pour chaque électrode, et en protégeant les arcs par une atmosphère gazeuse essentiellement inerte.
Aux dessins annexés:
La figure 1 est une vue de profil, partiellement en coupe, d'un appareil de soudure à arcs en tandem conforme à l'invention.
La figure 2 est une coupe suivant le ligne 2-2 de la figure 1.
Les figures 3 et 4 sont des coupes transversales de soudures fai- tes sans et avec utilisation de l'invention, respectivement.
La figure 5 est une vue de face partielle d'un laminoir à tubes suivant le présente invention.
La figure 6 montre une variante à trois arcs, et
<Desc/Clms Page number 2>
La figure 7 une variante à deux arcs.
L'utilisation d'électrodes multiples s'est limitée jusqu'ici au procédé de soudure par submersion pour la soudure de grosses pièces mé- talliques à des vitesses relativement lentes. D'autres procédés, comme (1) l'utilisation de plusieurs électrodes consumables réunies par un li- ant de décapage, (2) l'utilisation de deux électrodes disposées à angle droit dans un plan par rapport au joint à souder et faisant un angle avec une masse de soudure commune, et (3) l'utilisation d'électrodesmultiples avec des circuits polyphasés, n'ont pas convenu pour des vitesses de sou- dure relativement élevées.
En soudant à des vitesses relativement élevées avec une seule électrode, on a constaté qu'on obtient un affouillement important. Les expériences faites à l'aide de dispositifs tandems à deux électrodes ou plus dont certaines en métal non-consumable et d'autres en métal fusible sous la protection, chaque fois, d'un gaz inerte, montrent, au contraire, qu'on peut obtenir des soudures saines sans affouillement, même à des vi- tesses de 360 pouces (914 cm) et plus à la minute.
Il faut un courant de soudure de l'ordre de 500 ampères pour pé- nétrer à fond, avec une seule électrode en métal non consumable protégée par un gaz inerte, une tôle d'aluminium de 0,050 pouce (1,27 mm) d'épais- seur, à une vitesse de l'ordre de 600 pouces (1524 cm) à la minute. Le cordon de soudure obtenu est grossier, fortement affouillé et de vilaine apparence.
Comme exemple de la présente invention, un premier porte-élec- trode à protection de gaz 10, muni d'une électrode fusible et consommant un courant de soudure de l'ordre de 300 ampères, et un second porte-élec- trode à protection de gaz 12, muni d'une électrode non consumable refroidie à l'eau 14 et consommant un courant de l'ordre de 320 ampères, utilisant, tous deux du courant continu à polarité inverse, sont montés l'un près de l'autre en tandem (voir figure 1), l'écart de centre à centre entre les deux électrodes étant de 3/4 à 5/4 pouce (1,9 à 3,2 cm). On utilise de l'argon gazeux de pureté commerciale avec un débit de 30 pieds cubes (849 litres) à l'heure, pour protéger les arcs.
On soude bord à bord, à une vitesse de défilement de 600 pieds (1524 cm) à la minute, des tôles d'aluminium 16 d'une épaisseur de 0,050 pouce (1,27 mm), avec des résul- tats entièrement satisfaisants. Le joint soudé est représenté en 18 sur la fig. 4. Il n'y a aucune trace d'affouillement, la pénétration est complè- tent, et le métal d'apport fusionne avec celui de la pièce traitée 16, de manière à donner un cordon de soudure lisse 18 tout le long du joint soudé.
En exécutant le procédé précité, on a éteint les arcs avant de terminer entièrement le cordon. La partie 19 (voir fig. 3) de la soudure qui a été soumise à l'arc de la première électrode de soudure 20 en mé- tal fusible, mais qui n'a pas été soumise à l'arc de la seconde électro- de 14 du porte-électrode 12 en matière réfractaire, montre que la péné- tration est complète. On peut constater cependant un affouillement consi- dérable en 22 et un ramassage du cordon solidifié. La partie 18 (voir fig. 4) de la soudure où l'arc du porte-électrode 12 s'est arrêté, ainsi que tout le cordon, de ce point jusqu'au point de départ du cordon, mon- trent qu'on obtient une soudure parfaitement saine, comme décrit ci-dessus.
On peut donc en conclure que, si le premier arc réalise la pénétration complète, il a besoin de l'effet de façonnage du deuxième arc pour pro- duire une soudure saine sans aucun affouillement,
La soudure à l'arc par électrodes multiples pose le problème des
<Desc/Clms Page number 3>
réactions magnétiques produites par les courants de chaque électrode.
Dans le cas d'un premier porte-électrode à électrode fusible alimentée de courant continu de polarité inverse, suivi d'une seconde électrode non consumable alimentée aussi de courant continu de polarité inverse,le champ magnétique produit par le courant de soudure du premier arc a tendance à attirer le second arc de conformation au point que sa chaleur soit perdue pour cette opération de conformation. L'arc de soudage de l'électrode fu- sible est, par nature, fort et puissant, tandis que l'arc de soudage de l'électrode non onsumable est relativement petit et faible. Comme ils sont, dans le cas considéré, très proches l'un de l'autre, le premier arc exerce une grande influence sur l'arc H qu le suit.
Comme rôle princi- pal du porte-électrode à électrode en matière non consumable est de don- ner une bonne conformation au métal déposé par l'électrode fusible, son arc doit être aussi vertical que possible ou légèrement incliné en avant pour frapper plus près de l'arc de l'électrode fusible, de façon à pro- fiter de la chaleur produite par le premier porte-électrode pour donner la forme voulue au cordon de soudure. Pour souder l'acier inoxydable ou l'a- luminium, le courant convenant le mieux est le courant continu à polari- té inverse. L'électrode de cuivre 14 refroidie à l'eau du second porte- électrode utilise aussi du courant continu à polarité inverse.
Comme les arcs de même polarité s'attirent, et comme l'arc de l'électrode fusible est beaucoup plus fort, celui-ci attire l'arc de l'électrode non consu- mable vers l'avant, lui faisant prendre une position presqu'horizontale et l'empêchant de supprimer l'affouillement produit. On a d'abord utili- sé des bobines de focalisation 24 (voir fig. 7) pour éliminer cet incon- vénient, mais il s'est avéré que le réglage des courants est critique et que tout soufflage d'arc endommage les bobines 24.
La Demanderesse a ensuite mis au point un électro-aimant de dé- viation d'arc comprenant une bobine 25 et un noyau 45 (voir fig, 1), qui s'est montré très efficace pour le réglage de l'attraction du second arc H par le premier arc,la bobine exerçant son influence à distance et ne subissant, de ce fait, aucun dommage. On peut, en même temps, appliquer, à la bobine 25, un courant établissant un champ magnétique suffisant en- tre les pales P, P du norau magnétique 45 pour influencer l'arc de l'élec- trode fusible, au point que l'arc de l'électrode non consumable soit tout au plus légèrement dévié vers l'avant.
L'utilisation de bobines de focalisation magnétique 24 représen- tée à la figure 7 permet cependant un autre mode de réglage de l'arc H du porte-électrode à électrode non consumable. Le deuxième porte-électro- de au moins devra être pourvu d'un dispositif de focalisation magnétique de l'arc consistant en un électro-aimant ou un aimant permanent.
Les dispositifs de déviation ou de focalisation magnétique peu- vent être omis dans le cas du dispositif à trois porte-électrodes en tan- dem de la figure 6, consistant en un porte-électrode 10 à électrode fu- sible avec courant continu de polarité inverse, un porte-électrode 12 à électrode non consumable avec courant continu de polarité directe, et un porte-électrode 26 à électrode non consumable avec courant continu de po- larité inverse.
Dans ce cas, en utilisant un courant de soudure de 300 ampères dans la première électrode ou électrode fusible 20, un courant de 200 ampères dans l'électrode médiane en tungstène 14 et un courant de 180 ampères dans la dernière électrode 14 en métal refroidi à l'eau, ainsi que, comme gaz de protection, un débit d'argon gazeux de pureté commer- ciale de 30 pieds cubes (849 litres) à l'heure, pour chaque arc, on réali- se une soudure de tôles d'aluminium 16 d'une épaisseur de 0,050 pouce (1,27 mm), à une vitesse de 600 pouces (1524 cm) à la minute, qui, ne montre
<Desc/Clms Page number 4>
aucune trace d'affouillement. L'examen de la soudure a montré que le pre- mier arc réalise une pénétration incomplète,le second arc parfait la pénétration et le troisième arc façonne la soudure à la forme voulue.
Des facteurs comme le nombre d'électrodes, le courant, la ten- sion, la polarité et l'utilisation de porte-électrodes avec électrodes fusibles ou non consumables, peuvent être variés pour répondre aux pro- blèmes qui se présentent. Si on diminue l'écartement des électrodes, les effets calorifiques et magnétiques exigent des compensations, comme la réduction du courant pour réduire au minimum les effets magnétiques ad- verses et la surchauffe du métal.
Si la première électrode est fusible, le premier arc peut réali- ser la pénétration totale, l'arc ou les arcs suivants étant utilisés pour le façonnage de la soudure. Une pénétration échelonnée peut cependant être réalisée au moyen de deux électrodes non consumables montées en tan- dem recevant chacune un courant continu à polarité inverse de l'ordre de 500 ampères. Par exemple, sous la protection d'argon gazeux, on a soudé de la tôle d'aluminium d'une épaisseur de 0,050 pouce (1,27 mm) à une vi- tesse de 650 pouces (1651 cm) à la minute; à l'examen, la soudure montre une pénétration partielle par le premier arc, le second arc réalisant la pénétration complète ainsi que le façonnage de la soudure.
Les vitesses atteintes en appliquant la présente invention sont considérablement supérieures à celles atteintes au moyen des anciens pro- cédés de soudure à l'arc. Jusqu'ici on atteignait, sans grand succès, des vitesses de soudure maxima de l'ordre de 240 pouces (610 cm) à la minute. Les vitesses de soudure atteintes avec la présente invention cons- tituent donc un perfectionnement marquant dans l'application de la sou- dure à grande vitesse aux procédés industriels modernes.
L'efficacité de l'arc ou des arcs suiveurs est augmentée grâce au préchauffage de la pièce soudée par le premier arc. La disposition serrée en tandem des électrodes alliée à la grande vitesse de .défilement permet plus facilement une pénétration échelonnée et un meilleur façon- nage de la soudure par le deuxième ou le troisième arc sur un cordon de soudure en défilement dont le métal est déjà proche de son point de fu- sion.
Une application assez nouvelle dans le domaine de la soudure est la fabrication par soudure de tuyaux d'irrigation portables. On uti- lise avantageusement pour cela l'aluminium, à cause de sa faible densi- té et de son excellente résistance à la corrosion. Suivant un ancien pro- cédé industriel, une bande d'aluminium continue est façonnée en un tuyau à cordon longitudinal soudé par un procédé à électrode non consumable, sous protection d'un gaz inerte, utilisant du courant continu de polari- té inverse, à une vitesse de soudure de l'ordre de 180 ponces (457 cm) à la minute au maximum. Cette vitesse est imposée par l'ancien procédé de soudure, car autrement un laminoir à tubes peut fonctionner à une vi- . tesse de l'ordre de 900 pouces (2.286 cm) à la minute.
Le coût de fabri- cation d'un tube de ce genre serait donc nettement plus économique, si on pouvait accroître la vitesse de soudure.
Le dispositif de l'invention comprenant une première électrode fusible suivie d'une seconde électrode non consumable-sous la protection d'argon commercialement pur, a été utilisé pour souder de l'aluminium bord à bord à une vitesse de 750 pouces (1905 cm) à la minute, suivant le procédé de la présente invention. La figure 5 montre l'application d'un dispositif de ce genre à un laminoir à tubes 30 comprenant un poste de soudure en continu 32 devant lequel passe un tube 34 entraîné
<Desc/Clms Page number 5>
par des 'jeux horizontaux de rouleaux 36, 38 et des jeux verticaux de rou- leaux 40, 42. Le poste 32 comprend un porte-électrode 10 à électrode fu- sible et un porte-électrode 12 à électrode non consumable disposés en tan- dem, comme représenté à la figure 1.
Lors des travaux préparatoires qui ont mené à la présente inven- tion, on n'a pu obtenir des soudures convenables avec la pénétration vou- lue, à des vitesses aussi élevées, par le seul procédé à électrode non consumable protégée par un gaz inerte. De même, l'utilisation du seùl pro- cédé à électrode fusible protégée par un gaz inerte a présenté des dif- ficultés considérables aux vitesses de soudure dépassant 240 pouces (610cm) par minute. Le défaut principal du procédé à électrode fusible consistait, comme précité, en l'important affouillement de chaque côté du cordon de soudure. Les deux procédés au gaz inerte, celui à électrode non consumable et celui à électrode fusible, ont été combinés dans le dispositif en tan- dem.
Le premier porte-électrode fournit la matière d'apport, et le cor- don obtenu a une bonne profondeur de pénétration mais les deux côtés sont affouillés, comme précité. Le second porte-électrode a pour effet de façon- ner le cordon de soudure et de supprimer les affouillements.
Dans la disposition en tandem, la distance entre les deux arcs de soudure est importante. L'arc de l'électrode en cuivre refroidie à 1' eau 14 du second porte-électrode à électrode non consumable 12 a peu d'ef- fet' de fusion sur le métal de la pièce traitée, quoique sa capa- cité en courant soit relativement bonne. Si les deux porte-électrodes sont trop écartés, la température du métal du cordon de soudure et du métal contigu tombe appréciablement avant que le second arc intervienne. Les ef- fets de refusion et de façonnage de la seconde électrode non consumable sont alors insuffisants. Si les deux porte-électrodes sont, au contraire, relativement rapprochés, par exemple à une distance d'un pouce (2,54 cm), l'action de refusion du second arc est suffisante pour supprimer l'affouil- lement et façonner le cordon de soudure.
Le procédé de l'invention n'est pas limité au ombre d'électro- des utilisées ni à l'épaisseur ou à la nature de la pièce traitée.
REVENDICATIONS l.- Procédé de soudure dans lequel on établit un arc entre une pièce métallique à souder et une électrode en métal fusible d'un porte- électrode de soudure à l'arc sous la protection d'un gaz inerte, et on produit entre le porte-électrode et la pièce à souder un mouvement rela- tif le long du joint à souder, caractérisé en ce que l'affouillement de la soudure terminée est évité aux grandes vitesses de défilement et ré- chauffant*'le cordon de soudure à l'aide d'un ou plusieurs arcs suiveurs établis chacun entre le cordon de soudure et le métal non consumable de l'électrode d'un porte-électrode de soudure à l'arc sous la protection d' un gaz inerte, disposé en tandem avec et dans le voisinage immédiat du premier porte-électrode.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates to arc welding and, in particular, to the welding of relatively thin sheets, such as aluminum sheets, by means of several arcs, at relatively high feed speeds. That is, on the order of 360 inches (914 cm) per minute and more.
The industry is increasingly tending to use arc welding to join metal parts. In many cases, however, arc welding cannot be combined with the other high speed operations of a production line. assembly, because the speed at which good welds are obtained, "that is, at most 240 inches (610 cm) per minute, is too low. An important contribution to modern manufacturing processes would therefore be to perform sound welds at running speeds which would no longer oppose an increase in production.
Tests in this area, especially in arc welding, have uncovered problems specific to high speed welding, the most prominent problem being that of scour. Scour can be defined as an imperfect form of weld due to the mechanical force of the arc moving part of the molten metal so that the melting zone of the treated part is not filled with weld metal, but contains deep recesses which weaken the joint by creating constraint zones.
The object of the invention is to provide an arc welding process which makes it possible to weld at speeds greater than those used heretofore and gives sound welds without scouring.
This object is achieved, according to the present invention, with the aid of a welding process in which an arc is established between a workpiece and a fusible metal electrode of an arc welding electrode holder under protection of an inert gas and a relative displacement is produced between the electrode holder and the workpiece along the joint to be welded, the sagging of the finished weld being avoided at high running speeds by the heating of the welding using one or more following arcs each established between the weld and the non-consumable metal of the electrode of an arc welding electrode holder under the protection of a gas inert, arranged in tandem with the first electrode holder and in the immediate vicinity thereof.
The first arc achieves the necessary penetration and the subsequent arc (s) remove the harmful effects of the first arc by giving the weld bead its normal shape either without further penetration or, if necessary, with another stepped penetration. This is accomplished by distributing the weld current in suitable proportions between the arcs, using the desired polarities for each electrode, and shielding the arcs with a substantially inert gas atmosphere.
In the accompanying drawings:
Figure 1 is a side view, partially in section, of a tandem arc welding apparatus according to the invention.
Figure 2 is a section taken on line 2-2 of Figure 1.
Figures 3 and 4 are cross sections of welds made without and with use of the invention, respectively.
Figure 5 is a partial front view of a tube rolling mill according to the present invention.
Figure 6 shows a variant with three arcs, and
<Desc / Clms Page number 2>
FIG. 7 a variant with two arcs.
The use of multiple electrodes has heretofore been limited to the submersion welding process for welding large metal parts at relatively slow speeds. Other methods, such as (1) the use of several consumable electrodes joined by a pickling binder, (2) the use of two electrodes arranged at right angles in a plane to the joint to be welded and forming a angle with a common weld mass, and (3) the use of multiple electrodes with polyphase circuits, have not been suitable for relatively high weld speeds.
By welding at relatively high speeds with a single electrode, it has been found that significant scour is obtained. The experiments carried out using tandem devices with two or more electrodes, some of which are made of non-consumable metal and others of fusible metal under the protection, each time, of an inert gas, show, on the contrary, that can achieve sound welds without scour, even at speeds of 360 inches (914 cm) and more per minute.
A weld current in the order of 500 amps is required to fully penetrate, with a single non-consumable metal electrode protected by an inert gas, a 0.050 inch (1.27 mm) aluminum sheet. thickness, at a rate of the order of 600 inches (1524 cm) per minute. The resulting weld bead is coarse, badly scoured, and ugly in appearance.
As an example of the present invention, a first gas shielded electrode holder 10, provided with a fusible electrode and consuming a welding current of the order of 300 amperes, and a second shielded electrode holder. of gas 12, provided with a non-consumable water-cooled electrode 14 and consuming a current of the order of 320 amps, both using reverse polarity direct current, are mounted close to each other in tandem (see Figure 1), the center-to-center gap between the two electrodes being 3/4 to 5/4 inch (1.9 to 3.2 cm). Commercial purity argon gas is used at a flow rate of 30 cubic feet (849 liters) per hour to protect the arcs.
0.050 inch (1.27 mm) thick aluminum sheet 16 was welded edge to edge at a rate of 600 feet (1524 cm) per minute with entirely satisfactory results. The welded joint is shown at 18 in FIG. 4. There is no scour, the penetration is complete, and the filler metal fuses with that of the treated part 16, so as to give a smooth weld bead 18 all the way through the joint. welded.
By carrying out the aforementioned process, the arcs were extinguished before the bead was completely terminated. The part 19 (see fig. 3) of the weld which has been subjected to the arc of the first weld electrode 20 of fusible metal, but which has not been subjected to the arc of the second electro- of 14 of the refractory electrode holder 12, shows that the penetration is complete. However, considerable scouring at 22 and pick-up of the solidified bead can be seen. The part 18 (see fig. 4) of the weld where the arc of the electrode holder 12 stopped, as well as the whole bead, from this point to the starting point of the bead, show that obtains a perfectly sound weld, as described above.
It can therefore be concluded that, if the first arc achieves full penetration, it needs the shaping effect of the second arc to produce a sound weld without any scour,
Multiple electrode arc welding poses the problem of
<Desc / Clms Page number 3>
magnetic reactions produced by the currents of each electrode.
In the case of a first electrode holder with a fusible electrode supplied with direct current of reverse polarity, followed by a second non-consumable electrode also supplied with direct current of reverse polarity, the magnetic field produced by the welding current of the first arc tends to attract the second shaping arc to the point that its heat is lost for this shaping operation. The welding arc of the fusible electrode is inherently strong and powerful, while the welding arc of the non-condensable electrode is relatively small and weak. As they are, in the case considered, very close to each other, the first arc exerts a great influence on the arc H which follows it.
As the main role of the non-consumable material electrode holder is to give good conformation to the metal deposited by the fusible electrode, its arc should be as vertical as possible or slightly tilted forward to strike closer to it. the arc of the fusible electrode, so as to take advantage of the heat produced by the first electrode holder to give the desired shape to the weld bead. For welding stainless steel or aluminum, the most suitable current is reverse polarity direct current. The water cooled copper electrode 14 of the second electrode holder also uses reverse polarity direct current.
As arcs of the same polarity attract, and as the arc of the fusible electrode is much stronger, this draws the arc of the non-consumable electrode forward, causing it to assume a position almost horizontal and preventing it from suppressing the scour produced. Focusing coils 24 (see Fig. 7) were first used to eliminate this inconvenience, but it has been found that adjusting the currents is critical and any arc blowing damages the coils 24. .
The Applicant then developed an arc deflection electromagnet comprising a coil 25 and a core 45 (see FIG. 1), which has been shown to be very effective for adjusting the attraction of the second arc. H by the first arc, the coil exerting its influence at a distance and thus not undergoing any damage. At the same time, it is possible to apply, to the coil 25, a current establishing a sufficient magnetic field between the blades P, P of the magnetic bar 45 to influence the arc of the fusible electrode, to the point that l The arc of the non-consumable electrode is at most slightly deflected forward.
The use of magnetic focusing coils 24 shown in FIG. 7, however, allows another method of adjusting the arc H of the electrode holder with non-consumable electrode. At least the second electrode holder must be provided with a device for magnetic focusing of the arc consisting of an electromagnet or a permanent magnet.
Magnetic deflection or focusing devices can be omitted in the case of the device with three tandem electrode holders of FIG. 6, consisting of a fusible electrode holder 10 with direct current of reverse polarity. , a non-consumable electrode holder 12 with direct current of direct polarity, and a non-consumable electrode holder 26 with non-consumable electrode with direct current of reverse polarity.
In this case, using a weld current of 300 amps in the first electrode or fusible electrode 20, a current of 200 amps in the middle tungsten electrode 14 and a current of 180 amps in the last electrode 14 of cooled metal. water, as well as, as shielding gas, a flow of gaseous argon of commercial purity of 30 cubic feet (849 liters) per hour, for each arc, one carries out a weld of sheets of iron. aluminum 16 with a thickness of 0.050 inch (1.27 mm), at a speed of 600 inches (1524 cm) per minute, which does not show
<Desc / Clms Page number 4>
no trace of scour. Examination of the weld showed that the first arc achieves incomplete penetration, the second arc perfects penetration, and the third arc shapes the weld to the desired shape.
Factors such as the number of electrodes, current, voltage, polarity, and the use of electrode holders with fusible or non-consumable electrodes, can be varied to meet the problems that arise. If the spacing of the electrodes is reduced, the calorific and magnetic effects require compensations, such as reducing the current to minimize the opposing magnetic effects and overheating of the metal.
If the first electrode is fusible, the first arc may achieve full penetration, with the subsequent arc or arcs being used for shaping the weld. Staggered penetration can however be achieved by means of two non-consumable electrodes mounted in tandem each receiving a direct current with reverse polarity of the order of 500 amperes. For example, under the protection of gaseous argon, aluminum sheet 0.050 inches (1.27 mm) thick was welded at a rate of 650 inches (1651 cm) per minute; On examination, the weld shows partial penetration by the first arc, the second arc achieving full penetration as well as shaping of the weld.
The speeds achieved by applying the present invention are considerably higher than those achieved by old arc welding processes. Until now, maximum welding speeds of the order of 240 inches (610 cm) per minute have been achieved without much success. The welding speeds achieved with the present invention therefore constitute a significant improvement in the application of high speed welding to modern industrial processes.
The efficiency of the arc or follower arcs is increased by preheating the welded part by the first arc. The tight tandem arrangement of the electrodes combined with the high scrolling speed allows more easily stepped penetration and better shaping of the weld by the second or third arc on a moving weld bead with the metal already close. from its point of fusion.
A fairly new application in the field of welding is the manufacture by welding of portable irrigation pipes. Aluminum is advantageously used for this because of its low density and its excellent corrosion resistance. According to an old industrial process, a continuous aluminum strip is formed into a pipe with a longitudinal bead welded by a non-consumable electrode process, under protection of an inert gas, using direct current of reverse polarity, at a welding speed of the order of 180 pums (457 cm) per minute at most. This speed is imposed by the old welding process, because otherwise a tube rolling mill can operate at one speed. weight of the order of 900 inches (2.286 cm) per minute.
The cost of manufacturing such a tube would therefore be much more economical if the welding speed could be increased.
The device of the invention comprising a first fusible electrode followed by a second non-consumable electrode-under the protection of commercially pure argon, was used to weld aluminum edge to edge at a speed of 750 inches (1905 cm ) per minute, according to the process of the present invention. FIG. 5 shows the application of a device of this kind to a tube rolling mill 30 comprising a continuous welding station 32 in front of which passes a driven tube 34.
<Desc / Clms Page number 5>
by horizontal sets of rollers 36, 38 and vertical sets of rollers 40, 42. Station 32 includes a fusible electrode holder 10 and a non-consumable electrode holder 12 arranged in tan dem, as shown in Figure 1.
In the preparatory work which led to the present invention, it was not possible to obtain suitable welds with the desired penetration, at such high speeds, by the process of a non-consumable electrode protected by an inert gas alone. Likewise, the use of the only inert gas shielded fusible electrode method has presented considerable difficulty at weld speeds exceeding 240 inches (610cm) per minute. The main defect of the fusible electrode process consisted, as mentioned above, in the significant scouring of each side of the weld bead. The two inert gas processes, the non-consumable electrode and the fusible electrode, were combined in the tandem device.
The first electrode holder provides the filler material, and the resulting cord has a good penetration depth but both sides are scoured, as above. The second electrode holder has the effect of shaping the weld bead and eliminating scouring.
In the tandem arrangement, the distance between the two welding arcs is important. The arc of the water-cooled copper electrode 14 of the second non-consumable electrode holder 12 has little melting effect on the metal of the workpiece, although its current capacity. is relatively good. If the two electrode holders are too far apart, the temperature of the metal of the weld bead and the adjoining metal drops appreciably before the second arc occurs. The reflow and shaping effects of the second non-consumable electrode are then insufficient. If, on the contrary, the two electrode holders are relatively close together, for example at a distance of one inch (2.54 cm), the reflow action of the second arc is sufficient to suppress the scour and shape the electrode. weld seam.
The method of the invention is not limited to the number of electrodes used or to the thickness or the nature of the part treated.
CLAIMS 1. Welding process in which an arc is established between a metal part to be welded and a fusible metal electrode of an arc welding electrode holder under the protection of an inert gas, and between the electrode holder and the work piece relative movement along the joint to be welded, characterized in that scouring of the finished weld is avoided at high running speeds and heating the weld bead to using one or more follower arcs each established between the weld bead and the non-consumable metal of the electrode of an arc welding electrode holder under the protection of an inert gas, arranged in tandem with and in the immediate vicinity of the first electrode holder.