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La présente invention se rapporte à un procédé perfectionné de soudure à l'arc à courant alternatif, dans lequel on utilise un gaz protec- teur formé d'argon et d'oxygène autour d'une électrode en métal fusible et on superpose un potentiel alternatif à haute fréquence au courant de soudure alternatif.
Le procédé de la présente invention ' donne un résultat inattendu, c'est-à-dire que la combinaison de l'emploi d'oxygène et, 'en. principe, d'argon comme gaz protecteur de l'arc,du couran't de soudure alternatif et du potentiel à haute fréquence superposé' au.courant de'.soudure, permet d'obtenir un transfert de- métal de, 11 électrode en métal fusible àd la pièce 'sous -,le forme d'une pluie de gouttelettes, avecune intensité' de, courant alternatif - moindre que celle qu'on pouvait utiliser jusqu'à présent, ainsi qu'un fonctionnement' stable' et un meilleur aspect de la soudure.
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Avec de l'argon seul comme gaz protecteur dans un procédé de sou- dure à l'arc utilisant un courant de potentiel élevé à haute fréquence super- posé à un courant alternatif de 60 périodes ou d'une fréquence moins élevée, on ne constate aucun transfert de métal de l'électrode en métal fusible pen- dant la demi-période de polarité directe du courant alternatif de soudure en dessous d'une certaine intensité de courant relativement élevée, ou bien ce transfert présente la forme d'un gros globule de métal fondu pendant cette demi-période.
Si l'on ajoute de l'oxygène à l'argon utilisé comme gaz pro- tecteur, le transfert de métal même en dessous de cette intensité de courant affecte la forme d'une série de gouttelettes ou d'une pluie, semblable à celle que l'on constate dans les procédés de soudure à l'arc à courant conti- nu et à polarité renversée utilisant une couche de gaz protecteur autour de l'arc, ce qui améliore donc le fonctionnement du dispositif de soudure et le cordon de soudure obtenu. L'argon peut être remplacé par de l'hélium dans le gaz protecteur.
L'invention sera décrite ci-après avec référence au dessin annexé :
Un pistolet de soudure 10 est placé au-dessus de la pièce 12 à souder le long d'un joint 14. Ce pistolet 10 comprend un ajutage à gaz 16 dans lequel on fait passer un courant réglé d'un mélange d'oxygène et d'ar- gon par un orifice d'entrée du gaz protecteur de l'arc 18, ce gaz venant de toute source d'alimentation appropriée. Ce courant d'oxygène et d'argon s'écoule autour d'une baguette de soudure ou d'un fil 20 de métal fusible qui passe axialement par l'ajutage, le gaz et le fil sortant tous deux par l'extrémité inférieure ouverte de l'ajutage.
La pièce 12 et le fil 20 sont reliés à une source de tension à haute fréquence 22 et à une source de cou- rant de soudure alternatif 24, par un circuit approprié comprenant un tube de contact avec la baguette 26 et des bornes 28 et 30; un voltmètre 32 et un ampèremètre 34 sont montés dans ce circuit pour indiquer la tension et le courant de soudure, respectivement.
Le fil ou baguette 20 est évidé d'une bobine 36 et introduit dans le pistolet 10 par un galet d'alimentation de fil 38 qui est entraîné par un moteur d'alimentation de fil 40*
En fonctionnement, il s'établit un arc A entre l'extrémité infé- rieure du fil 20 servant d'électrode et la pièce 12, au-dessus du joint 14, et, tandis que le métal adjacent de la pièce et l'extrémité inférieure du fil fondent sous l'effet du passage du courant de soudure dans cet arc, on fait avancer le fil de soudure vers le joint 14 et on déplace le pistolet 10 dans le sens du joint de façon à souder la pièce 12.
Le transfert du métal fondu du fil 20 à la pièce se produit sous la forme d'une pluie de gouttelettes à une intensité de courant de soudure moindre qu'il n'est pos- sible de l'obtenir avec une couche de gaz protecteur de l'arc formée d'ar- gon essentiellement exempt d'oxygène.
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En utilisant un courant de soudure alternatif provenant d'un trans- formateur de soudure ordinaire à 60 périodes et en superposant à ce courant de soudure un courant à haute fréquence on exécute un cordon de soudure dans une plaque d'acier de 3/8 pouce (10 mm) à l'aide d'une électrode filiforme de soudure en acier de 1/16 pouce (l, 5 mm) entourée d'un gaz protecteur conte- nant 5% d'oxygène et 95% d'argon.
L'addition d'oxygène à l'argon diminue l'intensité de courant à laquelle le transfert du métal passe d'un dépôt semblable à un globule à une pluie de fines gouttelettes. D'autre part, l'addition d'oxygène amélio- re l'action de soudure générale et la qualité de la soudure.
Le tableau suivant indique des conditions de soudure avec un fil de soudure de 1/16 pouce (1,5 mm) de diamètre composé d'acier CMS (défini plus loin) ou d'acier inoxydable, type 304, ou n 60 (défini plus loin).
Les soudures sont exécutées soit sur de l'acier inoxydable type 347 (défini plus loin) soit sur une plaque d'acier doux. On utilise un ajutage à gaz allongé de 1/4 pouce (6,3 mm) et on le place approximativement à 1/4 pouce (6,3 mm) au-dessus de la pièce. On fait circuler le gaz à la vitesse de
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60 à 70 pieds cubes par heure (1,8 à 291 m3/h). La vitesse de soudure (vi- tesse de déplacement) est de 30 pouces par minute (76 cm/min.)
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<tb> Soudure <SEP> Matière <SEP> Gaz <SEP> protecteur <SEP> Ampères <SEP> Vitesse <SEP> du <SEP> Transfert
<tb> N <SEP> courant <SEP> fil <SEP> en <SEP> de <SEP> métal
<tb>
<tb> alternatif <SEP> pouces <SEP> min.
<tb>
<tb>
<tb>
1 <SEP> Acier <SEP> doux <SEP> Argon <SEP> 200 <SEP> 134 <SEP> Gouttes <SEP> lentes
<tb>
<tb>
<tb> la <SEP> " <SEP> " <SEP> 225 <SEP> 184 <SEP> Transition
<tb>
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2 Il Ii 300 200 Gouttes rapi-
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<tb> des <SEP> à <SEP> pluie
<tb>
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3 il fi 390 286 Pluie
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<tb> 4 <SEP> " <SEP> Oxy-argon <SEP> s <SEP> 150 <SEP> 88 <SEP> gouttes <SEP> lentes
<tb>
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5 il if 200 124 Transition 5a il rr 225 184 Pluie 6 il ti 315 210 Pluie 7 Il If 500 500 Pluie
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<tb> 8 <SEP> Inoxydable <SEP> Argon <SEP> 300 <SEP> 230 <SEP> Pluie
<tb>
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8a if rr 230 184 Transition
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<tb> 9 <SEP> " <SEP> " <SEP> 210 <SEP> 130 <SEP> Gouttes <SEP> lentes
<tb>
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10 il Il 420 350 Pluie 11 Il Oxy-argon 5i 208 130 Gouttes lentes
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<tb> transition
<tb>
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lla il Ii 225 184 Pluie 12 ii fi 295 196 Pluie 13 r9 Il
515 400 Pluie
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<tb> # <SEP> 5% <SEP> d'oxygène, <SEP> 95% <SEP> d'argon
<tb>
Dans la soudure No. 5, on utilise une densité de courant de soudu-
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re de 65-500 ampères/pouce carré (260000 amp/ cm2).
Dans la soudure No. 11, on utilise une densité de courant de soudure de 68.300 ampères/pouce carré (27a300 amp/cm2).
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On exécute une série de soudures suivant l'invention pour détermi- ner les courants de transition auxquels le transfert de métal passe de la forme de gouttes à celle d'une pluie, et ces essais indiquent que les ampèra- ges les plus faibles auxquels le transfert de métal se transforme en une pluie sont 225 ou 200, selon que l'on soude de.l'acier doux dans l'argon ou dans le mélange oxy-argon spécifié, respectivement, et 230 et 208 selon que l'on soude de l'acier inoxydable sous une couche d'argon ou du mélange oxy- argon spécifié, respectivement.
Bien que la mesure dans laquelle le courant de transition est a- baissé ne soit pas importante, elle traduit une réduction certaine du cou- rant nécessaire. Ce qui importe davantage, toutefois, c'est la meilleure stabilité de l'arc et le meilleur aspect du cordon de soudure obtenu suivant le procédé de l'invention et ces caractéristiques sont bien définies.
Au point de vue de la gamme de fréquences du courant à haute fré- quence superposé, une basse gamme d'environ 2 mégacycles est considérée comme utilisable, la limite supérieure étant deel'ordre de 6 mégacycles. Mê- me avec une source de courant alternatif de soudure de 240 périodes, on a trouvé que la superposition de la haute fréquence était nécessaire pour sta- biliser et maintenir l'arc.
La proportion d'oxygène mélangé à l'argon suivant l'invention va- rie d'une quantité très faible, par exemple 1/10% d'oxygène dans le cas de métaux très réfractaires, comme le titane et le magnésium, à 20 â 50% dans le cas d'aciers pour lesquels la vitesse de soudure importe plus que la qualité de la soudure. Evidemment, un autre gaz inerte comme l'hélium pour- rait être utilisé au lieu d'argon ou être combiné à l'argon sans sortir du cadre de l'invention.
On trouvera ci-après les compositions de différents types de ma- tières indiqués plus haut.
Baguettes de soudure.
C. M. S. - C. M. S. désigne les métaux d'alliage dans cette baguette, c'est- à-dire le chrome, le manganèse, et le silicium. La composition est celle d'un acier au carbone moyen contenant moins de 2% au total de ces métaux d'alliage.
Type 304 - Norme fixée par l'American Iron and Steel Institute pour un al- liage de la composition suivante :C :s 0,08 max., Mn s 2,00 max., Si :1,00 max., Cr : 18,00 - 20,00; Ni g 8,00 - 11,00, P s 0,04 max., S : 0, 03 max.
Type 347 - Egalement norme de l'American Iron and Steel Institute pour un alliage contenant C :0,08 max., Mn : 2,00 max., Si 1,00 max., Cr :17,00 - 19,00, Ni :: 9,00 - 12,00, Cb :10 x C minimum, P : 0,004 max., S s 0,03 max.
No. 60 - Baguette de soudure dont les caractéristiques sont semblables au type 347, mais avec une légère modification de la composition en vue d'as- surer les propriétés de soudure satisfaisantes.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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The present invention relates to an improved method of alternating current arc welding, in which a shielding gas of argon and oxygen is used around a fusible metal electrode and an alternating potential is superimposed. high frequency to alternating welding current.
The process of the present invention gives an unexpected result, that is, the combination of the use of oxygen and. principle, argon as protective gas of the arc, the alternating welding current and the high frequency potential superimposed on the welding current, allows to obtain a transfer of metal from, 11 electrodes into fusible metal to the 'sub' part, in the form of a shower of droplets, with an intensity 'of alternating current - less than that which could be used heretofore, as well as' stable' operation and better appearance of the weld.
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With argon alone as the protective gas in an arc welding process using a high potential current at high frequency superimposed on an alternating current of 60 periods or of a lower frequency, one does not find no transfer of metal from the electrode to the fusible metal during the half-period of direct polarity of the weld alternating current below a certain relatively high amperage, or this transfer takes the form of a large globule of molten metal during this half-period.
If oxygen is added to the argon used as a shielding gas, the transfer of metal even below this current strength affects the form of a series of droplets or a rain, similar to that found in reverse polarity DC arc welding processes using a protective gas layer around the arc, thus improving the operation of the welding device and the weld bead. got. Argon can be replaced by helium in the shielding gas.
The invention will be described below with reference to the accompanying drawing:
A welding gun 10 is placed above the part 12 to be welded along a joint 14. This gun 10 comprises a gas nozzle 16 through which a controlled stream of a mixture of oxygen and gas is passed. argon through an arc shielding gas inlet port 18, this gas coming from any suitable power source. This stream of oxygen and argon flows around a solder rod or fusible metal wire which passes axially through the nozzle, with gas and wire both exiting through the open lower end. of the nozzle.
Workpiece 12 and wire 20 are connected to a high frequency voltage source 22 and to an alternating solder current source 24, by a suitable circuit comprising a contact tube with rod 26 and terminals 28 and 30. ; a voltmeter 32 and an ammeter 34 are mounted in this circuit to indicate the welding voltage and current, respectively.
The wire or rod 20 is hollowed out of a spool 36 and introduced into the gun 10 by a wire feed roller 38 which is driven by a wire feed motor 40 *
In operation, an arc A is established between the lower end of the electrode wire 20 and the part 12, above the joint 14, and, while the adjacent metal of the part and the end lower part of the wire melt under the effect of the passage of the welding current in this arc, the welding wire is advanced towards the joint 14 and the gun 10 is moved in the direction of the joint so as to weld the part 12.
The transfer of the molten metal from the wire 20 to the workpiece occurs as a shower of droplets at less welding current than is possible with a layer of protective gas of. the arc formed of essentially oxygen-free argon.
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Using an alternating weld current from an ordinary 60 cycle weld transformer and superimposing a high frequency current on this weld current, a weld bead is run through a 3/8 inch steel plate. (10mm) using a 1/16 inch (1.5mm) steel wire weld electrode surrounded by a shielding gas containing 5% oxygen and 95% argon.
The addition of oxygen to argon decreases the current at which the transfer of the metal changes from a deposit similar to a globule to a shower of fine droplets. On the other hand, the addition of oxygen improves the general soldering action and the quality of the solder.
The following table shows weld conditions with 1/16 inch (1.5mm) diameter weld wire composed of SMD steel (defined later) or stainless steel, type 304, or # 60 (defined further).
Welds are performed either on Type 347 stainless steel (defined below) or on mild steel plate. An elongated 1/4 inch (6.3 mm) gas nozzle is used and placed approximately 1/4 inch (6.3 mm) above the workpiece. The gas is circulated at the speed of
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60 to 70 cubic feet per hour (1.8 to 291 m3 / h). The welding speed (travel speed) is 30 inches per minute (76 cm / min.)
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<tb> Welding <SEP> Material <SEP> Gas <SEP> protector <SEP> Amps <SEP> Speed <SEP> of the <SEP> Transfer
<tb> N <SEP> current <SEP> wire <SEP> in <SEP> of <SEP> metal
<tb>
<tb> alternative <SEP> inches <SEP> min.
<tb>
<tb>
<tb>
1 <SEP> Soft <SEP> steel <SEP> Argon <SEP> 200 <SEP> 134 <SEP> Slow <SEP> drops
<tb>
<tb>
<tb> the <SEP> "<SEP>" <SEP> 225 <SEP> 184 <SEP> Transition
<tb>
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2 He Ii 300 200 Drops fast
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<tb> from <SEP> to <SEP> rain
<tb>
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3 il fi 390 286 Rain
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<tb> 4 <SEP> "<SEP> Oxy-argon <SEP> s <SEP> 150 <SEP> 88 <SEP> slow <SEP> drops
<tb>
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5 il if 200 124 Transition 5a il rr 225 184 Rain 6 il ti 315 210 Rain 7 Il If 500 500 Rain
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<tb> 8 <SEP> Stainless <SEP> Argon <SEP> 300 <SEP> 230 <SEP> Rain
<tb>
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8a if rr 230 184 Transition
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<tb> 9 <SEP> "<SEP>" <SEP> 210 <SEP> 130 <SEP> Slow <SEP> drops
<tb>
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10 il Il 420 350 Rain 11 Il Oxy-argon 5i 208 130 Slow drops
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<tb> transition
<tb>
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lla il Ii 225 184 Rain 12 ii fi 295 196 Rain 13 r9 Il
515 400 Rain
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<tb> # <SEP> 5% <SEP> oxygen, <SEP> 95% <SEP> argon
<tb>
In solder No. 5, a solder current density is used.
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re of 65-500 amps / square inch (260,000 amp / cm2).
In solder No. 11, a solder current density of 68,300 amps / square inch (27-300 amps / cm2) is used.
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A series of welds according to the invention are made to determine the transition currents at which the transfer of metal changes from drop to rain, and these tests indicate that the lowest amps at which the transfer of metal turns into a rain are 225 or 200, depending on whether you are welding mild steel in argon or in the specified oxy-argon mixture, respectively, and 230 and 208 depending on whether you are welding stainless steel under a layer of argon or the specified oxy-argon mixture, respectively.
Although the extent to which the transition current is lowered is not important, it reflects a definite reduction in the current required. What matters more, however, is the better stability of the arc and the best appearance of the weld bead obtained according to the process of the invention and these characteristics are well defined.
From the point of view of the frequency range of the superimposed high frequency current, a low range of about 2 megacycles is considered usable, the upper limit being on the order of 6 megacycles. Even with a 240 period AC weld source, the high frequency superposition has been found to be necessary to stabilize and maintain the arc.
The proportion of oxygen mixed with the argon according to the invention varies from a very small amount, for example 1/10% oxygen in the case of very refractory metals, such as titanium and magnesium, to 20 â 50% in the case of steels where weld speed is more important than weld quality. Obviously, another inert gas such as helium could be used instead of argon or be combined with argon without departing from the scope of the invention.
The compositions of the different types of materials indicated above will be found below.
Welding rods.
C. M. S. - C. M. S. designates the alloying metals in this rod, ie chromium, manganese, and silicon. The composition is that of an average carbon steel containing less than 2% in total of these alloy metals.
Type 304 - Standard set by the American Iron and Steel Institute for an alloy of the following composition: C: s 0.08 max., Mn s 2.00 max., Si: 1.00 max., Cr: 18.00 - 20.00; Ni g 8.00 - 11.00, P s 0.04 max., S: 0.03 max.
Type 347 - Also American Iron and Steel Institute standard for an alloy containing C: 0.08 max., Mn: 2.00 max., Si 1.00 max., Cr: 17.00 - 19.00, Ni :: 9.00 - 12.00, Cb: 10 x C minimum, P: 0.004 max, S s 0.03 max.
No. 60 - Welding rod similar in characteristics to Type 347, but with a slight change in composition to ensure satisfactory welding properties.
CLAIMS.
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