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, La présente invention est relative au soudage des métaux par l'arc électrique en atmosphère protectrice de gaz,et plus particulièrement au soudage avec électrode consommable; elle est caractérisée en ce qu'on détend un gaz liquéfié, notamment du gaz carbonique liquide,.au voisinage de l'arc pour réaliser 1'at- mosphère de protection de l'arc.,
Le soudage à l'arc en atmosphère protectrice s'opère habituellement en faisant jaillir un arc entre une pièce à souder et l'extrémité d'un fil électrode consommable amené de façon continue. L'arc est isolé de l'air ambiant par une atmosphère de gaz de protection, tel que l'argon ou le gaz carbonique, qui jusqu'à présent était amené à l'arc à l'état gazeux par des tubes flexibles et des conduits reliant les bouteilles.de gaz et le pistolet de soudage.
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La présente invention concerne un procédé et un appareillage de soudage à l'arc sous protection de gaz, dans lesquels on amène un gaz de protection à la zone de soudage à 1?état liquide.
Un des aspects de l'invention réside dans l'obtention dans un procédé et un appareillage de soudage à l'arc sous protection de gaz, du refroidissement de l'appareil par le fluide de protection de l'arc.
Un autre but de l'invention est de réaliser un appareil perfectionné de soudage à l'arc sous gaz de protection, admettant une intensité de courant 6levée et de dimensions relativement réduites,,
Les buts ci-dessus, ainsi que d'autres buts et avantages de l'invention, seront signalés ou apparaîtront d.'eux- mêmes dans la description détaillée ci-dessous et au dessin annexé.
Selon la présente invention, le fluide protecteur de l'arc est amené de sa source à l'arc à l'état liquide, puis est transformé en gaz au contact de l'arc ou dans son voisinage immédiato Ceci assure deux avantages inportants: (1) les dimen- sions extérieures du pistolet de soudage sont très réduites; (2) il se produit un refroidisse...ent soit de l'extrémité côté arc du tube guide ou de contact par lequel le fil électrode est amené à l'arc, soit de la buse d'où le gaz de protection est amené autour de l'arc, soit des deux simultanément. Les dimensions du pistolet de soudage sont réduites par la présente invention, parce que le gaz protecteur de l'arc est introduit en totalité ou en partie par le pistolet à l'état liquide et n'est pas vaporisé avant d'arriver à l'arc.
Une nasse donnée de gaz de protection n'occupe naturellement qu'un volume très
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réduit quand elle est lit,uéfiée; dès lors les dircns.um aes conduits d'alincntation dans un pistolet de soudage construit selon la présente invention correspondent à des sections très faibles, ce qui assure une réduction corrélative des dimensions extérieures du pistolet de soudage,
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Le refroidisse ent de I;extrêtuité c8t6 arc du pisto- let de soudage est obtenu suivant la présente invention grâce à la production de froid résultant de la très importante détente du gaz de protection au cours du passage de l'état liquide à l'état gazeux.
Le liquide absorbe 1;, chaleur de vaporisation et
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produit un effet de rcfroidisse-ent bien supérieur et dans une zone bien plus concentrée qu'avec la simple détente d'un gaz.
Il est possible de mettreprofit cet effet de re-
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froidissement concentre, en conjonction r<vec les faibles dirien- sions des passages du fluide de protection, à l'état liqueide, @éjà mentionnées ci-dessus, pour obtenir up pistolet de soudage admettant une intensité de courant exceptionnellement élevée par rapport à ses dimensions. Comme les conduits de gaz sont prati-
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quement suppriaes, 1'extrémité côté arc du pistolet peut être d'un dianbtre relativement faible.
De ce f,,,it, la quantité totale de chaleur absorbée par 1'extrémité côte arc du pistolet est bien moindre par unité de temps pendant le passage de l'arc que dans les pistolets habituels possédant des conduits de gaz de diaraè- tre relativement grand autour du tube d.e guidage et d'amenée de
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courant de l'électrode. En outre cette extrémité du pistolet est directeinciit souuise à un effet de refroic'..issecaent concentré @ produit par la vaporisation, et la détente du fluide de protec- tion de l'état liquide à l'état gazeux.
Cette combinaison d'un
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échauffèrent moindre et deun.refilo(lissement concentré permet de réaliser des pistolets qui supportons sans surchauffe des courants
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d'intensité exceptionnelle ent élevée C ci peut s'obtcnir sans qu'il soit nécess ire d'utiliser un fluide de refroieisse ent sépare tel que l'eau de refroidisse ent habituellement employée pour refroi@ir les pi.'tolets de soudage à l'arc admettant des intensités de courant dlevées.
Le gaz (le protection procure le refroidisse ent nécessaire en passant de l'état liquide à l'état gazeux et il n'est pas nécessaire d'employer un fluide de refroidissement séparéo
Il serait possible de mettre en oeuvre la présente invention avec tout fluide de protection liquéfiable sous pression modérée et susceptible d'êtr détendu pour produire un gaz donnant une atmosphère satisfaisante pour la protection de 1,'arc.
Poune les utilistions industrielles, le gaz doit aussi, au point de'vue pratique, être peu coûteux. Le gaz carboni. ue répond toutes ces conditions, et c'est le fluide de protection préféré pour la mise en oeuvre de l'invention. Il peut se liquéfier à la température ambiante sous une pression facile à obtenir.
Il peut facilement se détendre de 1?état liquide à l'état gazeux,, en donnant des températures de l'ort.re de -75 C à - 85 C dans le courant de gaz: détendu. Il est bon marché, puisqu'il est disponible en quantités industrielles dans des bouteilles où il est maintenu à l'état liquide à la tempérautre ambiante sous une pression de l'ordre de 56 kg/cm2
Il est satisfaisant à lui seul cornue gaz de protection pour certains arcs de soulage et peut s'employer en conjonction avec d'autres gaz de protection pour de nombreuses sortes d'arcs de soudage.
Il est donné ci-dessous une description détaillée de certains modes de réalisation de l'invention actuellement préférés, en conjonction avec une description des figures 1 à 12 du dessin annexé.
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La figure 1 est une représentation semi-schématique d'un dispositif de soudage selon la présente invention.
La figure 2 est une vue à échelle agrandie d'une partie du corps du pistolet de soudage de la figure 1.
La figure 3 est une coupe du corps du pistolet de soudage des fleures 1 et 2 selon le plan indique par l'axe 3-3 de la figure 2.
La figure 4 représente à échelle agrandie une partie d'une for e modifiée du canon du pistolet de soudage selon la présente invention.
La figure 5 est une vue en coupe du canon de la figure 4 selon l'axe 5-5 de la figure 4.
La figure 6 est une vue en coupe du canon de la figu- re 4 selon l'axe 6-6 de la figure 40
La figure 7 représente à échelle agrandie une partie du canon d'un pistolet de soudage selon une autre variante de l'invention.
La figure 8 est une vue en coupe transversale du canon de la figure 7 selon l'axe 8-8 de l'a figure 7.
La figure 9 représente à échelle agrandie une partie du canon d'un pistolet de soudage selon une autre variante de l'invention.
La figure 10 est une vue en coupe transversale du pi tolet de la figure 9 selon l'axe 10-10 de la figure9.
La figure 11 représente h échelle agrandie une partie d'un pistolet de soudage selon une autre variante de l'invention.
L . figure 12 est une vue en coupe transversale du pi@tolet de la figure 11 selon l'axe 12-12 de la figure Il.
L'appareil nécessaire pour la pise en oeuvre de la présonte invention consiste en une source de fil de soudag, en
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desmoyens pour anener ce fil à un pistolet de soudage, en un pistolet de soudage, une source de courant de sondage, une source de gaz liquéfié, et des moyens pour amener le gaz liquefié à l'état liquide au pistolet de soudage pour y être détende et introduit dans la zone de l'arc sous forme d'une atnosphère ga- zeuse de protection' de l'arc. En se référant à la figure 1, an fil électrode continu E est déroule d'une bobine 20 par des galets Entraîneurs 21 mûs par un moteur 22 pourvu d'une transmission appropriée.
Dans les appareils manuels, le fil électrode E est introduit dans un tube flexible 23 qui guide et contient le fil sur une certaine longueur jusque un pistolet de soudage 24. Le pistolet de soudage comprend une pièce qui assure le contact électrique avec le fil électrode, pcrmettant ainsi au courant de soudage d'arriver au fil électrode en un point intérieur au pistolet, de préférence près de l'embouchure du pistolet. Dans l'appareil des figures 1, 2 et 3, le courant de soudage atteint le fil quand celui-ci passe dans un tube Métallique de contact 30 qui constitue la partie principale du canon 26 de la torche de soudage 24. Le courant de soudage peut être fourni par une source 27 du type habituel, qui est reliée au tube de contact 30 du canon 26 et à la pièce à souder w.
La bouteille 28 représente une source quelconque de gaz liquéfia, telle qu'une bouteille de gaz carbonique liquide. Pour permettre de retirer le liquide du récipient à l'état liquide, un tube d'évacuation 29 plonge dans la bouteille jusqu'en un point veisin du fond;
permettant au gaz qui se rassemble dans le haut de la bouteille de refouler le liquide par le tube quand le robinet 31 de la bouteille est ouvert, Le liquide est conduit par un tube hautepression 32 hune chanbre annulaire distributrice 33 à l'arrière du pistolet de soudage @@où le liquide est distribue
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à un. ou plusieurs tubes 34 de petit diamètre qui slct.enctent
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sur toute la longueur du canon du pistolet et évacuent le
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liquide, a l'atmosphère à l'extrémité avant du pistolet.
Selon ce rui o¯t reprc:snt4 en figures 2 et 3, il jr a quatre tubes de petit iDDLr0 34 due cette sorte;, et ils sont de préférence disposes près du tube ce contact 36, de façon à être en échange <'<J chaleur av,-c lui, par exemple en les sou<:ant ou en les fixant. de touLe auLrc- 1.:1,nlèl'e dans des lufjeupnLs 6quiGi<taiit.x ii la Hurface ex(Ciii,ure du Lubc de contact., En plus du tube de contact 30 et c'p'- tubes à liquide de petit diamètre 34, le corps du pi.;tolc..t coaprend de préférence une gaine extérieure isolante 360 Pour faciliter l'enpioi manuel une poignée 37 en forne de croise de pijtolc't peut être fixée au canon de façon à réaliser un pi.tolet due soudage canuelv Le tube de contact 30 est de préf rcncc en cuivre ou autre aetal ou alliage de conductibilité électrique élevée.
Les tubes de petit diamètre 34 doivent pouvoir résister à des pressions élevées; ils ont dû préférence un cli,zaétre intérieur et une épaisseur cie paroi compa-l':\ble13 fi côll>,s des tubes utilisés pour la fabrication des ai- (juilics h.YfJodor'1i(ucS, d en fait on peut eriployer dans certains cas Ce: tube:; du co:liacrce utilises pour la, fabrication des i#1;;Uill<is 'iYPo<ter. i#¯uesa Ces tubes se tcc'incnl à la hauteur d'une Pl<1'."e pcrforce 36 munie (1Ln certain nombre de très petits orifices, p. i exei-iple due C,25 m c..e dianetre. On doit prendre garde e d ,n1 1 conception du y s t è 1.1 de distribution de liquide d'éviter "ulil Je produire au rein du système une diminution de pression suffisante pour :...c\...ner le liquide il retourni r à 1" 31 .se solide ou (J,':ZCLlse ;irÔ#:;ùtiir6.>ent.
Le gaz carbonique li Uiie ;'eut, #1 <'6..ir(, Pze SOUEj-rc!r0ic'it soit dans la. boutcill- 2, soit ci.¯u¯: 1';5 c.,ndi<itcs 32 et 34. soit dans
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1'ensemble simultanément,par les moyens habituels, pour remédier à cette difficulté.
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En fonctionnement, l'arc due soudage est nlî intenu entre lfélectroôe E et la pièce , taneis que le fil e-,t amène par le moteur d'aliQentatio en fil 22 vers ljare à une vitesse permettant de maintenir l'are en dépit de la fusion du fil et
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du transfert du métal fondu à la pièce. Le gaz erboni.,ue liquide fourni sous la pression du gaz de la bouteille 28 e-t a;.ien6 h l'État liquide par la tuyauterie à haute pression 32 au distri- buteur 33 et par les tubes 34 à l'extrémité av@nt de la torche de soudage.
Au moment où le liquide s'échappe des orifices de la plaque perforée 38 à l'extrémité des tubes 34, il se détend en formant du gaz carbonique à l'état gazeux ou un mélange de gaz et de neige carbonique qui forne un écran autour de l'extré- mité de l'électrode, de l'arc et du métal de soudage fondu. Le liquide, en se détendant de la pression sous laquelle il est
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riainlenu à l'état liquide, qui est voisine de 56 igJern2, à la pression atmosphérique, absorbe une grande quantité de chaleur et produit un refroidissement intense à son voisinage.
Ce phénomène refroidit le pistolet de soudage et suppri :e la nécessité
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du refroic.isse:ent auxiliaire à l'eau fréquemment employé dans @ les appareils de soudage à l'arc. Il apparaît sur les figures 1, 2 et 3 que les diucnsions extérieures du pi tolet de soudage,
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et par suite son poids, sont considérablement noindres nue celles des appareils correspondants employés a:vee le gaz c:.rbonic,ue amené au pistolet à l'état gazeux. Le rapport de dilatation du
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gaz carbonique de 1 ;t;.t liquide à 1 F état gazeux est d'environ 400.
Par suite, il ne faut que des quantités etr3ncent faibles de liquide pour fournir l' <.h1osi::llèrc -jroteelkrice n6ccssairea On a trouvé par exemple que le diamètre intérieur des tubes amenant
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. le liquide à l'arc peut être de l'ordre de quelques @@@@@mes de millimètre. Avec unè pression de 56 kg/cm2 dans la bouteille (pression à la température ambiante):. on peut amener environ
4,5 à 7 kg par heure de gaz carbonique liquide par chaque tube
34 quand le tube a approximativement 15 cm de long et se termine par un orifice de 0,25 mm de diamètre environ. Cette mène quan- tité de liquide fournie à la température ambiante donne par détente environ 2.8 m3/heure de gaz carbonique gazeux sous les conditions normales.
Cette détente et cette vaporisation produi- sent un refroidissement important dans une zone limitée à l'ex- trémité côté arc du pistolet.
Les figures 4, 5 et 6 représentent une variante du canon du pistolet où le liquide s'écoule dans le corps par un seul tube 41, et une chambre de distribution 42 communiquant avec un ou plusieurs orifices de petit diamètre 43. Une cheuise cylindrique 44 peut être soudée ou fixée de toute autre manière au tube'de contact 45 de la façon représentée dans les figures 4, 5 et 6 pour fermer la chambre de distribution 42 et pour former une jupe à l'extrémité du canon. Dans certains cas, une. telle jupe s'est révélée favorable au point de vue de l'efficacité de l'écran de gaz formé par la détente du gaz carbonique liquide en gaz carbonique gazeux. L'effet visible d'une telle jupe est d'augmenter la quantité de gaz carbonique solide formé.
De toute manière la détente du gaz carbonique le long de la jupe augmente l'effet réfrigérant du gaz carbonique sur l'ensemble de l'appareil.
Les figures 7 et 8 ,représentent une autre variante ou le liquide est introduit par un ou plusieurs tubes 51 dans l'espace entouré par une jupe 52 dans un plan perpendiculaire au fil électrode, les différents courants étant projetés
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tangentiellemeni à la circonférence intérieure de la jupe. Ceci produit un mouvement tourbillonnaire du gaz carbonique gazeux qui se détend et se déverse à l'état de masse tourbillonnante en dilatation au delà de lajupe pour former l'atmosphère protectrice de l'arc.
Ainsi une distribution circonférentielle du gaz de protection autour de l'arc peut s'obtenir mêne quand on n'utilise qu'un seul tube d'amenée de liquide et un seul orifice de sortie du liquide. Le choc direct du gaz carbonique en cou@s de détente contre la jupe augmente Inefficacité du refroidissemcnt produit sur le corps du pistolet par le gaz carbonique. Bien qu'il n'ait pas été représenté de gaine isolante pour l'appareil représenté dans les figures 4 à 8, une telle gaine serait évidemment utile.
Une autre façon d'user avec avantage de l'effet de refroidissement est de obnner au tube de contact une extrémité évasée, comme représenté dans les figures 9 et 100 Avec un tube de cette forme, le gaz carbonique liquide est projeté par les tubes de petit diamètre 62 sur l'extrémité évasée du tube de contact 61 de manière à réaliser un taux élevé -l'évacuation de la chaleur du tube de contact et à dévier simultanément le gaz en formant une zone de gaz protecteur en dilatation.
Une autre variante de l'invention est représentée dans les figures ll et 12, où une partie seulement du gaz provient du liquide amené au pistolet de soudage et détendu, et où le reste estamené au pistolet de soudage sous la forne gazeuse habituelle.
Ainsi dans les figures 11 et 12, le gaz carbonique liquide peut être amené par les tubes 71 aux orifices 72 d'ou le liquide est détendu à l'état gazeux dans une chambre annulaire 73 disp@@ée entre une buse raétallique 74 et un prolongenent concentrique de la gaine isolante 70 du corps. Cette détente à l'intérieur de cette buse annulaire refroidit efficacerent l'appareil et fournit
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un courant annulaire de gaz provenant de la buse'et constituant une partie de l'atmosphère de protection.
Un autre gaz de protection, qui peut être. de l'argon ou de l'hélium gazeux, ou un autre gaz inerte, peut être amené à 1 intérieur de la buse autour du tube de contact habituel, ou bien, conne représenté, à l'intérieur d'un tube de contact spécial 75 muni d'un dispositif intérieur pour le passage du gaza Dans un dispositif de ce genre, le gaz de protection est amené par les fentes en forme de croix 76 le long du fil électrode E et sort autour du fil à l'intérieur de la buse 74.
Le gaz carbonique est amené par des conduits 71 à l'état liquide et détendu dans la buse annulaire de façon à refroidir la buse et à fournir un courant périphérique de gaz carbonique autour de l'argon ou autre gaz de protectiono Ce mode de réalisation parait convenir surtout pour l'emploi avec une électrode consommable, mais il importe de noter qu'il doit fonctionner égalèrent bien avec une électrode non consommable, telle qu'une électrode de tungstène.
Il existe évidemment d'autres variantes de l'invention en plus de celles représentées et décrites ci-dessus. Dans toutes ces variantes, on conserve les avantages de dimensions faibles et d'un refroidissement suffisant et sans dispositif auxiliaire.
On doit comprendre que l'invention n'est pas linitée aux formes particulières représentées, mais peut s'employer d'autres manières sans s'écarter de son principe.