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La présente invention a trait à un procédé et à un appareil de coupe de métaux par érosion par arc électrique et constitue un perfectionnement ou une variante de l'invention révélée dans le bre-vet belge n 560,424 de la demanderesse.
Pour couper les métaux par l'érosion par arc électri- que, un arc électrique, établi entre une électrode sensiblement non consumable, par exemple une électrode de tungstène, et une avec pièce d'oeuvre à couper, passe par un passage d'un bec/un courant de grande vitesse d'un gaz protecteur qui peut consister en un gaz inerte ou en un mélange de gaz inerte et réducteur, selon
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la mature' des métal à couper Un procédé de cette nature. est, révé- lé dans le brevet au même n 554.912.
A cause de.la chaleur intense et de la nature corrusi ve des fumées produites pendant la mise en oeuvre de ce procédé, les assemblages de tête, employés pour la soudure à l'arc élec- trique faisant usage d'une électrode non consumable, ne convien- nent pas entièrement pour le présent usage, du fait de leur vie brève.
Le brevet belge n 560,424 susdit comprend une revendica- tion 1 portant sur un assemblage de tête pour coupeuse par éro- sion par arc électrique, comprenant un bottier ayant un bec pro- tecteur remplaçable, fait d'une matière réfractaire résistant à l'érosion, délimitant un passage autour d'une électrode non con- sumable, supportée dans le bottier, de manière que son bout s'en- gage dans ledit bec ou passe par ce dernier, des raccords desti- nés à fournir un gaz protecteur au bottier de manière qu'il s'éco le autour de l'électrode et par le passage, une électrode secon- daire, destinée à soumettre le gaz protecteur à l'ionisation avant qu'il ne quitté ledit bec, et des raccords destinés à ali- menter les électrodes non consumable et secondaire en courant électrique.
Il a été observé, pendant le coupage par érosion par arc électrique de certains métaux, particulièrement de ceux qui présentent une conductivité thermique relativement faible, tels que l'acier inoxydable, que le métal fondu a tendance à s'écouler le long du bord inférieur de chaque coté de la coupure et à for- mer pont sur la coupure. En outre, la scorie adhère parfois au bord inférieur des côtés de la coupure et l'enlèvement de la sco- rie et du métal formant pont nécessite une opération de nettoyage après que le coupage a été terminé.
Selon un aspect de la présente invention, dansun assem- blage de tête, destiné à une coupeuse par érosion par arc élec- belge trique selon le brevet/560.424, la demanderesse propose d'utiliser un bec auxiliaire, disposé dans le voisinage du bec protecteur
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remplaçable pour diriger un jet de fluide dans une coupure for- mée par l'arc électrique.
De préférence, le bec auxiliaire est situé près du bec. de manière réglable. Suivant une variante, le bec protecteur rem plaçable et le bec auxiliaire peuvent être relativement fixes et ces organes peuvent constituer un seul organe. Le bec auxiliaire paut être monté sur le bec.
L'ouverture de sortie du bec auxiliaire peut être de forme allongée, la grande dimension de l'ouverture de sortie étant disposée de manière à s'étendre dans la direction longitu- dinale de la coupure.
Le bec auxiliaire peut être disposé de manière que son ouverture de sortie soit proche du bord inférieur de la coupure.
Selon un autre aspect de la présente invention, dans un procédé de coupe de métaux par érosion par arc électrique, dans lequel un arc électrique, établi entre une électrode sdnsi- blement non consumable et une pièce d'oeuvre à couper, passe à travers un bec étranglé avec un courant de grande vitesse d'un gaz protecteur qui peut consister en un gaz inerte ou en un mélan ge de gaz inerte et réducteur, un jet de fluide est dirigé dans la coupure et dans le voisinage de l'arc électrique pour éliminer la matière non désirée hors de la coupure.
Le fluide peut être un gaz et l'on préfère employer des gaz qui produisent 2 à 50% d'oxygène dans le jet passant par la coupure. Les gaz préférés sont l'air et l'anhydride carbonique comprimés.
Une construction d'assemblage de tête, destinée à une coupeuse par érosion par arc électrique, selon la présente inven- tion, va maintenant être décrite à titre d'exemple en se référant aux deux figures annexées.
La figure 1 représente une section de l'assemblage, le long de l'axe de l'électrode.
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La figure 2 représente un schéma de circuit des rac- cords de la coupeuse,
Il est maintenant fait référence à la figure 1 des dessins; l'assemblage de tête consiste en un bottier tubulaire ayant,à son extrémité destinée à se disposer, pendant le fonc- tionnement du dispositif, près de la pièce d'oeuvre, un bec an- nulaire 1, fait principalement de cuivre, comportant un passage périphérique à fluide de refroidissement 2 communiquant avec des conduits d'entrée et de sortie 3 et 4 Le bec comprend un pièce rapportée de bec remplaçable 5, d'électrographite, ayant un alé- sage 6 coaxial à l'assemblage. Cet alésage a une section légère- ment plus grande que le bout de l'électrode non consumable 7, qui est montée coaxialement à l'assemblage.
En tant que variante de l'emploi d'une pièce rapportée de bec remplaçable 5, cette par- tie peut être d'une pièce avec le bec annulaire 1.
Le bec 1 est monté par des filets de vis sur un organe de corps 8 qui est pareillement monté sur une monture 9 qui permet de fixer l'assemblage sur le corps isolant 10 d'une tête de soudure ordinaire employée pour la soudure à arc à protection de gaz inerte, par une électrode non consumable. La partie supé- rieure de la monture comprend une bague fendue 9a qui est agencée pour être bloquée sur le corps 10 par un boulon (non représenté) qui passe par des trous 9b de la bague. Une bague 12 est utili- sée pour empêcher la pénétration de l'eau de refroidissement dans le bottier. Il faut observer que les intérieurs de l'organe de corps 8 et du bec 1 ont une section convergente dans la direction du bec, pour diriger le gaz protecteur vers l'alésage 6 sans tur- bulente .
L'électrode 7 est montée coaxialement dans le boîtier par un organe de support 11, agencé pour être porté par le corps 10. Cet organe de support 11 comporte des passages ou des pores
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par lesquels le gaz protecteur peut s'écouler vers l'intérieur du bottier et autour de l'électrode 7, et il peut être fait d'un oxyde ou d'oxydes d'aluminium, de zirconium, de silicium ou de magnésium. Si l'organe de support 11 est d'une matière convena- ble le courant électrique destiné à l'électrode 7 peut être amene à l'électrode par cet organe. Dans une variante, des raccords électriques ordinaires, disposés dans le corps 10 peuvent être utilisés pour amener le courant électrique à l'électrode 7.
Ces raccords électriques peuvent permettre un déplacement de régla- ge axial de l'électrode 7, en vue de la régler initialement et pour compenser l'usure de l'électrode en service, qui peut se produire pendant un travail intensif, bien que l'électrode fût sensiblement non consumable.
Il faut observer que, dans la construction représentée figure 1, le bout de l'électrode 7 est disposé dans l'alésage 6 de la pièce rapportée de bec 5. Un passage annulaire destiné à l'écoulement du gaz protecteur autour . de l'électrode est ainsi formé dans le bec 1 et sa pièce rapportée 5. En fonctionnement, un arc électrique s'établit entre le bout de l'électrode 7 et une pièce d'oeuvre 14 (voir figure 2) par l'alésage 6 ,et le gaz protecteur s'écoule depuis le passage, annulaire autour de l'élec- trode, à grande vitesse, par l'alésage, vers la pièce d'oeuvre.
Pour ioniser le gaz protecteur, on établit une déchar- ge électrique entre l'électrode 7 et une électrode secondaire.
Dans le présent assemblage, le bec/et la pièce rapportée de bec 5 servent d'électrode secondaire, un courant électrique à haute est @ fréquence étant fourni au bec 1 par,le conduit 4 qui/ fait de matière conductrice électrique ou comporte un conducteur. Dans certaines applications, le courant électrique de haute fréquence peut être interrompu après l'établissement de l'arc de coupe.
La figure 2 montre la manière dont le courant électri- que est pris à une source de courant continu 13 et alimente un
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arc électrique établi entre l'électrode 7 et une pièce d'oeuvre 14, un courant de haute fréquence, provenant d'une source 15, telle qu'un oscillateur du type à intervalle disruptif, étant amené à un arc pilote établi entre l'électrode 7 et le bec 1 Une résistance 16 est nécessaire dans le circuit de l'arc pilote.
La valeur optimum pour la partie de cette résistance, connectée entre le bec 1 et la pièce d'oeuvre 14 varie selon le gaz pro- tecteur employé : pourl'argon,la valeur est d'environ 15 ohms, pour l'azote, elle est d'environ 3 ohms. Selon la présente inven tion, un bec auxiliaire 18 de matériau réfractaire tel que le carburécémenté de tungstène, est disposé dans le voisinage du bec 1 et est agencé de manière à diriger un jet de fluide dans la coupure, derrière l'arc. Le bec auxiliaire 18 est monté sur le bec 1 au moyen d'un organe à collet 19 qui entoure le bec 1 et est fendu en 20 pour recevoir un goujon fileté 21, fixé au bec auxiliaire 18.
Un écrou de maintien 22 coopère avec le goujon 21 pour brider l'organe à collet 19 et le bec 1 et pour maintenir le bec auxiliaire 18 dans la position relative voulue par rapport au bec 1. Le bec auxiliaire 18 peut avoir une forme allongée, la grande dimension de l'ouverture de sortie s'aligant sur la cou- pure. Ainsi, ce bec peut avoir une forme en queue de poisson en élévation latérale, comme le montre la figure, l'ouverture de sortie de ce bec ayant les dimensions internes de 3/8 de pouce de longueur sur 3/64 pouce de largeur. La distance séparant les axes du bec 1 et du bec auxiliaire 18 peut être de 1/2 à 1 pouce et, pendant le fonctionnement du dispositif, le bec auxiliaire peut être parallèle au bec 1 ou être incliné sur ce dernier. Dans le dessin, le bec auxiliaire 18 est incliné vers l'avant.
De pré- férence, la sortie du bec doit être proche.du bord inférieur de la coupure. Ainsi, dans le cas de pièces d'oeuvre épaisses, le bac auxiliaire 18 est disposé de manière à s'étendre dans la cou- pure. Lorsque la coupe est en voie de se faire, un arc élec- trique s'établit entre le bout de l'électrode 7 et la pièce d'oeu vre 14 coupée et l'on fait usage de la décharge électrique de
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auxiliaire haute fréquence entre 1'électrode/et l'électrode 7, pour l'amor çage de l'arc, un gaz protecteur étant amené par le- boîtier au bec 1 pour protéger l'arc.
L'assemblage de tête est déplacé par rapport à la pièce d'oeuvre 14 pour maintenir l'arc électrique et couper la pièce d'oeuvre, et le bec auxiliaire 18 se déplace par rapport à la pièce d'oeuvre, derrièrele bec 1 le long de la ligne de la coupure. Le gaz protecteur passant par le bec 1 peut être composé de gaz inerte et réducteur. Par "gaz inerte", on entend ici un gaz qui n'exerce pas d'effet appréciable sur l'élec- trode ou aur le métal en voie d'être coupé, pendant une opération particulière de coupe électrique.
Le gaz protecteur peut consis- ter en azote seul ou en un mélange de 5 à 75% en volume d'hydro- gène et d'au moins un des gaz choisis dans le groupe comprenant l'azote, l'argon, l'anhydride carbonique et les hydrocarbures gazeux à la température atmosphérique normale, tels que, par exem- ple, le méthane, le propane ou l'acétylène.
Pour empêcher ou pour réduire la formation de la sco- rie ou de la matière formant pont à l'endroit du bord inférieur de chaque coté de la coupure, un jet de fluide est dirigé dans la coupure, derrière l'are électrique, pendant la coupe, par le bec auxiliaire 18. Ce fluide, qui est de préférence un gaz, consis te généralement en air ou en anhydride carbonique comprimés, par- ticulièrement lorsque les matières coupées sont ferreuses. D'au- tres fluides, par exemple l'eau, l'oxygène, l'hydrogène, l'azote ou l'argon, peuvent avoir un effet en ce qu'elles chassent hors de la coupure le métal formant pont, mais l'on a trouvé que l'air comprimé et l'anhydride carbonique sont bien supérieurs pour l'é- limination de la formation de la scorie au bord inférieur de la coupure, sans affecter de manière nocive les surfaces coupées.
On estime que le mécanisme de l'élimination de la scorie par l'emploi de ces gaz préférés est plus qu'une simple éjection physique du métal fondu. Ainsi, il apparaît qu'une oxydation limitée du métal fondu par le jet de gaz est avantageuse. L'élimination du métal
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peut être facilitée par la chaleur supplémentaire de l'oxydation et par l'effet de l'oxydation sur la tension superficielle du métal fondu. D'autres gaz ou mélanges de gaz, aptes à fournir de 2 à 50% d'oxygène dans le jet de gaz lorsqu'il passe par la coupure, peuvent aussi être employés s'il est requis d'obtenir des résultats supérieurs .
Les données numériques de trois applications typiques du procédé vont maintenant être citées à titre d'exemple.
EXEMPLE 1
Une plaque d'acier inoxydable de 2 pouces d'épaisseur fut coupée à une vitesse de 10 pouces par minute. Le gaz protec- teur consistait en un mélange d'azote 'et d'hydrogène dans la proportion respective de 3 à 1 mélange qui fut apporté avec le débit de 80 à 100 pieds cubes par heure.
Le bec auxiliaire fut alimenté en air à une pression de 25 livres anglaises par pouce carré et avec un débit de 150 pieds cubes par heure. La tension de l'arc était de 70 volts et le courant continu avait une intensité de 500 à 600 ampères,l'élec trode étant reliée au pôle négatif de la source.
EXEMPLE 2
Une plaque d'aluminium d'une épaisseur de 1 pouce fut coupée à une vitesse de 30 pouces par minute. Le gaz protecteur consistait en un mélange d'azote et d'hydrogène dans une propor- tion respective de 3 à 1 et le mélange fut apporté avec un débit de 80 pieds cubes par heure.
Le bec auxiliaire fut alimenté en azote à une pression de 5 livres anglaises par pouce carré et avec un débit de 150 pieds cubes par heure. La tension de l'arc était de 75 à 70 volts et le courant continu, d'une intensité de 300 à 350' ampères, l'électrode étant reliée au,pale négatif de la source.
EXEMPLE 3
Une plaque d'acier inoxydable d'un pouce d'épaisseur
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fut coupera une vitesse de 25 pouces par minute .Le gaz protec- teur consistait en un mélange d'azote et d'hydrogène dans une proportion respective de 3 à 1 et le mélange fut apporté avec un débit de 80 à 100 pieds cubes par heure.
Le bec auxiliaire fut alimenté en eau avec un débit de 50 à 60 gallons par,heure. La tension de l'arc était de 70 volta et l'intensité du courant continu,,de 450 à 500 ampères, l'électrode étant reliée au pôle négatif de la source.
Dans chaque application, les sur aces coupées produi- tes étaient propres, égales et complètement dépourvues de scorie, et aucune formation de pont ne s'était produite.