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La présente invention a trait aux électrodes conti- nues, partiellement enrobées, pour le soudage à l'arc. Elle a trait, plus particulièrement, à une électrode spécialement des- tinée au soudage semi-automatique, au moyen d'un pistolet manuel alimenté par un dévidoir automatique. Pour un maniement aisé du pistolet, il est très désirable que le fil électrode soit souple, et par conséquent de faible section. D'autre part, il est égale- ment souhaitable que ce fil soit apte à être fondu à un taux horaire élevé, comparable à celui qu'on obtient, avec un fil nu utilisé en atmosphère de gaz inerte ou avee un flux en poudre.
Il faut pour cela que ce fil puisse être dévidé à grande vitesse et qu'il supporte, en raison de sa faible section, une densité de courant élevée. Il faut également, bien entendu, que ce fil permette, dans les conditions précitées,d'obtenir une soudure
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d'excellente qualité, exempte de soufflures et d'inclusions. A cet effet, il est désirable d'adjoindre au fil une quantité d'enrobage importante,et il faut encore que cet enrobage adhère bien au fil souple, tout en laissant des surfaces dénudées suffi- santes pour l'amenée de courant.
.
En raison de ces exigences aussi diverses que contra- dictoires, de nombreuses solutions ont été proposées pour le soudage semi-automatïque avec électrode continuenpartiellement enrobée mais aucune n'a pu jusqu'ici répondre aux besoins indus- triels. En particulier, on ne connaissait pas jusqu'ici d'élec- trode continue semi-enrobée permettant de souder en toutes posi- tions, même au plafond. L'invention apporte une solution à ce dernier problème en même temps qu'elle répond aux différents desiderata rappelés au début.
Suivant la présente invention, on prévoit, pour le soudage semi-automatique à l'arc électrique, une électrode con- tinue constituée d'un fil métallique central autour duquel sont répartis, enroulés en hélice, des fils métalliques extérieurs partiellement enrobés de flux, caractérisée en ce que le flux est disposé entre ces fils extérieurs de manière à empêcher le passage direct, d'un fil à l'autre, de courants électriques in- tensesy et en ce que les fils extérieurs n'ont avec le fil central qu'un contact électrique imparfait, de telle sorte que la majeure partie sinon la totalité du courant de soudage passe en succession rapide dans chacun des fils extérieurs à mesure qu'ils fondent.
Chaque fil élémentaire est ainsi soumis périodiquement à une forte densité de courant, et l'on constate que le transfert du métal dans l'arc s'opère sous la forme d'une projection de gouttelettes très fines, comme dans le soudage en atmosphère d'argon avec haute densité de courant. Un tel phénomène n'avait
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jamais été constaté jusqu'ici avec des électrodes enrobées ou semi-enrobées, et il apparaît donc comme la manifestation d'une caractéristique propre et nouvelle de l'électrode suivant la présente invention. Il se produit aussi bien en courant continu qu'en courant alternatif et présente un très grand intérêt,car il permet de souder en toutes positions, même au plafond, alors qu'avec la fusion normale, en grosses gouttes, on ne peut souder qu'à plat.
Il convient également de remarquer que la fusion caractéristique en gouttelettes n'apparaît, dans le soudage en gaz inerte, qu'aux très fortes densités de courant, tandis qu'elle se manifeste, avec l'électrode de 1'invention, à partir d'une densité de courant moyennement forte, si on rapporte l'intensité du courant de soudage à la section métallique totale de l'élec- trode.
Le glissement de l'arc d'un fil à l'autre, à mesure que le premier raccourcit en se consumant, se produit à une ca- dence rapide, par exemple de l'ordre de 200 fois par seconde,en courant continu. Il est analogue au phénomène constaté avec les faisceaux d'électrodes en baguettes assemblées par un enrobage commun. On sait que ces faisceaux procurent ainsi une augmentation appréciable du taux de fusion,autrement dit de la quantité de métal fondue par ampère dans l'unité de temps, avantage qui est également obtenu avec l'électrode continue suivant l'invention.
Cependant, les faisceaux d'électrodes précités sont composés de baguettes rigides de faible longueur, généralement disposées côte-à-côte, et dont les diamètres s'échelonnent dans la gamme. habituelle des électrodes enrobées, c'est-à-dire entre 2 et 8 mm.
Suivant une forme de mise en oeuvre de l'invention, lisolement électrique entre fils est obtenu d'une manière parti-
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colièrement simple en utilisant, pour la fabrication de l'élec- trode, des fils non décapés. La très légère pellicule d'oxydes qui recouvre habituellement les fils venant d'être tréfilés cons- titue un isolant, sans doute imparfait, mais en tout cas suffisant pour les fins de la présente invention,car la présence de cette pellicule, jointe à la faible surface de contact géométrique des fils entre eux, limite le passage de courant d'un fil à l'autre à une valeur inférieure à celle nécessaire pour l'entretien d'un arc, de sorte que l'arc n'intéresse qu'un fil à la fois.
A titre indicatif, on a mesuré, dans une électrode conforme à l'invention, une résistance de contact de l'ordre de 0,2 ohm entre le fil central et les fils extérieurs. Cette résistance paraît suscepti- ble de provoquer, aux fortes intensités, une chute de tension suffisante pour empêcher l'allumage d'un arc sur le fil central.
En pratique, il suffira généralement que le seul fil central soit utilisé à l'état non décapé. De toutes façons, il est nécessaire que les arêtes extérieures des fils périphéri- ques soient dénudées pour assurer un bon contact avec la buse d'amenée de courant du pistolet de soudage. Suivant une forme préférée de mise en oeuvre de l'invention, il est même avantageux de conformer les fils périphériques de manière à ce qu'ils soient tangents, suivant un arc aussi grand que possible, au cercle cir- conscrit au faisceau de fils.
Cette disposition, représentée schématiquement fi- gure 1, donne une grande surface de contact avec la buse,et en réduit l'usure ainsi que l'échauffement. Elle permet par suite de se dispenser d'une circulation d'eau pour refroidir la buse, même aux fortes intensités. Pour améliorer encore là tenue de la buse,on pourra également, suivant l'invention, ménager un léger intervalle entre le flux et le cercle circonscrit au fais- ceau de fils, de la manière représentée figure 1. On réduit
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ainsi au minimum l'usure de la buse par abrasion due au flux.
On a encore trouvée suivant l'invention, que pour incorporer utilement à l'électrode un volume maximum de flux,et assurer une excellente adhérence de ce flux aux fils métalliques, il est avantageux de former l'électrode d'un fil central entouré de trois fils extérieurs sensiblement égaux et régulièrement espacés, dont le diamètre est compris entre 0,8 et 1,5 fois le diamètre du fil central.
, Le calcul suivant montre que cette disposition,qui assure une excellente adhérence du flux, en réalisant un véritable encastrement entre les fils, permet également de loger un volume maximum de flux pour une. section métallique donnée soit, dans une électrode torsadée du type ci-dessus, représentée figure 1: t
A le rayon du fil central,
B le rayon d'un fil externe , m = B/A le rapport entre ces rayons
A
C la section totale des fils métalliques,
D la section de l'enrobage. p = D/@ le rapport entre ces sections.
C
EMI5.1
Osa p = E. = J( (A + 2B) 2 - 1t A 2 - 3 X 132 C 1t A + 3.QB
EMI5.2
en remplaçant B par mA = B/A x A, il vient : A
EMI5.3
On calcule ensuite p en fonction de m.
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Quelques valeurs caractéristiques sont notées ci-après:
EMI6.1
<tb> pour <SEP> m <SEP> = <SEP> 0,10 <SEP> p <SEP> = <SEP> 0,40 <SEP> m <SEP> = <SEP> 0,66 <SEP> p <SEP> = <SEP> 1,33
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,20 <SEP> 0,75 <SEP> 0,80 <SEP> 1,31
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,30 <SEP> 1,02 <SEP> 1,00 <SEP> 1,25
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,40 <SEP> 1,20 <SEP> 1,50 <SEP> 1,07
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,50 <SEP> 1,28 <SEP> 2,00 <SEP> 0,92
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4,00 <SEP> 0,65
<tb>
pour m = 0,66, p passe par la valeur maxima p = 1,33, ainsi qu'il apparaît sur le graphique figure 2 représentant la courbe p en fonction de m.
Pour toutes les valeurs de m comprises entre 0,25 et 2y p reste supérieur à 0,9, et par conséquent l'électrode comprend un volume de flux sensiblement égal au volume de métal, ou même légèrement supérieur à ce dernier.
En admettant que la densité de l'enrobage soit voi- sine de 2,5,le poids d'enrobage peut ainsi sélever jusqu'à environ 30 % du poids total de l'électrode pour une électrode en acier, c'est-à-dire deux ou trois fois plus qu'avec les électrodes continues semi-enrobées précédemment réalisées. En pratique, avec 15 à 25 % en poids d'enrobage, on obtient de bons résultats avec l'électrode suivant l'invention.
Du point de vue tenue de l'enrobage, comme du point de vue contact électrique entre l'électrode et la pièce d'amenée de courant, on préférera les valeurs de m plutôt fortes que fai- bles, comprises par exemple entre 1 et 1,5 , pour lesquelles les fils externes sont un peu plus gros que le fil central.Pour ces mêmes valeurs, la souplesse du fil est également maximum, pour une section de métal donnée.
Il convient encore de remarquer que l'électrode suivant l'invention met en oeuvre un principe bien différent de celui d'après lequel sont conçues la,plupart des électrodes continues semi-enrobées, où des fils extérieurs de faible section ont pour rôle essentiel d'amener le courant de soudage jusqu'au
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fil central, en servant de "pont" entre ce fil et .la buse du pistolet. Au contraire, dans l'électrode suivant l'invention, les fils élémentaires sont pratiquement isolés les uns des autres, et l'arc est transféré à une cadence très rapide d'un fil à l'au- tre, ainsi qu'on a pu s'en rendre compte à l'évidence par l'obser- vation cinématographique à grande vitesse (3.000 images par se- conde), et par oscillographie.
Il parait vraisemblable que la totalité du courant passe dans un seul des fils extérieurs à la fois, de sorte que ce fil est soumis à une très forte densité de courant, ce qui expliquerait la fusion en fines gouttelettes,qui a été constatée en soudant avec une électrode, conforme à l'inven- tion, constituée de quatre fils de 1,2 mm, présentant une sec- tion de métal de 4,5 mm2,sous une intensité de 280 ampères,avec une tension d'arc de 30 volts. La densité de courant apparente est dans ces conditions, de 62 ampères/mm2, mais en fait, puisque l'arc parait bien n'intéresser jamais qu'un des fils à la fois, la densité de courant réelle s'élève à 250 ampères/mm2, ce qui correspond aux densités de courant du domaine du soudage en gaz inerte, avec'électrode fusible.
Il est également vraisemblable de supposer que le fil central est simplement fondu par la chaleur rayonnée par l'arc,ce qui est une des raisons de l'augmentation du taux de fusion constatée.
L'électrode suivant l'invention s'emploie à l'air libre avec d'excellents résultats. Elle pourra également, le cas échéant, être utilisée avantageusement pour le soudage en atmos- phère d'argon et surtout d'anhydride carbonique, dans lequel l'enrobage abondant de l'électrode suivant l'invention est à même d'apporter des effets métallurgiques particulièrement favorables.
L'électrode suivant 11invention peut également être fabriquée en torsadant ensemble des fils complètement enrobés de flux au préa- lable, puis en ,décapant les arêtes extérieures de ces fils. Une
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telle électrode pourrait également être réalisée sans fil central.
Cependant, la présence d'un fil central est préférable car elle permet, ainsi qu'il a été exposé plus hautd'augmenter la quan- tité d'enrobage. D'autre part, il est économiquement beaucoup plus avantageux d'enrober en une seule opération l'électrode com- plète, plutôt que d'enrober les fils un à un, et il parait donc avantageux d'accorder la préférence aux formes de réalisation décrites plus haut.
L'électrode suivant l'invention peut encore être réalisée avec les fils extérieurs répartis en deux couches concen- triques, enroulées en hélices de sens contraires, la couche interne étant formée de 3 fils,et la couche externe de 3 ou 4 fils. Dans ce cas également,' il est préférable que ceils soient réguliè- rement espacés et aient des sections sensiblement égales. entre elles, et peu différentes de celle du fil central. Dans le cas, le plus usuel, où les fils sont de section circulaire ou sensible- ment circulaire,le diamètre de chaque fil extérieur est de pré- férence compris entre 0,8 et 1,5 fois le diamètre du fil central, ce qui correspond à un rapport de sections compris entre 0,64 et 2,25.
Cette disposition des fils extérieurs en deux couches permet d'augmenter encore plus la proportion d'enrobage,et de réaliser des électrodes de forte section mais néanmoins très flexibles , étant constituées uniquement par des fils relative- ment fins.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.