CH278054A - Procédé de soudage de métaux à l'arc et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. - Google Patents

Procédé de soudage de métaux à l'arc et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.

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CH278054A
CH278054A CH278054DA CH278054A CH 278054 A CH278054 A CH 278054A CH 278054D A CH278054D A CH 278054DA CH 278054 A CH278054 A CH 278054A
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sep
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/24Features related to electrodes
    • B23K9/28Supporting devices for electrodes
    • B23K9/29Supporting devices adapted for making use of shielding means
    • B23K9/291Supporting devices adapted for making use of shielding means the shielding means being a gas

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Description


  Procédé de soudage de métaux à l'arc et dispositif pour la mise en aeuvre de ce procédé.    L'invention comprend un procédé de sou  dage de métaux à l'arc et un dispositif pour  la mise en ouvre de ce procédé; elle s'appli  que notamment à des métaux difficiles à sou  der, tels que le magnésium, l'aluminium,  l'acier inoxydable, et à des alliages et des  bronzes spéciaux. Selon des procédés connus,  l'arc et les parties fondues de la pièce à usi  ner sont protégés par un gaz non oxydant,  par exemple un gaz noble monoatomique, tel  que l'hélium ou l'argon. L'arc est tendu au  travers du gaz, entre la pièce à usiner et une  électrode métallique réfractaire, qui est for  mée de préférence d'une matière qui, prati  quement, ne se consume pas, par exemple le  tungstène ou le molybdène.  



  Les procédés de ce genre ont été sujets à  l'instabilité, au déplacement ou au soufflage  de l'arc, c'est-à-dire que l'arc est flottant et  tend à se déplacer sur le bout de l'électrode,  d'une tache chaude à une autre, ou à s'étein  dre. Ce phénomène s'est montré très fâcheux,  parce qu'il a parfois pour résultat des cor  dons de soudure irréguliers, asymétriques,  faibles et non uniformes, dont la surface pa  raît noire et sale.  



  Le courant ne pouvait pas être utilisé  avec une grande densité, seules des plaques  minces pouvaient être soudées, la rapidité de  soudage était faible et la détérioration de  l'électrode était grande. La distance du bec  ou cratère à gaz et de la pièce à souder de  vait être maintenue si courte que l'opérateur    avait de la difficulté à vérifier le fonctionne  ment. Le soudage était généralement difficile  et ne donnait pas un résultat régulier.  



  Dans le soudage au courant alternatif,  quelques-unes de ces difficultés étaient attri  buées à un redressement, qui éliminait en  partie ou complètement la moitié positive du  cycle de l'électrode. Pour y parer, on a pro  posé d'utiliser, séparément ou en combinaison,  des enduits capables d'émettre des électrons  et un réglage du rapport des polarités. L'uti  lisation de ces enduits obligeait à recouvrir  la surface de la pièce à souder, par pulvéri  sation ou peinture, de matières telles que des  carbonates de baryum ou de strontium, afin  d'augmenter le pouvoir émissif d'électrons de  ladite surface. Le réglage du rapport des  polarités consistait à employer une batterie  d'accumulateurs en série avec un circuit ordi  naire de soudage au courant alternatif pour  régler les tensions relatives des composantes  de polarité, inverse et directe.

   La tension de  la batterie pouvait être ajoutée à l'une des  composantes et soustraite de l'autre dans  toute proportion désirée, ce qui effectuait le  réglage des composantes. Toutefois, chacun de  ces procédés exigeait un équipement spécial,  ou bien une préparation ou une technique  spéciale.  



  Le procédé de soudage de métaux à l'arc  selon la présente invention consiste à faire  passer un courant électrique de soudage entre  une électrode métallique réfractaire et la      pièce à souder pour entretenir un arc, à faire  passer le long de l'électrode un courant annu  laire de gaz non oxydant destiné à recouvrir  l'arc et les parties fondues de la pièce à sou  der, le diamètre minimum du courant de gaz  étant compris entre 21/3 et 4 fois le diamètre  de l'électrode et ce courant étant guidé le  long de l'électrode sur une longueur comprise  entre 4 et 8 fois le diamètre minimum dudit  courant, de manière à obtenir un écoulement  pratiquement lamellaire, et en ce qu'on main  tient entre l'électrode et la pièce à souder  un courant d'une densité d'au moins
EMI0002.0000  
    ampères par millimètre carré,

   a étant le dia  mètre de l'électrode en millimètres.  



  Le dispositif pour la mise en ouvre de ce  procédé comprend un support pour une élec  trode métallique réfractaire, un bec entourant  ledit support et ayant à sa sortie un diamètre  intérieur compris entre 21/3 et 4 fois le dia  mètre de l'électrode, la longueur du bec, entre  le support et la sortie du bec étant comprise  entre 4 et 8 fois le diamètre intérieur du bec  à sa sortie.  



  La présente invention vise donc à obtenir  dans un arc de soudage recouvert d'un gaz  un arc tranquille, stable, qui produit un cor  don de soudure uniforme, dont la surface  apparaît nette, et une soudure résistante,  saine, sans exiger de dispositif spécial ni la  préparation spéciale, cités phis haut, pour  accroître la rapidité du soudage et pour per  mettre de souder des plaques plus épaisses.  



  Le dessin annexé représente, à titre  d'exemples, deux formes d'exécution du dis  positif pour la mise en ouvre du procédé  selon l'invention.  



  La fig. 1 est une coupe verticale d'une  première forme d'exécution, et  la fig. 9 est une coupe semblable d'une  seconde forme.  



  En courant alternatif, la densité de cou  rant correspond par exemple à une plage d'en  viron 30 à 60 ampères par millimètre carré  pour une électrode de 1,6 mm de diamètre,  d'environ 14 à 21 ampères par millimètre carré  pour une électrode de 4,7 mm de diamètre et    d'environ 8,5 à 710,5 ampères par millimètre  carré pour une électrode de 9,5 mm de dia  mètre, c'est-à-dire de
EMI0002.0001  
   à ampères  
EMI0002.0002  
    par millimètre carré, a étant le diamètre de  l'électrode en millimètres.

   En courant continu,  l'ordre de grandeur des densités de courant  est plus élevé, par exemple d'environ 51 à  75 ampères par millimètre carré pour l'élec  trode de 1,6 mm de diamètre et d'environ 28  à 56 ampères par millimètre carré pour l'élec  trode de 4,7 mm de diamètre, c'est-à-dire de  à ampères par millimètre carré,  
EMI0002.0003  
    
EMI0002.0004  
   a étant le diamètre de l'électrode en milli  mètres.  



  De la densité de courant élevée résulte  une haute température du bout de l'électrode,  ce qui favorise l'ionisation du gaz inerte et,  par ce fait, tend à stabiliser l'arc. L'écoule  ment uniforme lamellaire du gaz inerte éli  mine les tourbillons qui compromettaient la  stabilité de l'arc. La grande longueur le long  de laquelle l'électrode est entourée par le cou  rant de gaz et l'écoulement uniforme lamel  laire du gaz empêchent une détérioration de  l'électrode qui, autrement, pourrait résulter  de l'utilisation d'une densité de courant aussi  élevée.  



  Dans le dispositif pour la mise en ouvre  du procédé, l'écoulement lamellaire du gaz  non oxydant peut être obtenu au moyen d'un  bec ou cratère à gaz ayant une paroi pratique  ment cylindrique, dont le diamètre est com  pris entre 21/3 et 4 fois celui de l'électrode  et dont la longueur est de 4 à 8 fois son  propre diamètre. De préférence, la longueur  de l'électrode est de l'ordre de seize fois son  propre diamètre pour une électrode de 1,6 mm  de diamètre et. de six ou sept fois son propre  diamètre pour une électrode de 9,5 mm de  diamètre, c'est-à-dire qu'elle est comprise entre  20,75 X a0,449 et 19,8 X a0,548 mm, a étant le  diamètre de l'électrode en millimètres.  



  Avec les hautes températures atteintes en  fonctionnement, on court le risque de faire  fondre des parties du dispositif voisines de  l'are, en particulier le bec ou cratère à gaz,      Lorsque le bec est fait d'une matière ré  fractaire, on n'emploie pas de refroidissement,  cependant, lorsqu'on se sert d'un bec en mé  tal, il est, généralement nécessaire de prévoir  un refroidissement au moyen d'un fluide pour  ce bec. Ce refroidissement devrait être juste  suffisant pour empêcher le bec de fondre, de  façon à éviter toute réduction appréciable de  la température du courant de gaz inerte et de  l'extrémité de l'électrode.

   Dans les meilleures  conditions de fonctionnement, cette extrémité  de l'électrode est superficiellement fondue,  mais elle est empêchée de s'oxyder par l'écou  lement lamellaire de gaz non oxydant, par  exemple de gaz monoatomique noble tel que  de l'hélium ou de l'argon.  



  La fig. 1 représente un dispositif T com  prenant un tube S en métal pour amener un  courant électrique de soudage à un support  d'électrode H pourvu d'un raccord G, servant  à fixer une électrode E, et pour conduire du  gaz inerte par des orifices K à l'intérieur  d'un bec N.  



  La dimension a est le diamètre de l'élec  trode. La dimension b est la longueur nue ou  non supportée de l'électrode. La dimension c  est le diamètre du cratère ou le diamètre inté  rieur de l'orifice du bec. La dimension d est  la longueur du bec, mesurée des orifices K  au bout extérieur du bec N. Dans cette forme  d'exécution, le bec N est en une matière céra  mique. Quand, pour souder, on emploie du  courant alternatif, ce courant peut être de  25, 50 ou 60 périodes ou d'une autre basse  fréquence.  



  Dans le dispositif représenté par la fig. 2,  le support H de l'électrode et le bec N sont  tous deux refroidis à l'eau. Le tube de métal S  communique avec un prolongement 10, fai  sant un angle avec lui et coopérant avec un  évidement annulaire du support d'électrode  H pour former une chemise à eau 12, qui  communique avec l'intérieur du tube S. De  l'eau est amenée par un tube 14 et, après  avoir passé autour de la chemise à eau 12,  sort par le tube S. Du gaz inerte est conduit  vers l'intérieur du support d'électrode H par  un tube 15 et passe par des fentes K entre    des doigts 16 du moyen de serrage G jusqu'à  l'intérieur du bec N.

      Le bec N est en acier inoxydable et porte  un évidement annulaire près de son extrémité  supérieure, voisine du moyen de serrage G;  cet évidement est fermé par une bande d'acier  inoxydable 18, pour former une chemise à eau  20. L'eau de refroidissement entre dans la  chemise 20 par un tuyau 21 et l'eau chaude  en sort par un tuyau 22.  



  Le tableau suivant, donne l'ampérage réel  pour les différentes dimensions d'électrodes  qu'on emploiera dans les exemples du procédé  de soudage à l'arc selon la présente invention,  avec du courant alternatif et du courant con  tinu  
EMI0003.0000     
  
    Diamètre <SEP> Courant <SEP> Courant
<tb>  d'électrode <SEP> (a) <SEP> alternatif <SEP> continu
<tb>  en <SEP> mm <SEP> en <SEP> ampères <SEP> en <SEP> ampères
<tb>  1,6 <SEP> 60-120 <SEP> 100- <SEP> 150
<tb>  2,4 <SEP> 100-160 <SEP> 150- <SEP> 300
<tb>  3,2 <SEP> 150-240 <SEP> 250- <SEP> 500
<tb>  4,7 <SEP> 250-300 <SEP> 500-1000
<tb>  6,4 <SEP> 350-500
<tb>  7,9 <SEP> 500-650
<tb>  9,5 <SEP> 600-750       Avec ces marges de courant, il est possible  de souder à l'arc sous une couverture de gaz  monoatomique tant des objets très minces que  des objets lourds, aussi bien que les épais  seurs intermédiaires.

    



  En dessous de l'ampérage minimum de  chaque grandeur d'électrode, l'arc est instable  dans le soudage au courant continu, avec des  taches chaudes locales sur l'électrode, et le  bout de l'électrode n'est pas complètement re  couvert par l'arc. Dans le courant alternatif,  cet état aide au redressement. Dans les marges  indiquées plus haut pour le courant continu  de soudage, le bout de l'électrode est com  plètement recouvert par l'arc et l'électrode est  chaude, mais pas fondue. Dans le soudage au  courant alternatif à l'intérieur des marges  indiquées plus haut, l'arc recouvre le bout de       l'électrode    et il n'y a pas de redressement.

        L'écoulement uniforme lamellaire du gaz  inerte, nécessaire en combinaison avec cette  densité de courant élevée, est réalisée en don  nant au bec ou cratère à gaz des proportions  qui augmentent sa longueur. La longueur d  du cratère est, par exemple, de 63 à 102 mm  suivant que le bec ou cratère est ou n'est pas  utilisé dans des dispositifs à main ou dans  des machines. Le cratère ou bec plus large  améliore la protection de la tache de soudage  aussi bien que de l'aire qui l'entoure, en for  çant le gaz inerte de protection à s'approcher  de l'écoulement lamellaire à l'extrémité de  sortie du bec et ainsi à éliminer les tourbillons  qui diminuent l'efficacité de la couverture de  gaz.

   Le tableau suivant représente ces dimen  sions de base du bec à gaz:  
EMI0004.0000     
  
    Diamètre <SEP> de <SEP> Longueur <SEP> Diamètre
<tb>  l'électrode <SEP> (a) <SEP> du <SEP> bec <SEP> (d) <SEP> du <SEP> bec <SEP> (c)
<tb>  en <SEP> mm <SEP> en <SEP> mm <SEP> en <SEP> mm
<tb>  1,6 <SEP> 51 <SEP> 6,4
<tb>  2,4 <SEP> 57 <SEP> 7,9
<tb>  3,2 <SEP> 70 <SEP> 9,5
<tb>  4,7 <SEP> 76 <SEP> 15,9
<tb>  6,4 <SEP> 76 <SEP> 19,1
<tb>  7,9 <SEP> 101 <SEP> 22,2
<tb>  9,5 <SEP> 101 <SEP> 22,2       La longueur b de l'électrode est d'environ  16 diamètres pour une électrode de 1,6 mm  et d'environ 6 ou 7 diamètres pour une élec  trode de 9,5 mm de diamètre, les grandeurs  intermédiaires se plaçant entre ces deux  limites en raison inverse de l'augmentation, du  diamètre de l'électrode.

   Avec cet allongement,  le danger que l'électrode fonde ou laisse tom  ber des gouttes, ce qui pourrait résulter de  l'augmentation de température due à l'ac  croissement de l'ampérage sur une électrode  donnée est évité par suite d'une meilleure  protection par le gaz. Des courants atteignant  750 ampères ont été transportés par une élec  trode de 9,5 mm de diamètre, sans qu'elle soit  ni détériorée, ni décolorée.    La combinaison d'une longueur et d'un  diamètre de bec augmentés dans la mesure    indiquée ci-dessus a notablement amélioré les  conditions du soudage. Dans le soudage au  courant alternatif, on a constaté que cette  combinaison avait pour effet de réduire dans  de grandes proportions un redressement. Dans  le soudage au courant continu, on a constaté  que la même combinaison assure la produc  tion d'un arc constant et stable.

   Dans les deux  cas, le cordon de soudure obtenu présente les  qualités inhérentes à une bonne protection par  le gaz et un aspect propre; de plus, on peut  obtenir des rapidités de soudage plus élevées  avec une plus grande facilité d'exécution. Le  bout de l'électrode peut, être maintenu, par  exemple à une distance de 25 mm de la pièce  à souder, sans interruption de l'arc, et des  plaques beaucoup plus épaisses peuvent être  soudées.    Dans le cas du soudage au courant alter  natif, la, densité de courant élevée et la grande  longueur de l'électrode n'assurent cependant  pas une onde complètement équilibrée, celle-ci  présentant encore une composante continue.

    Avec la nouvelle disposition de l'électrode et  du bec à gaz, la température du gaz inerte  de protection est accrue, en même temps qu'un  passage hautement ionisé est créé pour le ré  tablissement du courant, quand la valeur de  ce dernier passe par zéro.

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS: I. Procédé de soudage de métaux à l'arc, caractérisé en ce qu'on fait passer un courant électrique de soudage entre une électrode mé tallique réfractaire et la pièce à souder pour entretenir un arc, en ce qu'on fait passer le long de l'électrode un courant annulaire de gaz non oxydant destiné à, recouvrir l'arc et les parties fondues de la pièce à souder, le diamètre minimum du courant de gaz étant compris entre 21/3 et 4 fois le diamètre de l'électrode et ce courant étant guidé le long de l'électrode sur une longueur comprise entre 4 et 8 fois le diamètre minimum dudit cou rant., de manière à obtenir un écoulement pratiquement lamellaire, et en ce qu'on maintient entre l'électrode et la pièce à souder un courant d'une densité d'au moins ampères par millimètre carré,
    a étant EMI0005.0000 0,70 le diamètre de l'électrode eu millimètres. II. Dispositif pour la mise en ouvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par un support pour une électrode métallique réfractaire, par un bec entourant ledit sup port et ayant à sa sortie un diamètre inté rieur compris entre 21/3 et 4 fois le diamètre de l'électrode, la longueur du bec, entre le support et la sortie du bec, étant comprise entre 4 et 8 fois le diamètre intérieur du bec à sa sortie. 50US-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce qu'on emploie du courant alter natif, dont la densité est comprise entre EMI0005.0001 et EMI0005.0002 ampères par millimètre carré, a étant le diamètre de l'électrode en milli mètres. 2.
    Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce qu'on emploie du courant continu dont la densité est comprise entre et EMI0005.0003 <B><U>85</U></B> ampères par millimètre carré, a étant EMI0005.0004 a le diamètre de l'électrode en millimètres. 3. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce qu'on emploie une électrode, dont la longueur nue, non supportée, est comprise entre des limites de 16 diamètres pour tin diamètre d'électrode de 1,6 mm et de 6 à 7 diamètres pour un diamètre d'électrode de 9,5 mm. 4. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce qu'on emploie un gaz non oxydant monoatomique noble. 5. Procédé selon la revendication 1, carac térisé en ce qu'on emploie comme gaz mono atomique de l'hélium. 6.
    Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce qu'on emploie comme gaz mono atomique de l'argon. 7. Dispositif selon la revendication II, caractérisé en ce que la longueur nue dé l'élec trode employée entre le support et le bout de l'électrode est comprise entre 20,75 X a0,449 et 19,8 X ao,548 millimètres, a étant le diamètre de l'électrode en millimètres. 8. Dispositif selon la revendication II, ca ractérisé par une chemise de refroidissement disposée à proximité du support de l'élec trode.
CH278054D 1947-03-12 1948-03-11 Procédé de soudage de métaux à l'arc et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. CH278054A (fr)

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