Procédé de soudure à l'arc et appareil pour la mise en ouvre de ce procédé. La présente invention se rapporte à un procédé (le soudure à l'are dans lequel un. arc est établi entre une électrode de métal fusible et un métal de base, ce procédé étant carac térisé en ce que l'arc est, au moins sur -une partie de sa longueur, enveloppé par une masse d'un gaz supplémentaire maintenu à une pression suffisamment basse et distri bué de façon à. empêcher l'arc d'être en con tact avec l'atmosphère.
Cette invention comprend également. un appareil pour la mise en ouvre de cc procédé. Cet appareil comprend une électrode montée en série avec le métal de base en vue de la formation d'un are électrique entre eux, et se caractérise par des moyens pour enfermer le gaz produit par l'are dans une zone située au-dessus du métal de base. entourant l'arc et s'étendant sur au moins une partie sensible de la longueur de l'are, ces moyens compre nant Lin dispositif d'alimentation pour intro duire un courant de gaz supplémentaire et un dispositif pour régler la pression et l'écou lement du courant de gaz supplémentaire de façon à, exclure L'air atmosphérique de la ré gion de l'are.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'appareil servant à la mise en ouvre du procédé de soudure faisant l'objet de l'inven tion.
La fig. 1 est une coupe verticale d'un appa reil suivant. une première forme d'exécution. La fig. \? est une vue en coupe transver sale d'un appareil suivant une deuxième forme d'exécution, cette coupe . étant prise suivant '?-2 de la fig. 3.
La fig. 3 est une coupe verticale de ce même appareil.
La fig. 4 est une coupe partielle concer- tiant une variante de construction de l'appa reil suivant la fig. 1.
La fig. 5 est. une coupe verticale d'une autre variante de construction de l'appareil suivant la fig. 1.
La fig. 6 est une élévation partielle de l'appareil suivant la fig. 5.
La fig. 7 est une vue en coupe d'un appa reil suivant. une troisième forme d'exécution permettant d'obtenir un rideau de gaz supplé mentaire qui enferme le gaz de l'arc.
La fig. 8 est une coupe semblable à la fig. 7 représentant un appareil suivant une quatrième forme d'exécution, dans lequel on utilise également un rideau de gaz supplémen taire.
L'appareil de soudure suivant la fig. 1 est destiné à, la soudure d'une tôle de faible cali bre au moyen d'une baguette de soudure de petit diamètre et d'un courant basse tension. La baguette de soudure nue ou électrode 20 passe entre deux rouleaux d'alimentation 21 faisant partie d'un dispositif automatique classique (non représenté) ; cette électrode tra verse l'orifice axial 22 du porte-électrode tubu laire 23; la vitesse d'avancement de cette élec- trode est synchronisée avec la vitesse de fusion de celle-ci sous l'action de l'arc 25. Le porte- électrode tubulaire 23 est constitué par un métal bon conducteur, de préférence par du cuivre.
Pour éviter la. montée des gaz par le porte-électrode tubulaire 23, on peut placer au sommet. du porte-électrode un bouchon 26 qui bloque une bague d'amiante 27.
Pour l'établissement du circuit de soudure, un câble électrique 28 est. relié à une plaque 30 portant une ouverture, laquelle plaque est fixée au porte-électrode 23 à l'aide des vis 31; un second câble électrique 32, placé à l'autre borne du circuit, est fixé au métal de base 33 par une borne appropriée 35 et lin boulon 36.
Le porte-électrode 23 est entouré à un ni veau intermédiaire par un coussinet 37 fixé de manière réglable à l'aide d'une vis de blo cage 38. Une paroi cylindrique 40 est vissée ou montée d'une autre manière sur le coussi net 37; la chambre, ainsi constituée, est placée au-dessus de la surface du métal de base 33 avec un jeu relativement faible. Un dispo sitif permettant l'introduction d'un gaz sup plémentaire dans la chambre ainsi fermée comprend un conduit 41, faisant corps avec la paroi cylindrique 40, muni d'un robinet de gaz 42 relié à un tuyau 43.
Pour des courants relativement faibles, la paroi 40 de la chambre cylindrique peut être métallique, tandis que le coussinet 37 est en une matière isolante. Pour des courants élevés, cependant, la chambre peut être constituée uniquement par de la céramique.
Le gaz supplémentaire amené par le tuyau 43 peut être un gaz quelconque plus léger que le gaz produit par l'arc. On peut avoir soit un gaz combustible comme l'hydrogène, soit un gaz inerte. L'hélium peut être utilisé avec succès. Le gaz produit par l'arc 25 étant bien plus lourd que le gaz supplémentaire intro duit au-dessus, ces deux gaz restent séparés, à condition que l'on assure une évacuation des gaz de la chambre à un niveau intermé diaire et pourvu que le gaz supplémentaire ne soit pas introduit de manière telle qu'il pro voque une turbulence au niveau d'évacuation.
Dans la construction de la fig. 1, on a prévu un certain nombre d'ouvertures d'éva cuation 45 disposées en cercle sur la paroi cylindrique 40 approximativement au niveau de l'extrémité inférieure de l'électrode 20, c'est-à-dire approximativement au niveau de l'extrémité supérieure de l'arc 25. Ainsi, le gaz contenu dans la chambre consiste en un volume supérieur 46 de gaz supplémentaire et un volume inférieur 47 de gaz produit, par l'arc; ces deux volumes sont. séparés par une surface de séparation 48 disposée au niveau des ouvertures d'évacuation 45. Les gaz des deux volumes 46 et 47 sortent. en même temps par les ouvertures 45, comme l'indiquent les flèches de la fig. 1.
Pour faire fonctionner le dispositif de la fig. 1, on ouvre le robinet 42 pour faire arri ver le gaz supplémentaire et, ensuite, on éta blit l'arc. Il est évidemment important que le débit d'arrivée du gaz supplémentaire soit suffisamment faible pour que celui-ci soit éva cué par les ouvertures 45; d'autre part, ce débit doit être suffisamment grand pour main tenir la pression à l'intérieur de la chambre légèrement supérieure à. la pression atmosphé rique en évitant l'entrée d'air. On a. trouvé qu'il est préférable d'utiliser une pression légèrement supérieure à la pression atmosphé rique; cependant, une pression trop élevée dans la chambre fait augmenter la section de l'are et, par conséquent, fait diminuer la den sité de courant.
En général, la dimension ou section totale des ouvertures d'évacuation 4#) est principale ment déterminée par l'importance du courant de soudure. Dans une forme d'exécution telle que celle de la fig. 1, pour souder de l'acier inoxydable N 308, calibre 18, avec une élec trode de 2,3 min de diamètre, et un courant de 110 ampères, on prévoit six ouvertures d'évacuation de 1,6 mm de diamètre.
On pré voit une arrivée d'hélium à une pression supé rieure à la pression atmosphérique et à un débit de 1 litre à. 1 litre et demi par minute (débit ramené à. la pression atmosphérique). Avec une telle disposition et -Lin tel réglage, on obtient une soudure de qualité élevée; sans faire varier le réglage, on peut faire varier l'intensité du courant de soudure à volonté entre 95 et<B>125</B> ampères sans que la qualité de la soudure se trouve altérée.
17n ce qui concerne le débit d'arrivée du gaz supplémentaire, le débit d'évacuation et l'intensité du courant, laquelle intensité agit sur le débit. de gaz produit par l'arc, on notera que la chambre est bien plus grande que le volume de gaz produit par l'arc. qu'elle con tient, ce volume étant occupé principalement par le gaz supplémentaire. On notera que le débit d'évacuation du gaz par les ouvertures 45 varie avec la pression dans la chambre, cette pression variant à son tour suivant les débits combinés du gaz supplémentaire et du gaz produit par l'arc.
Le fait que le fonc- tionnement de l'appareil n'est pas sensible peut s'expliquer partiellement par le volume important. de la chambre et par l'existence d'un volume de gaz supplémentaire impor tant; ceci peut s'expliquer encore par la com pensation partielle automatique dans les va riations de débit d'arrivée du gaz supplémen taire et de production de gaz de l'arc provo quant des variations semblables dans le débit de sortie des gaz par les ouvertures 45. On a trouvé, de plus, que l'appareil permet des variations notables dans le jeu existant entre la partie inférieure de la chambre cylindrique et la surface du métal. de base; ainsi, les irré gularités et. les variations de la surface du métal de base n'affectent pas la qualité de la. soudure.
La surface de séparation 48 entre le volume supérieur d'hélium et le volume infé rieur de gaz produit par l'arc varie en hau teur, et peut-être en forme et il. en résulte un réglage automatique des différents facteurs sans que l'efficacité de la soudure en subisse des conséquences.
Les fig. 2 et 3 représentent un appareil permettant la soudure de pièces plus grosses avec une plus grosse baguette de soudure et un courant plus élevé. L'électrode plus lourde 50 est amenée, sous l'action des rouleaux clas siques 51, dans le porte-électrode tubulaire 52 après avoir traversé un joint d'étanchéité 53; cette électrode établit un arc 55 au-dessus de la partie à souder du métal de base 56. Le cir- cuit de soudure comprend un câble classique 57 relié au porte-électrode 52 par une borne 58.
A l'extrémité inférieure du porte-électrode 52 se trouve une chambre 60 présentant un col 61 permettant son montage sur le porte- électrode par l'intermédiaire d'un manchon 62 isolant, par exemple en amiante. La cham bre 60 est constituée par ce que l'on peut appeler une paroi intérieure cylindrique 63 et une collerette circulaire 65, filetée de ma nière à recevoir une bague 66 possédant un rebord intérieur 67. La bague 66 permet de maintenir, de manière que l'on puisse réaliser un réglage par rotation, une paroi cylindri que extérieure 68 ayant la forme d'un anneau cylindrique avec un rebord extérieur 70.
Un avantage important de la disposition décrite est qu'elle permet de faire varier facilement la section des ouvertures d'évacuation suivant la volonté de l'opérateur. Pour cela, la paroi intérieure cylindrique 63 est munie d'une série d'orifices 71; la paroi cylindrique exté rieure 68 est munie d'une série corres pondante d'orifices 72, de manière que la paroi cylindrique extérieure puisse être réglée de faon que les orifices 71 et 72 che vauchent les uns sur les autres de quantités différentes. La fig. 2 montre, à titre d'exem ple, deux orifices 71 et 72 qui chevauchent partiellement, ce qui offre au gaz une section de sortie vers l'atmosphère de valeur moyenne.
Le gaz supplémentaire peut être introduit dans la chambre formée par la cloison 60 d'une manière quelconque évitant la turbu lence au niveau des orifices de sortie. Dans la forme d'exécution représentée, le gaz sup plémentaire provient d'une canalisation d'ar rivée (non représentée) ; il pénètre dans un passage annulaire 73 de la paroi supérieure de la chambre par un raccord 75 et il descend par une série d'orifices espacés 76. La cham bre 60 est refroidie par de l'eau, et, à cet effet, elle possède une chemise d'eau 77, de forme circulaire, dont les deux extrémités sont séparées par une paroi 78.
L'eau de refroi dissement provient d'une source appropriée (non représentée) ; elle est introduite dans l'une des extrémités de la chemise 77 par un raccord 80 et elle s'écoule jusqu'au second raccord 81.
On pourra comprendre facilement le fonc tionnement du dispositif des fig. 2 et 3 à la lecture de la description relative à la fig. 1.
La fig. 4 montre comment la construction représentée sur la fig. 1 peut être modifiée de manière que le niveau de la surface de séparation 48 entre le gaz supplémentaire su périeur 46 et le gaz produit par l'arc infé rieur 47 soit variable. La construction est très semblable à celle de la. fig. 1 et, du reste, on utilise des nombres de référence correspon dants pour désigner les éléments correspon dants.
La paroi cylindrique 40a de la fig. 4 porte une collerette 85 qui est filetée de manière =ù. recevoir une bague appropriée 86. La bague 86 possède un rebord intérieur sur lequel vient prendre appui, de manière à, pouvoir tourner et être réglée, une pièce cylindrique 87. Ainsi, la partie inférieure de la paroi cylindrique 40a constitue ce que l'on peut appeler une paroi intérieure, tandis que la pièce cylindrique 87 forme une paroi exté rieure qui tourne par rapport à la première.
On notera que les deux parois cylindriques de la fig. 4 sont munies de couples d'ouver tures allongées qui se coupent, une ouverture de chaque couple se trouvant sur chacune des parois cylindriques; on notera aussi qu'au moins l'une des ouvertures d'un couple est inclinée de telle manière que la rotation rela tive des deux parois cylindriques fasse varier la hauteur de l'intersection de deux ouver tures. Ainsi, la fig. 4 représente une série d'ouvertures inclinées 88 placées sur la, paroi cylindrique intérieure et une seconde série d'ouvertures correspondantes 90, mais inch nées en sens opposé et placées sur la paroi cylindrique extérieure.
Il est clair que la bague 86 peut être desserrée de manière à permettre un réglage par rotation de la pièce cylindrique 87. Ainsi, on peut faire monter ou descendre le niveau des ouvertures d'éva cuation des gaz matérialisé par l'intersection des ouvertures 88 et 90. Ainsi, la surface de séparation 48 peut se déplacer en montant ou en descendant. à volonté de telle manière que le volume supérieur de gaz supplémentaire 46 avance plus ou moins sur l'arc 25.
Comme on l'a expliqué ci-dessus, ].'avance contrôlée du gaz supplémentaire sur ].'are pro voque une atténuation. du soufflage de l'arc par suite de la dilution provoquée par le gaz supplémentaire; il en résulte une diminution d'intensité (lu courant de l'arc et, par consé quent, une réduction correspondante du débit de métal transporté par ]'arc.
La fig. 5 représente une autre forme d'exé cution dans laquelle, de même que dans les descriptions précédentes, un volume de gaz supplémentaire 46 est maintenu dans un espace fermé au-dessus d'un volume inférieur de gaz 47 produit par l'arc; une surface de séparation 48 se trouve entre les deux vo lumes. La. fig. 5 représente le porte-électrode classique, tubulaire 9? traversé par l'électrode nue 93 qui établit un arc 95 atteignant le métal de base 96.
Le porte-électrode est en touré d'un manchon isolant et épais 97 qui porte un cylindre métallique 98 formant une chambre fermée au-dessus de la surface du métal de base. Sur le cylindre 98 est branché un tube de visée 100 dont l'extrémité exté rieure est, fermée par un certain nombre de lentilles 101 dont tune au moins est colorée. L'ensemble de lentilles est maintenu entre deux bagues 102 de matière appropriée au moyen d'un viseur 103 vissé sur le tube de visée.
Le gaz supplémentaire provenant d'une source appropriée (non représentée) est amené dans le cylindre métallique 98 par le dessus, par une canalisation 105 reliée au tube de visée, comme représenté; la. canalisation d'ali znentation est, munie d'un robinet de contrôle approprié 106. La seule sortie pour le gaz contenu dans la chambre constituée par le cylindre métallique 98 est le jeu se trouvant entre le bord inférieur du cylindre et le métal de base 96; à cela s'ajoute une encoche 107 qui est découpée dans Je bord inférieur du côté arrière de la chambre lorsque celle-ci se déplace de manière que le cordon de soudure formé puisse passer.
L'encoche 107 atteint en hauteur approximativement le niveau de l'ëx- trémité supérieure de l'arc 95, et sa dimension est telle: qu'elle puisse réduire suffisamment la sortie des gaz en empêchant l'entrée d'air à l'intérieur de la chambre.
Le tube de visée 100 permet à l'opérateur d'observer la soudure soigneusement et, s'il le désire, l'opération de soudure peut aussi être regardée sous un angle faible par l'encoche <B>107.</B>
Dans chacune des variantes de la chambre représentée sur les fig. 1 à 6, le métal fondu dans la région de la soudure à l'intérieur de la chambre est effectivement protégé et l'arc est complètement isolé de l'atmosphère. A tous points de vue, l'arc est normal en ce sens qu'il est équivalent à un arc très efficace pro duit de la manière classique par utilisation d'une électrode possédant un revêtement de décapant- lourd. Ainsi, la température de l'arc est normale à la fois sur la borne électrode et sur la borne métal de base et il en résulte la formation d'un cratère de surface et de profondeur normales sur le métal de base.
Ce procédé permet de réaliser un cordon de sou dure possédant. Lui grain très fin qui indique que l'arc transporte le métal fondu prove nant (le ].'électrode sous forme de particules de très faible dimension. Les dépôts de la sou dure sont denses et possèdent un grain très fin; cette soudure n'est pas poreuse. Le pro cédé peut s'appliquer par utilisation d'élec trodes correspondant aux électrodes des autres procédés de diamètre compris entre 1,6 et 8 mm.
lies fig. 7 et 8 ont pour objet d'indiquer de quelle tisanière le gaz supplémentaire peut, être utilisé sous la forme d'un rideau au lieu d'un volume fermé; ce rideau de gaz permet d'enfermer la zone de soudure qui, par consé quent, ne se trouve pas au contact de l'air. La fig. 7 représente le porte-électrode tubulaire classique 7.10 traversé par l'électrode nue 111 qui permet d'établir l'arc 112 sur le métal de base 113.
Autour de l'extrémité inférieure du porte-électrode 110 se trouve une chambre annulaire 115 constituée par une pièce 116 en forme de coupelle et une bague 117 vissée sur cette pièce; la bague 117 est fixée au porte- électrode par une vis 118; une canalisation 120 est placée sur la partie latérale de la pièce 116 et permet l'arrivée du gaz supplé mentaire; elle est. munie d'un robinet de com mande convenable 121.
Au-dessous de la canalisation 120, la pièce 116 présente un rebord circulaire 122 qui est fileté de manière à recevoir une pièce cylin drique 123. La pièce cylindrique 123 forme avec la pièce en forme de coupelle 116 un passage annulaire 125 formant ajutage dont l'extrémité inférieure de sortie est convenable ment rétrécie, comme représenté. Le gaz pro venant de la canalisation 120 pénètre dans la chambre annulaire 115 en réalisant un effet. de refroidissement sur le porte-électrode 110. Il s'écoule hors de la chambre annulaire 115 pour pénétrer dans le passage 125 par une série d'orifices 126 disposés en cercle sur la pièce 116. Du passage 125, le gaz est chassé sous forme d'un jet annulaire ou rideau con tinu cylindrique 127.
Il est clair que le rideau cylindrique de gaz 127 constitue, avec le métal placé à la partie inférieure du porte-électrode et le métal de base 113, une chambre qui se déplace et enferme la zone de soudure. On notera que le rideau de gaz est situé à une certaine distance de l'arc 112, cette distance étant suffisante pour éviter le contact entre 1e rideau de gaz et L'arc.
Le gaz produit par l'are constitue un vo lume 128 qui entoure le métal dans la zone de soudure; le gaz produit par l'arc doit évi demment sortir, mais il peut effectuer cette sortie facilement à, travers le rideau cylindri que de gaz 127. Ainsi, le rideau de gaz per met une sortie continue du gaz produit par l'arc tout en protégeant de l'air extérieur la couche intérieure 128 de gaz produit par l'arc. Il faut noter, de plus, que le rideau cylindri que 127 constitue à tous moments une paroi complètement fermée, étant donné que le ri deau de gaz existe indépendamment de toute irrégularité ou variation de la surface du mé tal de base.
Dans la construction représentée sur la fig. 8, l'électrode nue 130 est amenée de la manière classique dans le porte-électrode 131., dé manière à constituer un arc 132 avec le métal de base 133. Cette forme d'exécution a pour but. de former un rideau de gaz 13:i ayant une forme conique et divergente à par tir de l'arc 132. On peut utiliser tous les appa reils convenables qui permettent d'obtenir un tel rideau de gaz.
Dans la forme représentée à la fig. 8, le porte-électrode 131 possède un diamètre ré duit à son extrémité inférieure, de manière à constituer la paroi intérieure d'une chambre à gaz annulaire 136. L'extrémité inférieure du porte-électrode 131 est. encore réduite de ma nière à recevoir une pièce 137, de forme coni que, formant ajutage. La paroi extérieure de la chambre annulaire 136 est constituée par un cylindre 138 vissé sur le porte-électrode de la manière représentée; l'extrémité inférieure de ce cylindre est, taillée en biseau de manière à coopérer avec la pièce 137 pour constituer l'ajutage 140 divergent ou conique. Le gaz supplémentaire est amené à. la partie supé rieure de la chambre à gaz annulaire 136 par une canalisation 141. commandée par un robi net 142.
Il est clair que dans les formes d'exécution représentées aux fig. 7 et 8, le poids spéci fique du gaz supplémentaire ne doit pas né cessairement être inférieur à celui du gaz pro duit par l'arc. En fait, on peut facilement utiliser un gaz relativement lourd en parti culier lorsque le gaz supplémentaire est dirigé vers l'extérieur à partir de l'arc de la. manière représentée sur la fig. 8.
Arc welding process and apparatus for carrying out this process. The present invention relates to a method (the welding with the ar in which an arc is established between an electrode of fusible metal and a base metal, this method being characterized in that the arc is, at least on a part of its length, enveloped by a mass of an additional gas maintained at a sufficiently low pressure and distributed so as to prevent the arc from being in contact with the atmosphere.
This invention also includes. an apparatus for carrying out this process. This apparatus comprises an electrode mounted in series with the base metal for the purpose of forming an electrical are between them, and is characterized by means for enclosing the gas produced by the are in an area located above the metal. basic. surrounding the arc and extending over at least a substantial part of the length of the are, these means comprising a supply device for introducing an additional gas stream and a device for adjusting the pressure and the outlet. addition of the additional gas stream so as to exclude atmospheric air from the area of the area.
The appended drawing represents, by way of example, several embodiments of the apparatus serving to implement the welding process which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a vertical section of a following apparatus. a first embodiment. Fig. \? is a cross-sectional view of an apparatus according to a second embodiment, this section. being taken according to '? -2 of FIG. 3.
Fig. 3 is a vertical section of this same device.
Fig. 4 is a partial section showing an alternative construction of the apparatus according to FIG. 1.
Fig. 5 is. a vertical section of another construction variant of the apparatus according to FIG. 1.
Fig. 6 is a partial elevation of the apparatus according to FIG. 5.
Fig. 7 is a sectional view of a following apparatus. a third embodiment making it possible to obtain an additional gas curtain which encloses the gas from the arc.
Fig. 8 is a section similar to FIG. 7 showing an apparatus according to a fourth embodiment, in which an additional gas curtain is also used.
The welding apparatus according to fig. 1 is intended for the welding of a sheet of low caliber by means of a welding rod of small diameter and a low voltage current. The bare welding rod or electrode 20 passes between two feed rollers 21 forming part of a conventional automatic device (not shown); this electrode passes through the axial orifice 22 of the tubular electrode holder 23; the forward speed of this electrode is synchronized with the melting speed of the latter under the action of the arc 25. The tubular electrode holder 23 is made of a good conductive metal, preferably of copper. .
To avoid the. rise of the gases by the tubular electrode holder 23, can be placed at the top. of the electrode holder a plug 26 which blocks an asbestos ring 27.
For the establishment of the soldering circuit, an electric cable 28 is. connected to a plate 30 carrying an opening, which plate is fixed to the electrode holder 23 by means of the screws 31; a second electric cable 32, placed at the other terminal of the circuit, is fixed to the base metal 33 by a suitable terminal 35 and a bolt 36.
The electrode holder 23 is surrounded at an intermediate level by a pad 37 fixed in an adjustable manner by means of a locking screw 38. A cylindrical wall 40 is screwed or otherwise mounted on the net pad. 37; the chamber, thus constituted, is placed above the surface of the base metal 33 with a relatively small clearance. A device allowing the introduction of an additional gas into the chamber thus closed comprises a duct 41, integral with the cylindrical wall 40, provided with a gas valve 42 connected to a pipe 43.
For relatively low currents, the wall 40 of the cylindrical chamber can be metallic, while the pad 37 is of an insulating material. For high currents, however, the chamber may be made only of ceramic.
The additional gas supplied by pipe 43 can be any gas that is lighter than the gas produced by the arc. We can have either a combustible gas such as hydrogen or an inert gas. Helium can be used successfully. Since the gas produced by the arc 25 is much heavier than the additional gas introduced above, these two gases remain separate, provided that evacuation of the gases from the chamber at an intermediate level is ensured and provided that the additional gas is not introduced in such a way as to cause turbulence at the discharge level.
In the construction of FIG. 1, there are provided a number of discharge openings 45 arranged in a circle on the cylindrical wall 40 approximately at the level of the lower end of the electrode 20, i.e. approximately at the level of the upper end of the arc 25. Thus, the gas contained in the chamber consists of an upper volume 46 of additional gas and a lower volume 47 of gas produced by the arc; these two volumes are. separated by a separation surface 48 disposed at the level of the discharge openings 45. The gases from the two volumes 46 and 47 exit. at the same time through the openings 45, as indicated by the arrows in fig. 1.
To operate the device of fig. 1, the valve 42 is opened to supply the additional gas and, then, the arc is established. It is obviously important that the additional gas inlet flow rate is low enough for the latter to be evacuated through the openings 45; on the other hand, this flow must be large enough to keep the pressure inside the chamber slightly higher than. atmospheric pressure avoiding the entry of air. We have. found that it is preferable to use a pressure slightly higher than atmospheric pressure; however, too high a pressure in the chamber increases the area of the are and, consequently, decreases the current density.
In general, the size or total section of the discharge openings 4 #) is mainly determined by the magnitude of the weld current. In an embodiment such as that of FIG. 1, to weld N 308 stainless steel, 18 gauge, with an electrode 2.3 min in diameter, and a current of 110 amperes, six exhaust openings of 1.6 mm in diameter are provided.
We see an arrival of helium at a pressure greater than atmospheric pressure and at a flow rate of 1 liter at. 1 and a half liters per minute (flow rate reduced to atmospheric pressure). With such an arrangement and -Lin such adjustment, a high quality weld is obtained; without varying the setting, the intensity of the welding current can be varied at will between 95 and <B> 125 </B> amperes without the quality of the welding being impaired.
17n as regards the inlet flow of the additional gas, the discharge flow rate and the intensity of the current, which intensity acts on the flow rate. of gas produced by the arc, it will be noted that the chamber is much larger than the volume of gas produced by the arc. it contains, this volume being occupied mainly by the additional gas. It will be noted that the gas discharge rate through the openings 45 varies with the pressure in the chamber, this pressure in turn varying according to the combined flow rates of the additional gas and of the gas produced by the arc.
The fact that the operation of the device is not sensitive may be partially explained by the large volume. of the chamber and by the existence of a large additional volume of gas; this can be further explained by the automatic partial compensation in the variations in the flow rate of the additional gas inlet and the production of gas from the arc causing similar variations in the flow rate of the gases out of the openings 45 It has also been found that the apparatus allows notable variations in the clearance existing between the lower part of the cylindrical chamber and the surface of the metal. basic; thus, irregularities and. variations in the surface of the base metal do not affect the quality of the. welding.
The separation area 48 between the upper volume of helium and the lower volume of gas produced by the arc varies in height, and perhaps in shape. The result is automatic adjustment of the various factors without the effectiveness of the weld being affected.
Figs. 2 and 3 show an apparatus for welding larger parts with a larger welding rod and higher current. The heavier electrode 50 is brought, under the action of the conventional rollers 51, into the tubular electrode holder 52 after having passed through a seal 53; this electrode establishes an arc 55 above the part to be welded of the base metal 56. The weld circuit comprises a conventional cable 57 connected to the electrode holder 52 by a terminal 58.
At the lower end of the electrode holder 52 is a chamber 60 having a neck 61 allowing its mounting on the electrode holder by means of an insulating sleeve 62, for example made of asbestos. The chamber 60 consists of what may be called a cylindrical inner wall 63 and a circular flange 65, threaded so as to receive a ring 66 having an inner rim 67. The ring 66 makes it possible to hold, so that an adjustment can be made by rotation, an outer cylindrical wall 68 having the shape of a cylindrical ring with an outer rim 70.
An important advantage of the arrangement described is that it allows the section of the discharge openings to be easily varied according to the wishes of the operator. For this, the cylindrical inner wall 63 is provided with a series of orifices 71; the outer cylindrical wall 68 is provided with a corresponding series of apertures 72, so that the outer cylindrical wall can be adjusted so that the apertures 71 and 72 overlap each other in different amounts. Fig. 2 shows, by way of example, two orifices 71 and 72 which partially overlap, which offers the gas an outlet section towards the atmosphere of average value.
The additional gas can be introduced into the chamber formed by the partition 60 in any way which avoids turbulence at the outlet ports. In the embodiment shown, the additional gas comes from an inlet pipe (not shown); it enters an annular passage 73 of the upper wall of the chamber through a fitting 75 and it descends through a series of spaced orifices 76. The chamber 60 is cooled by water, and, for this purpose, it has a water jacket 77, circular in shape, the two ends of which are separated by a wall 78.
The cooling water comes from a suitable source (not shown); it is introduced into one of the ends of the sleeve 77 by a connector 80 and it flows to the second connector 81.
The operation of the device of FIGS. 2 and 3 on reading the description relating to FIG. 1.
Fig. 4 shows how the construction shown in FIG. 1 can be modified so that the level of the separation surface 48 between the additional upper gas 46 and the gas produced by the lower arc 47 is variable. The construction is very similar to that of the. fig. 1 and, moreover, corresponding reference numbers are used to designate the corresponding elements.
The cylindrical wall 40a of FIG. 4 carries a flange 85 which is threaded so = ù. receive a suitable ring 86. The ring 86 has an inner rim on which bears, so as to be able to rotate and be adjusted, a cylindrical part 87. Thus, the lower part of the cylindrical wall 40a constitutes what is may call an inner wall, while the cylindrical part 87 forms an outer wall which rotates relative to the first.
It will be noted that the two cylindrical walls of FIG. 4 are provided with pairs of elongated openings which intersect, one opening of each pair being on each of the cylindrical walls; it will also be noted that at least one of the openings of a pair is inclined such that the relative rotation of the two cylindrical walls causes the height of the intersection of two openings to vary. Thus, FIG. 4 shows a series of inclined openings 88 placed on the inner cylindrical wall and a second series of corresponding openings 90, but inch formed in opposite direction and placed on the outer cylindrical wall.
It is clear that the ring 86 can be loosened so as to allow adjustment by rotation of the cylindrical part 87. Thus, it is possible to raise or lower the level of the gas evacuation openings materialized by the intersection of the openings 88. and 90. Thus, the partition surface 48 can move up or down. at will so that the upper volume of additional gas 46 advances more or less on the arc 25.
As explained above,]. 'Controlled advance of additional gas over].' Causes damping. arc blowing as a result of dilution caused by the additional gas; this results in a decrease in intensity (the current of the arc and, consequently, a corresponding reduction in the flow of metal carried by the arc.
Fig. 5 shows another embodiment in which, as in the previous descriptions, an additional volume of gas 46 is maintained in a closed space above a lower volume of gas 47 produced by the arc; a separation surface 48 is located between the two volumes. Fig. 5 shows the conventional, tubular electrode holder 9? crossed by the bare electrode 93 which establishes an arc 95 reaching the base metal 96.
The electrode holder is surrounded by a thick insulating sleeve 97 which carries a metal cylinder 98 forming a closed chamber above the surface of the base metal. On the cylinder 98 is connected a sighting tube 100 whose outer end is closed by a number of lenses 101, at least one of which is colored. The lens assembly is held between two rings 102 of suitable material by means of a sight 103 screwed onto the sight tube.
Additional gas from a suitable source (not shown) is fed into metal cylinder 98 from above, through line 105 connected to sighting tube, as shown; the. supply line is fitted with a suitable control valve 106. The only outlet for the gas contained in the chamber formed by the metal cylinder 98 is the clearance between the lower edge of the cylinder and the base metal 96 ; to this is added a notch 107 which is cut in the lower edge of the rear side of the chamber as the latter moves so that the formed weld bead can pass.
The notch 107 reaches in height approximately the level of the upper end of the arch 95, and its dimension is such that it can sufficiently reduce the outflow of gases by preventing the entry of air to it. interior of the room.
The sighting tube 100 allows the operator to observe the weld carefully and, if desired, the welding operation can also be viewed at a low angle through the notch <B> 107. </B>
In each of the variants of the chamber shown in FIGS. 1 to 6, the molten metal in the region of the weld inside the chamber is effectively protected and the arc is completely isolated from the atmosphere. In all respects the arc is normal in that it is equivalent to a highly efficient arc produced in the conventional manner by using an electrode having a heavy stripper coating. Thus, the temperature of the arc is normal both on the electrode terminal and on the base metal terminal and this results in the formation of a crater of normal surface and depth on the base metal.
This process makes it possible to produce a bead of hard sou having. Him very fine grain which indicates that the arc carries the molten metal coming from (the). 'Electrode in the form of particles of very small dimension. The deposits of the hard solder are dense and have a very fine grain; this weld does not is not porous The process can be applied by using electrodes corresponding to electrodes of other processes with a diameter between 1.6 and 8 mm.
lees fig. 7 and 8 are intended to indicate from which tisanière the additional gas can be used in the form of a curtain instead of a closed volume; this gas curtain makes it possible to enclose the weld zone which, consequently, is not in contact with air. Fig. 7 shows the conventional tubular electrode holder 7.10 crossed by the bare electrode 111 which makes it possible to establish the arc 112 on the base metal 113.
Around the lower end of the electrode holder 110 is an annular chamber 115 formed by a part 116 in the form of a cup and a ring 117 screwed onto this part; the ring 117 is fixed to the electrode holder by a screw 118; a pipe 120 is placed on the lateral part of the part 116 and allows the arrival of the additional gas; she is. fitted with a suitable control valve 121.
Below the pipe 120, the part 116 has a circular rim 122 which is threaded so as to receive a cylindrical part 123. The cylindrical part 123 forms with the cup-shaped part 116 an annular passage 125 forming a nozzle whose The lower outlet end is suitably narrowed, as shown. The gas coming from the pipe 120 enters the annular chamber 115, producing an effect. cooling on the electrode holder 110. It flows out of the annular chamber 115 to enter the passage 125 through a series of orifices 126 arranged in a circle on the part 116. From the passage 125, the gas is expelled as of an annular jet or continuous cylindrical curtain 127.
It is clear that the cylindrical gas curtain 127 constitutes, with the metal placed at the lower part of the electrode holder and the base metal 113, a chamber which moves and encloses the weld zone. Note that the gas curtain is located at a certain distance from the arc 112, this distance being sufficient to avoid contact between the gas curtain and the arc.
The gas produced by the are constitutes a volume 128 which surrounds the metal in the weld zone; the gas produced by the arc must of course exit, but it can exit easily through the cylindrical gas curtain 127. Thus, the gas curtain allows a continuous exit of the gas produced by the arc while protecting the inner layer 128 of gas produced by the arc from the outside air. It should be further noted that the cylindrical curtain 127 constitutes at all times a completely closed wall, since the gas stream exists regardless of any irregularity or variation in the surface of the base metal.
In the construction shown in FIG. 8, the bare electrode 130 is brought in the conventional manner into the electrode holder 131., so as to form an arc 132 with the base metal 133. This embodiment is intended. to form a gas curtain 13: i having a conical and divergent shape by firing the arc 132. Any suitable apparatus can be used which makes it possible to obtain such a gas curtain.
In the form shown in FIG. 8, the electrode holder 131 has a reduced diameter at its lower end, so as to constitute the inner wall of an annular gas chamber 136. The lower end of the electrode holder 131 is. further reduced so as to receive a part 137, of conical shape, forming a nozzle. The outer wall of the annular chamber 136 is constituted by a cylinder 138 screwed onto the electrode holder as shown; the lower end of this cylinder is beveled so as to cooperate with the part 137 to form the divergent or conical nozzle 140. The additional gas is brought to. the upper part of the annular gas chamber 136 by a pipe 141. controlled by a valve 142.
It is clear that in the embodiments shown in FIGS. 7 and 8, the specific weight of the additional gas must not necessarily be less than that of the gas produced by the arc. In fact, a relatively heavy gas can easily be used especially when the additional gas is directed outward from the arc of the. manner shown in FIG. 8.