Procédé de soudage à l'arc sous protection d'un écran gazeux et installation pour la mise en aeuvre de ce procédé. La.. présente invention a pour objet un procédé de soudage à l'arc sous protection d'un écran gazeux et une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé et notamment un procédé et une installation pour le soudage d'un métal sous protection d'un gaz inerte et ait moyen d'une électrode d'apport.
Le procédé faisant l'objet de l'invention peut être considéré, tout au moins sous cer tains de ses aspects, comme constituant un perfectionnement des procédés de soudage à l'arc de. métaux avec gaz de protection décrits dans les brevets suisses N 3 280573, 285860 et 283499.
Dans les brevets suisses N s 280573, 285860 et. 283499, on a décrit un procédé de soudage du type d'ans lequel une électrode d'apport constituée par un fil est avancée de façon continue vers un arc de soudage protégé par du gaz et qui est entretenu entre cette électrode et un ouvrage devant être soudé, par exemple une plaque, le courant de soudage fourni à l'are étant au moins suffisant pour consumer l'élec trode à mesure qu'elle est avancée vers l'arc et pour transférer du métal de soudure à partir de l'électrode jusqu'à un dépôt de sou dure formé sur l'ouvrage à souder,
de manière à former une soudure satisfaisante au point de vue industriel. De préférence, le courant fourni à l'arc est de densité suffisante pour fournir un dépôt lisse, rapide et uniforme ou pour assurer un transfert du type dit à pul- vérisation <B>dû,</B> métal de ladite électrode jus qu'audit dépôt de soudure (voir brevet suisse N 280573). Le gaz de protection est essen tiellement constitué par un gaz inerte.
Les gaz de protection inertes cités sont les gaz monoatomiques ou des mélanges de ces gaz, par exemple de l'hélium ou de l'argon, ou un mélange d'hélium et. d'argon, et peuvent coin- prendre de faibles proportions d'autres gaz qui ne modifient pas sensiblement les caracté ristiques de protection du ou des gaz inertes monoatomiques. Ces gaz sont de préférence fournis sous forme d'un courant à écoulement laminaire ou sensiblement non turbulent et présentant une rigidité d'écoulement suffi sante pour exclure sensiblement totalement l'atmosphère ambiante de la zone de l'arc.
Un tel arc constitue une décharge électrique à travers une atmosphère gazeuse commandée. Le gaz se trouvant dans la zone de 'l'arc est ionisé et les ions positifs produits sont mus par le gradient de potentiel vers la cathode où ils cèdent leur énergie à celle-ci ou sont neutralisés par des électrons émis par cette cathode.
De la vapeur métallique formée d'ans la région de l'arc par évaporation de l'élec trode, de l'ouvrage à souder (plaque) ou d'une autre source quelconque telle qu'Lui fil métallique de remplissage séparé font par tie de l'atmosphère gazeuse se trouvant dans la zone de l'arc, de sorte que l'atmosphère d'arc à travers laquelle a lieu la décharge électrique et à travers laquelle le métal de soudure est transféré à partir du fil constituant l'électrode jusqu'à l'ouvrage devant être soudé est consti tuée par le gaz de protection inerte et par ladite vapeur métallique;
tandis que l'air, de la vapeur d'eau et d'autres composants de l'atmosphère ambiante sont sensiblement exclus de la zone de l'arc par l'écran de pro tection constitué par le gaz inerte.
Etant donné qu'on n'utilise pas de fondant et que l'air atmosphérique ou des impuretés analo- 7ues ne sont pas présents d'ans la zone de l'arc, comme ce serait le cas si le soudage était effectué dans l'air, sous une couverture de fondant ou aii moyen d'électrodes munies d'un revêtement, les caractéristiques de l'arc à pression constante dépendent uniquement des caractéristiques des métaux constituant l'élec trode et l'ouvrage à souder et du gaz de pro tection inerte.
On a remarqué qu'en fournissant certaines matières d'addition à l'arc, en plus du métal qui est fondu pour former une perle de sou dure et des vapeurs métalliques de ce métal, et en plus du gaz de protection inerte, on peut commander ou modifier l'équilibre ther mique ou certaines autres caractéristiques de l'arc de soudage ou cet équilibre et ces autres caractéristiques de façon avantageuse.
Le pro cédé faisant l'objet de l'invention est caracté- risé en ce qu'on amorce un arc de soudage entre une électrode métallique d'apport et un ouvrage métallique devant être soudé, en ce qu'on fait avancer ladite électrode vers ledit ouvrage au fur et à mesure qu'elle se consume, en ce qu'on amène dans la région dudit arc un courant de gaz de protection, et en ce qu'on introduit dans la région de l'arc une matière modificatrice capable de modifier les caracté ristiques de l'arc.
Ladite matière modificatrice peut être choisie et ajoutée à l'arc de manière à "abaisser le travail exprimé en électronvolts et nécessaire pour extraire des électrons de la cathode, c'est-à-dire le potentiel de contact de la cathode, de manière à modifier l'équilibre thermique de l'are,
c'est-à-dire le rapport entre la chaleur engendrée ou libérée à la cathode et la chaleur engendrée ou libérée à !l'anode de façon déterminée et dans des proportions dé terminées, et de manière à. fournir une tache cathodique concentrée et stable.
L'installation objet de l'invention pour la. mise en oeuvre du procédé ci-dessus est carac térisée en ce qu'elle comprend une électrode d'apport métallique nue coopérant avec l'ou vrage à souder, des moyens pour fournir du courant de soudage à cette électrode et audit ouvrage de manière à amorcer et à entretenir un arc entre l'électrode et cet ouvrage, des moyens pour faire avancer l'électrode vers l'ouvrage au fur et à mesure qu'elle se con sume dans l'arc et par transfert de métal à l'ouvrage,
des moyens pour amener un courant, de gaz de protection inerte dans la région de l'arc, et des moyens pour introduire de façon continue, dans la région de l'arc, une matière modificatrice capable d'augmenter l'émission électronique thermionique de la cathode à l'arc.
On croit que lorsque le fil, métallique cons tituant l'électrode constitue la cathode de l'arc, la concentration de la tache cathodique ainsi obtenue améliore le transfert de métal tant. que le métal fondu en gouttes ou pulvérisé quittant cette électrode est entièrement immergé dans le plasma. Par conséquent, les matières modificatrices utilisées peuvent agir de ma nière à stabiliser l'arc et à améliorer ses carac téristiques de transfert de métal, par exemple en contribuant à assurer un transfert de métal du type à pulvérisation, à partir du fil d'élec trode jusqu'à l'ouvrage.
Ces matières peuvent également modifier d'une manière déterminée des facteurs tels que la vitesse de consomma- tion ou de combustion du fil d'électrode, la pénétration, la dimension et le contour de la perle de soudure.
On croit que la chaleur dégagée ou engen drée à la cathode lors du soudage à l'arc de métaux sous protection d'un gaz inerte est due dans une grande mesure au bombardement de cette cathode par des ions positifs.
Lorsque la cathode est de nature telle qu'elle est capa: ble d'émettre thermioniquement des électrons en relativement grande quantité à sa tempé rature de soudage, on pense que les ions posi- tifs sont en grande partie neutralisés avant d'atteindre la cathode, la chute de tension à la cathode étant faible et le bombardement de la cathode et la production de chaleur à la cathode étant ainsi réduits dans de grandes proportions.
Lorsque la cathode est un mau vais émetteur thermionique d'électrons à sa température de soudage, le bombardement par des ions positifs est plus intense, la chute de tension à la cathode est élevée et de relative ment grandes quantités de chaleur sont engen drées à la, cathode.
On a constaté que lorsqu'une matière cons tituant un bon émetteur thermionique d'élec trons à sa température de soudage, c'est-à-dire une matière thermionique, sert de cathode pour l'arc de soudage, elle constitue une ca thode très efficace, présentant une faible chute de tension cathodique et à laquelle une faible quantité de chaleur est engendrée ou libérée. Cela peut être attribué au fait que le bom bardement par des ions positifs, dont on estime qu'il produit la plus grande partie de la chaleur totale dégagée à la cathode, est relativement faible ou limité lorsque celle-ci est faite de matières thermioniques.
De telles matières émettent tous les électrons nécessaires pour l'entretien de l'arc, à leurs températures de soudage et avec une faible chute de tension cathodique. Cet effet de limitation n'est pas obtenu avec les matières présentant une faible émission thermionique ou constituant des cathodes froides et la plupart des matièrés communément utilisées en construction ou dans l'industrie des machines, telles que l'alu minium, le cuivre, le nickel, le fer, le magné sium, le titane, etc. et les alliages de ces mé taux, qui sont normalement industriellement soudés en grandes quantités, font partie de cette classe.
En se plaçant à un point de vue extrême ment simpliste, si on utilise une matière pré sentant une faible émission électronique ther- mionique, c'est-à-dire une matière dite de cathode froide , pour constituer la cathode de l'arc, cette matière constitue une cathode peu efficace.
Il en résulte un bombardement in tense par des ions positifs de toute matière de cathode froide constituant la cathode d'un arc de soudage sous protection d'un gaz inerte, et un fort dégagement de chaleur à cette ca thode, tandis que les matières de cathode à bonne émission électronique thermionique constituent .des cathodes relativement efficaces et avec lesquelles la chaleur dégagée à la ca thode est relativement faible.
Il y a peu de différence entre les dégage- ments de -chaleur à l'anode de l'arc selon que cette anode est faite d'une matière thermioni- que ou_ d'une matière de cathode froide. On a constaté que le dégagement de chaleur à l'anode est intermédiaire entre celui obtenu à la cathode lorsque celle-ci est faite d'une ma tière de cathode froide et le dégagement à cette même cathode lorsqu'elle est faite d'une ma tière thermionique.
Pour le soudage à l'arc des métaux sous protection d'un gaz inerte, il y a une autre différence importante entre le fonctionnement d'une cathode faite d'une- matière thermionique et celui d'une cathode faite d'une matière -de cathode froide. Etant donné que 1a cathode thermionique émet facilement des électrons en abondance en vertu de sa température, elle continue à émettre ces électrons même après que le courant de l'arc a été interrompu et du fait de l'inertie thermique de l'électrode.
Etant donné que l'émission électronique des matières dites de cathode froide ne dépend pris d'un effet thermique, ' cette émission d'électrons s'arrête immédiatement lorsque le courant de l'arc est interrompu. On a constaté que les matières thermioniques constituent des électrodes d'apport assurant une meilleure stabilité de l'arc pour le soudage à l'are sous protection d'un gaz inerte.
Lorsque des inter ruptions de l'are se produisent, la cathode thermionique constituée par une telle électrode continue de fournir des électrons en vertu de sa température et assure ainsi un réamorçagë facile de l'arc au moyen d'une faible force électromotrice.
Bien au contraire, une matière de cathode froide exige, pour le réa-morçage de l'arc, après une interruption, une force électromotrice très élevée et suffisante pour assurer une décharge luminescente. Pour le soudage à l'arc de métaux sous protection d'un gaz inerte, on modifie donc les matières d'électrodes de soudage et en parti- cüli.er celles de ces électrodes qui constituent des cathodes froides,
de manière à leur donner des caractéristiques électriques et thermiques de l'arc analogues à ou s'approchant jusqu'à un degré déterminé des caractéristiques élec triques .et thermiques obtenues avec des ma tières d'électrodes de soudage thermioniques, ceci aux températures qu'on rencontre dans les arcs lors du soudage sous protection de gaz inerte au moyen d'électrodes d'apport.
Les caractéristiques électriques et thermiques d'un arc de soudage utilisé sous une protection de gaz inerte et jaillissant entre des électrodes faites de matières de cathode froide sont ainsi commandées, cet effet étant obtenu par addi tion d'une matière modificatrice à l'arc et cette matière agissant de manière à modifier le rapport entre la chaleur engendrée ou dé gagée à la cathode et la chaleur engendrée ou dégagée à l'anode de l'arc, c'est-à-dire de manière à modifier ou déplacer l'équilibre thermique de l'arc.
On a constaté que de telles additions peuvent être faites par très petites quantités par rapport à la quantité de métal de soudure déposé ou de fil d'électrode con sumé: La matière ajoutée peut être fournie en quantités si faibles qu'elle n'affecte que les caractéristiques électriques et thermiques de l'arc. Si on le désire, cette matière peut être choisie et utilisée en si petites quantités qu'elle n'a pas d'effet sensible ou appréciable sur la composition chimique du métal de soudure ou. qu'elle ne réagit pas de faon appréciable avec le métal soudé.
De préférence; les arcs de soudage aux quels on ajoute ainsi une matière modifica trice sont dés ares à atmosphère sensiblement stérile ou environnés essentiellement d'un. gaz protecteur inerte, l'atmosphère de ces arcs comprenant en outre des vapeurs métalliques ou analogues dégagées par l'électrode et par l'ouvrage à souder. Le courant de gaz de pro tection inerte non turbulent exclut sensible ment l'atmosphère ambiante d'im tel arc de soudage et, du fait que le soudage est effectué sans fondant, les caractéristiques électriques et thermiques de tels ares ne dépendent que des caractéristiques du gaz de protection et du métal des électrodes.
Les arcs de soudage sans fondant, à atmosphère stérile et au moyen d'électrodes d'apport nues de ce genre ont des propriétés électriques et thermiques différentes de celles des arcs de soudage dans l'air, des arcs de soudage entretenus sous une couverture de fondant ou immergés ou des arcs de soudage produits au moyen des élec trodes ordinaires à revêtement de fondant. On a constaté que les caractéristiques élec triques et thermiques de tels arcs de soudage sous protection de gaz inerte et au moyen d'électrodes d'apport peuvent ' être délibéré ment modifiées et commandées de manière à, fournir des types de soudure nouveaux et améliorés.
L'environnement de gaz inerte, stérile et relativement pur assure que les substances modificatrices ajoutées agissent sur ou avec les surfaces d'électrodes de l'arc, ou sur ou avec l'atmosphère de l'arc ou sur ou avec les deux, ou modifient ces surfaces ou cette atmosphère ou les d'eux de la manière désirée et dans les proportions désirées, ceci sans porter préjudice à l'effet favorable de la protection de gaz inerte et sans entraîner une perte de commande ou des modifications supplémentaires indésirables de propriétés électriques et thermiques telles que celles qui pourraient résulter de la présence d'impuretés, par exemple d'air, de fondants ou de revête ments qui sont présents lors du soudage usuel dans l'air, sous une couverture de fondant,
ou au moyen d'électrodes à revêtement.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, trois formes d'exécution de l'ins tallation pour la mise en oeuvre du procédé, et illustre le procédé faisant l'objet de l'in vention.
La fig. 1 est une vue schématique de la première forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue de détail en coupe d'un pistolet de soudage à la main que com prend ladite forme d'exécution.
La fig. 3 est une vue en coupe selon 3-3 de la fig. 2. La fig. 4 représente, schématiquement, un appareil destiné à ajouter de la matière modificatrice à une électrode de soudage cons tituée par un fil métallique.
La fig. 5 représente, à un peu plus grande échelle, ledit fil métallique de soudage au cours des diverses opérations de préparation représentées à la fig. 4.
La fig. 6 est une vue en coupe d'une perle de soudure obtenue par le procédé spécifié. La fig. 7 est une vue en coupe d'une perle de soudure comparable à certains égards à celle représentée à la fig. 6, mais obtenue sans addition de matière modificatrice.
Les fig. 8 à 12 représentent, sous forme de diagrammes et en fonction du courant de soudage, les vitesses de consommation obtenues pour divers fils d'électrodes et avec ou sans addition de matière modificatrice.
La fig. 13 représente, qualitativement, pour certaines matières de cathode et pour certaines surfaces cathodiques composites, l'émission électronique thermionique de la ca thode de l'arc en fonction de la température de la cathode.
La fig. 1.4 représente, schématiquement, la deuxième .forme d'exécution. .
La. fig. 15 est une vue, à plus grande échelle, partie en coupe et avec arrachements, d'un pistolet de soudage à la machine que comprend l'installation représentée à la fig. 14.
La fig. 16 représente, schématiquement, la troisième forme d'exécution, et la fig. 17 est un diagramme représentant pour un courant d'arc constant les dégage ments de chaleur relatifs aux bornes d'arcs de soudage de métaux sous protection d'un gaz inerte.
Dans la première forme d'exécution d'ins tallation de soudage représentée à la fig. 1, l'ouvrage devant être soudé est une plaque désignée par le signe de référence 21. Une électrode de soudage 22 est fournie sous forme d'un long tronçon de fil à partir d'une bo bine 23 montée dans un châssis 24. Un méca nisme d'avance entraîné par un moteur 25 dévide le fil clé la bobine et le pousse conti- nuellement à travers une protection flexible 26 et jusque dans un pistolet 27,à une vitesse d'avance choisie et égale à celle à laquelle se consume l'électrode.
Le pistolet de soudage et la protection 26 sont bien visibles aux fig. 2 et 3. Le pistolet comprend un canon interne 30 à travers lequel le fil d'électrode 22 est avancé. Ce fil pénètre dans ce canon à partir de la protection 26 et il est fourni à un tube de contact 31 auquel le courant de soudage est amené. A partir du tube de contact 31, le fil 22 est directement fourni à l'arc au contact duquel il est fondu ou consumé, et sa matière est transférée et est déposée dans une flaque ou un cratère de soudure formé sur la plaque 21. Un canon extérieur 32 se terminant par une embouchure 33 entoure le canon intérieur 30 et le tube de contact 31.
L'espace annu laire laissé libre entre le canon intérieur et le canon extérieur et entre le tube de contact et l'embouchure forme un passage permettant l'écoulement d'un gaz de protection inerte jus que dans la zone de l'arc. Le dispositif d'ali mentation en gaz sera décrit de façon plus complète ci-dessous. Pour l'instant, il suffit de dire que le gaz de protection est fourni à travers la protection 26 . à un passage pour le gaz 34 du pistolet. Le gaz sort de l'embou chure sous forme d'un courant sensiblement non turbulent et de manière à former un écran autour de l'extrémité de l'électrode, de l'arc et de la flaque de soudure.
Dans les bre vets, suisses N $ 285860 et 283499, on a décrit de façon détaillée une manière très avanta geuse de former un écran de gaz sensiblement non turbulent. Le reste du pistolet représenté à la fig. 2 comprend un manche 35 qui a la forme d'une crosse de pistolet. Ce manche porte un commutateur de commande 36 qui est actionné par une gachette 37. Ce commu tateur est de préférence branché de manière à permettre à l'opérateur de commander le courant de soudage, l'écoulement de gaz de protection, et le mécanisme d'avance pour le fil.
Les connexions électriques du commuta teur de commande 36 et d'un commutateur de commande auxiliaire pour l'avance du fil sont réunies dans un câble de commande 39. Du courant de soudage est amené au pistolet à travers un câble de soudage 40.
Le courant de soudage est fourni par une machine de soudage à courant continu ordi naire 45. L'une des bornes de sortie de cette machine de soudage est électriquement reliée à la pièce devant être soudée par un conduc teur 47, et son autre borne de sortie est reliée au pistolet de soudage par un conduc teur du câble 40. Le courant de soudage est fourni à l'électrode en forme de fil à travers le tube de contact 31. Un contacteur 46 est prévu pour ouvrir et fermer le circuit de sou dage à volonté.
Du gaz de protection inerte est fourni à partir d'une bouteille de gaz sous haute pres sion 49 qui est munie d'une soupape à cylindre 50, d'une soupape réductrice de pression 51. et d'Zm indicateur de débit 52. Un conduit 53 amène le gaz à l'extrémité d'entrée de la protection 26.
En fonctionnement, le débit de gaz de protection est de préférence réglé avant d'amorcer l'arc. La- machine de soudage peut être mise en marche avant ou après qu'on a réglé le débit de gaz de protection. On touche ensuite la pièce devant être soudée avec l'extré mité de l'électrode et on en 'éloigne cette extrémité pour amorcer l'arc.
L'avance du fil est mise en route en même temps qu'on amorce l'arc ou immédiatement avant, et le fil est avancé vers la pièce devant être soudée de façon continue et à la vitesse voulue pour assurer le maintien de l'arc. Dans le brevet suisse N 280573, on a décrit de façon détail lée le mode de fonctionnement de l'installation représentée aux fig. 1 à 3.
Ainsi qu'on l'a dit plus haut, le procédé spécifié permet de commander la quantité de chaleur dégagée à l'une des bornes d'un arc de soudage au moyen'd'une électrode d'apport et sous protection d'un gaz inerte par rapport à la quantité de chaleur dégagée à l'autre borne de cet arc.
Dans les arcs de soudage de métaux sous protection d'un gaz inerte utilisé pour le soudage des métaux de construction courants ou de métaux de cathode froide , lorsque l'ouvrage constitue la cathode d'un arc de soudage à courant continu et que l'électrode d'apport en forme de fil constitue l'anode de-cet arc, une quantité de chaleur beaucoup plus considérable est dégagée sur l'ouvrage que dans le fil. En fournissant certaines matières modificatrices dans la ré gion de l'arc, en très faibles quantités et d'une façon qu'on décrira plus loin en détail, toutes les autres conditions étant d'ailleurs égales,
on peut modifier l'équilibre thermique de toute quantité désirée et jusqu'à atteindre d'autres conditions extrêmes dans lesquelles la chaleur dissipée dans le fil dépasse de beaucoup la chaleur dissipée dans l'ouvrage. Semblable- ment, dans le soudage à l'arc sous protection Mm gaz inerte et en utilisant le fil d'électrode comme cathode et l'ouvrage comme anode pour le soudage de métaux de construction ordi naires, la quantité de chaleur libérée dans le fil d'électrode est beaucoup plus considérable que celle dissipée dans l'ouvrage et cela peut, dans bien des cas, empêcher le soudage.
En fournissant dans la région de l'arc certaines matières modificatrices dans des proportions et d'une façon qu'on décrira plus loin en détail, toutes les autres conditions étant par ailleurs identiques, on peut déplacer l'équi libre thermique de toute manière désirée pour permettre le soudage en réduisant la chaleur dégagée dans le fil par rapport à celle déga gée dans l'ouvrage. En choisissant et en utili sant des matières modificatrices de façon adé quate, on peut modifier l'équilibre thermique d'un arc de soudage de métaux sous protection d'un gaz inerte de polarité normale de façon à obtenir approximativement le même équili bre thermique que dans un arc de soudage de polarité inverse entretenu sans adjonction de matière modificatrice.
On peut ainsi obtenir un soudage commercialement satisfaisant an moyen d'un arc de soudage de métaux sous protection d'un gaz inerte de polarité normale. <I>Exemple Z:</I> On a par exemple constaté qu'on pouvait faire une soudure sur une plaque d'acier et au moyen d'une électrode faite d'un fil d'acier doux en -utilisant un courant continu de pola rité normale, ceci au moyen d'une installation du type décrit ci-dessus en référence aux fig. 1 à 3 et à condition de fournir certaines matières modificatrices dans la région de l'arc. Les vitesses de consommation du fil d'électrode obtenues ne sont pas excessives comme celles qu'on obtient sans adjonction de matière modificatrice.
Ce fait est illustré par un essai qui a été fait au moyen d'une électrode en acier doux d'un diamètre de 1,6 mm traitée de manière à lui ajouter superficiellement du carbonate de rubidium. Le fil ainsi traité est amené à l'arc à travers un appareil du type décrit ci-dessus. De l'argon de qualité de soudage, c'est-à-dire de l'argon pur à 99,50/0., est utilisé comme gaz de protection avec un débit de 2,1.4 m3 par heure à travers une embouchure de 2,54 cm de diamètre intérieur, ce gaz étant amené de faon à former un cou rant non turbulent constituant un écran de protection. Le courant de soudage est de 325 ampères continu, de polarité normale.
Dans ces conditions, et avec une longueur d'arc normale d'environ 4,8 -mm, la vitesse de consommation et d'avance du fil d'électrode est de 3,8 m par minute et la tension d'arc est de 20 volts. Afin d'obtenir des résultats d'es sais exacts et reproductibles, le pistolet de soudage est maintenu fixe et l'ouvrage est déplacé mécaniquement sous ce pistolet avec une vitesse d'avance de 25,4 cm par minute.
Le carbonate de rubidium est appliqué au fil de la façon représentée aux fig. 4 et 5. Le fil est tout d'abord préparé en le faisant pas ser entre les galets d'une paire de galets dont l'un est molleté, pour former sur sa surface des marques transversales de 0,013 mm de profondeur espacées d'environ 0,8 mm (voir fig. 5). Le carbonate de rubidium sous forme d'une poudre sèche est ensuite intimement mélangé avec une certaine quantité d'alcool dénaturé, de façon à former une pâte. Cette pâte est appliquée sur le fil en l'étendant sur sa surface au moyen d'un pinceau, de manière à remplir les marques transversales de cette surface (voir fig. 4).
On fait ensuite passer le fil à travers un racloir constitué par un. anneau de caoutchouc étroitement ajusté autour de ce fil, de faon. à enlever tout excès de pâte. On fait passer le fil entre les galets d'une paire de galets lisses présentant chacun une rainure semi-circulaire, pour lisser la surface rugueuse formée par le galet mol- leté tout en retenant une partie de la matière modificatrice dans les - marques. La surface du fil est essuyée au moyen d'un chiffon propre et sec pour enlever sensiblement tout le carbonate de rubidium sauf celui qui a été retenu ou incrusté dans la surface de l'élec trode par le traitement précédent.
Finalement, l'alcool est évaporé de manière que le fil devienne sec. Préparé de la faon qu'on vient de décrire, le fil présente une surface conductrice sensiblement nue et il peut facile ment être avancé dans l'installation de sou dage. Les propriétés de ce fil lui permettent de récolter le courant de soudage à partir du tube de contact ne sont en rien amoindries. Ftant donné que le carbonate de rubidium est une matière déliquescente, il peut absorber une quantité d'humidité considérable lorsqu'il est exposé à une atmosphère humide.
Cela peut provoquer une certaine corrosion indé sirable du fil d'électrode qui peut gêner le transfert du courant de soudage au fil et qui peut également provoquer un attachement du fil dans le tube de contact du fait d'une accumulation de produits de corrosion dans ce tube. De plus, l'eau présente (hydrogène) a un effet nuisible sur la qualité du dépôt de soudure. Cependant, ces difficultés sont facilement évitées en conservant le fil pré paré dans une atmosphère sèche. Un composé de rubidium possédant sensiblement le même effet sur l'équilibre thermique de l'arc que le carbonate tout en étant moins déliquescent que celui-ci est l'oxyde de rubidium.
Du fil traité au carbonate de rubidium, préparé et utilisé de la façon décrite ci- dessus, assure l'entretien d'un bon arc de soudage et un transfert de métal du type à pulvérisation à partir du fil d'électrode jusqu'à l'ouvrage. L'arc obtenu présente une apparence très semblable à celle d'un arc de soudage de métal sous protection d'un gaz inerte avec courant continu de polarité in verse et de grande densité, normalement utilisé pour le soudage au moyen d'un fil d'électrode non traité. Le métal de soudure tombe en fondant dans le cratère formé, dans la plaque et produit une perle de soudure bien formée et de haute qualité.
Afin de démontrer combien les très fai bles quantités de carbonate de rubidium ajou tées sur le fil d'électrode réduisent la chaleur dégagée dans ce fil servant de cathode pour l'arc de polarité normale, on a effectué l'essai suivant: on a à nouveau utilisé comme cathode un fil d'électrode propre et nu en acier doux de 1,6 mm de diamètre, sans toutefois appli quer du carbonate, de rubidium sur ce fil.
L'installation utilisée était celle décrite ci- dessus et le débit et la composition du gaz de protection étaient également de 2,14 m3 par heure d'argon pur à 99,51/o. La vitesse d'avance de soudage était maintenue égale à 25,4 cm par minute et le courant de soudage était également maintenu égal à 325 ampères. Le fil d'électrode non traité utilisé dans ces conditions se consumait et devait être avancé à une vitesse de 9,14 m par minute et la tension d'arc était de 28 volts.
Ces chiffres doivent être comparés à la vitesse de consom mation de 3,8 m par minute précédemment obtenue avec une tension d'arc de 20 volts pour du fil d'électrode traité au carbonate de rubidium. Avec le fil traité au carbonate de rubidium, le fonctionnement de l'arc était satisfaisant et la soudure obtenue était de bonne qualité. Avec le fil d'électrode nu, l'arc semblait affolé et était désordonné, le transfert de métal était mauvais et s'effec tuait par grosses gouttes et avec de fortes éclaboussures et le soudage était pratique ment impossible.
La fig. 6 est une vue en coupe de la soudure obtenue avec du fil d'électrode traité au carbonate de rubidium, et la fig. 7 est une vue en coupe de' la sou dure obtenue dans des conditions identiques, mais avec du fil d'électrode nu et non traité. Bien que ces vues en coupe n'illustrent pas de façon complète la nature peu satisfaisante de la dernière soudure obtenue, elles montrent cependant 1a vitesse excessive de dépôt et 1a mauvaise pénétration obtenues sans addition de carbonate de rubidium.
De façon générale, pour obtenir une bonne fusion du métal trans- féré avec l'ouvrage, la, chaleur dégagée au fil d'électrode ne devrait- pas excéder la chaleur dégagée à l'ouvrage de plus de 50 0/0. La différence marquée entre les consommations respectives de fil d'électrode traité et non traité et entre les caractéristiques respectives des arcs obtenus avec du fil d'électrode traité et non traité doit être attribuée, au moins en, partie, à la grande faculté d'émission électro nique thermionique de l'acier traité au carbo nate de rubidium, à la.
température de sou dage et lorsque cet acier est utilisé comme cathode d'apport d'un arc de soudage de mé-, taux sous protection d'un gaz inerte.
<I>- Exemple II:</I> On a constaté qu'on pouvait obtenir des résultats analogues en ajoutant de la matière modificatrice à un. fil d'électrode fait d'une, matière non ferreuse. Par exemple, on peut souder de l'aluminium à l'are à courant con tinu en ajoutant du nitrate de coesium à un fil d'aluminium servant d'électrode.
On a de la sorte soudé une plaque d'alliage d'alumi nium au moyen d'une électrode faite d'un alliage d'aluminium et en utilisant de l'argon de qualité de soudage, c'est-à-dire de l'argon pur à 99,5 /a comme gaz de protection, cet argon étant fourni sous forme d'in courant i non turbulent et avec un débit de 2;14 m3 par heure à travers une embouchure de 25,4 mm de diamètre. L'installation utilisée était sensi blement la. même que celle décrite ci-dessus en référence aux fig. 1 à. 3. Le fil d'électrode pré- c sentait un diamètre de 1,6 mm et était fait. d'aluminium 43 S.
Une faible quantité de ni trate de coesium avait été préalablement appli quée sur ce fil. La plaque sur laquelle on a fait cette soudure présentait une épaisseur de s 9,5 mm et était faite d'aluminium 61 S T. La vitesse d'avance de soudage était de 25,4 cm par minute. Le nitrate de coesiuni avait été préalablement appliqué au fil d'aluminium exactemet de la manière décrite ci-dessus pour l'addition de carbonate de rubidium à un fil d'acier.
Dans ces conditions, et avec un cou rant d'arc de polarité normale de 200 ampères, la vitesse de consommation et d'avance du fil d'électrode était de 4,06 m par minute et la tension d'arc était de 16 volts. Les conditions de soudage étaient excellentes et. le métal était transféré de l'électrode à l'ouvrage à l'état pulvérisé, l'arc étant stable et tranquille et ne produisant pas d'éclaboussures. La régu lation de l'arc était, bonne, c'est-à-dire que l a longueur de l'arc et la. tension d'arc restaient sensiblement constantes. La perle de soudure était lisse et bien arrondie.
Afin de mettre en évidence l'effet de<B>dé-</B> placement de l'équilibre thermique de l'arc produit par cette addition de nitrate de coesium au fil d'électrode d'aluminium, on a essayé d'effectuer un soudage dans des con ditions comparables, avec un arc de polarité normale et avec une électrode d'aluminium non traitée. On a utilisé à cet effet la même installation dans des conditions de soudage identiqués, sauf que l'électrode d'aluminium non traitée remplaçait l'électrode traitée au nitrate de coesium. Dans ces conditions, on n'a pas pu effectuer de soudage. La vitesse de consommation de l'électrode était excessive et dépassait de beaucoup 12,7 m par minute.
La régulation de l'arc était très mauvaise, l'arc semblait affolé et produisait des écla boussures à profusion. La perle de soudure était irrégulière et n'était pas bien fondue dans la plaque mais était plutôt superposée à celle-ci et ne présentait pas une pénétration adéquate. La tension d'arc était beaucoup plus élevée que celle nécessaire avec le fil d'élec trode traité au nitrate de coesium. Cependant, à cause de la mauvaise régulation de la lon gueur de l'arc, il était impossible d'obtenir une lecture digne de confiance de la tension d'arc.
La différence significative et concluante entre le soudage avec un fil d'électrode traité au nitrate (le coesium et le soudage avec un fil d'électrode non traité consiste en ce que le premier de ces fils est consommé à une vitesse de 4,06 m par minute, tandis que le second se consume à une vitesse supérieure à 12,7 m par minute, ce qui indique une immense diffé- rence entre les quantités de chaleur respective ment dégagées:
à ces fils servant de cathodes. De plus, le transfert de métal était bon et le .soudage était commercialement applicable dans le premier cas, tandis que, dans le second cas, le transfert de métal était mauvais et le sou dage était inapplicable à des buts pratiques. Exemple <I>III:</I> On va donner ci-dessous un autre exemple d'application du procédé à des métaux non ferreux.
On a effectué des soudures sur une plaque d'acier en utilisant un fil d'électrode fait d'un alliage de bronze à l'aluminium, ce fil étant traité avec du chlorure de coesiuni et de rubidium ou, alternativement., n'étant. pas traité. Le fil d'électrode utilisé était fait d'un alliage comprenant environ 9 /a d'alumi nium, le reste étant constitué par du cuivre.
I1 présentait un diamètre de 1,6 mm, et lu, plaque constituant l'ouvrage était une plaque d'acier doux de 9,5 mm d'épaisseur. L'installa- tion utilisée et l'écran de gaz de protection étaient identiques à ceux décrits ci-dessus. Du chlorure de coesium et de rubidium était appli qué sur le fil d'électrode exactement de la même manière que le carbonate de rubidium sur le fil d'acier du premier exemple.
Le fil d'électrode étant utilisé comme cathode et l'arc étant donc de polarité normale, le cou rant de soudage était de 225 ampères, la vi tesse de consommation du fil traité était de 5,33 m par minute et la tension d'arc était de 18 volts. Le transfert clé métal entre les bornes de l'are était, bon et, avait la forme d'un cou rant de gouttes circulant à grande vitesse. La perle 'de soudure présentait un profil ovale et cette perle pénétrait. bien dans la. plaque. La régulation de la longueur de l'are était bonne.
En maintenant des conditions identi ques, mais en utilisant du fil d'électrode non traité, la vitesse de consommation de ce fil était de 8,1 m par minute et la tension d'arc était de 20 volts. Le métal était transféré entre les bornes de l'arc sous forme de plus grosses gouttes,
la perle de soudure obtenue était irrégulière et la régulation de l'arc était mauvaise. Le métal déposé s'accumulait sur la plaque et ne fondait pas bien dans celle-ci. Le soudage était inutilisable dans des buts pratiques. Ces essais montrent à nouveau qu'une quantité de chaleur beaucoup plus considérable est dégagée sur le fil d'électrode servant de cathode lorsque ce fil n'est pas traité que lorsqu'il est additionné de faibles quantités de chlorure de rubidium et de coe- sium coopérant avec le métal de base de la, cathode.
Bien que le déplacement de l'équilibre ther mique soit probablement le plus facile à dé crire de façon statistique en rapport avec un arc de polarité normale, à cause des très gmandes différences entre les vitesses de con sommation du fil d'électrode, ce déplacement se manifeste également avec les arcs de sou dage de polarité inverse.
Comme on l'a dit plus haut, la chaleur dégagée à l'anode de l'arc de soudage est pratiquement indépendante des qualités émissives de la matière de cette anode, et la vitesse de consommation du fil d'électrode devrait par conséquent être sensiblement cons tante lorsque ce fil constitue l'anode, c'est- à-direlorsque l'arc de soudage est de polarité inverse, soit que de la matière modificatrice soit fournie à l'arc ou non. On a. constaté que cela n'est pas le cas.
<I>Exemple</I> ZV: On a effectué une soudure sur une plaque d'acier au moyen d'une électrode en fil d'acier doux de 1,6 mm de diamètre sur laquelle on avait appliqué -une petite quantité d'oxyde de baryiun, de la manière précédemment dé crite. Le fil! d'électrode servait d'anode, l'arc étant de polarité inverse et protégé par un écran de gaz. Le gaz de protection utilisé était de l'argon et le débit de gaz était de 1,42 m3 par heure à travers une embouchure de 19 mm de diamètre intérieur.
L'ouvrage était consti tué par une plaque d'acier de 16 mm d'épais seur servant de cathode et la vitesse d'avance (le soudage était de 25,4 cm par minute. Avec un courant d'arc de 325 ampères, la vitesse de consommation du fil d'électrode était de 5,13 m par minute et la tension d'arc était égale à 22 volts. L'arc était. tranquille et stable et présentait une bonne régulation, et le trans fert de métal était du type pulvérisé. La perle de soudure était bien formée et sa pénétration était modérée.
On ne constatait pas de bom bardement par des ions positifs ordinairement observé lors du soudage à l'arc de polarité inverse sous protection d'un gaz inerte et au moyen d'une électrode non traitée. A titre de comparaison, en utilisant une électrode non traitée dans les mêmes conditions, la vitesse de consommation de ce fil d'électrode était de 5,33 m par minute avec une tension d'arc de 28 volts. Le transfert de métal entre les bornes de l'arc était également du type pulvé risé. La perle de soudure était un peu plus plate et la région de la plaque fortement chauffée par l'arc était beaucoup plus éten due. Le bombardement par des ions positifs produisait sur la plaque l'effet de nettoyage bien connu.
<I>Exemple V:</I> En utilisant un arc de polarité inverse, on a effectué des essais de soudage de matériau non ferreux au moyen d'une électrode en fil d'aluminium de 1,6 mm de diamètre et de l'installation précédemment décrite. L'écran de gaz était constitué par de l'argon à raison de 2,14 m3 par heure et formant un courant non turbulent à travers -une embouchure de 25,4 mm de diamètre intérieur. La cathode ou l'ouvrage était constitué par une plaque d'alu minium de 9,5 mm d'épaisseur.
Le fil d'élec trode était tout d'abord traité en lui appli quant une petite quantité de nitrate de coesium, de' la façon précédemment décrite. La vitesse de consommation de l'électrode était alors de 4,2 m par minute avec un courant d'arc de 205 ampères et une tension d'arc de 19 volts. La soudure ainsi obtenue était bonne. On a ensuite utilisé dans les mêmes conditions lin fil d'électrode en aluminium non traité.
La vitesse de consommation de l'électrode était alors de 4,44 m par minute avec une tension d'arc de 22 volts. La perle de soudure était un peu phis plate et les caractéristiques de l'arc et le transfert de métal étaient bons.
Il est significatif que., lorsque le fil d'élec trode constitue l'anode, la matière modifica trice ajoutée à ce fil n'a que peu ou pas d'effet sur<B>k</B> vitesse de consommation du fil, mais réduit sensiblement la tension d'arc, de sorte que la puissance totale de l'arc est con sidérablement plais faible. Dtant donné que la vitesse de consommation du fil d'électrode est sensiblement constante, il est évident, que la chaleur dégagée dans l'ouvrage doit être ré duite.
C'est exactement ce à quoi on devrait s'attendre si l'ouvrage était rendu meilleur émetteur électronique thermionique. Il est par conséquent évident que, dans ces exemples de soudage à l'arc de polarité inverse, la matière modificatrice appliquée sur le fil d'électrode est transférée à la flaque de soudure avec le métal' de soudure déposé et accroît l'émission thermionique de la flaque de soudure qui sert de cathode.
Ainsi, lorsque des adjonctions de matières modificatrices sont incorporées au fil d'électrode, la chaleur dégagée dans ce fil est :sensiblement réduite lorsque celui-ci constitue la cathode ,et lorsque l'ouvrage constitue l'anode de l'arc et la chaleur dégagée dans l'ouvrage peint également être sensiblement réduite lorsque le fil d'électrode constitue L'anode et lorsque l'ouvrage constitue la ca thode de l'arc.
On a constaté que de très petites quantités de matière modificatrice sont suffisantes pour assurer l'obtention des résultats désirés. D'après ce qui précède, deux procédés d'appli cation de cette matière au fil d'électrode sont, satisfaisants et ces procédés sont tels qu'une très faible partie de la matière modificatrice reste sur le fil ou dans le fil terminé et traité. En fait, dans le cas où cette matière est appli quée sur la surface du fil, on peut éprouver des difficultés pour assurer l'avance du fil à travers le tube de contact et pour amener du courant à ce fil si la matière modificatrice ajoutée se trouve sur la surface du fil en quantité suffisante pour pouvoir s'en détacher.
Une analyse chimique grossière d'un échantil lon de fil d'acier traité au moyen d'oxyde de baryum .et utilisé avec succès dans l'un des exemples décrits ci-dessus montre que le ba ryum restant sur la surface du fil représentait l'équivalent d'environ<B>25</B> g par tonne d'acier, c'est-à-dire environ 0,003 0/o en poids du métal de soudure déposé. Cela est caractéristique du fait que de très petites quantités de matière modificatrice peuvent être utilisées.
Le fil, traité peut encore être considéré comme étant un fil nu et sa surface est électriquement conductrice et permet de lui amener le cou rant de soudage pendant qu'il est avancé à travers le tube de .contact. .
L'équilibre thermique d'un arc de soudage de métaux sous protection d'un gaz inerte peut non seulement être déplacé dans un sens donné par adjonction d'une matière modifica trice, comme cela. a été mis en évidence par les exemples précédents, mais suie commande quantitative de ce déplacement de l'équilibre thermique peut de plus être obtenue par choix judicieux de la matière modificatrice.
Les faits expérimentaux suivants démon trent que différentes matières modificatrices ont pour effet d'assurer différents dégage ments de chaleur à la cathode de Parc, dans des conditions par ailleurs sensiblement iden tiques.
Lors du soudage à l'arc de polarité normale au moyen d'une- électrode d'acier traitée au carbonate de rubidium (voir exem ple I), on a obtenu aine vitesse de consomma tion de l'électrode de 3,8 m par minute avec une tension d'arc de 20 volts. Dans des con ditions comparables et avec un fil d'électrode non traité, on a obtenu une vitesse de consom mation de l'électrode de 9,14 m par minute avec une tension d'arc de 28 volts.
En consér- vant inchangées toutes les conditions de Sou dage, mais en substituant du chlorure de coesium et de rubidium au carbonate de rubi dium, on a obtenu une vitesse de consomma tion de l'électrode de 4,2 m par minute avec une tension d'arc de 22 volts.
Lorsqu'on utilise du carbonate de potassium comme matière modificatrice ajoutée an fil d'électrode, la vitesse de consommation de celle-ci est de 6,72 m par minute avec une tension d'arc de 28 volts. De façon analogue, pour le soudage à l'arc de polarité normale d'aluminium (voir exem ple II), en utilisant un fil d'électrode traité au nitrate de coesium, on obtenait un soudage praticable et une vitesse de consommation de l'électrode de 4,06 m par minute avec une tension d'arc de 16 volts:. En utilisant un fil.
d'électrode non traité dans les mêmes condi tions, le soudage devenait impraticable et la vitesse de consommation de l'électrode dépas sait 12,7 m par minute. En conservant exacte ment identiques toutes -les conditions de sou dage, mais en remplaçant. le nitrate de coesium. par un mélange d'oxydes de lanthane et de cérium contenant, en faibles quantités, des oxydes d'autres métaux des terres rares, on a obtenu une vitesse de consommation de l'élec trode de 9,4 ni par minute avec une tension d'arc de 18 volts.
Ces valeurs sont intermé diaires entre celles obtenues avec le fil d'élec trode non traité et celles obtenues avec le fil d'électrode traité au nitrate de coesium.
Semblablement, en utilisant une électrode faite d'un fil d'alliage de bronze d'aluminium avec un arc de polarité normale (voir exemple III), la vitesse de consommation de l'électrode était de 5,53 m par minute, le fil d'électrode ayant été traité au chlorure de coesium et de rubidium. La vitesse de consommation corres pondante pour du fil d'électrode non traité était de 13,2 m par minute.
Lorsqu'on rem place le fil traité au chlorure de coesium et de rubidium par du fil traité au carbonate de rubidium, la vitesse de consommation de ce fil, dans les mêmes conditions de soudage, est de 6 m par minute environ..
Bien que certaines matières modificatrices particulières ayant pour effet d'accroître l'émission thermionique soient comprises dans les matières utilisées dans :les exemples ci- dessus, on .comprendra que le procédé spécifié n'est nullement limité à ces matières particu lières.
Bien au contraire, on peut mettre en ozuvre ce procédé avec d'autres matières modi ficatrices comprenant ou contenant un ou plusieurs agents d'émission susceptible de coopérer avec le métal de base de la cathode, de manière à former une surface de cathode composite à base de métal de soudage qui pré sente un pouvoir thermionique émissif plus élevé à la température de soudage que celui du métal de base seul.
L'émission thermioni- que accrue d'une telle surface de cathode en métal composite a pour effet un potentiel de contact et une chute de tension cathodique notablement amoindris par rapport au poten tiel de contact et à la chute de tension catho dique du métal de base seul, à la température de soudage. La surface de cathode de soudage composite comprend le ou les agents d'émission et le métal de base de cette cathode.
Les mé taux de base sont évidemment ceux qui for ment l'ouvrage ou ceux qui forment le fil d'électrode et qui sont destinés à être fondus et liés par fusion aux métaux die l'ouvrage, pour former le dépôt de soudure. Les agents d'émission sont des métaux ajoutés à lame ou à l'une ou aux deux électrodes de soudage en extrêmement faibles quantités soit sous forme d'éléments, soit sous forme de composés qui se dissocient dans l'arc de manière à libérer de tels éléments.
Ces métaux ont principale ment pour but de modifier les caractéristiques thermiques et électriques de l'axe. Pour une opération de soudage donnée, les métaux de base sont déterminés par la composition de l'ouvrage et par la composition du dépôt de soudure devant être formé. Des agents d'émis sion appropriés sont des métaux qui devraient étre électropositifs par rapport au métal de base de la cathode et présenter un potentiel de contact thermionique plus faible que celui du métal de base et un faible potentiel d'ioni sation.
Ce dernier potentiel doit de préférence être inférieur au potentiel d'ionisation de tout autre constituant de l'atmosphère de l'arc et doit de préférence être inférieur au potentiel de contact effectif du métal de base de la. cathode. Lesdits métaux doivent en outre pré senter un point de fusion inférieur au point d'ébullition du métal de base de la cathode et un point d'ébullition suffisamment élevé, ou être suffisamment peu volatils pour rester en place sur la surface de la cathode composite pendant im temps suffisamment long pour accroître l'émission thermionique de cette sur face, dans les conditions de soudage.
D'après des résultats expérimentaux, on a déterminé que le procédé peut être mis en ouvre de façon satisfaisante à l'aide d'un agent d'émission. constitué par un élément du groupe des métaux alcalins, du groupe des métaux alcalino-terreux, par du lanthane ou par des métaux des terres rares de la série du lanthane, par de l'actinium ou par des métaux des terres rares de la. série de l'actinium, par du scandium ou encore par de l'yttrium.
Ces élé ments peuvent être ajoutés soit sous forme d'éléments ou sous forme métallique, soit encore sous forme de composés de ces éléments suscep tibles de se dissocier partiellement ou complè tement dans l'arc, de manière à libérer lesdits éléments. Par exemple, les oxydes, les carbo nates, les borates, les phosphates, les nitrates, les silicates ou les composés halogénés desdits éléments peuvent être utilisés. Les mélanges de deux ou plus de deux des éléments ou des composés ci-dessus peuvent être utilisés et sont. souvent. particulièrement efficaces.
Les métaux alcalins sont le lithium, le sodium, le potas sium, le rubidium, le coesium et le francium. Les métaux alcalino-terreux sont. le calcium, le baryum, le strontium et le radium. Les métaux des terres rares de la série du lanthane sont le cérium, le praséodymium, le néody- mium, le prométhium, le samarium, l'euro pium, le gadolinium, le terbium, le dyspro sium, le holmium, l'erbium, le thulium, l'ytter- bium et. le lutécium.
Les métaux des terres rares de la. série de l'actinium sont le thorium, le protactinium, l'uranium, le neptunium et le plutonium, l'americum et le curium.
Beaucoup des éléments et des composés des éléments des groupes du système périodique qu'on vient de citer sont rares et coûteux, et certains d'entre eux sont dangereusement radioactifs.
Pour ces raisons, pour d'autres raisons pratiques, et également parce que des résultats particulièrement favorables et haute ment désirables peuvent être obtenus pour le soudage à l'arc sous protection de gaz inerte des métaux communément. utilisés en construc- tion et dans l'industrie au moyen des agents qu'on va citer, on préfère utiliser un agent d'émission constitué par un élément choisi parmi les suivants: potassium, rubidium, coesitim, strontium, baryum, lanthane ou mé langes de métaux des terres rares de la série du lanthane et cérium.
Dans certains cas, le thorium et. l'uranium peuvent être préférables lorsque les températures de l'électrode de sou dage sont élevées. A titre d'exemple particulier de matières modificatrices préférées, on citera le nitrate de coesium, le carbonate de rubidium, le chlo rure de coesium et de rubidium, l'oxyde ou le carbonate de baryum, les mélanges de ba ryum et de strontium sous forme d'oxydes ou de carbonates, le lanthane et les mélanges de métaux des terres rares de la série du lan thane sous forme métallique et sous forme d'oxydes,
l'oxyde de thorium et. le carbonate de potassium.
Les mêmes matières modificatrices ne sont pas également efficaces pour tous les ouvrages et avec des fils d'électrode de n'importe quelle composition. Les fig. 8 à 12 représentent les vitesses de consommation du fil d'électrode en emjminute, en fonction du courant en ampères, selon les diverses matières modificatrices ajou tées à ces fils-, et illustrent ainsi l'effet des dites matières sur l'équilibre thermique de l'arc de soudage de métal sous protection d'un gaz inerte.
Pour toutes les courbes représentées aux fig. 8 à 12, le fil d'électrode utilisé est un fil d'acier doux d'un diamètre de 1,6 mm, la. soudure se faisant en courant continu dans une atmosphère d'argon. Les courbes de la fig. 8 se rapportent à une opération sans adjonction de matière modificatrice, la courbe 1 étant obtenue en polarité directe (électrode négative et ouvrage à souder positif), la courbe 2 en polarité inverse (électrode posi tive et ouvrage à souder négatif). Les courbes de la fig. 9 sont obtenues en polarité directe.
La. courbe 1 est obtenue sans adjonction de matière modificatrice; la courbe 2 se rapporte à une adjonction de fluorures de terres rares; la- courbe 2 se rapporte à une adjonction d'un mélange d'oxyde de cérium Ce03 et d'un mé lange contenant principalement des oxydes de lanthane et de cérium, avec de petites quantités d'oxydes d'autres terres rares comme matières modificatrices, les autres courbes concernant d'autres matières modificatrices indiquées sur le dessin.
La courbe de la fig. 10 est obtenue en polarité directe avec adjonction de cérium et de lanthane comme matières modificatrices. Les courbes de la fig. 11. sont obtenues sans adjonction de matière modificatrice, la courbe 1 étant obtenue en polarité -directe et la courbe 2 en polarité inverse.
Les courbes de la fig. 12 sont obtenues en polarité directe, la courbe 1 concernant une opération sans adjonction de matière modificatrice, la courbe 2 une- adjonction d'un mélange de K#,C03 et d'un mélange contenant principalement des oxydes de lanthane et de cérium avec de petites quantités d'oxydes d'autres terres rares,. et les autres courbes se rapportant à des opé rations avec adjonction de matières modifi catrices indiquées sur le dessin.
Bien que les principes ou la théorie du fonc tionnement. du procédé spécifié ne soient pas encore connus de façon certaine, on a. trouvé que l'explication suivante de l'efficacité de ce pro cédé est. utile à titre d'orientation pour dé terminer les matières modificatrices ou agents d'émission qui doivent être utilisés pour le soudage d'une pièce à souder faite d'un métal. de base particulier ou conjointement avec un fil d'électrode fait d'un métal de base parti culier, afin d'obtenir les résultats désirés.
Les matières modificatrices sont des matières qui se désagrègent, au cas où il s'agit d'un com posé, en im agent. d'émission ou élément d'émis sion métallique présentant un faible potentiel de contact et un faible potentiel d'ionisation, qui est électropositif par rapport au métal de base de la cathode, et qui forme un mince film sur toute la surface ou sur une partie de la surface de la cathode, ceci pendant, l'opé ration de soudage.
Un revêtement d'un métal électropositif sur un métal plus électronégatif a pour effet d'abaisser de façon marquée le potentiel de contact de la surface composite, et d'augmenter ainsi son émission thermioni- que à la température de soudage de l'électrode.
On croit donc que l'efficacité du procédé est due aux phénomènes suivants: le composé con tenant l'agent ou élément d'émission (en ad mettant que l'agent d'émission soit ajouté à l'arc sous forme d'un composé) est réduit ou dissocié et libère l'agent d'émission sous forme d'un métal, dans ou sur la partie fondue de la cathode de soudage (surfaces du fil d'élec trode et de la pièce à souder).
L'élément d'émission diffuse jusqu'à la surface de la cathode fondue ou effectue une migration sur cette surface ou les deux pour former une surface de cathode de soudage composite et thermioniquement hautement émissive. Il semble que la. surface entièrement activée cor respond à une couche monoatomique d'atomes ou d'ions de l'agent. d'émission qui recouvre une grande partie, par exemple plus de 50 0/o, de la surface de cathode. Cette mince couche de l'élément d'émission est maintenue sur la.
surface par des forces d'attraction si élevées qu'une évaporation notable ne se produit que pour des températures bien supérieures au point d'ébullition de cet élément. d'émission, ceci bien que des quantités en excès de l'élé ment d'émission puissent s'évaporer à de basses températures; de manière à laisser subsister ladite mince couche ou des taches d'élément d'émission sur la surface de la cathode.
Il convient de remarquer que les températures de l'arc de soudage usuellement entretenu à la pression atmosphérique sont supérieures aux températures de dissociation de la. plupart des composés. La couche monoatomique ou les taches d'atomes de l'élément d'émission sont probablement adsorbés sous forme d'ions par la surface de la cathode en métal de base et les forces qui tendent à maintenir cette couche ou ces taches en place sont probablement les plus élevées lorsque le potentiel d'ionisation de l'élé ment d'émission est faible.
Il semble que le potentiel d'ionisation de l'élément. d'émission devrait être plus faible que le potentiel de contact du métal de base de la cathode. Cepen dant, en pratique, et peut-être parce qu'il est difficile de déterminer exactement les po tentiels de contact, on a trouvé que le poten tiel d'ionisation du métal d'émission peut quel quefois dépasser d'une quantité pouvant atteindre un électronvolt et demi les valeurs données par des observateurs dignes de foi pour les potentiels de contact des métaux de base de cathode:
En général, l'élément d'émis sion doit être électropositif par rapport au métal de base; le potentiel de contact de la surface composite .est le plus faible, et son émission thermionique est la, phis élevée lors que cettè différence est positive et aussi grande que possible. Ce potentiel de contact croit et cette émission thermionique diminue lorsque ladite différence devient égale à zéro ou même négative.
Les potentiels d'ionisation de plusieurs des éléments d'émission cités ci-dessus ont été dé terminés avec une exactitude raisonnable. Cependant, comme on vient de le dire, on constate des différences assez grandes entre les potentiels de contact des métaux de base mesurés par différents chercheurs.
On donne ci-dessous une liste tirée de la littérature du potentiel d'ionisation de certains des éléments d'émission et du potentiel de contact ou d'ex traction de plusieurs métaux de base.
EMI0015.0014
Potentiel <SEP> d'ionisation <SEP> Potentiel <SEP> de <SEP> contact <SEP> thermoionique
<tb> Agents <SEP> d'émission <SEP> Electron-volts <SEP> Métaux <SEP> de <SEP> base <SEP> Electron-volts
<tb> Lithium <SEP> 5,37 <SEP> Magnésium <SEP> 3,78
<tb> Sodium <SEP> 5,12 <SEP> - <SEP> Aluminium <SEP> 4,08
<tb> Potassium <SEP> 4,32 <SEP> Cuivre <SEP> 4,33
<tb> Rubidium <SEP> 4,16 <SEP> Fer <SEP> 4,48
<tb> Coesium <SEP> 3,87
<tb> Strontium <SEP> 5,67
<tb> Baryum <SEP> 5,19
<tb> Scandium <SEP> 6,7
<tb> Ittrium <SEP> 6,5
<tb> Lanthane <SEP> 5,59
<tb> Thorium <SEP> 5,
25 Bien qu'il semble que le coesium fournisse la meilleure surface composite thermionique- ment émettrice avec l'un quelconque des mé taux de base de la liste ci-dessus, son point d'ébullition est relativement bas et il n'est pas bien retenu sur la surface des métaux de base ayant des points d'ébullition élevés, comme le fer, dans les conditions de soudage. Le coesium est très efficace pour augmenter l'émission thermionique de la surface des mé taux à bas point d'ébullition, tel que l'alumi nium.
Le baryum, le strontium, le lanthane et le cérium devraient être beaucoup plus effi caces comme agents émetteurs pour renforcer l'émission thermionique d'une surface compo- site à base de fér que pour tune surface à base d'aluminium. Des essais ont montré que cela est en effet le cas.
Les agents d'émission présentant de bas potentiels d'ionisation sont particulièrement favorables lorsqu'ils sont utilisés conjointement avec des gaz de protec tion tels que l'hélium et présentant de relative ment mauvaises caractéristiques d'ionisation.
En général, l'agent d'émission ne peut être choisi pour la mise en oeuvre du procédé spécifié et pour une surface composite déter minée que lorsque le métal de base des ca thodes utilisé dans cette mise en oeuvre est connu, ce métal étant déterminé par la com position du fil d'électrode ou de l'ouvrage, et cette coxiposition étant à son tour déter minée par le type de soudure qu'on désire effectuer et par le type d'ouvrage.
De plus, la sui-face de cathode doit fonctionner à une température comprise entre les points de fusion et d'ébullition du métal constituant le fil d'électrode, de sorte que ce métal puisse être fondu et être transféré par l'arc pour être déposé dans le métal fondu sur l'ouvrage.
Le fait que les arcs de soudage sont nor malement amorcés à une pression sensiblement égale à la pression atmosphérique doit être considéré parce que le point d'ébullition de ragent d'émission devrait être élevé, afin de conserver cet agent intact sur la surface de cathode pendant un temps suffisant, et les températures et points d'ébullition devant être pris en considération doivent par conséquent être les températures et points d'ébullition à pression atmosphérique. Du fait que de la matière modificatrice est continuellement fournie à l'arc, l'élément d'émission est con tinuellement renouvelé sur la surface de ca thode composite et n'a donc besoin d'avoir qu'une durée de vie effective -relativement courte.
Des agents d'émission présentant des points d'ébullition considérablement infé rieurs aux températures de soudage de la cathode peuvent agir de façon à entretenir une surface de cathode composite thermioni- quement émissive et constamment efficace, à condition d'être continuellement ajoutés è. l'arc, et même si le métal de base de la cathode est rapidement enlevé, respectivement ajouté, pendant l'opération de soudage, par transfert de métal à partir du fil d'électrode jusqu'au dépôt de soudure formé sur l'ouvrage.
Le traitement d'activation (réduction ou dissociation de la matière modificatrice ajou tée si celle-ci est constituée par un composé et migration de l'élément d'émission jusque sur la surface de cathode sous forme d'une couche monoatomique) doit avoir lieu à me sure que le fil est avancé vers l'arc. II est important que l'élément d'émission choisi soit capable d'être retenu par adsorption, sous forme d'une mince couche, sur le métal de base et à la température de soudage de celui-ci, parce que c'est à cette température (comprise entre les points de fusion et d'ébullition du métal de base) que la surface de cathode de soudage fonctionne et que la surface compo site doit par conséquent être efficace.
Si la matière modificatrice est fournie à l'arc sous forme d'un composé, ce composé doit être assez peu stable pour se dissocier au moins partielle ment dans l'arc, de manière à fournir l'élé ment ou le métal d'émission à l'état libre sur la ou les surfaces d'électrodes de l'arc. D'au tre part, lorsqu'on utilise mi composé, celui-ci doit de préférence se dissocier assez difficile ment pour que l'élément d'émission ne puisse être complètement évaporé avant de pouvoir atteindre la surface de cathode et être adsorbé sur cette surface sous forme d'ions.
Lorsque la matière modificatrice est un composé, elle peut être considérée comme comprenant une phase efficace qui est constituée par un élément d'émission et une phase porteuse qui est constituée par l'élément ou groupe d'éléments qui porte l'élément d'émission jus qu'à son endroit d'utilisation sur la surface composite.
Le diagramme de la fig. 13 illustre l'effet de commande et d'amélioration de l'émission électronique thermionique dans l'arc de sou dage obtenu au moyen de surfaces de cathode composites. Les diverses courbes donnent l'émission thermionique en amp/cm2 (échelle logarithmique), en fonction de la. tempéra ture en degrés Kelvin. Les parties en trait plein des courbes se rapportent à l'état liquide, les parties en trait pointillé à l'état solide.
Les petits cercles indiquent les points de fusion et les petits triangles les points d'ébul lition.<B>A</B> cette figure, les taux d'émission" thermionique de deux métaux de base: alumi nium (courbe 1) et fer (courbe 2) et de deux agents d'émission: coesium (courbe 3) et ba ryum (courbe 4) sont représentés en fonction de la température. Les émissions thermioni- ques de surfaces composites obtenues ait moyen de coesium et de baryum sont également re présentées en fonction de la température (courbes 5 et 6 respectivement), pour mettre en évidence les principes du procédé.
Il con vient d'insister sur le fait que ces courbes ne sont qu'une illustration et qu'elles ne sont pas exactes au point de vue quantitatif. Elles représentent qualitativement la relation qui existe entre les taux d'émission thermionique de diverses surfaces, mais les relations quan- titatives représentées sont inexactes du fait que le potentiel de contact d'une surface de cathode composite varie avec le métal de base de cette cathode aussi bien qu'avec l'élément d'émission utilisé. -Le potentiel de contact d'une surface thermionique composite est in férieur à celui du métal de base et à celui de l'élément d'émission pris isolément.
Bien que le métal de revêtement ou agent d'émission soit retenu sous forme d'une couche adsorbée sur la surface du métal de base à une tempé rature bien supérieure à sa température d'ébullition, lorsque des températures suffi samment élevées sont atteintes, cette couche adsorbée se dissipe trop rapidement par éva poration, et l'émission thermionique est alors sensiblement identique à celle du métal de base seul. La courbe 7 d'émission du métal réfractaire et thermionique tungstène et la courbe 8 d'émission de thorium sur une base de tungstène sont représentées pour illustrer cet effet, ainsi- que la courbe 9 relative à l'émission d'une surface composite obtenue au moyen du thorium.
Au haut du diagramme, les flèches 10, 11 et 12 indiquent les domaines de températures dans lesquels l'aluminium, le fer et le tungstène respectivement sont en phase liquide. L'extrémité gauche de chaque flèche correspond au point de fusion, et l'extrémité droite au point d'ébullition du métal.
Les flèches 13 et 14 à gauche du dia gramme indiquent les domaines propres à une cathode froide et à une cathode thermionique respectivement. Étant donné que les tempé ratures d'électrode de l'arc de soudage pour l'aluminium et pour le fer doivent être com prises dans les domaines indiqués pour ces métaux, pour la mise en couvre du procédé de soudage à l'arc sous protection d'un gaz inerte, on voit de suite que le coesium serait le plus efficace pour renforcer l'émission thermioni- que d'une surface d'aluminium et que le ba ryum serait le plus efficace pour renforcer l'émission du fer.
L'effet résultant d'un tel émetteur cathodique thermionique d'électrons, comparativement aux métaux de base consti tuant des cathodes froides, sur l'équilibre thermique de l'arc de soudage de métaux sous protection d'un gaz inerte est illustré à la fig. 17. Celle-ci donne la quantité de cha leur relative libérée aux bornes de l'arc de soudage pour un courant constant, à gauche pour une cathode froide, à droite pour une cathode froide avec un agent d'émission ther- mionique.
A titre d'alternative du procédé de prépa ration du fil d'électrode représenté à la fig. 4; et selon lequel la matière modificatrice est appli quée sur la surface du fil ou est incrustée dans des rayures pratiquées dans cette surface, la matière modificatrice d'addition peut être ajoutée au métal fondu à partir duquel le fil est fabriqué, de faon à former un alliage ou un mélange avec ce métal. On obtient ainsi mie répartition homogène de la matière modi ficatrice dans tout le fil d'électrode, ce qui élimine la nécessité d'un traitement indépen dant du fil après sa fabrication.
Exemple <I>VI:</I> A titre d'exemple, on a ajouté du métal misch à une coulée de 43<B>k</B>g d'acier doux fondu, à raison de 1,82 kg de métal misch par tonne d'acier fondu. Le métal misch com prend 53% de cérium, 331/o de lanthane, 1,50/o de fer, le reste étant constitué par des métaux des terres rares.
L'alliage ainsi obtenu et dans lequel une partie du métal misch avait été perdu par évaporation a été étiré pour former du fil de 1,6 mm de diamètre destiné à être utilisé comme électrode d'ap port pour le soudage à l'arc de métaux sous protection d'un gaz inerte, avec un arc à cou rant continu de polarité normale. Avec un débit de 2,14 m3 par heure d'argon s'écoulant à travers une embouchure de 2,54 cm de dia mètre intérieur, on a soudé une plaque d'acier de 9,5 mm d'épaisseur à une vitesse d'avance de soudure de 25,4 cm par minute.
Avec un courant de soudage de 308 ampères, la vitesse de consommation du fil d'électrode était de i 3,56 m par minute et la tension d'arc était de 25 volts. Ces valeurs doivent être comparées à une vitesse de consommation de l'électrode d'environ 8,5 m par minute pour un fil d'élec trode utilisé dans les mêmes conditions, mais ne contenant pas de métal misch. Les condi tions de, soudage avec le fil d'électrode en acier traité au métal misch étaient bonnes. Le transfert de métal était du type pulvérisé et la perle de soudure était bien formée.
Bien qu'on estime actuellement préférable pour la mise en ouvre du procédé de four nir la matière modificatrice en l'appliquant ou en l'occluant dans le fil d'électrode, ou en core en l'ajoutant au fil d'électrode comme partie intégrante . de l'alliage formant ce fil, an peut encore ajouter cette matière modi ficatrice d'autres façons.
La fig. 14 représente, schématiquement, une deuxième forme d'exécution de l'installa= tion pour la mise en ouvre du procédé, dans laquelle les matières modificatrices sont intro duites de façon continue dans le courant de gaz de protection. Un fil d'électrode non traité 60 est avancé à travers un pistolet de soudage 61 jusqu'en position de fonctionnement par rapport à un ouvrage 62 devant être soudé. Comme décrit ci-dessus en regard de la fig. l., le fil d'électrode .60 est fourni à partir d'une bobine 65 à partir de laquelle il est dévidé au moyen d'un mécanisme d'avance 63 en traîné par un moteur. Ce fil est ensuite poussé à travers une protection 64 jusqu'au pistolet de soudage 61.
Du courant de soudage est fourni par une machine de soudage à courant continu de construction ordinaire 66. L'une des bornes de sortie de cette machine est reliée au pistolet de soudage 61 à travers un commutateur 67 et des conducteurs 68 et 68'. L'autre .borne de sortie de la machine est reliée à l'ouvrage 62 au moyen d'un conduc- Leur 69: Le courant de soudage -est amené jus qu'à l'électrode 60 à l'intérieur du pistolet 61, au moyen d'un tube de contact, comme dans le pistolet représenté aux fig. 2 et 3. Le pistolet représenté à la fig. 14. est refroidi au moyen d'une circulation d'eau passant par des con duits débouchant dans l'embouchure de ce pistolet.
Celui-ci est supporté au moyen d'un support fixe comprenant un manchon fendu <B>70</B> qui porte un pignon disposé -de manière qu'on puisse le faire tourner au moyen d'un volant à main 71. Une crémaillère 72 est fixée au fût du pistolet 61, de manière à coopérer avec ledit pignon et à permettre ainsi de régler sa position verticale par rapport au manchon fendu. La fig. 15 montre des détails de construction des parties inférieure et supé rieure du pistolet 61. Le fil d'électrode est. avancé à travers un canon intérieur 75 et à travers un tube de contact 76 qui amène le courant de soudage jusqu'à l'électrode 60.
Ce courant est amené au pistolet à son extrémité supérieure au moyen du conducteur 68' et passe au travers des parties intérieures de ce pistolet jusqu'au tube de contact 76.
Ainsi qu'on peut le voir à la fig. 14, du gaz de protection est fourni à partir d'une bouteille de gaz comprimé 80. Ce gaz sort de la bouteille à travers une soupape à cylindre usuelle 81, un régulateur de pression 82 et un indicateur de débit 83 pour passer dans un conduit 84. A travers le conduit 84, le gaz de protection est amené dans un dispositif dis tributeur de poudre 85 du type vibratoire. Ce dispositif est principalement constitué par une trémie à partir de laquelle la matière en poudre est fournie au moyen d'un mécanisme distributeur vibratoire. Cette matière est en traînée parle courant de gaz inerte, au fur et à mesure que ce gaz amené au dispositif à travers le conduit 84 quitte ce dispositif à travers un conduit 86.
Du gaz de protection contenant de la matière en poudre à l'état de suspension passe par le conduit 86,à partir du distributeur de poudre 85 jusqu'au pistolet de soudage 61. Dans cette forme d'exécution, la matière modificatrice est fournie sous forme d'un solide à l'état sec et pulvérulent qui est introduit dans le courant de gaz de protection. Ce gaz contenant ladite matière modificatrice à l'état de suspension passe à travers des pas sages appropriés ménagés dans le pistolet 67. et sort de celui-ci sous forme d'L-m courant.
non turbulent à travers une embouchure 89 (voir fig. 15) qui entoure le tube de contact 76. La, matière modificatriee suspendue dans le courant de gaz. de protection pénètre dans la région de l'arc dans laquelle elle fournit une substance stabilisatrice présentant un bas potentiel d!'ionisàtion et où elle donne aux sur- faces de cathode de l'arc des propriétés d'émis sion thermionique telles que celles décrites plus haut.
Le dispositif distributeur de poudre 85 n'est pas nécessairement du type décrit ci- dessus, il pourrait aussi être constitué par un appareil quelconque capable d'assurer une alimentation continue de l'arc en matière mo dificatrice pulvérulente. <I>Exemple VII:</I> Cet exemple illustre une mise en aeuvre du procédé dans laquelle la matière modifi catrice est fournie à l'arc sous forme d'une poussière suspendue dans le gaz de protec tion. Un arc de soudage de polarité normale a été amorcé entre un fil d'électrode en acier doux non traité, d'un diamètre de 1,6 mm., constituant la cathode de l'arc et une plaque d'acier de 9,5 mm d'épaisseur constituant l'anode de l'arc.
De l'oxyde de baryum sous forme d'une fine poudre sèche était trans porté jusque dans l'arc par le courant de gaz de protection qui était de l'argon de qualité de soudage fourni avec un débit de 2,14 m3 par heure à travers une embouchure de 2,54 cm de diamètre intérieur. Le courant d'arc étant de 300 ampères, la vitesse de consommation chi fil d'électrode était de 4,82 m par minute avec une tension d'arc de 22 volts. Toutes les autres conditions étant par ailleurs égales, mais sans introduction de poussière d'oxyde de baryum dans le courant de gaz de protec tion, la vitesse de consommation de l'électrode était égale à 7,9 m à la minute et la tension d'arc étant de 30 volts.
En amorçant dans les mêmes conditions un arc de soudage de polarité inverse et en fournissant de la poussière d'oxyde de barymn à l'état suspendu dans le gaz de protection, on a obtenu des résultats analogues à ceux obtenus avec un arc de soudage de polarité inverse et en fournissant de l'oxyde de ba ryum par application de cet oxyde sur le fil d'électrode.
En plus des modes d'introduction de la matière modificatrice dans l'arc décrits ci- dessus, on a constaté que, dans certaines con ditions, cette matière pouvait également être disposée sur un fil auxiliaire de remplissage avancé dans la soudure ou être directement disposée sur la pièce devant être soudée.
La fig, 16 représente une troisième forme d'exécution de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé, dans laquelle on utilise un fil auxiliaire de remplissage sur lequel la ma tière modificatrice a été appliquée. Dans 1a forme d'exécution représentée à la fig. 16, un fil d'électrode 90 est avancé à partir d'une bobine 91, au moyen d'un méca nisme d'avance 92 entraîné par un moteur, comme dans les formes d'exécution précédem ment décrites. Ce fil d'électrode est propre, nu et n'est pas traité. Il est guidé à partir du mécanisme -d'avance 92 et à travers une protection 93 jusqu'à un pistolet de soudage 94.
Ce pistolet est pratiquement identique à celui représenté aux fig. 14 et 15. Du courant de soudage est fourni à partir d'iuie machine de soudage 100. L'une des bornes de sortie de cette machine est reliée au pistolet de sou dage par un conducteur 101, un commutateur 102 et un conducteur 103. Le courant est amené jusqu'au fil d'électrode 90 à l'intérieur du pistolet de soudage 94. L'autre borne de sortie de la machine de soudage -est reliée à l'ouvrage devant être soudé au . moyen d'un conducteur 104. Du gaz de protection est fourni à partir d'une bouteille de gaz com primé 110, à travers une soupape à cylindre 111 ordinaire; un régulateur de pression 112;.
un indicateur de débit 113 et un conduit 114, jusqu'au pistolet de soudage 94. Le gaz de protection sort par l'embouchure du pistolet sous forme d'un courant non turbulent entou rant .l'extrémité de l'électrode adjacente à. l'arc, cet arc lui-même et la -flaque de soudure. Un second ensemble d'alimentation en fil mé tallique est utilisé pour faire avancer un--fir de remplissage 119 jusqu'à la soudure. Ce fil contient, dans sa masse, sous forme d'un revê tement superficiel ou d'une incrustation dans sa surface, la matière modificatrice nécessaire. Le fil métallique traité 119 n'est pas alimenté en courant et ne constitue pas une électrode.
C'est un fil séparé qui est avancé jusque dans la région de l'arc dans laquelle il est fondu dans la soudure par la chaleur de l'arc. L'en semble d'alimentation en fil de remplissage est identique à l'ensemble d'alimentation en fil d'électrode. Il comprend une bobine de fil 120 et un mécanisme d'avance 121 pour le fil, qui est entraîné par un moteur. Ce mécanisme dévide le fil 119 de la bobine 120 et le pousse à travers -une protection 122 jusque dans la zone de soudage.
Un dispositif de fixa tion 123 supporte la protection 122 au voisi- nage du pistolet et guide ainsi le fil de rem plissage 119 jusque dans la soudure. On ob tient- les meilleurs résultats lorsque le fil de remplissage 119 -est avancé vers la zone de soudage de manière telle que son extrémité touche la pièce devant être soudée au bord de la flaque de soudure et que ce fil fonde dans la flaque de soudure avant de parvenir directement au-dessous de l'arc.
Les matières modificatrices ajoutées et faisant partie de ce fil de remplissage assurent le taux d'émission électronique thermionique de l'a cathode d'une façon très semblable à celle assurée par les matières modificatrices ajoutées par applica tion sur le fil d'électrode de la façon décrite dans les exemples précédents. <I>Exemple VIII:</I> Cet exemple illustre l'effet produit sur un arc à courant continu de polarité inverse, pour le soudage d'un métal sous protection d'un gaz inerte, par une addition d'une matière modifi catrice amenée au moyen d'un fil de remplis sage auxiliaire.
Avec une installation telle que celle représentée à la fig. 7_6, on a utilisé un fil d'électrode en acier doux de 1,6 mm de diamètre sous protection d'un écran gazeux d'argon s'écoulant sous forme d'un courant non turbulent avec un débit de 2,14 m3 par heure à travers une embouchure de 2,54 cm de diamètre. En ne fournissant pas de fil auxiliaire de remplissage et pour un réglage donné du générateur de soudage, le courant de soudage était de 285 ampères, la tension d'arc de 29 volts et la vitesse de consommation du fil d'électrode de 4,44 m par minute.
Un fil de remplissage auxiliaire constitué par un fil d'acier de 1,15 mm de diamètre était uti- lisé. Ce fil avait été préalablement traité avec de l'oxyde de baryLUn, exactement de la façon décrite ci-dessus (exemple I) à propos du fil d'électrode de 1,6 mm de diamètre traité au carbonate de rubidium. Ce fil auxiliaire était avancé vers l'arc de manière à fondre dans la flaque de soudure et à compléter la quantité de métal de soudure fournie par l'électrode de soudage en se consumant. Lorsque ce fil.
métallique traité à l'oxyde de baryum était ajouté à la soudure avec une vitesse d'avance de 2,3 m par minute et en maintenant cous- tant le réglage du générateur de soudage, la tension de soudage tombait immédiatement à 25 volts, le courant de soudage augmentait jusqu'à 325 ampères et la vitesse de consom mation de l'électrode augmentait jusqu'à 5,7 m par minute, de la façon usuelle et en rapport avec l'augmentation du courant de soudage.
L'oxyde de baryum appliqué sur le fil de rem plissage auxiliaire était par conséquent effi cace pour augmenter la capacité d'émission de la flaque de soudure, exactement comme lorsque de l'oxyde de baryum ou une autre matière modificatrice d'addition était appli quée sur le fil d'électrode ou était transportée jusque dans la région de l'are sous forme d'une poussière suspendue dans le gaz de pro tection.
<I>Exemple IX:</I> Dans certains cas, on peut également mettre en ce-Livre le procédé spécifié en appli quant la matière modificatrice d'addition di rectement sur l'ouvrage. Par exemple, en utili sant une installation du type décrit en réfé- 'rence à la fig. 1, on a appliqué préalablement, au moyen d'un pinceau, -une boue d'oxyde de baryum et d'alcool sur les endroits d'une pla que d'acier devant être soudés. L'alcool s'éva porait, laissant un revêtement superficiel d'oxyde de baryum qui adhérait à la plaque.
Le soudage à l'arc à courant continu de pola rité inverse d'un métal sous protection d'un gaz inerte nécessitait, sur la partie revêtue de la plaque, un courant d'arc de 350 ampères et une tension d'arc de 22 volts. Lorsque la soudure s'écartait de la partie de la plaque préalablement traitée pour parvenir sur une région nue et propre de cette plaque, la ten sion d'arc sautait brusquement à 30 volts et le courant d'arc diminuait brusquement jus qu'à 290 ampères, indiquant ainsi que la fla que de soudure servant de cathode constituait un émetteur électronique thermionique très amélioré lorsque de l'oxyde de baryum avait préalablement été appliqué sur la partie cor respondante de la plaque.