CH342303A - Procédé pour travailler par fusion une pièce au moyen d'un arc électrique et appareil pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Procédé pour travailler par fusion une pièce au moyen d'un arc électrique et appareil pour sa mise en oeuvre

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CH342303A
CH342303A CH342303DA CH342303A CH 342303 A CH342303 A CH 342303A CH 342303D A CH342303D A CH 342303DA CH 342303 A CH342303 A CH 342303A
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arc
nozzle
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electrode
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Gage Robert Maccornack
Yenni Donald Mckelvie
Stanley Kane John
Warren Hill Clifford
Oyler Glenn Walker
Iii John Maier
Reed Thomas Binnington
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Union Carbide Corp
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K10/00Welding or cutting by means of a plasma
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description


  Procédé pour     travailler    par fusion une pièce au moyen     d'un    arc électrique  et appareil pour sa mise en oeuvre    La présente invention     concerne    un     procédé    pour  travailler par fusion une pièce au moyen d'un arc  électrique et un appareil pour sa mise en oeuvre. Ce       procédé    permet, par exemple, de     souder        :et        couper     des corps métalliques.  



  On savait déjà qu'un arc formé entre deux élec  trodes peut être allongé et intensifié au moyen d'un       courant    d'air ou autre     gaz    et que la flamme     ainsi     produite peut être     utilisée    de manière satisfaisante  pour faire fondre des parties localisées d'un corps  métallique. Toutefois, pour beaucoup d'applications,  en     particulier    pour la soudure et la coupe, il faut une  source de chaleur plus stable et plus concentrée que  les flammes que l'on a pu obtenir jusqu'ici avec un  arc.

   Par suite, l'invention a pour but de fournir un  procédé utilisant un jet de grande intensité calorifi  que, que l'on peut conformer et diriger efficace  ment de manière à l'adapter à l'application particu  lière envisagée.  



       Le        procédé    selon l'invention est caractérisé en  ce qu'on fait passer un arc,     formé    entre une électrode  non consumable disposée     axialement    dans     une    tuyère  et un organe constituant une seconde     électrode,    avec  un courant de gaz à travers un passage de ladite  tuyère agencé de manière à     produire    un     rétrécisse-          ment    dudit arc, de sorte que la tension par unité de  longueur de     l'arc    ainsi rétréci est supérieure à celle  d'un arc non rétréci,

       transportant    la même quantité  de     :courant,    produit à l'extérieur d'une tuyère dont la       section    de passage est égale à la     section        dudit    pas  sage, et protégé par un courant de gaz de la même  composition et s'écoulant à travers cette tuyère à la    même vitesse, et     en        ce    qu'on dirige     contre    la pièce  le jet constitué par l'arc     et    le gaz quittant ledit pas  sage.  



  L'appareil objet de l'invention, pour la     mise    en       oeuvre    de     ce    procédé, est caractérisé en ce qu'il com  prend un     chalumeau    à arc contenant     une    électrode       non    consumable en     forme    de baguette     disposée        axia-          lement    dans une tuyère présentant un passage agencé  de manière à     conduire    un courant de gaz et à pro  duire un     rétrécissement        d'un    arc     formé    à travers ce  passage  <RTI  

   ID="0001.0046">   entre    cette électrode non     consumable    et un       organe        constituant    une seconde     électrode,    la     sumface     de la     section    transversale la plus faible, dudit pas  sage étant inférieure à la surface de la section trans  versale d'un     àrc    semblable, mais non rétréci, mesurée  à la même distance de     l'extrémité    de     l'électrode    non       consumable.     



  La partie de l'arc, comprise     entre    la     sortie    de la  tuyère et la pièce, a une     direction        initiale    bien     dé-          terminée    ;

       elle    est     rigide        :et    persistante.     Cette        fixité     de la direction de     cette    partie     constitue    une     grande          amélioration    sur ce qui existait     antérieurement.    Tou  tefois, la     rigidité    de     l'arc    dépend, en outre, du cou  rant de gaz pénétrant dans la tuyère.

   On     peut    faire  arriver dans     l'orifice    de la tuyère une quantité     régla-          ble    de gaz et la régler de manière à     commander    la  rigidité et la force vive du jet. Tout     le    gaz passe  dans     l'arc    et est par conséquent     chauffé    à la tempé  rature de     l'arc.    Tout en transférant vers la pièce       cette        chaleur,        ce    gaz     sert    à     refroidir    la tuyère.  



  De plus, comme la vitesse du gaz     sortant    de la  tuyère à une pression donnée augmente avec la tem-      pérature et comme la température de l'arc est très éle  vée, la     vitesse    du     gaz    dans la tuyère pour une pres  sion     donnée,    peut     être    exceptionnellement élevée.  Ces vitesses     élevées    du gaz ,sont     utiles    dans beaucoup  d'applications du fait de la force vive qu'elles confè  rent au jet.

      Ce jet à     grande        vitesse,        lorsqu'il    est     utilisé    pour  la coupe de     certains    métaux donne des     vitesses,    des       qualités    de coupe et une économie     supérieures    à       celles    des     procédés        antérieurs    de coupe à     l'arc.       Les dessins annexés     illustrent,    à titre d'exemples,  des mises en oeuvre du procédé selon l'invention.

      La fig. 1 est une vue en perspective d'un appareil       dans    lequel les électrodes     primaires    :sont la pièce à  travailler et une baguette ;    la fig. 2 est une coupe d'une variante;    la fig. 3 est une vue en élévation de côté d'un  arc protégé par un gaz     inerte,    non     rétréci,    d'un type  courant utilisé jusqu'ici ;    la fig. 4 est un diagramme contenant trois cour  bes correspondant à des     distances        différentes    de l'élec  trode de la fig. 3, dans lequel le diamètre de l'arc  est donné en fonction du courant passant dans       l'arc    ;

    la fig. 5 est une vue représentant un appareil  comprenant un chalumeau à arc,     certaines        parties          étant        représentées    en     coupe        longitudinale        verticale    ;  la fig. 6 est une vue analogue à la fig. 5 repré  sentant un appareil comprenant un autre type de  chalumeau à     arc    ;

      la fig. 7 est une vue analogue représentant une  variante     comprenant    un chalumeau avec     électrode          refroidie    par de l'eau et     fonctionnant    avec du cou  rant continu de polarité inverse    la fig. 8 est une vue analogue représentant une  variante avec arc en forme d'éventail ;  la fig. 9 est une coupe suivant la ligne 9-9 de  la fig. 8 ;  la     fig.    10 est une     coupe    de détail     verticale,    lon  gitudinale, d'une variante avec arc divisé ;  la     fig.    11 est une coupe suivant la ligne 11-11  de la     fig.    10 ;

    les     fig.    12 à 15 sont des     diagrammes    représen  tant différentes caractéristiques de fonctionnement ;  la     fig.    16 est une     coupe        verticale    d'un chalumeau  selon une autre variante;  la     fig.    17 est une vue en perspective     d'une    autre  variante dans laquelle les électrodes entre     lesquelles          jaillit    l'arc sont une baguette -en métal     réfractaire    et  un anneau non consumable ;

      la     fig.    18 est une vue en perspective d'une autre  variante     utilisant    quatre électrodes consistant respec  tivement en une baguette, une tuyère, un anneau et  la pièce ;  la     fig.    19 est une coupe verticale représentant  une     variante    à trois électrodes ;  la     fig.    20 est un schéma d'un appareil comportant  un dispositif faisant avancer     une    électrode fusible  dans le jet de gaz chaud     sortant    du chalumeau ;  la     fig.    21 est une     coupe        verticale    d'un chalumeau  à arc ;

    la     fig.    22 est une vue en élévation de côté d'un  appareil à couper les tôles ;  la     fig.    23 est une vue de la paroi d'une coupe faite  en     utilisant    un     courant    d'argon avec Pare;  la     fig.    24 est une vue analogue de la paroi d'une  coupe faite en     utilisant    avec l'arc un courant d'un  gaz contenant de l'hydrogène.

      Les chalumeaux représentés schématiquement sur  les fi-. 1 et 2 sont     alimentés    en un gaz approprié,  tel que de l'argon, de l'hélium, de l'hydrogène, de  l'azote ou un mélange de ceux-ci, ce gaz     passant    en  direction axiale, en un courant     annulaire,    autour  d'une     électrode    primaire non consumable 10, puis  dans une tuyère 12     comportant    un passage interne 13  dans lequel l'écoulement     s'effectue,    soit par aspira  tion provoquée par l'arc lui-même,     soit    en amenant  ce gaz sous pression.

   L'électrode 10 est ,une baguette  dont la     pointe    est située sur l'axe de la tuyère 12  et au voisinage de son extrémité. L'autre     électrode     primaire est constituée     par    la     pièce    métallique à     tra-          vailler,        telle    qu'une tôle 14. La tuyère 12     peut        elle-          même    servir d'électrode secondaire, comme on le  verra ci-dessous.

   Dans tous les cas, les     électrodes     primaires sont reliées à une source de courant élec  trique     continu    ou     alternatif    par des     conducteurs    20  et 22. Un arc 24, extrêmement chaud sort de la  tuyère 12 du chalumeau.  



       Dans    tous les cas, le passage 13 de la tuyère con  forme latéralement, dirige et rétrécit la colonne de  l'arc. Cette     conformation    et ce     rétrécissement    de la       colonne    de l'arc par le passage 13 de la tuyère pro  duisent divers effets     intéressants.    La tension par       unité    de     longueur    de l'arc peut     être    sensiblement  augmentée,     ce    qui développe ainsi plus de     puissance     dans l'écoulement de l'arc pour un courant donné.

    On a trouvé, par exemple, qu'alors que la tension  par     unité    de longueur de l'arc dans un arc antérieur       non        rétréci    peut être de 3,15 à 7,9 volts par cm dans  de l'argon, pour un courant d'arc de 200 ampères,  les valeurs les. plus élevées se trouvant dans.

   la partie  de la     colonne    qui est très voisine des électrodes, la  tension dans un     arc    rétréci et dans de l'argon peut  être     environ    de 11,8 volts     par    cm dans une tuyère  ayant 6,3     mm    de     diamètre    intérieur, de 39,4 volts  par cm dans une tuyère de 3,2     mm    de     diamètre    inté-      rieur et de 69,0 à 79,0 volts par cm dans     une        tuyère     de 1,98 mm de diamètre     intérieur.     



  Le tableau 1 ci-dessous montre la plus grande  tension par unité de longueur de l'arc que l'on peut  obtenir, en comparaison avec des soudures faites se  lon les procédés antérieurs, en     utilisant    une tuyère    cylindrique ayant la forme géométrique représentée  sur la     fig.    5 qui sera décrite ci-dessous en détail,  sur un     acier    inoxydable à 19     0/o    Cr et 10 0/o Ni, en  utilisant du     courant    continu à 175 ampères avec une  vitesse de soudure<I>de</I> 25,4 cm par minute et avec  de l'argon arrivant au chalumeau.

    
EMI0003.0008     
  
     La tuyère 12 peut être     ien    une matière solide  quelconque et elle peut être refroidie, si cela est  nécessaire, par exemple avec de l'eau pour du cuivre,  par rayonnement pour du tungstène et avec ou sans  eau pour une matière céramique, etc.  



  Les dimensions de la tuyère varient beaucoup  pour les différentes applications. La longueur axiale  de la tuyère, si celle-ci est     conductrice,    doit être  limitée de manière à     empêcher    la formation d'un    arc double   d'électrode à tuyère et de tuyère à  ouvrage. Un critérium empirique pour le fonctionne  ment continu stable est que la .chute de tension le long  d'un tronçon donné de la colonne de l'arc,     confinée     dans une     portion    de la tuyère continue électrique  ment, doit être inférieure à la tension qui est néces  saire pour établir cet arc double.

   Ainsi, par exem  ple, si l'on suppose, pour un cas donné, que cette  dernière tension, en     utilisant    de l'argon et une tuyère  en cuivre refroidie par de l'eau, est d'environ 20 volts,  une tuyère de 3,2 mm de diamètre intérieur (ten  sion par unité de     longueur    de l'arc de 31,4     volts/cm,     dans de l'argon, avec un courant de 160 ampères)  aura de préférence une longueur inférieure à 0,64 cm  (l'équivalent de la longueur correspondant à 20     volts).     On peut utiliser des tuyères plus longues, mais elles  sont alors soit faites en une matière non     conductrice,

       soit qu'elles     comportent    des sections isolées électri  quement lorsqu'elles sont composées en matière con  ductrice     électriquement.     



  Comme on le voit sur la     fig.    3, un arc 26, pro  tégé par du gaz inerte d'un type antérieur     courant,     établi entre une baguette 10 formant cathode et une  anode 28 plate, a la forme générale d'un cône ar  rondi qui, lorsqu'il est protégé par un écoulement  d'argon, a les dimensions notées dans les     fig.    3 et 4  pour des courants d'arc compris entre 100 et 400 am  pères. Les courbes     caractéristiques    X, Y et Z mon  trent comment les diamètres d'arc observés respec  tivement à 2,5 - 7,6 et 15,2 mm de la cathode 10  augmentent lorsque le courant de l'arc augmente,  dans tous les cas.

   Une tuyère ayant un diamètre de  6,4 mm, peut rétrécir un arc de 200 ampères, de    manière telle qu'à 15,2 mm de la pointe de l'électrode  par exemple, la     section    transversale de l'arc est en  viron un tiers de celle de l'arc de la     fig.    3.  



  Un chalumeau à arc T     (fig.    5), convenant pour  souder du métal, comporte une tuyère en cuivre 30  présentant un alésage central 32     dans    lequel     l'extré-          mité    inférieure de     l'électrode    10 est suspendue à       distance    de la paroi intérieure et du fond de cet alé  sage, en laissant un passage pour le gaz.

   Ce gaz  s'écoule par un passage allongé 34 qui est ,situé dans  l'alignement de l'axe de     cette    électrode.     Ce    passage  34 contient un arc pilote existant     continuellement     entre la tuyère -et l'électrode lorsqu'une source de  courant S y est reliée au moyen des fils 20, 22 et 38,  par     l'intermédiaire    d'une résistance 40, telle qu'une  lampe ou une série de lampes.  



  La tuyère 30 présente     également    une rainure an  nulaire 36 dans son fond,     concentrique    avec l'orifice  34, de manière à diriger un écoulement     extérieur    an  nulaire enveloppant 44 d'un gaz de     protection    ap  proprié, par exemple de l'argon ou du C02, au  tour de l'arc 24 et sur une zone à fondre de la  pièce 14. L'arc     pilote    amorce un arc principal 42  entre     l'extrémité    de l'électrode 10 et la pièce 14  lorsque cette     dernière    est     reliée    à une borne de la  source par un fil 48.

   En ce cas, la tuyère est main  tenue froide par     circulation    d'eau dans un passage  annulaire 50 entourant l'alésage 32.  



  Le     chalumeau    de la     fig.    5     fonctionne    très bien  lorsque le pôle négatif de la source S de     courant     continu est     -relié    à     l'électrode    10 et le pôle positif  est relié aux fils 38 et 48 par un     conducteur    22. Ce  chalumeau fonctionne aussi bien lorsqu'il est     relié    à  une     source    de courant alternatif.

   En ce cas, le fil 48       est    relié directement à     une    borne d'une     source    de cou  rant     alternatif    de soudure et l'électrode 10 est reliée  à l'autre borne. Un arc     pilote    à courant continu fonc  tionnant continuellement sous 30 ampères amorce  l'arc à courant alternatif principal de soudure, le       stabilise    et le maintient. Cet arc pilote peut subsis  ter continuellement, même pendant le fonctionne  ment de l'arc principal.

        En fonctionnement, le chalumeau T se déplace  le long d'une soudure à faire dans la pièce 14     et    l'arc  24, qui est protégé de     l'air    extérieur par     l'écoulement     de gaz     protecteur        annulaire    44, fait fondre un joint  51 dans la     pièce,        lequel,    lorsque l'arc 24 se déplace,

    se refroidit et se     solidifie.    Une     caractéristique    remar  quable du chalumeau T est que     l'arc    24 est bien  dirigé et     donne    des     différences    remarquablement fai  bles dans les dimensions du bourrelet de soudure     sur     une gamme étendue de hauteurs du chalumeau par       rapport    à la     pièce,    comme on le voit dans le     :tableau     I. Le chalumeau T     convient    également bien pour sou  der des brides de tôle à vitesse rapide.  



  On a utilisé un petit chalumeau à arc, analogue à  celui de la     fig.    5, pour souder une tôle en acier inoxy  dable de 0,18 mm d'épaisseur, à raison de 63,5 cm  par     minute,    en     utilisant    un courant continu de 15 am  pères, 21,2     1/hr    d'argon traversant un     orifice    cen  tral de 1,6 mm de diamètre et environ 710     1/hr    d'ar  gon dans l'enveloppe     environnante.    L'arc 24 était  stable,     facilement    réglable et il n'avait pas tendance  à se     déplacer    même pour des courants descendant  jusqu'à 8 ampères.  



  Sur la     fig.    6, est représenté un chalumeau Tl,  constitué par une     électrode    primaire 10 qui est mon  tée dans l'axe d'un tambour     cylindrique    52 dans le  bas     duquel    .se trouve une tuyère 54 présentant un  passage central 55 dans lequel     pénètre        l'extrémité    in  férieure de l'électrode. La sortie du passage 55 va  en se     rétrécissant    jusqu'à un     .orifice    de     sortie    de dia  mètre réduit.

   La paroi annulaire de la tuyère 54 est à       distance    de la paroi intérieure du     tambour    52, de  manière à constituer un passage annulaire 56,     fermé     par des     garnitures    d'étanchéité 57, pour l'eau de re  froidissement qui y arrive par une entrée 58 et en       sort    en 60.  



  De préférence, la tuyère 54 est en cuivre et  l'électrode 10 en un     alliage    de tungstène et de tho  rium. L'électrode 10 est     reliée    au pôle négatif d'une  source S de courant continu, par un fil 20, tandis que  le pôle positif de cette     source    est     relié    à la pièce par  des fils 22     et    48.

   La tuyère est également reliée au    pôle     positif    de la source par un     branchement    38  contenant une résistance 40     limitant    la     quantité    de       courant    à celle qui est     suffisante    pour     maintenir    un       arc        pilote    entre l'électrode primaire 10 et la tuyère  54     qui,    en ce cas,     forme    une électrode secondaire  (anode). Un gaz approprié arrive à l'intérieur du  tambour 52.

   Comme le chalumeau de la     fig.    5, le       chalumeau    de la     fig.    6     fonctionne    aussi bien avec  une source de courant alternatif de soudure.  



  L'arc 24     sortant    par le chalumeau T1 est bien  dirigé sur .une longueur     allant    jusqu'à 3,8 cm<B>;</B> il est       excessivement    stable. Des résultats d'expériences fai  tes avec le chalumeau T1 ont donné:

   avec     un    arc  de 200 ampères, une tuyère de 1,27 cm de long et  4 mm de diamètre     intérieur,    566     1/hr    d'argon, la  tension par cm de longueur de l'arc     est    de 38 volts,  la vitesse     calculée    de la décharge est d'environ 305 m  par     seconde    et la chaleur     appliquée    à la     pièce    est  de 5,2     kw.    On peut     comparer    cela avec la tension par  cm de l'arc fonctionnant avec de l'argon et non ré  tréci     comme    cela est courant, tension qui est de  19 volts ;

   avec la même longueur d'arc, la chaleur  appliquée sur la pièce est de 2,7     kw.    Un calcul ap  proximatif des     puissances    relatives     appliquées    par       unité    de surface sur la pièce pour ces exemples, mon  tre que le chalumeau décrit est dix fois plus avan  tageux. On peut utiliser     n'importe    quel gaz n'ayant  pas     d'effet        nuisible    sur les électrodes.  



  A des vitesses     d'écoulement    de gaz plus     élevées          (8491/hr    ou plus pour une tuyère de 3,2     mm    de  diamètre     intérieur,    par exemple), l'arc 24 coupe du  métal de façon plus puissante. Avec une tuyère de  3,2 mm de diamètre intérieur, 2264     1/hr    d'argon et  200 ampères pour le courant de l'arc, par exemple,  l'arc peut couper, par fusion une plaque d'alumi  nium de 9,6 mm d'épaisseur à une vitesse de     dépla-          cement    d'environ 203 cm/min.

   D'autres exemples, in  diqués dans le tableau II     ci-dessous,    montrent cer  taines vitesses de coupe de tôle obtenues pour     diffé-          rents    métaux, en utilisant du courant continu de  polarité directe et une tuyère de 3,2 mm de diamètre       intérieur.     
EMI0004.0093     
  
    <I>TABLEAU <SEP> 11</I>
<tb>  Tension
<tb>  Matière <SEP> Epaisseur <SEP> Vitesse <SEP> Courant <SEP> par <SEP> unité <SEP> Argon
<tb>  (tôle) <SEP> mm <SEP> cm/min. <SEP> ampères <SEP> de <SEP> longueur <SEP> 1/hr
<tb>  volts/cm
<tb>  Aluminium <SEP> .. <SEP> 6,4 <SEP> 366 <SEP> 340 <SEP> 56 <SEP> 3120
<tb>  Aluminium <SEP> .. <SEP> 12,7 <SEP> 178 <SEP> 380 <SEP> 66 <SEP> 3120
<tb>  Aluminium <SEP> ..

   <SEP> 19,8 <SEP> 76 <SEP> 260 <SEP> 64 <SEP> 2830
<tb>  Aluminium <SEP> .. <SEP> 25,4 <SEP> 38 <SEP> 260 <SEP> 75 <SEP> 3120
<tb>  Laiton <SEP> <B>......</B> <SEP> 6,4 <SEP> 254 <SEP> 280 <SEP> 69 <SEP> 3120
<tb>  Laiton <SEP> <B>......</B> <SEP> 12,7 <SEP> 76 <SEP> 270 <SEP> 69 <SEP> 3120
<tb>  Cuivre <SEP> <B>....</B> <SEP> . <SEP> . <SEP> 6,4 <SEP> 114 <SEP> 340 <SEP> 66 <SEP> 3120
<tb>  Magnésium <SEP> . <SEP> . <SEP> 6,4 <SEP> 366 <SEP> 250 <SEP> 54 <SEP> 3120
<tb>  Magnésium <SEP> . <SEP> 19,8 <SEP> 279 <SEP> 460 <SEP> 60 <SEP> 3120         La     fig.    7     représente    une variante comportant un  chalumeau à arc T2     muni    d'une anode 76 refroi  die par un liquide et qui est reliée à la borne posi  tive d'une source de courant continu S par un fil 78.

    Une tuyère 80, formant cuvette, est branchée de ma  nière à constituer une cathode secondaire     en    étant  reliée à la borne négative de la source par un bran  chement 82     contenant    une     résistance    84. La pièce W  est également reliée à la borne négative par un fil  86. L'anode 76 est en un métal approprié tel que du  cuivre et elle comporte un alésage axial allongé 88  dans     lequel    est monté un tuyau 90 d'entrée d'eau de  refroidissement qui aboutit     juste    au-dessus du bas  de l'alésage et qui est espacé de la paroi intérieure  de l'alésage pour constituer un passage annulaire de  sortie de l'eau de refroidissement.  



  Le pied de l'arc constitué par le bas de l'anode  76 est arrondi et se trouve espacé d'une     surface    in  terne de même forme de la tuyère 80, ce qui assure  un passage 92 par lequel de l'argon, par exemple, va  à un orifice 94 situé dans le bas de la cuvette, dans  l'alignement de la pointe de l'anode. La tuyère 80  comporte une cavité annulaire 9.6 qui est fermée au  moyen d'un manchon 98 et de bagues d'étanchéité  100 et qui     constitue    un passage     annulaire    pour un  liquide de refroidissement dans lequel de l'eau ar  rive en 102 et sort en 104.  



  L'arc 24 donné par le chalumeau T2 lorsqu'un  courant continu de 240 ampères par exemple, arrive  par le fil 86, sous un potentiel de 50 volts entre  l'anode 76 et la     pièce    W, a été utilisé pour     couper    une  tôle d'aluminium W de 2,54 cm d'épaisseur, à raison  de 12,7 cm/min, en laissant une entaille de 9,5 mm  de large. Dans ce cas, on a envoyé à la cuvette 80,  849     1/hr    d'argon et l'anode 76 était excitée continuel  lement pour donner un arc pilote entre l'anode pri  maire et la cuvette formant cathode secondaire qui  fonctionnait     très    bien pour établir un arc principal  entre les électrodes primaires 76 et W.

   La cuvette  80 et l'anode 76 sont de préférence en cuivre, mais  on peut avoir recours à du tungstène ou tout autre  métal approprié.  



  On peut conformer la tuyère de manière à obte  nir un arc aplati ou divisé en deux parties, à volonté,  comme on le voit, par exemple, sur les     fig.    8 et 10.  Les     fig.    8 et 9 montrent comment on obtient un arc  V en forme d'éventail, en ménageant un passage di  vergent<B>115</B> présentant une section transversale apla  tie dans une tuyère 116 refroidie par de l'eau, lors  que la vitesse du gaz est suffisamment élevée,  283     1/hr    d'argon, par exemple,     s'écoulant    par un ori  fice de sortie de la tuyère de 2,5 X 9,5 mm.

   En ce  cas, l'arc est stable, l'argon arrivant dans     l'espace     annulaire 118     compris    entre     l'électrode    10 et la paroi  d'un passage axial de la tuyère.  



  Dans le cas de la     fig.    10, l'arc est divisé en deux       parties    à l'aide d'une tuyère 125     comportant    deux  passages d'arc divergents. 126 et 128     partant    d'un  passage commun 130 contenant l'électrode 10.     Ceci       donne des arcs stables     _    122 et 124     convenant    pour       beaucoup        d'applications,    par     exemple    le soudage et  la     coupe,    puisqu'on peut donner aux passages 126  et 128 toute forme et direction désirées. Il peut être  prévu un nombre quelconque d'arcs.  



  Là chaleur totale fournie par l'arc à une pièce,  vient de la partie de l'arc     contenue    dans la     tuyère    et  de la colonne d'arc comprise     entre    la pièce et la  tuyère. Pendant le fonctionnement     avec    de l'argon,  pour un écoulement de gaz nul, il n'y a     pratique-          ment    pas     d'échauffement    de la tuyère par l'arc qui  la quitte, la chaleur transmise à la tuyère étant pour  la plus grande     partie    évacuée par l'eau de refroidis  sement de la tuyère.  



  Par exemple, en     utilisant    du courant continu, et  une tuyère de 6,4 mm de diamètre     intérieur    et de  9,5 mm de long, la chaleur perdue -sur la tuyère     dé-          croit        continuellement    jusqu'à arriver à un minimum       d'environ    40 0/o de la chaleur produite par l'arc  lorsque l'écoulement d'argon     augmente    jusqu'à 566       1/hr.    Ceci     :

  signifie    qu'avec     5661/hr,    en gros 60 0/o de  la chaleur produite par l'arc, à l'intérieur de la tuyère,  est contenu dans et part avec l'argon chaud     sortant     de la tuyère.     Cette    chaleur, à son tour, est amenée  par l'arc sur la pièce avec des     rendements    supérieurs  à 70 0/o pour des     distances    de la tuyère à la pièce de  3,2 à 6,4 mm.  



  Le tableau III donne une image approximative  de ce phénomène, en     utilisant    des     tensions        comme     mesures     commodes    de .l'énergie, sous 200 ampères       (courant    continu) en se basant sur le fait qu'avec  un courant     constant    l'énergie en watts consumée en  tre deux     points    quelconques est directement propor  tionnelle à la     tension    entre ces points.

   On a     utilisé          une    tuyère cylindrique de 6,4 mm -de     diamètre    inté  rieur et de 9,5 mm de long et une longueur de 6,4 mm  pour l'arc extérieur, une barre de cuivre refroidie  par l'intérieur servant d'anode. Dans ce tableau les    volts produits   ont été déterminés     comme    suit.  Avec la tuyère à une distance de 6,4 mm de l'anode,  une tension a été appliquée de façon à     produire    un  courant     d'arc    de 200 ampères.

   Ensuite la     position     de     l'électrod-erbaguette    dans la tuyère a été     modifiée     et on a mesuré la tension     nécessitée    pour maintenir  le     courant    à 200 ampères. Ces mesures ont     permis     de déterminer le champ électrique dans la tuyère.

         Connaissant    le champ électrique et     l'espacement    nor  mal entre l'anode et l'extrémité de la tuyère, on a       déterminé    les volts produits dans tuyère avec un  espacement normal des     électrodes.    De même,

   des  mesures de tension entre les électrodes pour des  positions     différentes    de la tuyère     par    rapport à l'anode  tout en maintenant l'électrode-baguette dans sa po  sition normale dans la tuyère donnèrent le champ       électrique    à l'extérieur de la tuyère permettant de       déterminer    les volts produits en dehors de la tuyère  espacée     normalement.    Par     soustraction    de la somme  des volts produits à l'intérieur et à l'extérieur de la       tuyère    de la tension de 24 volts appliquée,

   on a ob-      tenu     une        différence    de 7 volts qui doit être attri  buée à la charge dans l'espace produite par les élec  trons à     proximité    de l'anode.  



  Toutefois, des énergies à     disposition    dans le jet,  une certaine     proportion    seulement est fournie à la  pièce, comme le montrent les colonnes du tableau  titrées   volts fournis à la pièce      .    L'énergie fournie  à la pièce par le jet est     fonction    de la différence en  tre la chaleur développée par     l'arc    dans la tuyère    et la     chaleur        transmise    au fluide de     refroidissement     utilisé pour maintenir constante la     température    de la  tuyère.

   Toute l'énergie contenue dans la charge d'es  pace est transmise à la     pièce    sous     forme    de cha  leur. Le   rendement   indiqué dans le tableau re  présente la proportion quantitative de la chaleur ap  pliquée à la pièce ; on l'a obtenu en divisant la quan  tité d'énergie fournie à la pièce par la totalité de  l'énergie contenue dans le jet.

    
EMI0006.0014     
  
    <I>TABLEAU <SEP> 111</I>
<tb>  Ecoulement <SEP> d'argon <SEP> nul <SEP> Ecoulement <SEP> arg. <SEP> 566 <SEP> 1/hr
<tb>  Volts <SEP> Volts <SEP> fournis <SEP> Volts <SEP> Volts <SEP> fournis
<tb>  produits <SEP> à <SEP> la <SEP> pièce <SEP> produits <SEP> à <SEP> la <SEP> pièce
<tb>  Corps <SEP> de <SEP> l'arc <SEP> dans <SEP> la <SEP> tuyère <SEP> <B>.........</B> <SEP> . <SEP> 12 <SEP> 0 <SEP> 16 <SEP> 8
<tb>  Corps <SEP> de <SEP> l'arc <SEP> à <SEP> l'extérieur <SEP> de <SEP> la <SEP> tuyère <SEP> - <SEP> 5 <SEP> 2 <SEP> 6 <SEP> 5
<tb>  Charge <SEP> d'espace <SEP> <B>------ <SEP> ---</B> <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> <B>-------</B> <SEP> . <SEP> 7 <SEP> 7 <SEP> 7 <SEP> 7
<tb>  Total <SEP> ..<B>....</B> <SEP> ...<B>-----------------</B> <SEP> ..

   <SEP> 24 <SEP> 9 <SEP> 29 <SEP> 20
<tb>  Rendement <SEP> <B>---- <SEP> --------- <SEP> -------- <SEP> -</B> <SEP> 35% <SEP> 700/o       On voit donc qu'avec un écoulement d'argon de       5661/hr,    la chaleur développée dans le     corps    de  l'arc situé à l'intérieur de la tuyère est de première  importance.  



  En se     reportant    au graphique de la     fig.    12 la  courbe B représente le champ électrique dans la  tuyère en     fonction    du diamètre de la tuyère pour une  tuyère de forme     cylindrique.    La droite de référence       verticale    C, à gauche du graphique indique le champ  électrique dans un arc en atmosphère d'argon ouvert  26     (fig.    3). Ce champ électrique a été déterminé en  modifiant     l'espace    entre l'électrode et la pièce et en  notant la tension requise entre     l'électrode    et la     pièce     pour maintenir le     courant    à 200 ampères.

   Comme on  le voit, lorsque le diamètre de la tuyère augmente  (et que le     rétrécissement    de l'arc est moindre), la  courbe B se rapproche de la     caractéristique    C et vient  la toucher. Pour de plus petits diamètres de la     tuyère,     le champ électrique est beaucoup de fois supérieur à  ce champ C. Sur la     fig.    12,     l'orifice    de 9,5 mm de  diamètre ne     rétrécit    l'arc que modérément comme le  montre la légère augmentation du champ par rapport  au minimum représenté par la droite C.  



  La     fig.    13 représente la répartition de la     puissance     en fonction de l'écoulement du gaz par la tuyère du  chalumeau, pour un     courant    électrique     fixe,    courant  continu (tuyère cylindrique de 9,5 mm de long). Le  total de la puissance électrique     fournie    au chalumeau  (volts X ampères), indiquée par la courbe E, aug  mente presque linéairement à raison de 1,4 à<B>1,75</B>  watts environ par dm' d'augmentation de l'écoule  ment de gaz. Cette même tuyère, fonctionnant avec  un courant électrique plus faible, donnerait une carac  téristique relativement plus plate de la puissance to  tale en fonction de l'écoulement du gaz.

   La courbe F  de la puissance fournie à l'ouvrage     augmente    rapide  ment jusqu'à 849     1/hr.    La courbe G de la puissance  perdue sur la tuyère diminue jusqu'à     5661/hr    et reste    à un minimum sensiblement constant pour des écoule  ments de gaz plus élevés.

   A titre de comparaison,  on a représenté la ligne H de la puissance totale  fournie au chalumeau et la ligne 1 de la     puissance          transmise    à l'ouvrage d'un arc protégé par de l'argon,  non rétréci, d'un type antérieur de même longueur  (15,9 mm) et où passe le même courant (200 am  pères).     Le    chalumeau à arc rétréci à raison de       11321/hr    passant par la tuyère donne donc 75 % de  plus de puissance sur l'ouvrage que ne le fait l'arc  ordinaire protégé par l'argon.  



  Les courbes J et K de la     fig.    14 représentent la  caractéristique de la tension entre les     électrodes    en  fonction du courant d'un arc rétréci .par une tuyère  de 6,4 mm de diamètre et d'un arc protégé par l'ar  gon mais non rétréci du type antérieur, respective  ment. On peut voir que l'augmentation de la tension  avec le courant, courbe J, est beaucoup plus grande  dans le chalumeau à arc rétréci.

   Une     conséquence     pratique de ceci est que, par opposition au chalumeau  à     électrode    non consumable usuel fournissant un arc  non rétréci, la source de puissance principale,     c'est-          à-dire    le transformateur ou le générateur alimentant  le chalumeau à arc décrit, n'a pas besoin d'avoir une       caractéristique    volts-ampères     descendante,    afin de  maintenir sensiblement constant le courant de l'arc  malgré de petites variations de la longueur de l'arc.

    Par exemple, avec un passage de l'arc dans une  tuyère de 3,4 mm de diamètre intérieur et 4,8     mm     de long, en utilisant     8491/hr    d'argon et une tension       constante    de 35     volts    en     courant    continu, la lon  gueur de l'arc à l'extérieur de la tuyère est passée de  6,4 mm à 3,2 mm pour un changement de courant de  100 à 130 ampères seulement. Dans un arc non ré  tréci protégé par de l'argon du type usuel, le cou  rant changerait de plusieurs fois cette quantité avec  le même genre de source de puissance.

        On a fait fonctionner des     chalumeaux    du type  décrit avec comme gaz He,     N2    et     H2    et avec des mé  langes de ces gaz avec de l'argon. Les courbes ca  ractéristiques L, M et N de la     fig.    15 montrent les  variations de la tension de l'arc entre les     électrodes     en fonction du pourcentage en volume de He,     N2    et       H;,,.    dans l'argon, pour du courant continu de polarité  directe fourni par un générateur conventionnel.  



  Les différentes variantes du chalumeau à arc       décrites    ci-dessus ne comportent qu'une électrode  principale de passage du courant et par suite     elles    ne  conviennent que dans les procédés où la pièce peut  être branchée comme seconde électrode principale.  Pour les applications dans lesquelles il n'est pas à  souhaiter de     mettre    la pièce dans le circuit de sou  dure ou lorsque la pièce n'est pas     conductrice    élec  triquement, on peut modifier le chalumeau pour y  incorporer une deuxième électrode principale, le jet  de l'arc étant dirigé contre la pièce     uniquement    par  la pression du gaz.  



  Comme on le voit sur la     fig.    16, le chalumeau à  arc comporte deux électrodes 205 et 206, à     distance     l'une de l'autre, reliées aux bornes opposées d'une  source de     puissance        électrique    207, par exemple un  générateur, de manière à donner entre ces électrodes  un arc à haute intensité. L'électrode 205 est, de pré  férence, une baguette en un alliage de tungstène et de  thorium, tandis que l'électrode 206 est de préférence  une tuyère tubulaire en cuivre présentant un passage  de sortie 208 qui est dans l'alignement de l'électrode  205.

   La tuyère comporte un passage annulaire 209  de refroidissement par l'eau     autour    de cet     orifice,     de     sorte    que l'électrode annulaire est     sensiblement     non consumable en     service.    Un gaz, tel que de l'ar  gon, sous une pression allant jusqu'à environ 2 atm.  arrive à la chambre 210 de la tuyère 206     entre    les  électrodes, de     sorte    que l'arc est refoulé dans l'ori  fice 208 par le gaz qui y passe.

   Le gaz est ionisé par  l'arc dans cet orifice, il est refoulé à travers l'orifice  et il     sort    sous forme d'une colonne 211, très chaude  et analogue à un jet, qui conserve cette forme sur une       certaine    distance après être     sortie    par l'orifice. En  fonctionnement, le jet 211 arrive sur une pièce 212  qui, comme on le voit sur la     fig.    16 n'est pas dans  le circuit électrique.  



  La section transversale maximum du passage  208 est inférieure à la section transversale d'un arc  naturel à pression élevée pour la même valeur du  courant, de     sorte    que le passage 208 rétrécit l'arc. La  longueur du passage 208 comprise entre sa plus fai  ble section transversale et la     sortie    ne dépasse pas  six fois la plus petite dimension de     ce    passage.  L'écoulement du gaz qui y entre refoule l'arc dans  le passage 208 et fait qu'une colonne analogue à un  jet de gaz chauffé sort à l'autre bout du passage.  L'électrode annulaire est de préférence en une ma  tière à point de fusion élevé, telle que du tungstène,  tandis que c'est la cathode qui est en un tel métal  lorsqu'on utilise du courant continu à polarité inverse  ou du courant alternatif.

      La variante représentée schématiquement sur la       fig.    17     utilise    également     un    gaz 213 tel que de l'ar  gon qui, de     préférence,    est amené à s'écouler     annu-          lairement    autour d'une électrode 205,     puis    dans une  tuyère 214 .comportant un passage allongé 215 de  rétrécissement.     L'électrode    205 est une baguette     dont     la     pointe    216 formant le pied de l'arc est     disposée     dans l'axe de la tuyère voisine 214.

   L'autre     électrode     217 est annulaire avec un     orifice    218 placé dans  l'axe de la tuyère 214, du côté opposé à l'électrode  205. Les     électrodes    205 et 217 sont     reliées    à     une     source d'énergie électrique par des conducteurs 219  et 219'. L'arc est ainsi tiré à travers la tuyère 214  par le champ électrique existant entre les électrodes  205 et 217. La colonne résultante 220, analogue à  un jet de gaz chaud ionisé sort par l'extrémité ou  verte de la tuyère 214 puis par l'orifice 218 du cha  lumeau.  



       Dans    la     variante    de la     fig.    18, le     conducteur    221  est relié à     l'électrode    205 et le conducteur 222 à la  tuyère 214, à la pièce annulaire 218 et à une pièce  223     formant        électrode,    par l'intermédiaire d'impé  dances réglables     telles    que des     résistances        Rl,    R2  et R3 respectivement.

   En ce cas, le courant allant  de la tuyère 214 à l'électrode 205 sert à produire un  arc pilote et un réglage approprié des résistances fait  que la totalité ou une partie de la colonne de l'arc  224 passe par l'orifice 218 et va à la     pièce    223. On  réalise ainsi un réglage simple de la     quantité    de  chaleur fournie à la pièce. Dans chacun des cas, les  orifices à travers lesquels l'arc passe     rétrécissent    laté  ralement     l'arc    224.  



  La tuyère et la     pièce    annulaire peuvent être en  toute matière appropriée, telle que du cuivre ou du  tungstène, et elles peuvent être     refroidies    par de l'eau.       Toutefois,    elles peuvent être faites en     n'importe     quelle autre matière solide conductrice de la chaleur  et elles peuvent être refroidies de toute façon com  mode.  



       Comme    on le voit sur la     fig.    19, le chalumeau T4       comporte    une     enveloppe    cylindrique 226 sur l'ex  trémité     inférieure    de laquelle est montée une cuvette  228. La cuvette est isolée électriquement de l'en  veloppe par une pièce annulaire 230 en une matière  isolante et elle     comporte    un passage     annulaire    inté  rieur 232 par lequel on peut faire circuler un liquide  réfrigérant tel que de l'eau entre une entrée 234 et  une sortie 236.

   La cuvette 228     présente    un orifice  238 à paroi     cylindrique    qui est dans l'alignement de  l'axe d'une cathode 240 en forme de     crayon,    faite  en matière réfractaire     conductrice,    par exemple un  alliage de tungstène et de thorium. La cathode 240  est maintenue en place dans un     corps    annulaire 242  du     chalumeau,    auquel l'enveloppe 226 est attachée.

    L'extrémité 244,     formant    pied de l'arc, de la ca  thode 240 est située dans l'axe d'une     tuyère    246  présentant un alésage central 248 dont la paroi cy  lindrique entoure à distance l'extrémité de cette ca  thode 240 en laissant entre eux un passage annulaire  250 pour l'écoulement d'un gaz approprié, de l'argon      en ce cas, arrivant à l'intérieur de l'enveloppe 226.

    La tuyère 246     comporte    une bride     annulaire    252 à  son extrémité inférieure, qui est vissée dans l'extré  mité inférieure de l'enveloppe 226, l'étanchéité     étant     assurée par une garniture en caoutchouc au     silicone     251, placée entre le bord supérieur de cette bride et  un épaulement 254 de l'enveloppe.

       Le        corps    de la  tuyère est à distance de la paroi intérieure de l'en  veloppe de manière à     former        entre    eux     une    chambre       annulaire    256 permettant d'y faire     circuler    un     liquide     réfrigérant tel que de l'eau qui     pénètre    dans cette  chambre par une entrée 258 et en     sort    en 260 à tra  vers la paroi de l'enveloppe. Le haut de la chambre  256 est     fermé    par une bague 262 placée entre la  tuyère et l'enveloppe.  



  La cathode 240 est     reliée    électriquement à la  borne négative d'une source de courant S par un fil  264. Dans le cas de courant continu, le positif de  cette source S est relié électriquement par un con  ducteur 266 à la cuvette 228 et à l'enveloppe 226 par       un        conducteur    en parallèle 268 contenant une résis  tance 270. La cuvette est     conformée    de façon à  former une chambre interne 272 comportant une en  trée latérale 274 permettant l'arrivée d'un gaz.  



  On a     utilisé    un chalumeau tel que celui de la       fig.    19, avec une cathode 240 en     tungstène    de 3,2 mm  de diamètre, un écoulement d'argon à raison de 141,5  à     16981/hr,    un courant de 10 ampères passant dans  le circuit de l'arc pilote contenant la résistance 270  et un courant de 300 ampères passant dans le cir  cuit principal de l'arc sous 40 volts. ; on obtient       ainsi    un jet E de gaz très chaud. Ce jet a l'aspect  d'une     flamme    oxyacétylénique, mais il peut avoir une  température de 3 à 6 fois supérieure et on peut le  régler facilement jusqu'à une longueur de 254 mm.

    Ce jet E fond le saphir et l'oxyde de zirconium et  il est intéressant pour chauffer, braser ou souder ou  comme     source    de lumière à grande intensité.  



  Le chalumeau T4 peut aussi être     utilisé    pour  des     réactions        chimiques    en introduisant un deuxième  gaz     dans    la chambre 272. Ce chalumeau est remar  quable du fait que l'on peut régler l'arc en modi  fiant le courant, la     composition    du gaz, la vitesse  d'écoulement et les     orifices    de manière à donner un  jet E qui est -suffisamment chaud pour fondre le  tungstène.  



  En plus des     applications    ci-dessus     mentionnées,     on peut     utiliser    efficacement     ce    chalumeau     pour    cou  per, percer, tronçonner, entailler,     gouger    et décaper  une pièce simplement en appliquant le jet de gaz  chaud sur la     pièce    et en les déplaçant l'un par .rap  port à l'autre dans la mesure     nécessaire.    Dans le  cas où l'on     entaille    une pièce de métal, par exemple,  le jet de gaz chaud est appliqué     obliquement    sur la       surface    à     enlever,

      de manière à faire fondre et à  chasser du métal de la     surface.        Dans    le cas d'une       coupe,    le jet est utilisé de manière à faire une en  taille dans la pièce en faisant fondre et expulsant pro-         gressivement    le métal fondu suivant le tracé désiré,  comme dans le cas d'une opération au chalumeau  oxyacétylénique.  



  Un dépôt de métal de soudure s'effectue de pré  férence en dirigeant le jet contre une électrode cons  tituée par un fil fusible. Le jet projette le métal fondu  fourni par le fil sur la pièce, laquelle est en outre       chauffée    par le jet à la     température    voulue, confor  mément à ce qui est nécessaire pour la pénétration.  La surface de l'ouvrage recevant le métal fondu peut  aussi, si elle est     conductrice    électriquement, être re  liée à la source de puissance et être chauffée en plus  par un arc auxiliaire.  



  La     fig.    20 représente un chalumeau 301 conte  nant une baguette 302 formant électrode et une  tuyère 303 refroidie par de l'eau et présentant un       orifice    304 dans lequel se forme un arc électrique  305 dirigé sur l'extrémité d'un fil métallique 306  à faire fondre. Le fil 306 qui est une électrode de  l'arc principal avance de façon continue dans la ré  gion de l'arc en passant dans un pistolet 307 sous  l'action d'un appareil courant d'avance de fil 308.  Une source de puissance électrique 309 est bran  chée entre     l'électrode    302 et le fil consumable par  des     conducteurs    310 et 311 respectivement. Cette       source    de puissance 309 peut fournir du courant con  tinu ou alternatif.

   Sur le dessin, on a représenté une  source de courant continu, branchée de manière à  donner une polarité négative à l'électrode du cha  lumeau. Si on le désire, on peut maintenir un arc       pilote    entre l'électrode 302 et la paroi de l'orifice en  branchant la tuyère 303 sur la source 309 par l'inter  médiaire d'une impédance appropriée, telle qu'une  résistance 312. En plus, lorsque la matière pulvérisée  313 est déposée sur une pièce     conductrice,    on peut  établir un autre circuit 314 allant à la pièce 315.  On a représenté cette disposition avec source de  puissance     distincte    316 en trait interrompu.  



  L'électrode 302 est du type non consumable et  peut être une baguette ordinaire en tungstène ou une  électrode -en cuivre refroidie intérieurement par de  l'eau. Le premier     type    convient pour du courant  continu de     polarité        quelconque    et pour du     courant     alternatif. Le type à refroidissement par l'eau con  vient surtout pour du courant continu de polarité       inverse        (électrode    du chalumeau positive) et on peut       l'utiliser    avec des gaz plus     actifs    que -dans le cas du  tungstène.  



  La matière à pulvériser est fournie de façon  commode sous forme d'un fil ou d'une bande, de  sorte qu'on peut l'amener continuellement dans l'arc  et,     évidemment,    elle doit être conductrice de l'élec  tricité lorsqu'elle     constitue    une des électrodes prin  cipales de l'arc, ce qui est préférable. On peut utili  ser pour cela de l'aluminium, de l'acier inoxydable,  de l'acier ordinaire ou d'autres métaux tels que le  cuivre ou ses     alliages.    En outre, on peut     ajouter          commodément    d'autres matières ou fondants, sous      forme de revêtement sur le     fil    ou contenus dans le  fil qui est alors tubulaire.

   De cette manière, on peut  faire arriver des matières résistant à l'usure telles que  des carbures.  



  Un gaz approprié arrive au chalumeau dans l'es  pace annulaire compris entre     l'électrode    302 et le  passage axial 317 de la tuyère 303, allant à     l'orifice     304. Le gaz peut être l'un des gaz protecteurs bien  connus (argon, hélium, hydrogène, etc.) utilisés en  soudure, y compris des gaz actifs tels     .que    les     chloro-          silanes,    si on le désire.<U>On peut facilement</U>     ajouter   <U>un</U>       paz        p@roteçteu,r   <U>supplémentaire à l'aide</U> d<U>'une</U>     cau@pelle     <U>extérieure 318</U>     concentrique,

      entourant la tuyère ou  en effectuant toute l'opération dans une chambre  fermée.    Un montage avec deux générateurs, tel que re  présenté, a fonctionné de la façon suivante : la source  de courant 309 produisant l'arc entre le     chalumeau     et le fil donnait un courant continu à polarité directe  de 195 ampères, le gaz qui     circulait    était de l'argon  à raison de     2831/hr,    passant par un orifice 304 de  3,2 mm ; un fil 306 en acier inoxydable de 1;6     mm     arrivait à raison de 381 cm/min et on a mesuré sur  le fil<B>311</B> un courant de 285 ampères.

   Le courant  passant dans le fil 314 allant à la plaque de base était  du     courant        continu    de polarité directe de 90 ampères.  La pièce 315 était une tôle d'acier, laminée à froid  de 6,4 mm     d'épaisseur,    se déplaçant     horizontalement     à     raison    de 25,4 cm/min. Il n'a pas été     nécessaire    de  faire subir à la plaque de     préparation    spéciale.

   Le       dispositif        comportait    les écartements ci-dessous  tuyère du chalumeau au fil 6,4 mm<B>;</B> position en  retrait de l'électrode 4,8 mm, ce qui donne 11,2 mm  pour la longueur totale de l'arc ;     fil    à la tôle 3,14 cm.  



  La     section    transversale du dépôt présentait une  très faible pénétration. Il s'est formé une forte     cou=          che    327 d'environ 5,1 mm d'épaisseur,     solidement     fixée sur la tôle 315 avec une     pénétration    dans  celle-ci inférieure à 0,8 mm. Il a été impossible de       séparer    le bourrelet déposé de la tôle d'acier.  



  On a également fait arriver     dans    le chalumeau,  comme     représenté    sur le     dessin,    des fils d'aluminium,  d'acier inoxydable et d'acier ordinaire, .sans le cir  cuit 314 allant de la source auxiliaire à la tôle. On  a appliqué entre le chalumeau et le fil des courants  continus de 120 à 200 ampères, avec 283 à 1115     1/hr     d'argon passant par un orifice de 3,2 mm, donnant  un jet de métal à partir du fil fondu. A des     distances     appropriées, les particules     métalliques    pulvérisées  étaient solidement fixées sur des     surfaces    solides, par  exemple de la brique, de l'acier laminé à froid et de  l'aluminium.

   Une faible distance du     fil    à     l'ouvrage,     d'environ 6,4 à 12,7 mm, permettait de percer des  trous dans la matière de base, y     compris    la brique.  Projetée dans l'espace, la pulvérisation allait hori  zontalement à plus de 3 mètres. Ceci montre que le  revêtement peut se faire dans n'importe quelle posi  tion.    On peut régler les     circuits    de l'arc de manière à  obtenir tout degré de fusion du     métal    de base. On  règle ainsi la dilution du     métal    soudé.

   Cette     dilution     est de     première    importance dans la soudure de mé  taux tels que la fonte, l'aluminium et     certains        aciers     spéciaux. On a soudé un fil     d'acier    sur une tôle en  acier doux de 6,4 mm     d'épaisseur,    avec bord en V  incliné à     601,.    L'examen d'une coupe de la soudure  attaquée     chimiquement    a montré     qu'il    n'y avait pres  que pas de pénétration du métal soudé dans la tôle  de base.  



  Le chalumeau de la     fig.    21 comporte un corps B  présentant un alésage dont     l'extrémité        inférieure    est  filetée de manière à recevoir un     porte-électrode    H.  Une     douille    C, disposée à l'intérieur du     porte-élec-          trode    H,     porte    contre une butée du dessus du corps  B et le porte-électrode a une surface intérieure infé  rieure     conique    de     manière    à resserrer la douille C  lorsque l'on visse le porte-électrode H dans le corps  B.

   Une bague isolante I est     vissée    à l'extérieur du  bas du corps B et une tuyère N est vissée sur l'exté  rieur de cette bague I.  



  Dans le corps B, se trouve une entrée 410 pour  le gaz protecteur, débouchant dans une chambre an  nulaire comprise entre la tête -de la     douille    et le des  sus du porte-électrode H, le gaz descendant à l'inté  rieur du support H, à l'extérieur de la douille, après  quoi     il    passe par des fentes de la douille dans le bas  du     support.    Le corps B comporte également une en  trée 412 pour l'eau de refroidissement, à     partir    de  laquelle des passages, non représentés, vont à une  rainure annulaire 414     @du    corps du chalumeau.

       Le     fil d'arrivée du courant de soudure passe par le tuyau  souple de sortie de l'eau, à la     manière        habituelle.     



  Le     porte-électrode    H     comporte    une partie tubu  laire supérieure 416 ayant sensiblement la longueur  de la     douille,    une     partie    intermédiaire 418     formant          collier        située    plus bas que le dessous du corps B et  plus grande que l'alésage de celui-ci, et un bossage  420 placé en dessous du collier 418.

   Des, rainures  longitudinales, ménagées dans la     partie        tubulaire     416 et dans le     collier    418, font     communiquer    la rai  nure 414 du corps avec l'espace situé sous le     corps    B.  



  La tuyère N comporte un manchon extérieur  supérieur 424 qui .est vissé sur la bague isolante I  et descend en dessous de celle-ci en entourant le     col-          lier    418 de manière à constituer     une    chemise à eau  426. En dessous de cette     chemise,    la     tuyère        comporte     une partie 428 à paroi épaisse présentant un alésage  central ayant en haut un grand diamètre et, dans  le basa un     diamètre    plus petit, et     dans    lequel est logé  une     garniture    isolante en céramique     réfractaire    430.

    La garniture 430 comporte un bord supérieur 432  entourant le bossage 420 du     porte-électrode    et     une          partie    inférieure 434,     formant    manchon, ayant sen  siblement le même diamètre intérieur que le bos  sage 420     et    dans l'alignement de     celui-ci.     



  La     chemise    426 est fermée par une garniture  compressible 436, montée sur un épaulement     annu-          laire    du haut de la     partie        épaisse    428 et cette gar-           niture    436 s'étend intérieurement sur le haut du bord  432. La     garniture    436 est comprimée contre le bas  du collier 418 lorsque le manchon 424 est vissé sur  la bague isolante I.  



  La partie 428 est munie d'un support 438 ayant  un alésage dans     l'alignement    de ceux du bossage 420  et du manchon en céramique 430. Cet alésage du  support 438 est élargi de manière à     recevoir    une  pièce amovible 440, conductrice de l'électricité. Cette  pièce 440     comporte    une partie supérieure tubulaire  et une     partie    inférieure conique se terminant par  une tête 442.  



  Dans la partie à paroi épaisse 428 sont forés des  passages 444 partant de la chemise 426, et le sup  port 438 contient des passages 446 qui correspondent  avec les passages 444 lorsque le support 438 est fixé  sur la partie 428 à paroi épaisse, par exemple à l'aide  d'une soudure à l'argent. Ces passages 446 commu  niquent avec une chemise 448 ménagée entre la par  tie     conique    de la pièce 440 et l'intérieur de l'alésage  du     support    438.  



  Un écrou 450 de retenue de la pièce 440 est  vissé sur l'extérieur du     support    438. Cet     écrou    com  porte un bord rabattu venant se placer sous la tête  442. L'alésage du     support    438 comporte une rainure  dans laquelle se loge une bague d'étanchéité 451 à  travers laquelle passe     3a    partie supérieure tubulaire  de la pièce 440 lorsque celle-ci pénètre dans l'alésage.  Une garniture 452 est comprimée     contre    le dessous  du     support    438 par la tête 442 lorsque l'on serre  l'écrou 450.

   Le bord extérieur de     l'écrou    est muni  d'une bague 454 en matière isolante     pour    éviter  qu'il se forme un arc de là à la pièce à travailler.  



  Une bague d'arrivée de courant 456 en une ma  tière     conductrice    est serrée entre le manchon 424 et  la bague isolante I et elle     porte    une tige de liaison  pour y brancher un conducteur 458 pour un     courant     de démarrage à haute fréquence. Grâce à la     garni-          ture    en céramique 430, les parties. 424 et 428 sont  isolées du     porte-électrode    H et un arc     pilote        s'établit     entre la     pièce    440 et la pointe de l'électrode E, l'arc  principal s'établissant entre l'électrode E et la pièce.  



  Dans une variante, le     conducteur        connecté    à la  pièce 440 peut     "être    relié à un     circuit    d'arc     principal     ne     comportant    pas la pièce à travailler, l'arc de tra  vail. s'établissant entre l'électrode E et la pièce 440.  Quoique, dans ces conditions, l'arc passe par le  passage rétréci de la pièce 440 sous l'action de la  force du     courant    gazeux seul, il se forme     cependant     un jet caractéristique, de forte intensité     thermique.     



  L'extérieur de la tuyère N est recouvert d'une  gaine 460 en caoutchouc :souple qui recouvre la ba  gue 456 et qui peut être soulevée en la roulant pour  accéder à l'écrou 450 pour     remplacer    la     pièce    440.  



  Pour des travaux de coupage, perçage,     gougeage     ou entaillage, on a trouvé qu'il était     particulièrement     avantageux d'utiliser un     courant    de gaz     contenant     au moins 1 % d'hydrogène.  



  Si on le     désire,    la pièce à travailler peut être dans  le circuit de l'arc et le jet de gaz chaud peut avancer    par rapport à la pièce afin de faire fondre progres  sivement le métal et faire une     entaille    dans celui-ci  suivant un tracé désiré. L'hydrogène présente l'avan  tage de réduire sensiblement la formation de crasses,  en améliorant la qualité des     surfaces    ainsi découpées  et en augmentant également l'efficacité et la vitesse  de     l'opération    de coupe.  



  De plus, on peut faciliter     thermochimiquement     l'enlèvement du métal en faisant arriver un courant  distinct de fluide contenant une poudre adjuvante  dans le jet à l'endroit le plus efficace dans ce but. De  même, on peut enlever une crasse résiduelle en ap  pliquant un jet d'un     fluide    approprié     auxiliaire,    une       flamme    ou un arc contre     cette    crasse pendant qu'elle  est     encore    à l'état fondu.  



  Comme on le voit sur la     fig.    22, un gaz arrive  sous pression d'une source 510 par un tuyau d'ali  mentation 511 contenant une     soupape    512 et un ré  gulateur de pression 514 et passe dans une conduite  515 allant au chalumeau 516. De l'hydrogène arrive  de même d'une source 510' à la conduite 515 par un  tuyau 517     contenant    une soupape 518 et un régula  teur de pression<B>519.</B> Le chalumeau 516 est     analogue     à celui de     coupe    déjà décrit et produit un jet de gaz  chaud 509 à grande vitesse. Ce jet 509 est appliqué  sur la pièce 520, par exemple une tôle, reliée à un  côté de la source de puissance 521, telle qu'un géné  rateur, par un fil 522.

   L'autre côté de la     source    521  est relié à l'électrode du chalumeau par un fil 523.  Le chalumeau 516 est     porté    par un chariot automo  teur 524,à vitesse réglée, circulant sur une voie 525  dans le sens de la     coupe    à faire, parallèlement     au-          dessus    de la tôle.  



  En fonctionnement, le jet 509     sort    du chalumeau  516 et le chariot circule dans le sens voulu de ma  nière que     ce    jet sectionne la tôle, comme le montre  la     fig.    22.  



  Pour obtenir des coupes de bonne     qualité    avec  le procédé de coupe au chalumeau à     arc,    il est es  sentiel d'ajouter de l'hydrogène à l'atmosphère pro  tectrice. L'addition de 1 % d'hydrogène à l'argon ou  à l'hélium améliore la qualité des parois de la coupe  par     rapport    à ce que l'on obtient normalement en  utilisant seulement l'argon ou     l'hélium.    L'améliora  tion de la qualité augmente jusqu'à ce que l'on ait  ajouté environ 35     ()/o    d'hydrogène à l'argon.

   Au-des  sus de ce pourcentage, la qualité reste sensiblement  constante     pourvu    que l'on augmente la vitesse d'écou  lement du gaz arrivant au chalumeau en     proportion     du changement de la concentration en hydrogène,  puisque l'hydrogène est un gaz très léger. Aussi,  pour obtenir des coupes de bonne qualité en utilisant  de     fortes    concentrations en hydrogène, il est bon  d'utiliser au moins deux fois la     vitesse        d'écoulement     du gaz utilisé avec de plus faibles concentrations en  hydrogène.  



  Cette augmentation de la qualité     ressort    des     fig.     23 et 24. La     fig.    23 représente la paroi d'une     coupe     faite dans une tôle d'aluminium de 19 mm d'épais  seur ayant un aspect brut, oxydé, avec une croûte      527, que l'on a     coupée    en utilisant de l'argon seul.  La     fig.    24 représente une tôle 528 faite de la même       matière    ayant une surface lisse et brillante avec des  coins nets et sans croûte, la coupe ayant été faite  avec un mélange de 65 0/o d'argon et 35 0/o d'hydro  gène.

   La qualité de la paroi de la coupe est très pro  bablement due à ce que l'hydrogène est un gaz ré  ducteur, empêchant     ainsi    l'oxygène de     venir    au con  tact de la surface fondue. Ainsi, l'adjonction de 1 à  100 0/o d'hydrogène au gaz inerte améliore beaucoup  la qualité de la     coupe,    le     maximum    de la qualité  étant obtenu en utilisant environ 35 0/o d'hydrogène.  



  L'hydrogène présente encore l'avantage de don  ner un arc à tension relativement élevée. Ceci tient à  ce que l'hydrogène a une résistance électrique élevée.  Dans ce     procédé,    il est bon d'avoir une tension éle  vée, en     particulier    dans la coupe de tôles épaisses,  afin d'obliger le jet de coupe à pénétrer dans toute  l'épaisseur de la plaque en donnant en même temps  une coupe d'excellente qualité.     L'utilisation    de ten  sions élevées permet en même temps d'avoir des     am-          pérages    plus faibles pour obtenir l'apport de cha  leur     nécessaire.    La tension de l'arc augmente lorsque  la teneur en hydrogène de l'atmosphère de l'arc aug  mente.

   Plus la concentration en hydrogène est élevée,  plus la tension est élevée.     Egalement,    à     ampérage     constant, il est possible de couper la pièce à de gran  des vitesses en utilisant de l'hydrogène, puisque l'ap  port de     chaleur    à la pièce augmente proportionnelle  ment avec la tension.  



  En ajoutant 35 0/o d'hydrogène à un gaz     inerte,     une source d'alimentation fournissant en circuit ou  vert une tension de 80 volts est satisfaisante,     tandis     qu'en     utilisant    100 0/o d'hydrogène il faut une     source     d'au moins 160 volts. La tension nécessaire en cir  cuit     ouvert    est directement     proportionnelle    à la te  neur en hydrogène de l'atmosphère.

   Si l'on n'a pas  la tension en circuit     ouvert    nécessaire, l'arc ne peut  s'amorcer puisque la     courbe    caractéristique     courant-          tension    de l'arc ne coupe pas la courbe caractéris  tique     courant-tension    de la source de     puissance.     



  L'addition d'hydrogène présente encore l'avantage  d'éviter la formation d'un arc double, c'est-à-dire de  deux arcs indépendants au travers de la tuyère. Lors  que cela arrive, la tuyère est endommagée ou détruite.       Etant    donné que l'hydrogène a une résistance élec  trique très élevée, il forme une couche isolante en  tre l'arc qui     sort    et l'intérieur de     l'orifice    de la tuyère.  Cette couche isolante retarde la tendance qu'a l'arc  de sauter de l'électrode en tungstène ou en cuivre sur  la tuyère et delà sur la plaque de base.  



  Le procédé présente encore l'avantage de     briser     la molécule d'hydrogène. Ce phénomène de rupture  donne une vitesse élevée aux     particules    de gaz, ce  qui enlève le métal fondu et la crasse     des    parois de  la coupe et améliore le     transfert    de la chaleur.  



  Plus le gaz utilisé est léger, plus grande     est    la  vitesse que l'on peut obtenir. Par suite, étant donné  que l'hydrogène monoatomique est le gaz le plus lé  ger connu, il donne une vitesse extrêmement     grande       d'écoulement du jet avec en même temps une inten  sité de chaleur élevée qui fond et enlève le métal de  la coupe et nettoie mécaniquement les parois de la  coupe.  



  Les atmosphères     recommandées    consistent en un  mélange de 80 0/o d'argon     et    20 0/o d'hydrogène pour  la coupe à la main et de 65 0/o d'argon et 35 0/o       d'hydrogène    pour la coupe à la machine.     L'utilisation     de ces mélanges est basée sur une tension en circuit  ouvert     limitée    à un maximum de 100 volts. Le plus  faible de ces deux pourcentages d'addition d'hydro  gène :est recommandé de façon à     réduire    au     minimum     la longueur critique de l'arc, en permettant ainsi à  l'opérateur de modifier 1a longueur de l'arc.

   Si l'on  utilise une tension en     circuit        ouvert    d'au moins 160  volts, on peut utiliser de façon satisfaisante de l'hy  drogène pur.  



  L'exemple ci-dessous montre     l'amélioration    du       transfert    de chaleur à la pièce lorsque l'on ajoute de  l'hydrogène :en quantité appréciable à l'argon. On a       utilisé    de la manière suivante un chalumeau à are  avec une     électrode    en tungstène de 3,2 mm de dia  mètre,     distante    de 9,6 mm du bord d'une tuyère en  cuivre refroidie par l'eau ayant une ouverture de  3,2     mm    avec une conicité de     12o    ;

   on a     utilisé    un  écoulement d'argon de 0,28-0,57-1,14 et 1,70     m3/hr     respectivement, avec un courant continu de 140, 260,  185 et 170 ampères sous des tensions variant de  30 à 50 volts, cet écoulement traversant la tuyère et       arrivant    sur une tôle de cuivre froide épaisse de  1,9 cm.     Il    en est résulté une     certaine    décoloration et  seulement une légère fusion occasionnelle de la sur  face de la tôle en cuivre.  



  On a continué ces essais en     ajoutant    de l'hydro  gène à l'argon. On a trouvé que l'arc du     chalumeau     soumis à une tension en circuit     ouvert    de 100 volts  ne pouvait     être    amorcé et ensuite     entretenu    que si  l'on établissait d'abord l'arc dans l'argon en mélange  au plus avec une faible quantité d'hydrogène.     Il    a  été ensuite possible d'augmenter la quantité d'hydro  gène jusqu'à 25 à 30 0/o et de     maintenir    l'arc avec la  pièce. D'après ces essais, on a conclu que de l'hydro  gène pur dans un     chalumeau    de ce genre peut néces  siter une tension d'environ 150 volts.

   En augmentant  la teneur en hydrogène, on a augmenté aussi la pro  fondeur de fusion du cuivre.     Avec        une    teneur en  hydrogène de 25 0/o     dans    l'argon avec un écoulement  total de 2,12     m3/hr    dans le chalumeau et avec 200  ampères et 78 volts continus, on a fait une rainure  de 2,5 mm de     profondeur    et de 3,8 mm de large  dans le cuivre avec une vitesse de déplacement de  76,2 cm/min. Le métal enlevé a été chassé du tracé  par la grande vitesse du jet.  



  On a utilisé également un chalumeau à arc avec       comme    électrode une     baguette    de tungstène de  4,8 mm de diamètre en retrait de 8,0 mm dans le  passage d'une tuyère en cuivre     refroidie    par l'eau et  ayant 3,2 mm de diamètre et 1,6 mm de long, avec  1,92     m3/hr    d'un mélange comprenant 40 0/o d'hydro  gène et 60 0/o d'argon, un courant continu de 165      ampères sous 102 volts, pour couper une tore     aacier     inoxydable de 2,54 cm d'épaisseur à une vitesse de  59,7 cm/min.  



  On a utilisé un autre chalumeau à arc contenant  une électrode faite d'une baguette de tungstène de  3,2 mm de diamètre en retrait de 6,4 mm à     partir     de la     face    extrême d'une tuyère en cuivre refroidie  par de l'eau et comprenant une pièce rapportée en  tungstène avec un trou d'environ 2,4 mm de long  et de 2 mm de diamètre, en utilisant 4,02     m3/hr    d'hy  drogène, une pression de 1,09     kg/em2    au-dessus de  la pression atmosphérique avec du courant continu  à<B>215</B> ampères sous 93 volts, allant de la cathode  constituée par la baguette en tungstène à la tuyère.

    Le jet d'hydrogène     sortant    de l'arc par la tuyère a  coupé de l'aluminium de 2,54 cm d'épaisseur à rai  son de 63,5     cm/min,    en donnant une coupe à paroi  droite de qualité supérieure.    Le même chalumeau que ci-dessus, sauf que la  pièce     rapportée    constituant la tuyère en tungstène  avait un     orifice    de 6,4 cm de long et 1,6 mm de dia  mètre a été utilisé avec 2,83     m3/hr        d'hydrogène,    une  pression de<B>1,62</B>     kg/cm2    au-dessus de la pression  atmosphérique et un courant continu de 170 am  pères sous 84 volts, en donnant un jet d'hydrogène  qui a coupé une tôle en acier inoxydable de 2,

  54 cm  d'épaisseur à raison de 15,2 cm/min. La coupe avait  des bords     sensiblement    d'équerre et les surfaces de  la     coupe    étaient     remarquablement    lisses.    Le tableau ci-dessous indique les vitesses de  coupe à la machine obtenues pour des tôles     d'alumi-          nium    de diverses épaisseurs, avec une source d'ali  mentation présentant une tension en circuit ouvert  de 100 volts.

    
EMI0012.0017     
  
    Epaisseur <SEP> Vitesse <SEP> Ampères <SEP> Volts <SEP> Vitesse <SEP> du <SEP> gaz
<tb>  mm <SEP> cm/min <SEP> ms/hr
<tb>  6,4 <SEP> 762 <SEP> 320 <SEP> 70 <SEP> 1,41
<tb>  12,7 <SEP> 318 <SEP> 320 <SEP> 75 <SEP> 1,70
<tb>  19,0 <SEP> 190 <SEP> 320 <SEP> 77 <SEP> 1,98
<tb>  25,4 <SEP> 127 <SEP> 320 <SEP> 80 <SEP> 1,98       Dans tous les cas le gaz utilisé était un mélange de  65 0/o d'argon et 35 0/o 'hydrogène.  



  La vitesse et la     qualité    de la coupe à la main va  rient suivant l'habileté de     l'opérateur    avec une vi  tesse moyenne     d'environ    152     cm/min    sur une tôle  d'aluminium de 1,27 cm d'épaisseur. Dans la coupe  à la main, on a     utilisé    un gaz contenant 20 0/o d'hy  drogène et 80 0/o d'argon.  



  Dans les essais ci-dessous, on a utilisé l'appareil  de coupe au chalumeau à arc représenté à la     fig.    22.  La     différence    de technique par rapport à la coupe  consistait uniquement dans le     basculement    du cha  lumeau de l'angle droit à un angle d'avance d'envi-         ron    450 avec la     surface    de l'ouvrage. On a ainsi uti  lisé l'appareil pour     gouger,    entailler,     supprimer    un  joint et travailler la surface d'une pièce de métal.  La profondeur obtenue en entaillant ou Bougeant est  commandée d'abord par la vitesse d'avance, l'obli  quité du chalumeau,     l'ampérage    et la vitesse d'écou  lement du gaz.

   Une augmentation de la vitesse       d'avance    donne une diminution de la profondeur de  l'entaille. Une augmentation de     l'ampérage    donne  une     augmentation    de la profondeur. L'inclinaison du  chalumeau et la vitesse du gaz déterminent la qualité  ainsi .que la profondeur de l'entaille. La largeur de  l'entaille est     surtout    déterminée par la forme de l'ori  fice. Dans le travail ci-dessus, on n'a     utilisé    que des  orifices ronds. Toutefois, des orifices     elliptiques    ou  en forme de fente peuvent être avantageux dans cer  tains cas.

      On peut utiliser dans ce procédé différents gaz  en combinaison avec l'hydrogène, par exemple l'ar  gon, l'hélium, l'azote, l'oxygène et différents mélanges  de ces gaz. Les rainures de la meilleure qualité ont  été obtenues avec un mélange de 35 0/o d'hydrogène  et 65 0/o d'argon. On a maintenu constante la vitesse  du gaz à 1,98     m3/hr    avec une pression de 1,41     kg/cm2     au-dessus de la pression atmosphérique. Très proba  blement, on aurait pu obtenir de plus grandes vites  ses et des entailles plus profondes en utilisant des  pressions plus élevées et de plus grandes vitesses du  gaz.  



  On peut effectuer l'opération à la main ou méca  niquement en obtenant la même qualité. En outre, le       procédé    donne des résultats satisfaisants sur des ma  tières froides ou chaudes, l'utilisation de matières  chaudes demandant une plus grande vitesse     d'avance.          Etant    donné qu'il s'agit d'un procédé produisant une  fusion, on pou entailler n'importe quel métal. La vi  tesse d'avance     dépend    du point de fusion et de la     con-          ductibilité    thermique du métal à traiter.  



  On peut effectuer des entailles en une seule passe,  ou en plusieurs, avec une même facilité. On peur uti  liser plusieurs chalumeaux si l'on désire avoir des  entailles larges.    On a     utilisé    des jets de gaz auxiliaires pour faci  liter l'enlèvement du métal des entailles. Ces gaz peu  vent être de l'air, de l'oxygène, de l'azote, de l'hydro  gène, de l'argon ou de l'hélium, suivant la qualité  désirée.    Le tableau ci-dessous donne plusieurs exemples  d'entailles que l'on peut     obtenir,    la vitesse du gaz  étant de 1,98     m3/hr    et le chalumeau étant incliné à       50,)    sur l'horizontale.    La pièce était de     l'aluminium    d'une épaisseur de  6,4 mm.

   Les     dimensions    des entailles varièrent entre  une largeur de 3,2 mm et une profondeur de 0,5 mm  pour les vitesses les plus élevées (entailles     Nos    7 et 8)  et une largeur de 7,9 mm sur une profondeur de  4,8 mm pour la vitesse la plus lente     (entaille    No 9).

      
EMI0013.0000     
  
    Courant <SEP> Tension <SEP> Vitesse
<tb>  Entaille <SEP> Na <SEP> (amp.) <SEP> (volts) <SEP> (../min)
<tb>  1 <SEP> 150 <SEP> 63 <SEP> 267
<tb>  2 <SEP> 150 <SEP> 63 <SEP> 330
<tb>  3 <SEP> 145 <SEP> 63 <SEP> 368
<tb>  4 <SEP> 140 <SEP> 63 <SEP> 457
<tb>  5 <SEP> 140 <SEP> 63 <SEP> 508
<tb>  6 <SEP> 140 <SEP> 60 <SEP> 572
<tb>  7 <SEP> 130 <SEP> 60 <SEP> 737
<tb>  8 <SEP> 80 <SEP> 60 <SEP> 737
<tb>  9 <SEP> 120 <SEP> 70 <SEP> 216       Le perçage de trous constitue une opération dif  férente. Il     implique    l'utilisation d'un chalumeau fixe  au lieu d'être mobile. La forme du trou est surtout  commandée par la     forme    de     l'orifice.     



  On peut percer une tôle de même épaisseur que  celle que l'on peut couper.     L'ampérage,    la vitesse du  gaz et le     diamètre    de l'orifice doivent être tels que  l'on obtienne une coupe complète de la tôle. Le dia  mètre du trou percé est commandé par la dimension  et la forme de l'orifice.  



  En plus de l'hydrogène, on peut utiliser pour  l'opération de perçage les gaz suivants : argon, hé  lium, azote et tous les mélanges de ces gaz. Toutefois,  les mélanges d'argon et d'hydrogène donnent les  meilleurs résultats.  



  Le tableau     ci-dessous    donne plusieurs exemples  de trous percés dans les conditions indiquées en uti  lisant une vitesse de gaz de 1,98     m3/hr.     
EMI0013.0008     
  
    Tôle <SEP> Diamètre <SEP> du <SEP> trou
<tb>  d'aluminium <SEP> Voltage <SEP> Ampérage <SEP> en <SEP> haut <SEP> en <SEP> bas
<tb>  (mm) <SEP> (mm) <SEP> (mm)
<tb>  25 <SEP> 240 <SEP> - <SEP> 16 <SEP> 4,8
<tb>  19 <SEP> 260 <SEP> 70 <SEP> 9,5 <SEP> 6,4
<tb>  19 <SEP> 220 <SEP> 70 <SEP> 9,5 <SEP>   19 <SEP> 200 <SEP> 70 <SEP> 9,5 <SEP> 3,2
<tb>  19 <SEP> 340 <SEP> 70 <SEP> 12 <SEP> 6,4
<tb>  13 <SEP> 180 <SEP> - <SEP> 9,5 <SEP> 3,2
<tb>  13. <SEP> 150 <SEP> - <SEP> 9,5 <SEP> 3,2
<tb>  13 <SEP> 120 <SEP> - <SEP> 9,5 <SEP>   6,4 <SEP> 100 <SEP> - <SEP> 8,0 <SEP> 4,8
<tb>  6,4 <SEP> 80 <SEP> - <SEP> 8,0 <SEP> 3,2

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS I. Procédé pour travailler par fusion une pièce au moyen d'un arc électrique, caractérisé en ce qu'on fait passer un arc, formé entre une électrode non con- sumable disposée axialement dans une tuyère et un organe constituant une seconde électrode, avec un courant de gaz à travers un passage de ladite tuyère agencé de manière à produire un rétrécissement dudit arc,
    de sorte que la tension par unité de longueur de l'arc ainsi rétréci est supérieure à celle d'un arc non rétréci transportant la même quantité de courant, produit à l'extérieur d'une tuyère dont la .section de passage est égale à la section dudit passage, et proté gé par un courant de gaz de la même composition et s'écoulant à travers cette tuyère à la même vitesse, et en ce qu'on dirige contre la pièce le jet constitué par l'arc et le gaz quittant ledit passage. II.
    Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il com prend un chalumeau à arc contenant une électrode non consumable en forme de baguette disposée axia- lement dans une tuyère présentant un passage agencé de manière à conduire un courant de gaz et à pro duire un rétrécissement d'un arc formé à travers ce passage entre cette électrode non consumable et un organe constituant une seconde électrode,
    la surface de la section transversale la plus faible dudit passage étant inférieure à la surface de la section transversale d'un arc semblable, mais non rétréci, mesurée à la même distance de l'extrémité de l'électrode non consumable. SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication I, caractérisé par le fait qu'on introduit le courant de gaz sous pression dans ledit passage. 2. Procédé selon la revendication I, caractérisé par le fait qu'on produit ledit arc entre l'électrode non consumable et la pièce. 3.
    Procédé selon la sous-revendication 2, carac térisé par le fait qu'on fait passer l'arc dans un pas sage rétréci d'une tuyère conductrice de l'électricité et qu'on maintient la chute de tension, sur une lon gueur donnée de l'arc, inférieure à la tension né cessaire pour établir deux ares séparés entre l'élec trode non consumable et la tuyère, d'une part, et en tre la tuyère et la pièce, d'autre part. 4. Procédé selon la sous-revendication 1, carac térisé par le fait qu'on entoure ledit jet d'un courant annulaire de gaz protecteur circulant dans le sens de l'arc. 5.
    Procédé selon la revendication I, caractérisé par le fait qu'on établit un arc pilote à courant con tinu ou à courant alternatif à basse fréquence entre l'électrode non consumable et la tuyère. 6. Procédé selon la sous-revendication 2, carac- térisé par le fait que, pour effectuer une soudure, on établit l'arc entre l'électrode non consumable et un fil consumable qui constitue ladite seconde électrode et qui avance continuellement dans le jet, de sorte que la matière du fil fondue est projetée par le jet contre la pièce. 7.
    Procédé selon la sous-revendication 6, carac térisé par le fait que l'on forme un deuxième arc en tre le fil consumable et la pièce. 8. Procédé selon la sous-revendication 2, carac térisé par le fait que, pour effectuer une coupe ou un perçage, l'arc est conduit dans ledit passage avec un courant de gaz contenant au moins 1 /o d'hydro gène. 9. Procédé selon la sous-revendication 8, carac térisé par le fait que l'on applique un courant de gaz contenant 20 à 35 0/o d'hydrogène et une tension en circuit ouvert entre les électrodes ne dépassant pas 100 volts. 10.
    Procédé selon la sous-revendication 9, carac térisé par le fait qu'en plus de l'hydrogène, le cou rant de gaz contient de l'argon, de l'hélium, de l'oxy gène, de l'azote, ou un gaz contenant du carbone. 11. Procédé selon la sous-revendication 8, carac térisé par le fait que, pour couper une pièce en un métal formant un oxyde réfractaire, par exemple en aluminium ou en acier inoxydable, on applique un courant d'hydrogène et d'argon. 12. Procédé selon la sous-revendication 8, ca ractérisé par le fait que l'on ne mélange l'hydrogène au courant de gaz qu'après que l'arc a été établi.
    13. Procédé selon la sous-revendication 8, ca ractérisé par le fait que l'on applique un courant de gaz constitué en totalité par de l'hydrogène et une tension en circuit ouvert entre les électrodes d'au moins<B>160</B> volts. 14. Procédé selon la sous-revendication 8, ca ractérisé par le fait qu'on applique un jet de gaz auxiliaire dans la zone de la coupe pour faciliter l'enlèvement de la matière.
    15. Procédé selon la sous-revendication 8, carac térisé par le fait que l'on met une poudre adjuvante dans le courant de gaz arrivant dans l'arc. 16. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que l'arc est formé entre ladite électrode non consumable et la tuyère présentant un passage ré tréci, cet arc étant soufflé à travers ce passage par le courant de gaz. 17.
    Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'on fait passer un courant d'arc réglable dans ladite électrode non consumable, ce courant revenant à la source en partie par la tuyère, en partie par au moins une électrode complémentaire formée par un organe annulaire espacé axialement de la tuyère et présentant un passage rétréci coaxial à celui de la tuyère, et en partie par la pièce. 18. Appareil selon la revendication Il, caracté risé par le fait que l'électrode en forme de baguette et la pièce sont montées dans un circuit ne contenant pas la tuyère présentant le passage. 19.
    Appareil selon la sous-revendication 18, ca- ractérisé par le fait que la tuyère contient plusieurs passages rétrécis séparant l'arc en plusieurs jets. 20. Appareil selon la sous-revendication 18, ca ractérisé par le fait que le passage présente une sec tion transversale aplatie et diverge vers l'extérieur. 21. Appareil selon la sous-revendication 18, ca ractérisé par le fait que la tuyère est montée dans un circuit agencé de manière à produire un arc pilote entre l'électrode non consumable et la tuyère. 22.
    Appareil selon la revendication II, caracté risé par le fait que la tuyère comprend un corps qui s'étend au-delà de la pointe de l'électrode en forme de baguette et en ce que le passage est ménagé dans une pièce rapportée qui est fixée de façon amovible sur l'extrémité du corps de la tuyère. 23. Appareil selon la sous-revendication 22, ca ractérisé par le fait que la pièce rapportée comprend un seul passage axial dans lequel pénètre l'extrémité de la baguette. 24. Apareil selon la sous-revendication 23, carac térisé par le fait que le passage axial va en se rétré cissant jusqu'à une sortie de faible diamètre. 25.
    Appareil selon la revendication II, caracté risé par le fait que la longueur dudit passage pour l'arc ne dépasse pas six fois la plus petite dimension de la section la plus étroite de ce passage. 26. Appareil selon la sous-revendication 23, ca ractérisé par le fait que la paroi extérieure de la pièce rapportée limite avec la paroi intérieure du corps de la tuyère un espace destiné à contenir un fluide de refroidissement, cette pièce rapportée étant conduc trice électriquement et reliée à une source de cou rant. 27.
    Appareil selon la sous-revendication 26, ca ractérisé par le fait que deux pièces annulaires, si tuées à distance axialement l'une de l'autre et présen tant des passages centraux qui sont en alignement et ont même axe que l'électrode en forme de ba guette, sont montées dans le corps de la tuyère, la dite seconde électrode étant constituée par la pièce annulaire qui est la plus éloignée de l'électrode en forme de baguette. 28.
    Appareil selon la sous-revendication 27, ca ractérisé par le fait que l'espace compris entre les pièces annulaires est entouré par une paroi annu laire formant une chambre dans laquelle arrive un gaz différent de celui qui est fourni au passage de la pièce annulaire voisine de l'électrode en forme de baguette. 29. Appareil selon la sous-revendication 27, ca ractérisé par le fait que cette pièce annulaire voisine de l'électrode en forme de baguette fait partie d'un circuit permettant d'établir. un arc pilote entre la ba guette et cette pièce annulaire. 30.
    Appareil selon la sous-revendication 27, ca ractérisé par le fait que ladite seconde électrode an nulaire et la pièce à travailler sont branchées, par l'intermédiaire d'impédances réglables distinctes, au même pôle de la source de courant pour l'arc. 31.
    Appareil selon la sous-revendication 27, ca- ractérisé par le fait que ladite seconde électrode an- aulaire est constituée par une cuvette refroidie par Huide, sa base comportant un passage axial situé dans l'alignement de celui de l'autre pièce annulaire :t un bord annulaire fixé, de manière isolante élec- ;riquement, sur l'extrémité du corps de la tuyère.
    32. Appareil selon la sous-revendication 31, ca ractérisé par le fait qu'il comprend une conduite pour faire arriver un gaz dans l'espace fermé par le bord de cette cuvette. 33. Appareil selon la revendication II, pour la soudure à l'arc, caractérisé par le fait que le chalu meau est associé avec un dispositif d'avance et de guidage d'un fil fusible faisant avancer dans le jet ce fil fusible qui est relié à ladite seconde électrode. 34.
    Appareil selon la sous-revendication 33, ca- ractérisé par le fait que le fil et la pièce à souder sont branchés sur une source de courant distincte de celle utilisée pour former l'arc principal. 35. Appareil selon la sous-revendication 26, ca ractérisé par le fait que la pièce rapportée est mainte nue de façon étanche dans l'extrémité de- l'alésage d'un support comportant un manchon extérieur fixé sur une bague isolante du chalumeau.
    36. Appareil selon la sous-revendication 35, ca ractérisé par le fait qu'une bague d'arrivée de cou rant en matière conductrice est serrée entre le man chon extérieur et la bague isolante, la bague d'ame née de courant portant une borne permettant de la brancher électriquement à l'extérieur. 37.
    Appareil selon la sous-revendication 35, ca ractérisé par le fait que l'extrémité opposée de l'alé sage du support de la pièce rapportée comporte une garniture en céramique annulaire, maintenue en place par une garniture compressible coopérant avec un bossage muni d'une bride se trouvant à l'extrémité d'un conduit à gaz contenu dans le corps du chalu meau.
    38. Appareil selon la sous-revendication 37, ca ractérisé par le fait que la pièce rapportée com porte une bride qui est maintenue hermétiquement contre le bord dudit support par un écrou à cha peau vissé sur la surface périphérique de ce support,
    lequel comporte des passages pour un fluide r6frigé- rant communiquant avec un espace annulaire entou rant la surface extérieure de cette pièce rapportée, au voisinage de sa bride.
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