CH346305A - Procédé de soudage à l'arc et torche de soudage pour la mise en oeuvre de ce procédé - Google Patents

Procédé de soudage à l'arc et torche de soudage pour la mise en oeuvre de ce procédé

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CH346305A
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arc
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Inventor
Theophane Stanchus Frank
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Union Carbide Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K10/00Welding or cutting by means of a plasma
    • B23K10/02Plasma welding

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

Description


  Procédé de soudage à     l'arc     et torche de soudage pour la     mise    en     aeuvre    de ce procédé    Cette invention a pour objet un procédé de sou  dage à l'arc électrique et une torche de soudage pour  la mise en     aeuvre    de ce procédé.  



  Au cours, des premiers essais de soudage avec  du fil d'aluminium de 1,6 mm, il a été reconnu  qu'un arc protégé par de l'argon et obtenu sous une  tension inférieure à 20 V et avec un     courant    de 120  à 140 ampères, produisait un notable crachement et  donnait lieu à des résultats insatisfaisants. Plus ré  cemment, on a découvert que le soudage à l'arc pro  tégé par du gaz est mieux exécuté avec un écoule  ment laminaire du gaz de protection, tel qu'il avait  été autrefois proposé pour l'emploi avec des élec  trodes en métal réfractaire. Toutefois, avec des élec  trodes     fusibles,    l'écoulement non turbulent était en  général limité aux connexions à polarité inverse  (électrode positive).

   En outre, l'obtention d'un cou  rant non turbulent nécessitait des tuyères anormale  ment longues entraînant des difficultés de manu  tention.  



  Plus     récemment,    on a proposé de former l'arc  avec une électrode dont l'extrémité est placée en ar  rière de la sortie de la tuyère.     Le    passage de sortie  présente une section transversale fortement réduite,  avec pour résultat le resserrement de l'arc par les  parois du passage quand il passe à travers ce pas  sage avec le courant gazeux. Bien qu'on obtienne  ainsi la formation d'un arc hautement stabilisé, que  l'électrode soit     alimentée    avec un courant alternatif  ou avec un courant continu de l'une ou l'autre pola  rité, la possibilité d'une érosion rapide de la tuyère  et la nécessité d'un refroidissement sérieux constituent  néanmoins de sérieux problèmes.

      On a trouvé maintenant qu'un arc formé exté  rieurement à la tuyère peut être efficacement res  serré et stabilisé en utilisant le courant gazeux annu  laire lui-même comme milieu de resserrement et sans  éviter la turbulence.  



  Le procédé de soudage à l'arc faisant l'objet de  la présente invention, dans lequel on forme un arc  électrique entre une électrode de métal fusible et une  pièce à souder, extérieurement à une     tuyère    d'où  l'électrode fait saillie et à travers laquelle passe un  courant de gaz de protection qui entoure la     partie     extrême de l'électrode et l'arc, est caractérisé en ce  qu'on produit un resserrement de l'arc dans le cou  rant de gaz annulaire en faisant sortir le gaz de la  tuyère dans des     conditions    d'écoulement turbulent à  une vitesse supérieure à 3     m/s.     



  L'invention a également pour objet une torche de  soudage à l'arc pour la mise en     couvre    du     procédé     précité, comprenant une tuyère à gaz munie d'un tube  de guidage conducteur de courant, disposé     coaxiale-          ment    de manière à diriger une électrode à travers  l'ouverture de la tuyère vers la pièce à souder, ladite  torche étant caractérisée par le fait que le tube de  guidage s'étend dans une partie terminale     cylindrique     étranglée de la tuyère,

       formant    ainsi un espace annu  laire par lequel le gaz s'écoule à une vitesse supé  rieure à 3     m/s    afin qu'un arc formé entre     l'électrode     et la     pièce    à souder soit resserré et stabilisé.  



  Un avantage inattendu d'un tel procédé est que  l'arc devient stable de façon inusitée et qu'une excel  lente protection de soudage est obtenue. De plus, un  transfert de métal dit par pulvérisation peut être ob  tenu avec des fils d'aluminium à des tensions aussi  basses que 18,5 V, lorsque l'on utilise un courant de      195     amp    et une connexion à polarité inverse (élec  trode positive).     Normalement,    le transfert par pulvé  risation à un tel niveau de courant ne pourrait pas  être obtenu avec des tensions d'arc inférieures à 22 V.  Des résultats améliorés sont aussi obtenus en utili  sant des     connexions    à polarité directe (électrode né  gative).  



  Divers gaz peuvent être utilisés selon le genre et  le type de matières en présence.  



  De nombreux avantages, tels que protection de  soudage améliorée, plus grande pénétration et réduc  tion de la porosité, sont obtenus avec le procédé  selon l'invention. Ces avantages peuvent être obtenus  aussi bien avec une alimentation du type à potentiel  constant qu'avec une alimentation du type à caracté  ristique voltampère tombante habituelle. L'instabi  lité de l'arc, le manque de pénétration de la soudure  et la     porosité    excessive de la soudure ont été des  défauts     courants.    de la soudure à l'arc avec électrode  fusible sous la protection d'un gaz, sous. tension d'ali  mentation constante,     particulièrement    sur l'alumi  nium.

   De même, lorsque l'on soude avec des     fils     d'aluminium de petit diamètre, c'est-à-dire d'un dia  mètre inférieur à 1,6 mm, le     jaillissement    d'arcs dans  le bout du tube conducteur     fait    fondre le fil près. du  bout, interrompant ainsi l'alimentation du fil. Dans, le  passé, de nombreux dispositifs à contacts électriques  spéciaux ont été essayés dans l'espoir de résoudre de  tels problèmes ; les résultats ne furent que partielle  ment satisfaisants. La présente invention     permet    de  surmonter de façon inattendue de telles difficultés.  



  Le dessin annexé représente, à titre d'exemple,  une forme d'exécution de la torche de soudage selon  l'invention.  



  La     fig.    1 est une vue schématique illustrant une  mise en     aeuvre    du procédé selon l'invention.  



  La     fig.    2 est une vue partielle en coupe trans  versale verticale de ladite forme d'exécution.  



  Comme le montre la     fig.    1, la tête d'une torche  2 comprend une tuyère ayant une partie terminale 1  étranglée et dans laquelle s'étend l'extrémité d'un  tube 3 conducteur de courant. Avec une telle dispo  sition, un espace annulaire 4 relativement petit est  aménagé pour     permettre    au gaz protégeant l'arc de  s'écouler. On travaille de préférence avec de     courtes     distances entre l'extrémité de la- tuyère et la     pièce    à  souder.  



  Des tuyères ayant des passages de     sortie    A de  9,5 mm et 11,1 mm ont été utilisées avec succès. Les  extrémités de tubes conducteurs de 6,4 mm de dia  mètre extérieur se sont montrées satisfaisantes. Des  retraits B compris entre zéro et 6,4 mm ont été satis  faisants avec de petites tuyères, mais     comme    prévu,  en raison de la perte de     vitesse    à la     sortie    de la  tuyère, des     retraits    supérieurs à 6,4     mm    donnèrent  lieu à une     diminution,    aussi bien de la stabilité de  l'arc que de l'efficacité de la protection de l'arc de  soudage.

   De courtes distances C tuyère-pièce à sou-    der sont désirables, avec un maximum de 12,7 mm  pour obtenir les meilleurs résultats. Des. débits d'ar  gon de plus de 0,85     m3/h    ont été utilisés pour pro  duire une vitesse de sortie supérieure à 3     m/s.    Un  haut degré de     concentricité    de la tuyère avec l'extré  mité du tube     conducteur    est désirable. D'excellents  résultats peuvent être obtenus avec des angles D du  tube conducteur avec l'axe de la tuyère,     fig.    1,     coin-.     pris entre zéro et 10 degrés. Auparavant, plus de  10 degrés étaient nécessaires pour obtenir une bonne  protection, spécialement pour la soudure de l'alu  minium.  



  Comme le montre la     fig.    2, dans la torche de  soudage 10 un fil d'électrode de métal nu 11 est ali  menté à travers l'extrémité d'un tube conducteur 12  en contact électrique avec ce fil et centré dans une  tuyère à gaz 13, de façon à laisser un orifice à gaz  annulaire 14. Un arc de soudage est amorcé entre le  bout du fil 1.1 et une pièce à usiner, alors que le gaz  s'écoule à une vitesse supérieure à trois mètres par  seconde à travers l'orifice 14, protégeant, enserrant et  stabilisant ainsi l'arc tandis que le fil est alimenté  vers la pièce à souder.

   Le courant gazeux est amené  à l'arc avec une force suffisante pour projeter le  métal fondu     axialement    depuis le bout de l'électrode  de fil jusqu'à la pièce à usiner, sous forme d'une  pulvérisation de fines gouttelettes discontinues de  métal fondu dans la protection de gaz.  



  La soudure de l'aluminium à l'arc électrique  avec une électrode fusible sous la protection d'un  gaz, sous une tension constante, devient de plus  en plus populaire. Toutefois, les résultats avec  une tension constante ont été autrefois quelque peu  décevants, particulièrement sur l'aluminium, à cause  de l'instabilité de l'arc. Avec des fils de petits dia  mètres, le problème s'aggrave encore à cause d'arcs  se produisant dans l'extrémité du tube conducteur et  qui provoquent l'interruption de l'alimentation du fil.  



  On peut utiliser une tuyère 13 présentant un ori  fice de petit diamètre, de 9,5 mm environ de dia  mètre intérieur, conjointement avec une extrémité de  tube conducteur de diamètre extérieur de 6,4 mm  placé à     fleur    du bout de la tuyère. Avec une telle  disposition, une amélioration énorme dans l'opération  de soudage a été réalisée. La longueur d'arc est cons  tante tout au long de la soudure ;les valeurs moyen  nes de tension et de courant d'arc sont pratiquement  constantes; la protection de la soudure est excellente;  la porosité de la soudure est réduite ou éliminée et  un jaillissement d'arc dans l'extrémité du tube con  ducteur est pratiquement éliminé, même avec un fil  électrode<B>de</B> petit diamètre et une tension d'alimen  tation constante.

   Nombreux sont les autres avantages  obtenus par ce procédé, y compris une plus grande  pénétration de la soudure et un courant de transition  plus bas lorsqu'on emploie du courant continu avec  connexions à     polârité    inverse (électrode positive) ou  à polarité directe (électrode négative).  



  Des soudures sur plaques d'aluminium pur de  15,9 mm d'épaisseur faites en utilisant une torche du      type décrit avec fil d'aluminium de 2,4 mm de dia  mètre, un courant continu de soudage de 300 ampè  res, une connexion à polarité inverse (électrode posi  tive), un arc de     24,5    V, une vitesse de soudage de  28 cm/min et un jet d'argon de 1,43     ms/h    montrent  qu'en procédant comme décrit, les surfaces de sou  dure sont plus propres et qu'il n'y a pas de dépôts  noirs sur le métal de base.  



  De rapides contrôles ont été faits en utilisant des  fils en matière autre que l'aluminium, par exemple  des fils en acier, acier inoxydable, bronze     silicié.        Ega-          lement    d'autres gaz que l'argon ont été essayés, par  exemple des mélanges d'oxygène et d'argon, de l'hé  lium, des mélanges d'argon et d'hélium, du gaz car  bonique. Aussi bien la connexion à polarité inverse  (électrode positive) que la connexion à polarité di  recte (électrode négative) furent utilisées et dans cha  que cas, une réelle amélioration dans la stabilité de  l'arc et la qualité de soudure ont été obtenues sur  celles normalement obtenues avec le soudage à l'arc  avec une électrode fusible sous la protection. d'un gaz.  



  L'intérêt pratique d'un resserrement de l'arc exté  rieurement à la tuyère est d'aspect multiple. L'intérêt  primordial est la stabilisation de l'arc. Ceci joint à  une grande pénétration et une excellente protection  permet la production de soudures continues relative  ment longues, sans défauts. Par exemple, jusqu'ici le  soudage d'une couture longue de 1,5 mètre dans de  l'aluminium de 3,2 mm d'épaisseur pour des chau  dières n'était pas satisfaisant, étant donné que de  graves fluctuations occasionnelles d'arc interrom  paient la pénétration de la soudure et donnaient lieu  à des défauts. Le procédé décrit résout un tel pro  blème. De plus, la plus grande pénétration réduit et,  dans     certains    cas, élimine le besoin de réparations. sur  le dos de la couture.

   Alors que ces avantages s'appli  quent directement au soudage de     l'aluminium    sous  tension d'alimentation constante, des gains ont été  également réalisés avec d'autre types d'énergie élec  trique et d'autres métaux.  



  L'expression   courant de transition   utilisée  plus haut signifie l'intensité du courant au-dessous  de laquelle le transfert du métal a lieu sous forme de  globules visibles de métal fondu et au-dessus de la  quelle le transfert se     produit    sous forme d'une   pul  vérisation   de fines gouttelettes. La valeur numéri  que de cette intensité     dépend    à la fois de la section  transversale de l'électrode et de la vitesse du courant  gazeux au-delà de l'extrémité fondante de l'électrode.  



  On peut coordonner le courant de l'arc et la vi  tesse du gaz de manière que l'arc produise une oscil-         lation    sonique d'une fréquence comprise entre 360  et 12 000 Hz.

Claims (1)

  1. REVENDICATION 1 Procédé de soudage à l'arc, dans lequel on forme un arc électrique entre une électrode de métal fusi ble et une pièce à souder, extérieurement à une tuyère d'où l'électrode fait saillie et à travers laquelle passe un courant de gaz de protection qui entoure la partie extrême de l'électrode et l'arc, caractérisé en ce qu'on produit un resserrement de l'arc dans le courant de gaz annulaire en faisant sortir le gaz de la tuyère dans des conditions d'écoulement turbulent à une vitesse supérieure à 3 m/s. SOUS-REVENDICATIONS 1.
    Procédé selon la revendication, caractérisé en ce qu'on coordonne l'intensité du courant, la section transversale de l'électrode et la vitesse du gaz de manière que le métal fondu provenant de l'électrode soit transféré à la pièce à souder sous forme d'une pulvérisation de fines gouttelettes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on-coordonne le courant de l'arc et la vitesse du gaz de manière que l'arc produise une oscillation sonique d'une fréquence comprise entre 360 et 12 000 Hz.
    REVENDICATION II Torche de soudage à l'arc pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant une tuyëre à gaz munie d'un tube de guidage conducteur de courant, disposé coaxialement de manière à diri ger une électrode à travers l'ouverture de la tuyère vers la pièce à souder, caractérisée par le fait que le tube de guidage s'étend dans une partie terminale cylindrique étranglée de la tuyère,
    formant ainsi un espace annulaire à travers lequel le gaz s'écoule à une vitesse supérieure à 3 m/s afin qu'un arc formé entre l'électrode et la pièce à souder soit resserré et stabilisé. SOUS-REVENDICATION 3. Torche selon la revendication II, caractérisée par le fait que la partie terminale étranglée de la tuyère a un diamètre compris. entre 11,1 et 9,5 mm et que le tube de guidage, ayant un diamètre de 6,4 mm, s'étend dans cette partie avec son bout pas plus éloigné que 6,4 mm du bout de la tuyère.
CH346305D 1956-08-14 1957-08-13 Procédé de soudage à l'arc et torche de soudage pour la mise en oeuvre de ce procédé CH346305A (fr)

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