Procédé pour travailler par fusion une pièce au moyen d'un arc électrique et appareil pour sa mise en aeuvre La présente invention concerne un perfectionne ment du procédé pour travailler par fusion une pièce au moyen d'un arc électrique et de l'appareil pour sa mise en #uvre, décrits dans le brevet principal.
Le brevet principal a pour objet un procédé pour travailler par fusion une pièce au moyen d'un arc électrique, dans lequel on fait passer un arc, formé entre une électrode non consumable disposée axia- lement 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 pro duire 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 transpor tant la même quantité de courant, produit à l'exté rieur d'une tuyère dont la section de passage est égale à la section dudit passage,
et protégé par un courant de gaz de la même composition et s'écoulant à travers cette tuyère à la même vitesse, et dans lequel on dirige contre la pièce le jet constitué par l'arc et le gaz quittant ledit passage.
Or, la titulaire a fait la, découverte surprenante qu'on peut utiliser une électrode constituée par un fil métallique fusible au lieu de l'électrode non con- sumable, sans endommager ou obturer le passage de resserrement de l'arc par du métal fondu prove nant de l'électrode. On obtient ainsi un procédé qui peut être étendu à la soudure à courant à grande intensité et à grande vitesse de corps, métalliques rela tivement épais.
Le procédé selon la présente invention est donc caractérisé en ce qu'on utilise comme électrode un fil métallique fusible que l'on fait avancer dans la tuyère à mesure qu'il est fondu par la chaleur de l'arc. Le métal du fil fondu est ainsi dispersé par l'arc et entraîné sous forme de fines gouttelettes, avec la vapeur dégagée par l'arc et avec le gaz, en direc tion de la pièce à travailler.
Le brevet principal a également pour objet un appareil pour la mise en aeuvre du procédé précité et qui comprend un chalumeau à arc-contenant une électrode non consumable en forme de baguette dis posée axialement dans une tuyère présentant un pas sage agencé de manière à conduire un courant de gaz et à produire un rétrécissement d'un arc formé à travers ce passage entre cette électrode non con- sumable et un organe constituant une seconde élec trode,
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.
L'appareil selon la présente invention pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, est carac térisé par le fait que ladite électrode est constituée par un fil métallique fusible dont l'extrémité est maintenue à l'intérieur de la tuyère par un dispositif agencé de manière à faire avancer ledit fil.
Le procédé selon l'invention présente les avan tages suivants, par rapport aux procédés antérieurs de soudage à l'arc protégé par un gaz, utilisant une électrode fusible 1) meilleure stabilité de l'arc que lorsqu'on uti lise une électrode consumable non confinée dans une tuyère. A cause de cette meilleure stabilité, on peut souvent utiliser un arc plus long, obtenu sous une tension plus élevée que jusqu'ici.
Cette tension plus élevée et la sec tion transversale plus faible de l'arc ont pour effet que, pour un courant d'intensité don née, une très grande énergie est dégagée par unité de surface de cette section transversale ; 2) meilleur réglage de la pénétration, grâce au réglage de l'arc et de l'écoulement du gaz à travers la tuyère.
Le gaz passant par la tuyère est un véhicule efficace de chaleur et de force vive vers la zone de travail et il permet de régler le chauffage de la zone de travail et la pression exercée sur le métal fondu dans le but d'atteindre la pénétration désirée et, en même temps, de régler la dilution du métal de soudure déposé ; 3) réglage plus efficace de l'atmosphère de tra vail, quels que soient la position et les cou rants transversaux.
Le courant de gaz sortant de la tuyère est très stable quant à sa direc tion et n'est pas facilement perturbé ; 4) perturbation moindre de l'arc par des forces électriques au commencement et à la fin de la ligne de travail et où celle-ci passe à côté de dispositifs de serrage ou autres, situés dans son voisinage. Le jet sortant de la tuyère est, par conséquent, moins influencé par de telles perturbations.
La figure unique du dessin annexé représente, à titre d'exemple, une coupe verticale d'une forme d'exécution de l'appareil selon l'invention.
Comme représenté sur cette figure, un fil métal lique fusible 10 est tiré à partir d'une bobine 11 par un dispositif d'avancement comprenant un moteur 12 entraînant des galets et il est poussé dans. un tube 13 de contact électrique refroidi à l'eau, en direction d'un arc 14 sous pression élevée qui est formé entre l'extrémité de ce fil et des pièces 15 à souder qui sont reliées à une source de courant électrique 16.
Le tube 13 est entouré par une tuyère 17 qui déli- mite avec le tube 13 un conduit annulaire de gaz 18 qui est fermé hermétiquement au sommet par une matière isolante électriquement 19 destinée à empê cher l'échappement du gaz qui est amené dans ce conduit par une tubulure d'entrée 20.
Ce gaz descend autour du tube 13 vers une sur face intérieure conique 21 qui le dirige vers un ori fice 22 qui est concentrique à l'arc 14. La paroi de l'orifice est entourée d'un passage annulaire 23 dans lequel circule de l'eau de refroidissement provenant d'une conduite d'amenée 24 et sortant par une con duite de sortie 25. Un écran de gaz annulaire secon daire 27 est entretenu autour de l'arc par un passage annulaire de sortie de gaz 26 formé dans la base de la tuyère 17.
On fournit un débit de gaz secondaire approprié dans ce passage de sortie par une conduite d'amenée 28. On comprendra mieux le fonctionne ment de l'appareil représenté sur le dessin en se réfé rant aux exemples de mise en oeuvre du procédé selon l'invention décrits ci-après. <I>Exemple 1:</I> Une tuyère en cuivre refroidie à l'eau présentant un orifice de 4,8 mm de diamètre est montée à l'ex trémité de sortie de l'arc d'une torche à électrode consumable.
On dirige vers le bas 0,849 m3 d'argon gazeux par heure à travers la tuyère, tandis qu'on entretient un arc entre l'électrode constituée par un fil métallique fusible et une plaque de base en acier, à l'aide d'un courant continu compris entre 150 et 200 ampères, sous 35 volts, en polarité inverse (l'électrode étant positive). Le jet ainsi obtenu est relativement dur et rigide et perce rapide ment un trou dans la plaque de base. Ce jet peut également être utilisé pour le découpage, le soudage et le perçage des métaux.
<I>Exemple 11:</I> On a recours dans cet exemple à une tuyère dans laquelle est disposé un tube de guidage refroidi à l'eau ayant un diamètre de 11,1 mm et dont l'extré mité est située à 4,8 mm d'un passage présentant un diamètre de 6,4 mm et une longueur de 2,38 mm, ménagé dans la tuyère qui est en cuivre et refroidie à l'eau. On dirige vers le bas 1,41 m3 d'argon gazeux par heure à travers la tuyère tandis qu'une électrode constituée par un fil métallique en acier au carbone est déplacée automatiquement vers le bas en réponse à la tension de l'arc.
On amorce un arc en courant continu sous 30 volts environ et 400 ampères, en mettant en contact l'extrémité du fil métallique, relié à la borne positive de la source, avec une plaque de base en acier laminé à froid, reliée à la borne néga tive de 2,54 cm d'épaisseur. La zone de fusion du fil métallique est située initialement au-dessous de l'extrémité de la tuyère. On la ramène lentement à l'intérieur de l'orifice de la tuyère en augmentant la tension de l'arc. Le profil de la perle de soudure ainsi obtenue sur la plaque de base passe d'une forme haute à une forme élargie à mesure que la zone de fusion du fil métallique est ramenée à l'in térieur de l'orifice.
Le plasma de l'arc est ainsi régu lièrement resserré. <I>Exemple III:</I> On utilise une tuyère dans laquelle est disposé un tube de guidage refroidi à l'eau ayant un diamètre de 9,53 mm et dont l'extrémité est située à 6,35 mm d'un orifice d'un diamètre de 4,8 mm; de la tuyère qui est en cuivre et refroidie à l'eau. On fait passer 0,14 m3 par heure d'argon contenant 5 9/o d'oxygène à travers la tuyère. On introduit un gaz de protec tion supplémentaire à un débit variant de 1,41 à 1,70 m3 par heure, autour de la circonférence externe de la tuyère pour protéger le bain de soudure.
Un fil métallique en acier inoxydable, d'un diamètre de 1,6 mm, est avancé vers le bas à travers le tube à une vitesse de 71/4 m/min. On maintient un arc à courant continu de 440 ampères et 46 volts entre l'électrode, reliée à la borne positive de la source, et deux plaques en acier inoxydable reliées à la borne négative, d'une épaisseur de 1,27 cm. Ces plaques sont espacées l'une de l'autre de 3,2 mm et présen tent des bords en, biseau à 450 et d'une profondeur de 4,8 mm.
On. obtient une soudure en une seule passe entre les deux plaques d'une pénétration satis faisante à une vitesse de soudure de 38 cm par minute. La distance de la tuyère à la pièce à souder est de 1,27 cm au cours de cette passe. Dans les exemples ci-dessus, on a recours soit à de l'argon seul, soit à de l'argon mélangé avec de l'oxygène, à titre de gaz de protection, mais on peut avoir recours à d'autres gaz ou mélanges de gaz pour autant qu'ils soient acceptables au point de vue métallurgique en ce qui concerne les électrodes et la tuyère.