CH668019A5

CH668019A5 - Electrode metallique tubulaire a ame et utilisation de cette electrode pour le coupage a l'arc des metaux.

Info

Publication number: CH668019A5
Application number: CH3629/86A
Authority: CH
Inventors: Edward R Gamberg
Original assignee: Eutectic Corp
Priority date: 1985-09-25
Filing date: 1986-09-10
Publication date: 1988-11-30
Also published as: AU586027B2; BR8604785A; GB8622936D0; FR2594368A1; AU6263886A; ATA256586A; IT1195172B; BE905490A; SE8604002L; CN86106356A; SE8604002D0; SE462957B; CA1262376A; AT388893B; GB2180786A; IT8667722A0; DE3632466A1; AR241692A1; NL8602381A; US4689461A

Description

DESCRIPTION

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La présente invention concerne une électrode tubulaire à âme ainsi qu'un procédé de coupage ou de gougeage à l'arc de métaux au moyen de cette électrode.

Il est connu de couper, de gouger et de chanfreiner des plaques 35 d'acier, etc., à vitesse relativement élevée en utilisant la chaleur d'un arc électrique. L'un des procédés connus de ce genre est le coupage à l'arc au charbon de métaux en utilisant un jet d'air pour enlever le métal fondu.

Dans le coupage à l'arc au charbon avec jet d'air, un arc est 40 établi entre une électrode en graphite et la pièce métallique à découper par fusion. On envoie de manière continue un jet d'air comprimé ou une pluralité de tels jets vers la zone où s'effectue la fusion, afin d'éjecter le métal fondu.

L'enlèvement de métal en utilisant le procédé de coupage à l'arc 45 avec jet d'air comprimé s'effectue de manière continue au fur et à mesure de l'avancement de l'arc au charbon dans la coupe. Ce procédé est utilisé pour sectionner et rainurer, le rainurage, ou gougeage, étant parfois utilisé pour la préparation de rainures de soudage et pour l'enlèvement d'une base de soudure ou d'une zone so de soudure défectueuse.

L'extrémité de travail, ou pointe de l'électrode, est chauffée à une température élevée par le courant de l'arc et elle ne fond pas. L'électrode est consommée au cours du coupage, le carbone étant perdu par oxydation ou sublimation de la pointe. Le coupage à l'arc avec 55 jet d'air comprimé nécessite un porte-électrode, des électrodes de coupage, une source d'énergie électrique et une alimentation en air comprimé. Le procédé peut être mis en œuvre soit manuellement, soit mécaniquement.

La pièce métallique, ou substrat, est chauffée et fondue de 60 manière continue, tout en chassant le métal fondu de la coupe par soufflage en dirigeant un jet d'air comprimé libre, de vitesse élevée, le long d'un côté de la surface libre de l'extrémité de travail de l'électrode. Dans des conditions opératoires convenables, le jet d'air comprimé balaie la zone située au-dessous de la pointe de l'électrode. La 65 longueur de l'arc doit laisser un espace suffisant pour permettre un flux continu d'air dans la coupe. De préférence, le flux d'air est parallèle à l'axe de l'électrode. Ainsi, lorsque le jet d'air passe entre l'électrode et le substrat métallique, la force du courant d'air à

3

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grande vitesse est suffisamment élevée pour enlever efficacement le métal fondu de la zone située au-dessous de l'arc, ce qui permet un effet de gougeage uniforme au fur et à mesure que l'électrode est consommée.

L'arc est amorcé en faisant légèrement toucher la pièce par l'électrode et en retirant celle-ci à la distance convenable en fonction des exigences de tension de l'arc. La technique de gougeage est différente de celle du soudage à l'arc en ce que du métal est enlevé au lieu d'être déposé. On maintient la longueur d'arc convenable en déplaçant l'électrode dans la direction de la coupe avec une vitesse suffisamment élevée pour suivre l'enlèvement du métal.

Les procédés usuels de gougeage et de coupage à l'arc au charbon avec utilisation d'un jet d'air comprimé auxiliaire présentent les inconvénients intrinsèques suivants :

1) l'arc au charbon a tendance à être instable et peut souvent entraîner un niveau sonore intolérable;

2) dans certaines conditions, il peut se produire un dépôt de charbon sur la rainure, ce qui provoque une carburisation indésirée d'une partie du substrat à l'endroit de la rainure;

3) les électrodes en charbon sont fragiles et se brisent facilement au cours de leur manipulation, et

4) il y a une tendance élevée au dégagement de fumées, ce qui est gênant pour la personne qui travaille ainsi que pour le voisinage. Dans le cas des électrodes en charbon revêtues de cuivre, il peut se former des dépôts de cuivre qui ont un effet défavorable sur les opérations ultérieures.

Il serait souhaitable de disposer d'une électrode métallique de coupage à l'arc constitué de manière à permettre l'obtention d'un arc stable, cette électrode étant autofondante afin de contribuer à l'obtention d'une coupe nette et contenant éventuellement des agents modificateurs de vapeur, des agents désoxydants et des agents formateurs de gaz, etc., une telle électrode étant capable d'engendrer de la chaleur au cours du coupage ou du gougeage, afin d'augmenter celle qui est fournie par l'arc électrique, et ne présentant pas les inconvénients intrinsèques des électrodes au charbon.

L'invention a donc pour but de fournir une électrode métallique pour le coupage et le gougeage à l'arc de métaux, en utilisant un jet d'air auxiliaire, permettant d'atteindre les objectifs susmentionnés. A cet effet, l'électrode selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend un tube en métal travaillé contenant une composition d'âme tassée, essentiellement composée d'un métal réactif, sous forme de particules, mélangé avec un oxyde métallique capable de réagir exothermiquement, ce métal réactif sous forme de particules étant tel que l'énergie libre de formation de son oxyde, à la température de référence de 25° C, est au moins égale à 418,5 kJ par atome-gramme d'oxygène, l'oxyde métallique capable de réagir exothermiquement, mélangé avec ce métal, ayant une énergie libre de formation ne dépassant pas 376,7 kJ par atome-gramme d'oxygène, à 25° C.

L'invention a également pour but de fournir un procédé pour le coupage ou le gougeage d'un métal à l'arc, en utilisant une électrode métallique et un jet d'air auxiliaire, permettant de fournir un arc stable, cette électrode ayant la propriété d'être autofondante au cours du coupage et d'engendrer de la chaleur au cours du coupage ou du gougeage à l'arc électrique.

L'invention sera mieux comprise grâce à la description détaillée qui va suivre d'exemples non limitatifs de la mise en œuvre de l'invention, en se référant au dessin annexé, dans lequel:

la figure 1 est une vue en perspective d'une forme d'exécution de l'électrode selon l'invention, représentée sous forme enroulée;

la figure 2 illustre une électrode ayant la forme d'une tige, et la figure 3 est une vue en coupe de l'électrode de la figure 2, selon la ligne 3-3.

La composition d'âme constitue de préférence environ 5 à 30% en poids de l'électrode, et elle est elle-même essentiellement constituée d'environ 10 à 70% en poids du métal réactif et d'environ 30 à 90% en poids de l'oxyde métallique, et elle peut éventuellement contenir jusqu'à environ 30% en poids, et de préférence jusqu'à

20%, par exemple de 0,5 à 10% en poids, d'un additif choisi parmi les agents stabilisateurs d'arc, les agents de flux, les désoxydants et les agents formateurs de gaz.

Le procédé de coupage ou de gougeage à l'arc d'un substrat métallique, en utilisant l'électrode selon l'invention, comprend l'établissement d'un arc électrique entre l'extrémité de l'électrode et le substrat métallique qui doit être soumis à l'opération de coupage ou de gougeage, l'envoi d'un courant de gaz, par exemple d'air, sous pression, sur la zone en cours de coupage ou de gougeage et la poursuite du coupage ou du gougeage, tout en continuant à envoyer le courant de gaz sous pression sur la zone de coupage ou de gougeage.

L'électrode métallique tubulaire à âme selon l'invention permet l'obtention d'une amélioration notable des propriétés de gougeage et de coupage avec jet de gaz auxiliaire, par rapport à l'utilisation des électrodes de coupage à l'arc au charbon avec jet de gaz auxiliaire, de type usuel. Contrairement à l'électrode au charbon, l'électrode métallique est facile à manipuler et elle ne subit pas de surchauffe comparable à celle de l'électrode au charbon.

L'électrode filiforme permet l'obtention d'un arc électrique réglé de manière précise, en utilisant une source de courant continu, ayant de préférence une polarité positive et une tension constante. La chaleur dégagée par l'arc provoque la fusion locale du substrat métallique et du fil, de manière à produire une mare de métal fondu qui est enlevée de manière pratiquement instantanée par un jet d'air d'accompagnement, le courant d'air étant convenablement focalisé sur la zone en cours de coupage ou de gougeage.

L'utilisation de l'électrode filiforme selon l'invention permet généralement l'obtention d'une rainure propre et brillante, de manière prévisible et reproductible, à l'emplacement désiré par l'opérateur. L'électrode filiforme peut être déplacée à très grande vitesse avec une très bonne précision. Un avantage de l'invention consiste dans le fait qu'un traitement de postrainurage minimal est nécessaire pour la préparation de la rainure en vue d'opérations subséquentes telles que le soudage, la peinture, la projection de métal, etc.

Un autre avantage de l'électrode à fil sur l'électrode au charbon consiste dans le fait que l'électrode à fil peut conduire, si nécessaire, une intensité de courant très élevée. Une valeur de diamètre de fil peut couvrir un domaine d'intensité qui nécessiterait des dimensions d'électrode au charbon au moins trois fois plus grandes pour l'obtention de la même gamme de courant utilisable.

L'électrode à fil selon l'invention permet la réalisation d'opérations de gougeage et de coupage précises, telles que l'enlèvement de rivets ou de points de soudure, le découpage de poignées ou de panneaux d'accès dans des tôles minces, l'enlèvement de soudure sous forme de nervures ou de rainures, le découpage de tôles et de plaques, l'enlèvement de pièces de fixation, de couches de revêtement et de couches superficielles dures, l'élimination de fissures et de défauts, entre autres utilisations possibles.

L'électrode selon l'invention est particulièrement utile sous forme d'électrode continue. Du fait qu'on utilise un tube métallique, par exemple un tube en acier doux, au lieu d'une électrode en charbon fragile, on peut effectuer de manière continue le coupage ou le gougeage d'un substrat métallique en réduisant les temps morts au minimum. En outre, grâce à l'utilisation facultative d'agents stabilisateurs d'arc, d'agents de flux et d'agents formateurs de gaz, on peut maintenir un arc électrique stable pendant une durée substantielle, jusqu'à l'utilisation complète de l'électrode continue ou l'interruption du procédé à la fin du coupage ou du gougeage.

Une forme d'exécution d'une électrode continue est illustrée à la figure 1 qui représente un enroulement 10 d'une électrode tubulaire métallique 12 pour la mise en œuvre du coupage à l'arc par un procédé semi-automatique ou entièrement automatique. Une telle électrode peut avoir, par exemple, un diamètre extérieur de l'ordre de 0,635 à 9,525 mm et, de préférence, de l'ordre de 1,6 à 3,2 mm. L'épaisseur de paroi est variable en fonction du diamètre extérieur de l'électrode. Conformément à une forme d'exécution de l'électrode tubulaire à âme, son diamètre extérieur est d'environ 1,27 mm et

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

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4

l'épaisseur de paroi est de l'ordre de 0,2 à 0,4 mm et, plus particulièrement, de 0,25 à 0,5 mm.

Le tube 13 de l'électrode peut être réalisé en acier doux, tel que l'acier de type 1030, bien que l'on puisse utiliser d'autres métaux travaillés ou forgés. Toutefois, on utilise de préférence les aciers à basse teneur en carbone.

On peut fabriquer l'électrode 12 en conformant une bande d'acier de type 1030, ayant une épaisseur de l'ordre de 0,3 mm et une largeur d'environ 12 mm, sous la forme d'une auge en U, par passage à travers des galets formateurs successifs. On introduit la matière de l'âme 14 dans l'auge, et des stations de travail ultérieures ferment progressivement la bande sous la forme d'un tube circulaire, après quoi on étire le tube 12 à la dimension voulue, la matière d'âme contenue à l'intérieur du tube étant consolidée ou tassée par suite de la réduction de diamètre du tube au cours de l'étirage. La figure 3 est une vue en coupe du tube terminé.

La figure 2 illustre une électrode tubulaire à âme ayant une longueur prédéterminée, comprenant un tube 12 A, similaire à l'électrode tubulaire continue 12 de la figure 1, mais destinée à être utilisée manuellement, sous la forme d'une tige ou d'un bâtonnet, l'extrémité libre du tube étant pincée ou fermée dans la zone 15.

Comme indiqué ci-dessus, la matière constitutrice de l'âme de l'électrode est essentiellement constituée d'un métal réactif particu-laire mélangé avec un oxyde métallique capable de réagir exothermiquement, et elle peut éventuellement contenir jusqu'à 30% en poids environ de matière (additif) par rapport au poids total de la composition d'âme, cette matière, ou additif, étant choisie parmi les agents stabilisateurs d'arc, les agents de flux, les désoxydants et les agents formateurs de gaz. De préférence, la teneur en métal réactif dans le mélange constitutif de la composition d'âme est comprise dans la gamme de 10 à 70% en poids (par exemple de 20 à 50% ou de 25 à 35%), on mélange avec environ 30 à 90% d'oxyde métallique (par exemple de 50 à 80% ou de 65 à 75%) et, éventuellement, jusqu'à environ 20% de l'additif susmentionné.

Comme indiqué ci-dessus, le métal réactif est tel que l'énergie libre de formation de son oxyde, à la température de référence de 25° C, est au moins égale à 418,5 kJ par atome-gramme d'oxygène. Parmi les métaux réactifs, on peut mentionner, par exemple, le magnésium, l'aluminium, le zirconium, le titane et les alliages d'au moins deux de ces métaux. Avantageusement, l'oxyde métallique est un oxyde d'un métal du groupe du fer, par exemple un oxyde de fer, un oxyde de nickel, etc. De préférence, le métal réactif est un alliage de Mg-Al, cet alliage constituant avantageusement de 20 à 50% en poids environ de la composition d'âme. L'oxyde métallique peut être un oxyde de fer, tel que Fe203, Fe304, etc. L'alliage de Mg-Al peut, par exemple, comprendre environ 50% en poids de Mg et 50% en poids de Al, le mélange avec l'oxyde de fer comprenant environ 30% de l'alliage de Mg-Al et environ 70% d'oxyde de fer, par rapport au poids total de la composition d'âme. Dans ce dernier cas, les additifs ne sont pas nécessaires, étant donné qu'un excès d'oxyde de fer dans les proportions susmentionnées constitue un bon agent de flux avec les métaux réactifs oxydés.

Comme indiqué ci-dessus, afin de conférer à l'électrode des caractéristiques optimales d'utilisation générale, on peut éventuellement ajouter au moins un additif dans la composition d'âme, cet additif étant choisi parmi les agents stabilisateurs d'arc, les agents de flux, les désoxydants et les agents formateurs de gaz. Parmi les agents stabilisateurs d'arc, on peut mentionner les composés de métaux alcalins et de métaux alcalino-terreux, notamment les silicates, les oxydes, les carbonates, etc. Les carbonates présentent l'avantage d'être également des agents générateurs de gaz.

Parmi les agents de flux, on peut mentionner les oxydes de fer, les carbonates de fer, Ti02, CaC03, Zr02 et, également, les fluorures et les silicates de métaux alcalins et de métaux alcalino-terreux.

Parmi les désoxydants caractéristiques, on peut mentionner Si, Mg, Al, Mn, Ti et leurs ferro-alliages, par exemple le ferrosilicium, le ferromagnésium, le ferro-aluminium et le ferrotitane.

Parmi les agents formateurs de gaz, on peut mentionner le carbonate de fer, les substances organiques (par exemple la cellulose), les minéraux hydratés (bentonite, terre d'infusoire, mica, etc.), entre autres. Ces substances engendrent des gaz, tels que C02 et de la 5 vapeur d'eau, dans l'arc, ce qui contribue à balayer le métal fondu des zones rainurées. Des agents formateurs de vapeur peuvent également être utilisés en tant qu'additifs, notamment ZnO, des fluorures à bas point de fusion, etc.

Comme mentionné ci-dessus, un excès d'oxyde de fer dans la io composition d'âme peut être utile pour éliminer Al et Mg de l'âme, par formation de scories, du fait qu'ils sont oxydés en leurs oxydes correspondants (par exemple A1203 et MgO).

La partie tubulaire de l'électrode est de préférence en acier doux forgé, tel que les aciers désignés par les chiffres 1008,1010, 1020, 15 1030,1040,1060 et 1080, ces aciers étant par ailleurs connus sous le nom d'aciers au carbone. On utilisera de préférence des aciers à faible teneur en carbone. La partie tubulaire de l'électrode peut être constituée par d'autres métaux forgés ou travaillés, disponibles sous forme de bandes pouvant être formées en une électrode tubulaire 20 ayant une résistance mécanique suffisante et pouvant être manipulées en utilisant les dispositifs d'alimentation en fil de type usuel.

La composition d'âme peut constituer de 5 à 30% (ou environ 8 à 20%) en poids environ du poids total de l'électrode, le métal réactif constituant, de préférence, de 20 à 50% de la composition 25 d'âme et l'oxyde métallique en constituant de 20 à 70% environ, le complément de cette composition d'âme pouvant être éventuellement constitué par une quantité d'additifs pouvant atteindre 20 ou 30% en poids, par exemple de l'ordre de 0,5 à 10%.

La partie tubulaire de l'électrode peut avoir, comme mentionné 30 ci-dessus, un diamètre extérieur de l'ordre de 0,635 à 9,525 mm avec une épaisseur de paroi de l'ordre de 0,127 à 1,27 mm. Conformément à un exemple particulièrement avantageux, l'électrode a un diamètre extérieur de 1,6 à 3,2 mm et une épaisseur de paroi de 0,2 à 0,4 mm et, plus particulièrement, de 0,25 à 0,5 mm. 35 Des résultats expérimentaux obtenus en utilisant une électrode filiforme à âme, ayant un diamètre de 1,6 mm, ont indiqué que l'on peut obtenir des résultats notablement améliorés, tels que déterminés par la mesure de la vitesse d'enlèvement du métal en fonction de l'intensité du courant électrique. De façon générale, il existe une 4o limite de l'intensité du courant que l'on peut appliquer à une électrode, en particulier à une électrode au charbon, en raison du fait que l'électrode tend à être surchauffée. En utilisant l'électrode tubulaire selon l'invention, pour le gougeage avec jet de gaz auxiliaire, on peut notablement augmenter l'intensité du courant, avec l'avantage 45 concomitant d'une amélioration notable de l'enlèvement du métal.

On a effectué des essais sur une électrode à âme ayant un diamètre de 1,6 mm et la composition d'âme suivante:

1) environ 29% en poids d'un alliage de Mg-Al en proportion approximative 50/50, sous la forme d'une poudre mélangée avec 50 2) environ 71 % en poids de Fe304 (scories de laminoir).

Le Fe304 utilisé contenait environ 4% de Si02, par rapport au poids d'oxyde de fer. Le mélange constitutif de la composition d'âme constituait environ 20% du poids total de l'électrode, la gaine en acier en constituant environ 80% en poids. La gaine était consti-55 tuée d'acier 1008.

Dans une série d'essais, on a obtenu les résultats suivants:

Tableau I

Gougeage avec jet d'air auxiliaire, au moyen d'une électrode filiforme à âme d'un diamètre de 1,6 mm

Essai N°

Intensité (A)

Tension (V)

Pression d'air (MPa)

Vitesse d'enlèvement du métal (kg/h)

1

150

30

0,585-0,62

2,18

2

250

35

0,585-0,62

3,31

3

350

40

0,585-0,62

6,03

4

380

42

0,585-0,62

7,89

5

668 019

On notera que l'utilisation de l'électrode filiforme à âme selon l'invention permet d'obtenir une augmentation substantielle de l'élimination du métal, avec augmentation de l'intensité, tout en évitant la surchauffe de l'électrode filiforme.

On a effectué des essais supplémentaires sur l'électrode filiforme à âme ayant un diamètre de 1,6 mm et la même composition d'âme, mais avec un rapport du poids de la composition d'âme par rapport au poids total de l'électrode de 12%, la gaine en acier doux (acier 1008) constituant le reste de l'électrode, c'est-à-dire environ 88% en poids. Lors de l'exécution de ces essais, on a déterminé les variables suivantes:

a) pression d'air,

b) tension d'arc,

c) vitesse d'alimentation en fil, et d) poids de métal enlevé par heure.

On a effectué les essais pour quatre valeurs différentes de pression d'air comprises dans la gamme de 0,275 à 0,69 MPa environ. Les résultats sont indiqués aux tableaux 2,2A, 2B et 2C:

Tableau 2 - Pression d'air: 0,69 MPa

Gougeage sur plaque d'acier doux au moyen d'une électrode filiforme à âme, selon l'invention, de 1,6 mm de diamètre

Essai N°

v.a.f.* (cm/min)

1

(ampères)

V (volts)

kg/h enlevé

Pression d'air (MPa)

1

1270

360

45

9,7

0,69

2

1143

330

45

10,43

0,69

3

1016

300

45

8,98

0,69

4

889

280

45

7,89

0,69

5

762

250

45

7,89

0,69

6

1270

340

40

8,61

0,69

7

1143

335

40

9,7

0,69

8

1016

355

40

8,98

0,69

9

889

340

40

8,25

0,69

10

762

300

40

7,16

0,69

11

1016

300

35

7,16

0,69

12

889

275

35

5,76

0,69

13

762

265

35

7,52

0,69

14

762

260

30

5,76

0,69

15

635

230

30

5,39

0,69

16

508

200

30

4,67

0,69

* v.a.f. = vitesse d'alimentation en fil.

Tableau 2A - Pression d'air: 0,55 MPa

Essai N°

v.a.f.* (cm/min)

1

(ampères)

V (volts)

kg/h enlevé

1

1270

350

45

9,34

2

1143

320

45

9,34

3

1016

300

45

8,25

4

889

275

45

6,80

5

762

250

45

5,39

6

1270

350

40

6,80

7

1143

320

40

8,98

8

1016

300

40

9,7

9

889

275

40

7,89

1-0

762

250

40

6,12

11

1016

300

35

8,25

12

889

275

35

8,25

13

762

250

35

5,76

14

635

225

35

5,03

15

508

200

35

3,94

16

762

250

30

5,03

17

635

225

30

4,67

18

508

200

30

4,67

* v.a.f. = vitesse d'alimentation en fil.

Tableau 2B-Pression d'air: 0,41 MPa

Essai v.a.f.*

1

V

kg/h

N°

(cm/min)

(ampères)

(volts)

enlevé

1

1270

350

45

9,7

2

1143

320

45

9,34

3

1016

300

45

7,89

4

889

275

45

6,80

5

762

250

45

6,12

6

1270

350

40

8,98

7

1143

320

40

9,7

8

1016

300

40

8,98

9

889

275

40

7,53

10

762

250

40

5,39

11

1016

300

35

7,53

12

889

275

35

8,98

13

762

250

35

7,53

14

635

225

35

5,03

15

508

200

35

4,67

* v.a.f. = vitesse d'alimentation en fil.

Tableau 2C-Pression d'air: 0,275 MPa

Essai N°

v.a.f.* (cm/min)

1

(ampères)

V (volts)

kg/h enlevé

1

1270

350

45

10,43

2

1143

320

45

9,34

3

1016

300

45

6,12

4

889

275

45

5,39

5

762

250

45

5,39

6

1016

300

35

7,89

7

889

275

35

5,39

8

762

250

35

6,12

9

635

225

35

3,94

10

508

200

35

3,22

* v.a.f. = vitesse d'alimentation en fil.

Les essais susmentionnés indiquent que, pour des tensions comprises entre environ 35 et 45 V, des intensités comprises entre 200 et 350 A et des vitesses d'alimentation en fil de 508 à 1143 cm/min, on obtient des résultats optimaux, tels que déterminés par la quantité de métal enlevé (c'est-à-dire la quantité de métal enlevé par rainurage de la plaque d'acier), lorsque les intensités sont comprises entre environ 300 et 350 A et les vitesses d'alimentation en fil sont de l'ordre de 1016 à 1143 cm/min. On a observé que l'augmentation de la tension d'arc se traduit par une augmentation de l'enlèvement du métal.

Pour les faibles pressions d'air, il est généralement nécessaire de diminuer la vitesse de déplacement au cours du gougeage pour obtenir un enlèvement de métal efficace.

A des pressions de jet d'air auxiliaires comprises dans la gamme de 0,275 à 0,69 MPa, des résultats optimaux sont indiqués pour des vitesses d'alimentation en fil d'environ 1143 cm/min et à une tension de l'ordre de 40 V, la quantité de métal enlevé étant voisine de 9 à 9,75 kg/h. Dans une gamme de tensions de l'ordre de 30 à 45 V, on enlève environ 5,9 à 10,4 kg de métal par heure. Le jet d'air au cours du gougeage doit être correctement focalisé.

Dans un autre groupe d'essais, des cordons de soudure lourds de simple passe en acier doux, sur des plaques d'acier laminées à chaud d'une épaisseur de 1,905 cm, ont été enlevés en position horizontale par gougeage à l'arc au charbon, en utilisant une électrode de 0,635 cm de diamètre, avec jet d'air auxiliaire, et par coupage avec jet d'air auxiliaire au moyen d'une électrode à âme, en acier, de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

668 019

0,16 cm de diamètre conforme à l'invention. Les résultats obtenus sont indiqués au tableau 3.

Tableau 3

Gougeage à l'arc au charbon (0,635 cm)

Essai N°

Longueur enlevée (cm)

kg/h enlevé

V

A

Vitesse de déplacement (cm/min)

Pression (MPa)

Puissance (kW)

1

2

3

4

5

6

7

8

10,16 15,24 15,24 15,24

File

15,24 15,24 15,24 15,24

N/D* 5,44 1,63 5,9

i'acier à (

N/D* 7,71 8,39 9,525

45 40 40 40

ime, t. :onfoi

38

39 45 45

350 600 250 550

lyant me à 300 300 350 350

47

40,6

27,9

43.2

un diamètre l'invention) 83,8

81.3 83,8

101,6

0,41 0,69 0,69 0,83

de 0,16 cm

0,41 0,41 0,41 0,69

15,8 24,0 10,0 22,0

11,4

11.7

15.8 15,8

* Non déterminé.

La vitesse de déplacement de l'arc au cours du coupage est exprimée en centimètres par minute (cm/min).

Le fil d'acier à âme selon l'invention a présenté des résultats notablement améliorés par rapport à ceux obtenus en utilisant l'électrode au charbon, en dépit du fait que son diamètre était le quart de celui de l'électrode au charbon. Généralement, lorsque la tension de l'arc augmente, le niveau sonore augmente. Des pics de bruit se produisent lors du gougeage à l'arc au charbon lorsque l'opérateur tire un arc de grande longueur. Toutefois, en utilisant l'invention, la longueur de l'arc (tension d'arc) est relativement constante quelle que soit la manière de procéder et, en conséquence, le niveau sonore est minimal.

Comme indiqué au tableau 3, la quantité de métal enlevée en utilisant le fil d'acier à âme était nettement plus élevée que celle enlevée en utilisant l'électrode au charbon de 0,635 cm. En moyenne, la puissance consommée, exprimée en kilowatts, était moindre pour l'électrode en acier à âme selon l'invention.

On a obtenu de très bons résultats dans le gougeage de divers alliages en utilisant le fil d'acier à âme selon l'invention (29% de l'alliage de Mg-Al 50/50 et 71% de Fe304), les métaux gougés comprenant des dépôts de métal de brasage, de l'acier inoxydable du type 304, de l'acier Hadfield (13% Mn), du laiton et de raluminium.

On a comparé une électrode au charbon nue d'un diamètre de 0,317 cm avec une électrode au charbon revêtue de cuivre, ayant un diamètre de 0,396 cm sous une pression de 0,41 MPa. Dans le cas de l'électrode nue avec une durée d'arc d'environ 20 à 35 s, 62 à 63 V et environ 40 à 55 A, la quantité de métal enlevée d'une plaque en acier était comprise entre 0,567 et 1,293 kg/h. L'électrode au charbon de 0,317 cm de diamètre s'est échauffée jusqu'à une couleur orange clair (incandescence) et a commencé à s'oxyder rapidement pour des valeurs d'intensité dépassant 60 A. L'intensité a donc été maintenue au-dessous de cette valeur.

L'électrode au charbon revêtue de cuivre de 0,396 cm de diamètre était capable d'accepter une intensité plus élevée grâce à l'augmentation de conductivité résultant du revêtement de cuivre. Ainsi, cette électrode était capable de fonctionner à des tensions de 45 à 58 V et à des intensités beaucoup plus élevées allant de 80 à 190 A. Pour des intensités de 80 à 150 A, la vitesse d'enlèvement de métal d'une plaque d'acier allait de 1,10 à 4,08 kg/h, alors que, dans la gamme d'intensités de 160 à 190 A (58 V), l'enlèvement de métal allait de 4,98 à 6,26 kg/h. Comme indiqué ci-dessus, l'électrode au charbon était utilisée avec un jet d'air auxiliaire sous une pression de 0,41 MPa.

L'électrode filiforme en acier, à âme, selon l'invention, est supérieure à l'électrode au charbon revêtue de cuivre en ce qu'elle permet l'obtention d'une vitesse de gougeage et de coupage plus élevée et, également, en ce qu'elle autorise de manière pratique le travail dans une gamme plus étendue de paramètres.

Une comparaison effectuée entre une électrode au charbon de 0,635 cm de diamètre et une électrode à âme selon l'invention ayant un diamètre de 0,159 cm (29% de l'alliage de Mg-Al 50/50 et 71% de Fe304) a montré que l'électrode selon l'invention est nettement supérieure, comme indiqué ci-dessous, pour l'enlèvement de métal d'une plaque en acier.

Tableau 4

Electrode avec jet d'air auxiliaire

Puissance

Vitesse de coupage du métal

Charbon

150 A

54 V

3,63-4,08 kg

Selon l'invention

150 A

54 V

4,67 kg/h

Selon l'invention

200 A

54 V

6,80 kg/h

Comme on le voit d'après ce tableau, l'électrode selon l'invention permet d'atteindre une vitesse de coupage plus élevée que l'électrode au charbon.

D'autres exemples de compositions d'électrode selon l'invention sont indiqués ci-dessous:

Tableau 5

Composition d'âme

Electrode

Métal réactif (%)

Oxyde métallique (%)

Additif (%)

Ame (%)

Gaine (%)

30 Mg 15 Al 25 Ti

50 Mg-Al (50/50) 10 Zr 20 Al

70 Fe203 75 Fe304 70NÌO 50 Fe304 90 NiO 80 Fe304

lOCaO 5 Na2Si03 5 CaF2

10 15 30 8

20 5

90 85 70 92 80 95

Comme indiqué ci-dessus, la gaine formant l'électrode tubulairè est de préférence en acier au carbone ou en autres métaux fèrreux, bien que l'on puisse utiliser d'autres types de métal forgé ou travaillé, capable d'être mis sous la forme d'une électrode tubulaire, ayant une résistance mécanique suffisante et pouvant être facilement manipulé au moyen des dispositifs d'alimentation en fil de type usuel.

L'électrode à âme selon l'invention peut être utilisée pour couper ou gouger une grande variété de métaux, tels que les métaux ferreux (par exemple les aciers, les fontes, les alliages ferreux, etc.), l'aluminium, les alliages d'aluminium, le cuivre et les alliages de cuivre, le titane et les alliages de titane, les alliages à base de nickel et les alliages à base de cobalt.

Lors du coupage ou du gougeage des métaux, du gaz, par exemple de l'air sous pression, est dirigé vers la zone en cours de coupage afin de chasser le métal fondu. L'alimentation en air peut être effectuée sous une pression dans la gamme de 0,069 à 1,033 MPa environ, le long de l'électrode ou sous la forme d'un manchon entourant l'électrode ou bien sous la forme d'une pluralité de courants d'air soit disposés concentriquement autour de l'électrode, soit constituant des courants d'air individuels. Il n'est pas nécessaire que les courants d'air aient le même point focal du moment qu'ils sont disposés de manière à avoir une disposition d'écoulement approprié.

L'invention n'est pas limitée aux exemples d'exécution qui viennent d'être décrits et il apparaîtra facilement aux spécialistes que des modifications et des variantes peuvent être apportées à ces formes d'exécution sans sortir du cadre de l'invention.

6

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

R

1 feuille dessins

Claims

668 019

2

REVENDICATIONS

1. Electrode métallique tubulaire à âme pour le coupage et le gougeage à l'arc de substrats métalliques, avec utilisation de gaz auxiliaire, caractérisée en ce qu'elle comprend un tube en métal travaillé et une composition d'âme tassée, essentiellement composée d'un métal réactif, sous forme de particules, mélangé avec un oxyde métallique capable de réagir exothermiquement, ce métal réactif par-ticulaire étant tel que l'énergie libre de formation de son oxyde, à la température de référence de 25° C, est au moins égale à 418,5 kj par atome-gramme d'oxygène, ledit oxyde de métal capable de réagir exothermiquement, mélangé avec le métal sous forme de particules, ayant une énergie libre de formation ne dépassant pas 376,7 kJ par atome-gramme d'oxygène, à 25° C.
2. Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la composition d'âme contient jusqu'à 30% en poids, par rapport à son poids total, d'au moins un additif choisi parmi les agents stabilisateurs d'arc, les agents de flux, les désoxydants et les agents générateurs de gaz.
3. Electrode selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que la composition d'âme constitue environ 5 à 30% en poids de l'électrode.
4. Electrode selon la revendication 3, caractérisée en ce que la composition d'âme est essentiellement composée de 10 à 70% en poids dudit métal réactif, de 30 à 90% en poids dudit oxyde métallique et de 0 à 20% en poids dudit additif.
5. Electrode selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit métal réactif est choisi parmi le magnésium, l'aluminium, le zir-conium, le titane et les alliages d'au moins deux de ces métaux.
6. Electrode selon la revendication 5, caractérisée en ce que le métal réactif est un alliage de Mg-Al et en ce que ledit oxyde métallique est un oxyde d'un métal du groupe du fer.
7. Electrode selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'alliage de Mg-Al constitue de 20 à 50% en poids de la composition d'âme et en ce que l'oxyde de métal du groupe du fer est un oxyde de fer et constitue de 50 à 80% en poids de la composition d'âme.
8. Electrode selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'alliage de Mg-Al comprend environ 50% de Mg et 50% de Al, la teneur en alliage dans la composition d'âme étant d'environ 30% en poids et la teneur en oxyde de fer d'environ 70% en poids de la composition d'âme.
9. Electrode selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'électrode tubulaire a un diamètre extérieur de l'ordre de 0,635 à 9,525 mm et une épaisseur de paroi de l'ordre de 0,127 à 1,27 mm.
10. Electrode selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'électrode tubulaire a un diamètre extérieur de l'ordre de 1,6 à 3,2 mm et une épaisseur de paroi de l'ordre de 0,2 à 0,4 mm.
11. Electrode selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que ledit métal réactif, sous forme de particules, est choisi parmi le magnésium, l'aluminium, le zirconium, le titane et les alliages d'au moins deux de ces métaux, et en ce que l'oxyde métallique capable de réagir exothermiquement, mélangé avec ce métal, est choisi parmi les oxydes des métaux du groupe du fer.
12. Electrode selon la revendication 11, caractérisée en ce que la composition d'âme constitue environ 5 à 30% en poids de l'électrode.
13. Electrode selon la revendication 12, caractérisée en ce que la composition d'âme est essentiellement constituée de 10 à 70% en poids dudit métal réactif, de 30 à 90% en poids dudit oxyde de métal du groupe du fer et de 0,5 à 20% en poids dudit additif choisi parmi les agents stabilisateurs d'arc, les agents de flux, les désoxydants et les agents générateurs de gaz.
14. Electrode selon la revendication 13, caractérisée en ce que le ' métal réactif est un alliage de Mg-Al, ledit oxyde métallique étant un oxyde de fer.
15. Electrode selon la revendication 14, caractérisée en ce que l'alliage de Mg-Al constitue environ 20 à 50% en poids de la composition d'âme et en ce que l'oxyde de fer constitue environ 50 à 80% en poids de cette composition.
16. Electrode selon la revendication 15, caractérisée en ce que l'alliage de Mg-Al comprend environ 50% de Mg et 50% de Al, la teneur en alliage dans la composition d'âme étant de l'ordre de 30% en poids et l'oxyde de fer constituant environ 70% en poids de la

5 composition d'âme.
17. Electrode selon la revendication 14, caractérisée en ce que l'électrode tubulaire a un diamètre extérieur de l'ordre de 0,635 à 9,525 mm et une épaisseur de paroi de l'ordre de 0,127 à 1,27 mm.
18. Utilisation de l'électrode selon la revendication 1 ou la io revendication 2 pour la mise en œuvre d'un procédé de coupage ou de gougeage à l'arc d'un substrat métallique, caractérisée en ce que ce procédé comprend les opérations consistant à établir un arc électrique entre l'extrémité de cette électrode et ce substrat métallique, de façon à effectuer le coupage ou le gougeage de ce substrat, à 15 envoyer un courant de gaz sous pression sur la zone en cours de coupage ou de gougeage, et à poursuivre le coupage ou le gougeage tout en continuant à envoyer ledit courant de gaz sous pression sur ladite zone.
19. Utilisation selon la revendication 18, caractérisée en ce que 20 le courant de gaz est envoyé sous pression en passant le long de l'électrode, sur la zone en cours de coupage ou de gougeage.
20. Utilisation selon la revendication 18, caractérisée en ce que le gaz est envoyé sous pression le long de l'électrode, avec une pression de buse de l'ordre de 0,07 à 1,03 MPa.

25 21. Utilisation selon la revendication 20, caractérisée en ce que l'on envoie le gaz sous la forme d'une gaine annulaire entourant l'électrode.