FR2646580A1 - Non-fusible electrode for arc treatment process - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne le traitement des métaux à l'arc électrique et plus particulièrement une électrode non fusible pour des processus de traitement à l'arc et on peut l'utiliser dans des dispositifs de soudage, de rechargement, de coupe, de dépôt de revêtements, de chauffage, essentiellement dans des processus à l'arc au plasma en milieux oxydants et autres milieux agressifs. The present invention relates to the treatment of metals with an electric arc and more particularly to a non-fusible electrode for arc treatment processes and it can be used in devices for welding, recharging, cutting, depositing coatings, heating, mainly in plasma arc processes in oxidizing and other aggressive media.
Les électrodes non fusibles sont largement utilisées dans les processus à l'arc. Du point de vue construction, l'électrode est en général constituée d'un corps en un matériau électroconducteur et d'un noyau en un matériau actif qui est placé dans le corps et qui a un contact thermique avec ce dernier. Non-fusible electrodes are widely used in arc processes. From the construction point of view, the electrode generally consists of a body made of an electrically conductive material and of a core made of an active material which is placed in the body and which has thermal contact with the latter.
En tant que matériau du corps, on choisit en général le cuivre, le laiton ou un autre matériau à hautes conductions thermique et électrique. As the material of the body, one generally chooses copper, brass or another material with high thermal and electrical conduction.
En tant que matériau du noyau, on utilise en général des métaux à faible travail de sortie, des électrons pouvant former, pendant le maintien de l'arc, des films d'oxyde réfractaires. Parmi ces métaux, on peut citer : le hafnium, le zirconium, le tantale, le niobium, d'autres métaux du quatrième groupe du tableau de Mendeleev ainsi que des matériaux composites qui en sont formés. As the material of the core, metals with low output work are generally used, electrons being able to form, during the maintenance of the arc, refractory oxide films. Among these metals, we can cite: hafnium, zirconium, tantalum, niobium, other metals of the fourth group of the table of Mendeleev as well as composite materials which are formed from them.
La résistance à l'érosion de ces électrodes dépend du degré de refroidissement, de l'état et de la surface du contact thermique entre le corps et le noyau actif ainsi que des dimensions géométriques et du rapport de celles de leurs parties constitutives. The resistance to erosion of these electrodes depends on the degree of cooling, the state and the surface of the thermal contact between the body and the active core as well as the geometric dimensions and the ratio of those of their constituent parts.
L'endurance de telles électrodes est déterminée, en général, par le nombre d'allumages de l'arc et non par la durée du maintien de l'arc, parce que l'érosion maximale a lieu au moment de l'allumage de l'arc, lorsque le matériau du noyau passe de l'état froid à l'état chaud en un temps très court (fractions de seconde). The endurance of such electrodes is determined, in general, by the number of ignitions of the arc and not by the duration of the maintenance of the arc, because the maximum erosion takes place at the time of ignition of the arc, when the core material changes from the cold state to the hot state in a very short time (fractions of a second).
L'endurance de l'électrode peut etre augmentée en améliorant le refroidissement de ses éléments soumis à traction de la chaleur : le noyau ou le corps. The endurance of the electrode can be increased by improving the cooling of its elements subjected to heat traction: the core or the body.
Ainsi, dans une structure connue d'électrode non fusible pour un processus à l'arc qui comporte un corps refroidi et un noyau en un matériau actif qui y est fixé et ayant la forme d'un cylindre dont la section transversale est choisie en partant de la condition d'assurer le courant prescrit de l'arc, pour améliorer le refroidissement du noyau, des cavités annulaires sont pratiquées dans le corps, où circule un liquide de refroidissement assurant une évacuation supplémentaire du flux thermique du noyau (SU,A, 841850). L'endurance de l'électrode ayant une telle structure est de 290 à 300 allumages de l'arc à un courant de 200 à 250 A. Thus, in a known structure of a non-fusible electrode for an arc process which comprises a cooled body and a core made of an active material which is fixed thereto and having the shape of a cylinder whose cross section is chosen starting from there of the condition of ensuring the prescribed current of the arc, to improve the cooling of the core, annular cavities are formed in the body, where a coolant circulates ensuring an additional evacuation of the heat flow from the core (SU, A, 841850). The endurance of the electrode having such a structure is from 290 to 300 ignitions of the arc at a current of 200 to 250 A.
Le flux thermique du noyau dans cette structure d'électrode est transmis au corps refroidi par la surface latérale du cylindre dont la superficie est définie par les cotes géométriques du noyau qui, à leur tour, sont déterminées par la nécessité d'obtenir le courant prescrit de l'arc. The heat flow from the core in this electrode structure is transmitted to the body cooled by the lateral surface of the cylinder, the area of which is defined by the geometric dimensions of the core which, in turn, are determined by the need to obtain the prescribed current of the arc.
Cependant, la fabrication d'une électrode à cavités annulaires complique la technique de fabrication, et son exploitation exige l'emploi de dispositifs auxiliaires pour assurer la circulation du liquide de refroidissement dans le corps. Outre cela, l'électrode connue a une endurance relativement réduite. Ce dernier inconvénient s'explique par le fait que les cotes géométriques du noyau, choisies compte tenu du courant prescrit de l'arc, déterminent la surperficie de la surface latérale, la longueur du noyau étant optimale. However, the manufacture of an electrode with annular cavities complicates the manufacturing technique, and its exploitation requires the use of auxiliary devices to ensure the circulation of the coolant in the body. Besides this, the known electrode has a relatively reduced endurance. This last drawback is explained by the fact that the geometric dimensions of the core, chosen taking into account the prescribed arc current, determine the surface area of the lateral surface, the length of the core being optimal.
Une augmentation du diamètre du noyau cylindrique, pour l'intensité prescrite du courant de l'arc, ayant pour but d'augmenter la surface du contact thermique avec le corps et d'augmenter l'endurance de l'électrode, n'est pas rationnelle, parce que dans ce cas, il y a un déplapement de la tache cathodique de l'arc sur la face d'extrémité du noyau, entraînant son érosion irrégulière lors du maintien de l'arc et ne permettant pas d'obtenir un arc à haute densité d'énergie. An increase in the diameter of the cylindrical core, for the prescribed intensity of the arc current, intended to increase the area of thermal contact with the body and to increase the endurance of the electrode, is not rational, because in this case, there is a displacement of the cathode spot of the arc on the end face of the core, causing its irregular erosion during the maintenance of the arc and not making it possible to obtain an arc with high energy density.
L'augmentation de la surfacede contact du noyau avec le corps dans une autre structure connue de l'élec- trode non fusible pour un processus à l'arc (SU,A,1024197) est obtenue grâce au fait que le noyau est fabriqué en un faisceau de barres cylindriques en un matériau actif dont les bouts sont réunis en une face d'extrémité unique et qui sont placées dans un corps refroidi à l'eau. The increased contact surface of the nucleus with the body in another known structure of the non-fusible electrode for an arc process (SU, A, 1024197) is obtained thanks to the fact that the nucleus is made of a bundle of cylindrical bars made of an active material, the ends of which are united in a single end face and which are placed in a body cooled with water.
Les barres formant le noyau sont parallèles les unes aux autres, chaque barre, sur une partie de sa surface latérale, est en contact avec le corps, d'autres parties de la surface latérale des barres au centre du noyau étant en contact entre elles. Donc, les parties centrale et périphérique ne sont pas à des conditions identiques de refroidissement, ce qui provoque une érosion irrégulière du noyau et éventuellement un déplacement de la tache cathodique parce que l'érosion irrégulière fait varier en permanence les conditions de refroidissement de certains endroits du noyau. The bars forming the core are parallel to each other, each bar, on a part of its lateral surface, is in contact with the body, other parts of the lateral surface of the bars in the center of the core being in contact with each other. Therefore, the central and peripheral parts are not under identical cooling conditions, which causes an irregular erosion of the nucleus and possibly a displacement of the cathode spot because the irregular erosion permanently varies the cooling conditions of certain places. of the nucleus.
Il faut noter que si la superficie de la face d'extrémité du noyau en barres, autrement dit, leur nombre, est choisi compte tenu de la nécessité d'obtenir un courant prescrit de l'arc, l'augmentation de la surface de contact thermique d'un tel noyau avec le corps, par rapport à un noyau cylindrique, est insignifiante et donc l'augmentation de l'endurance de l'électrode n'est pas importante non plus. It should be noted that if the area of the end face of the rod core, in other words, their number, is chosen taking into account the need to obtain a prescribed arc current, the increase in the contact area thermal of such a core with the body, compared to a cylindrical core, is insignificant and therefore the increase in the endurance of the electrode is not important either.
L'électrode connue considérée est difficile à fabriquer parce que les barres doivent avoir des cotes géométriques tout à fait identiques (doivent être étalon nées), être régulièrement réparties et bien fixées au corps. The known electrode considered is difficult to manufacture because the bars must have completely identical geometric dimensions (must be calibrated), be regularly distributed and well fixed to the body.
L'invention vise à créer une électrode. non fusible pour processus à l'arc avec un noyau en un matériau actif ayant une forme telle que, grâce à l'élargissement du contact avec le corps, cela puisse assurer une évacuation accrue du flux thermique, du noyau, tout en préservant les caractéristiques prescrites de courant de l'électrode et en garantissant une technique assez simple de fabrication. The invention aims to create an electrode. non-fusible for arc processes with a core of an active material having a shape such that, thanks to the widening of the contact with the body, this can ensure an increased evacuation of the heat flow from the core, while preserving the characteristics electrode current requirements and ensuring a fairly simple manufacturing technique.
Le problème posé est résolu du fait que, dans une électrode non fusible pour un processus de traitement à l'arc qui comporte un corps refroidi et un noyau en un matériau actif qui y est fixé, dont la section transversale est choisie en partant de la condition d'assurer le courant prescrit de l'arc, selon l'invention, le noyau est de forme compliquée, sa section transversale a la forme d'une étoile à plusieurs branches alors que le diamètre de la circonférence inscrite dans l'étoile est égal au diamètre du noyau cylindrique correspondant au courant prescrit de l'arc. The problem is solved by the fact that in a non-fusible electrode for an arc treatment process which comprises a cooled body and a core of active material attached thereto, the cross section of which is chosen starting from the condition of ensuring the prescribed current of the arc, according to the invention, the core is of complicated shape, its cross section has the shape of a star with several branches while the diameter of the circumference inscribed in the star is equal to the diameter of the cylindrical core corresponding to the prescribed arc current.
Il est utile de réaliser une étoile à quatre branches. It is useful to make a four-pointed star.
Il est souhaitable de réaliser une étoile ayant des dimensions telles que les extrémités de ses branches soient équidistantes de son centre à une distance égale à 1 ou 1,5 fois le diamètre de la circonférence inscrite dans l'étoile. It is desirable to make a star having dimensions such that the ends of its branches are equidistant from its center at a distance equal to 1 or 1.5 times the diameter of the circumference inscribed in the star.
L'électrode non fusible pour processus de traitement à l'arc selon l'invention est caractérisée par une endurance élevée et une bonne évacuation de la chaleur, du noyau, grâce à l'augmentation notable de sa surface de contact avec le corps refroidi. En même temps, la tache cathodique de l'arc est fixée par les dimensions de la circonférence inscrite dans l'étoile, et son déplacement sur la face d'extrémité du noyau est exclu ce qui assure l'obtention d'un arc à haute densité énergétique. L'électrode selon l'invehtion est facile à fabriquer et n'exige aucun équipement coûteux pour sa fabrication. The non-fusible electrode for the arc treatment process according to the invention is characterized by high endurance and good heat dissipation from the core, thanks to the notable increase in its contact surface with the cooled body. At the same time, the cathode spot of the arc is fixed by the dimensions of the circumference inscribed in the star, and its displacement on the end face of the core is excluded, which ensures obtaining a high arc. energy density. The inventive electrode is easy to manufacture and does not require any expensive equipment for its manufacture.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels
- La figure 1 montre une électrode non fusible pour un processus de traitement à l'arc selon l'invention, en coupe longitudinale ; et
- la figure 2 montre une vue en coupe faite suivant la ligne II-II de la figure 1.The invention will be better understood and other objects, details and advantages thereof will appear better in the light of the explanatory description which follows of an embodiment given solely by way of nonlimiting example, with reference to attached schematic drawings in which
- Figure 1 shows a non-fusible electrode for an arc treatment process according to the invention, in longitudinal section; and
- Figure 2 shows a sectional view taken along line II-II of Figure 1.
L'électrode non fusible pour processus de traitement à l'arc, qui est représentée sur les figures 1 et 2, comporte un corps 1 refroidi, généralement en cuivre ou en poudre de cuivre frittée, et un noyau 2 en un matériau actif, hafnium ou zirconium, y est monté à la presse. The non-fusible electrode for the arc treatment process, which is represented in FIGS. 1 and 2, comprises a cooled body 1, generally made of copper or of sintered copper powder, and a core 2 made of an active material, hafnium. or zirconium, is mounted on the press.
Le corps 1 de l'électrode est muni d'une cavité 3 pour amener, vers l'une des extrémités 4 du noyau 2, un agent refroidissant qui circule également près des parois 5 du corps 1. The body 1 of the electrode is provided with a cavity 3 for bringing, towards one of the ends 4 of the core 2, a cooling agent which also circulates near the walls 5 of the body 1.
L'arc est allumé du côté de l'extrémité 6 du noyau 2. The arc is lit on the side of the end 6 of the core 2.
Le noyau 2 est de forme complexe et a, en section transversale,la forme d'une étoile à quatre branches alors que le diamètre de la circonférence 7 (qui est représenté en pointillé ) inscrite dans l'étoile est égal au diamètre du noyau cylindrique correspondant au courant prescrit de l'arc. Les extrémités 8 des branches 9 de l'étoile sont équidistantes de son centre 0, à une distance qui est 1 à 1,5 fois le diamètre de la circonférence inscrite 7. The core 2 is of complex shape and has, in cross section, the shape of a four-pointed star while the diameter of the circumference 7 (which is shown in dotted lines) inscribed in the star is equal to the diameter of the cylindrical core corresponding to the prescribed arc current. The ends 8 of the branches 9 of the star are equidistant from its center 0, at a distance which is 1 to 1.5 times the diameter of the registered circumference 7.
Avec cette forme du noyau, sa surface latérale égale à la surface totale de ses pans 10, est 2,7 fois plus importante que la surface latérale du noyau cylindrique de même longueur. With this shape of the core, its lateral surface equal to the total surface of its sides 10 is 2.7 times greater than the lateral surface of the cylindrical core of the same length.
Cette surface est celle du contact thermique (sur la figure 1, la ligne 11) avec le corps refroidi 1 qui est évacue le flux thermique du noyau 2. This surface is that of the thermal contact (in FIG. 1, line 11) with the cooled body 1 which is evacuated the heat flow from the core 2.
L'électrode non fusible pour processus de traitement à l'arc selon l'invention fonctionne de la façon suivante. The non-fusible electrode for arc treatment process according to the invention operates as follows.
A l'allumage de l'arc, la tache cathodique se trouve sur la face d'extrémité 6 du noyau 2, symétriquement par rapport au centre 0 de l'étoile parce que celle-ci est une figure symétrique. Le matériau du noyau 2 a la même densité sur toute la surface- de la section transversale et tous les endroits du noyau 2 sont dans les mêmes conditions de refroidissement. Par conséquent, l'érosion du noyau 2 lors du maintien de l'arc est régulière et l'on n'observe aucun déplacement de la tache cathodique sur la surface du noyau 2. When the arc is ignited, the cathode spot is on the end face 6 of the core 2, symmetrically relative to the center 0 of the star because the latter is a symmetrical figure. The material of the core 2 has the same density over the entire surface of the cross section and all the locations of the core 2 are under the same cooling conditions. Consequently, the erosion of the core 2 during the maintenance of the arc is regular and no displacement of the cathode spot is observed on the surface of the core 2.
Le passage de la tache cathodique sur le corps 1 est également exclu parce que le matériau du noyau 2 a une plus faible valeur de travail de sortie électronique que le matériau du corps 1. The passage of the cathode spot on the body 1 is also excluded because the material of the core 2 has a lower working value of electronic output than the material of the body 1.
Le flux thermique du noyau 2, lors du traitement à l'arc, est évacué par sa surface latérale (ligne 11 sur la figure 1) vers le corps 1 à refroidissement forcé et à travers les parois 5 de ce dernier, vers l'agent refroidissant circulant dans la cavité 3. The heat flow from the core 2, during the arc treatment, is evacuated by its lateral surface (line 11 in FIG. 1) towards the body 1 with forced cooling and through the walls 5 of the latter, towards the agent coolant circulating in the cavity 3.
Comme la surface du contact thermique du noyau 2 avec le corps 1 est agumentée, le flux thermique passant du noyau 2 vers le corps 1 est plus grand que dans le cas de l'utilisation des noyaux déforme connue. Cela assure l'augmentation de l'endurance de l'électrode de la conception décrite. As the surface of the thermal contact of the core 2 with the body 1 is sharpened, the heat flux passing from the core 2 to the body 1 is greater than in the case of the use of known deformation cores. This ensures increased endurance of the electrode of the described design.
La transmission la plus efficace du flux thermique se fait par les surfaces du noyau 2 qui sont disposées à une certaine distance de la tache cathodique de l'arc, c'est pourquoi l'éloignement des extrémités 8 des branches 9 par rapport au centre O de l'étoile a une valeur optimale qui est égale à 1-1,5 fois le diamètre de la circonférence inscrite 7. The most efficient transmission of heat flux is through the surfaces of the core 2 which are arranged at a certain distance from the cathode spot of the arc, this is why the distance of the ends 8 of the branches 9 from the center O of the star has an optimal value which is equal to 1-1.5 times the diameter of the entered circumference 7.
Si l'on diminue les cotes indiquées, on observe une augmentation insignifiante de l'endurance de l'électrode, notamment si on choisit la distance entre l'extrémité 8 de la branche 9 et le centre O de la circonférence inscrite 7 égale à 0,5 fois le diamètre de cette circonférence, l'augmentation de l'endurance est de 1,1 à 1,2 fois, ce qui ne justifie par la complication de la construction de l'électrode. If the dimensions indicated are decreased, an insignificant increase in the endurance of the electrode is observed, in particular if the distance between the end 8 of the branch 9 and the center O of the registered circumference 7 equal to 0 is chosen. , 5 times the diameter of this circumference, the increase in endurance is 1.1 to 1.2 times, which does not justify the complication of the construction of the electrode.
D'autre part, l'éloignement de l'extrémité 8 de la branche 9 de l'étoile à une distance supérieure aux cotes indiquées n'augmente pas l'efficacité d'évacuation de la chaleur parce que les parties de la surface des branches 9 qui sont éloignées de l'endroit du maintien de l'arc transmettent, vers le corps 1, un flux thermique faible. Outre cela, les dimensions des branches 9 sont limitées par les dimensions de toute l'électrode. Si l'on observe pas ces limitations, il y a une consommation plus grande du matériau du noyau 2, donc son utilisation se trouve moins efficace et la fabrication de l'électrode est plus compliquée. On the other hand, the distance of the end 8 of the branch 9 of the star at a distance greater than the indicated dimensions does not increase the efficiency of heat dissipation because the parts of the surface of the branches 9 which are distant from the place where the arc is held transmit, towards the body 1, a weak thermal flux. In addition, the dimensions of the branches 9 are limited by the dimensions of the entire electrode. If these limitations are not observed, there is a greater consumption of the material of the core 2, therefore its use is less efficient and the manufacture of the electrode is more complicated.
La construction de l'électrode permet sa fabrication à l'aide d'un équipement mécanique assez simple soit par extrusion à chaud, soit par formage du noyau 2 en étirant la pièce brute par une filière de configuration requise avec mise à la presse ultérieure dans un corps en cuivre dont l'orifice de forme appropriée peut être réalisé par poinçonnage ou par un outil mécanique de coupe. Les essais des échantillons expérimentaux de l'électrode selon l'invention ont démontré que pour un diamètre de la circonférence inscrite 7 égal à 2 mm et pour une étoile à quatre branches 9 dont les extrémités 8 sont éloignés du centre O de l'étoile de 3 mm, l'électroNe, pour un courant de l'arc de 300 A, assure en moyenne 450 allumages et dans le cas d'une étoile à six branches 9, plus de 600 allumages. Sous des conditions identiques, le noyau cylindrique n'assure qu'un nombre maximal d'allumages de l'arc qui est égal à 300. The construction of the electrode allows its manufacture using fairly simple mechanical equipment either by hot extrusion, or by forming the core 2 by stretching the blank by means of a die of required configuration with subsequent pressing in a copper body, the appropriately shaped orifice of which can be produced by punching or by a mechanical cutting tool. The tests of the experimental samples of the electrode according to the invention have demonstrated that for a diameter of the inscribed circumference 7 equal to 2 mm and for a four-pointed star 9 whose ends 8 are distant from the center O of the star of 3 mm, the electroNe, for an arc current of 300 A, provides on average 450 ignitions and in the case of a six-pointed star 9, more than 600 ignitions. Under identical conditions, the cylindrical core ensures only a maximum number of ignitions of the arc which is equal to 300.
Les essais sous forts courants ont démontré que l'électrode selon l'invention, avec un noyau 2 en étoile à six branches assure à un courant de l'arc de 500 A, 500 allumages de l'arc, la valeur maximale admissible du courant de l'arc avec les cotes indiquées pour le noyau 2 vérifiée pendant les expériences étant de 750 A. The tests under strong currents have shown that the electrode according to the invention, with a star-shaped core 2 with six branches ensures at an arc current of 500 A, 500 ignitions of the arc, the maximum admissible value of the current of the arc with the dimensions indicated for the nucleus 2 verified during the experiments being 750 A.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8905736A FR2646580A1 (en) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | Non-fusible electrode for arc treatment process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8905736A FR2646580A1 (en) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | Non-fusible electrode for arc treatment process |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2646580A1 true FR2646580A1 (en) | 1990-11-02 |
Family
ID=9381292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8905736A Pending FR2646580A1 (en) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | Non-fusible electrode for arc treatment process |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2646580A1 (en) |
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