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PERFECTICNMEMETS AUX PROCEDES ET AUX .APPAREILS DE SOUDURE ET DE DECOUPAGE ELECTRI QUE à 1'ARC.-
La présente addition a pour objet des perfectionnements aise procé- dés et aux appareils de soudure et de découpage électrique à l'arc, notamment à ceux décrits dans le brevet principal et les précédentes additions: elle con- cerne particulièrement la soudure à l'arc métallique en présence d'hydrocarbures de préférence à l'état d'un gaz ou d'un mélange de gaz, et qui, en présence
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de l'arc, cèdent ou abandonnent du carbone, et permettent de fabriquer des sou- dures robuste?, de grande résistance mécanique.
Pour la soudure de certaines pièces, par exemple les pièces d'a-
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aier ootzlG, il out dúotrr,blo da d'fpocor, dons la caudure, une qU1,i;it.: 4e carbura fluffisaxte pour fournir . cette soudure, des caractéristiques métalliquec snalc- gues à celle du métal parent. Il arrive ainsi que l'on trouve parfois r.vcecsaire d'établir une soudure dans laquelle la teneur en carbone peut atteindre ou dé- passer, 0, 2 à 0,5%.
Avec des électrodes spéciales à grande teneur en carbone, la cou- dure présente des difficultés, et lorsqu'on désire des dépôts à teneur élevée
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ocrbona, la teneur en carbone de la tige est si élevée que l'arc devient 4îfâcil* à monier. La difficulté est encore accrue par le fait qu'une certaine quantité de carbone est brûlée pendant l'opération de soudure, ce qui entraîne la nécessité d'utiliser une tige dont la teneur en carbone est très supérieure à celle qui, sinon, serait nécessaire ou suffisante pour produire une soudure avec la teneru désirée en carbone. Par exemple, pour introduire 0,2 à 0,3% de carbone dans la soudure, il est nécessaire d'utiliser une tige contenant 0,5 à 0,6 de carbons.
Ceci posé, on a trouvé qu'il est possible d'introduire la teneur de carbone désirée, dans la soudure, en décomposant, dans l'arc, un composé de @ carbosn qui libère du carbone libre. La quantité de carbone libérée peut facile- ment être contrôlée, eu contrôlant; ou réglant la quantité et la nature du composé
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da oarbene qui est introduit dans l'arc à cet effet.
A ce sujet, on a trouvé que le propane donne de bons résultats. Le propzne est un composé ahbmique de carbone et d'hydrogène dont la formule est CH- CHiE Ii . Dsns l'arc, ce corps est décomposé en ses éléments c:o.r.stitt#.:!:ts, le carbone et l'hydrogène; le carbone est précipité pour la plus srande 1,irt:o dans la soudure, et l'hydrogène tonna une enveloppe protectrice autovr de 1*''.'":.
Une certaine quantité de carbone et 3L'hydrogcne est oz;de rer l'oqgéne de l'air, aux limites extérieures de l'enveloppe gazeuse protectrice autour de l'arc, en formant de la vapeur d'eau et du gaz carbonique.
Avec du carbone fourni de cette façon, il est possible d'utiliser
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une tige de soudure à faible teneur en carbone, qui fond avec une grsnda 1(";.:::r et dépose une soudure saine, dépourvue de porosités, car on a trouvé qu'un arc ' stable est un facteur important pour produire des soudures robustes et ncu po- reuses.
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Le carbone déposé possède un effet supplémentaire qui peut être mieux compris au moyen des explications et des considérations suivantes. L'a- cier en fusion dans le cratère da l'arc absorbe une grande quantité des gaz qui entourent l'arc. Tous les gaz sont solubles.dans l'acier fondu, à un certain degr. A leur point d'ébullition, les métaux sont pratiquement' dépourvus de gaz dissous; mais, lorsque la température du métal s'abaisse, la solubilité augmente, d'abord rapidement, jusqu'à un maximum, et diminue ensuite jusqu'à ce qu'on atteigne le point de solidification où, à l'instant du passage de l'état liquida à l'état solide, la solubilité diminue d'une manière très rapide.
Le résultat de cette variation brusque de solubilité est que, pendant la solidifi- cation du métal, de très grands volumes de gaz sont libérés dans la masse du métal, et s'ils ne peuvent pas s'échapper, ils sont emprisonnés ou occlus et forment de nombreux trous de soufflage, ou soufflures, dans le métal.
Lorsque le fer est soudé à l'air, un oxyde de fer se forme automa- tiquement sur la surface du métal fondu et, lors de sa formation, libère une grande quantité de chaleur qui est absorbée par la couche supérieure du métal sa refroidissant; cette chaleur ajoutée est suffisante pour retarde:' la solidifi- cation de cette couche, et elle contribue à maintenir la surface à l'état fondu, jusqu'à ce que le reste de la soudure soit passé à l'état solide. Cette surface libre permet aux gaz dissous de s'échapper librement de la soudure, et la laisse pratiquement dépourvue de soufflures.
Mais lorsqu'on désire produire uen soudure ayant une ductilité éle- vée, l'oxygène doit être maintenu éloigné du cratère. A cet effet, on a déjà proposé d'exécuter la soudure dans une atmosphère d'hydrogène.. Dans ce cas, la réaction d'oxydation est entièrement supprimée, et la solidification de la cou- che superficielle est retardée par les radiations directes venant du noyau de l'arc plus puissant, caractéristique d'un arc dans l'hydrogène. Le dégagement de gaz est de même facilité par le taux accru du dépôt du métal, qui maintient la surface du grat@re dans un êtat d'agitation méanique.
Ceci posé, un des objets de la présente addition est d'augmenter et de faciliter davantage la libération des gaz du métal, par la présence de car- bone qui est précipité sur la surface du cratère de l'arc, en saturant la cou- che supérieure du métal, et en abaissant ainsi son point de solidifmation, ainsi que de fournir du carbone libre qui peut être combiné avec la quantité d'ydor-
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gêne pouvant être présente dansle métal, pour former un composé d'hydrocarbure,
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avec la libération d'une certaine quantité d'énergie, comparable L 1'±n rzi* libérée dans la soudure à l'air, lors de la formation 3'oxyda de fer.
Ainsi, par l'addition de carbone, la volune du gaz s'échappent est réduit, et une certaine quantité d'énergie supplémentaire est ajoutée, et cel-
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la-ci a pour effet d'enpeoher la surface du cratère de se refroidir et d'em- prisonner les bulles de gaz qui peuvent se former lors de la formation d'ixia soudure poreuse.
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Ainsi qu'il a été indiqué ci-dessus, le propane est dÉS:l,osé ou dissocie dans la chaleur intense de l'arc, en ses éléments ccnstttua::r, SVG:r le carbone et l'hydrogène* Ainsi, une certaine quantité d'hydrogène est toujours présente à la soudure et produit les résultats avantageux d'une atmosphère d'nhy- drogène.
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Si an désire diminuer la quantité de carbcme dc-rosie ar la dccor- 2asitbo7a du propane, ou un autre eoaposé convenable, l'agent actif peut être dilué, ou bien la quantité de l'agent, fournie à l'arc, peut être rirr.ir<.z.:a.
Par exemple, si l'en désire maintenir une atm03phra prùtectrce autour de l'arc et dos portions fondues de la soudure, et en Biemu t tl"fll':3 intro- duire une quantité limitée du composé faurniss3..'lt le carbone dans l'arc, tai ml- lange de la substance protectrice et des substances contenant le carbone, peut être fourni à l'arc;
on a utilisé l'hydrogène pour diluer du propane, lorsqu'en
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établit des soudures conformément à l'invention, tout en maintenm-1, une amos- phère protectrice autour de l'arc et des portions fondues de la prèes
La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donne à titre d'exemple, fera bien comprendre la nature et les avantages de l'invention.
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La Fît.1 représente schcmatiquema2t l'application de l'inventicn la soudure à l'arc manuelle.
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La Fig-É représente son application à la soudure è, l'ère automatique La Fig.l représente schématiquement un dispositif pour la soudera
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manuelle dans une atmosphère gazeuse d'hydrogène et de propane.
L'élactrsde 1 qui peut être une électrode métallique ordinaire à forte teneur a:¯ c&'1'1.;;ú.,,- est en2nectée à l'un des côtés d'une source convenable d'alimentation, par 'une sait 2 et une résistance 3. La pièce d'ouvrage, qui est constituée par deux plaques
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7. L'électrode est maintenue par un support convenable 6 destiné à être manoeu- vré ou manipulé de façon à établir l'arc à la main et à le maintenir entre l'é- lectrode et la pièce, pendant l'opération de soudure.
En vue de simplifier les dessins, la source d'alimentation n'est pas représentée, mais celle-ci peut être une source quelconque à potentiql constant, lorsqu'on utilise une résistance de stabilisation en série, telle que la résis- tance 3. La source peut être aussi une génératrice à réglage inhérent ou propre, capable d'alimenter l'arc, sans utilisation d'une résistance de stabilisation.
@ Un capuchon 8, établi en matière convenable, recouvre la pièce d'ou- vrage. On a obtenu de bons résultats avec un capuchon en amiante, ou un capuchon métallique muni d'un revêtement d'amiante, et muni d'une ouverture. Ce capuchon peut être relativement petit et couvrir seulement -une partie de la pièce d'ou- - vrage. Son but est de chasser l'air ou d'empêcher l'accès de l'air atmosphérique au voisinage de l'arc et des parties fondues de la pièce d'ouvrage, et de mainte nir une enveloppe d'agent gazeux convenable autour de l'arc et de la pièce d'ou- vrage. Le capuchon est muni d'un sommet ouvert dont la largeur est juste suffi- sante pour permettre à l'opérateur de manipuler facilement l'électrode.
L'agent gazeux est conduit au capuchon par un tuyau 9 et vient de
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récipients ou bouteilles 10 et 11; conformÉkent à la présente invention, une des bouteilles contient du propane, et l'autres bouteille contient , par exemple de l'hydrogène. Une valve 12 permet de contrôler l'alimentation des gaz au capu- chon 8, et des moyens convenables, par exemple des valves 13 et 14, sont prévus pour régler et ajuster le mélange des gaz, en vue produire l'atmosphère convena- ble à l'intérieur du capuchon.
Pour souder dans des mélanges de propane et d'hydrogène,-les valves 13 et 14 doivent être convenablement réglées, et lorsqu'il est désirable de sou- der dans une atmosphère de propane pur ou d'hydrogène pur, l'autre gaz est coupé
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L,Pl' 1 foarnotrxp9 4q la va1v= 004 Pl gti crtl*9t1dt1 90<! 1i'P!EI!1: 1: le, ôté dnaanr né qu'à titre d'exemple-.
La Fig.2 représente l'application de l'invention à un appareil de soudure semi-automatique. Des moyens sont prévus pour amener automatiquement l'électrode vers la pièce, en vue de maintenir l'arc; mais comme ces moyens ne font pas partie de l'invention, ils n'ont pas été représentés sur le dessin. n
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une électrode 16 peut être avancée vers la pièce, par des moyens convenables, à travers une tuyère 15 d'alimentation d'électrode et de décharge d:. gaz. La
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tuyère 15 contient ou est combinée avec une canalisation agenoée pub r être ra-- liée avec l'alimentation de gaz par un tuyau ISJ oQ tuyau peut ôtr, par q::o:<.. pla, une branche flexible.
On peut utiliser une construction convenable queicc'n- @ que pour maintenir l'enveloppe gazeuse désirée autour de l'arc ou ds la pièce.
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L'électrode peut être guidée vers la pîèoa d'ouvrage I:u-- un tube de guidage flexible 20 dans lequel peut être incorporé la conduits.'' de soudure.
Si on le désire, les pièces 24 et 18 peuvent être combinées en une structura unitaire. La pièce courba 19 peut être, par exemple, un petit tuyan de laites,
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de bronze, de cuivre, ou analogue travers lequel l'électrode est éume=ôe; l'éleutrdde est aussi en bon contact électrique avec ce tuyau, lorsqu'elle est refoulée. autour de la courbe. La pièce 17 est un prolongement du tuyau 18 et psut être, soit vne petits pièce de tuyau, soit une pièce de manche 1 flexible, qui peut être reliée ou appliquée contre le tuyau 19.
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Le dispositif représenté Fig.2 permet de ccsiprendre, 2-r vo,.r,- d' e- torxsion, de quollo maniera l'invention peut être appliquée à une .:;.;hil1i3 <,;7.:- plètement automatique, dans 1#quelle l'électrode est amenée àutc:.iiç.1o+#ot vers la pièce, en vue de compenser sa consomnation, et des moyens autonatiquac sont prévus pour produire un mouvement relatif entre Itarc et la ¯-i:.ce 13 1:Jr.(; de la ligne du joint à souder.
A titre d'exemple, une plaque d'acier ayant une &:;.ai:" '.;U1:' de 2 ;.':J. a été soudée dans une atmosphère comprenant 852e. d'hydrogène et 1 , 1e propane, avec du fil en ecier doux, par exemple du fil Roebling, dont l'i,,1;1$c* d;:a.a 0,16 de oarboria, en déposant plusieurs couches dans le 7 formé -,ar les bords praparés'des plaques, et l'épaisseur a été ultérieursnent réduite par far.;o à 18 an.; des essais de traction exécutés sur des éprouvettes ont domié les résultats d'expériences suivants :
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Désignation des eproavettss D Litnita élastiq, en 1/cm ,35 5,85 lu ruZtarn, ail ICE,sm'- 4,45 6,CJ n3.103 e^t mesure sur 50 mn. 23, '.3,5 Striction ou réduction d'aire en 50,01 1,48
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Une analyse des plaques et du métàl de soudure, pour déterminer la teneur en carbone, a donné les résultats suivants
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Plaques .............................. Og27 zip Métal de soudure ..................... os23 $
Parmi les diverses variantes de réalisation qui peuvent se présenter il convient de signaler, par exemple, qu'on peut, en vue de contrôler ou régler la quantité de carbone introduite au cours de l'opération, ajouter du gaz carbo-
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ni")'1Q ùQt1'J''1'3 diluant.
On a proposé aussi d'exécuter la soudure dans un mélange de gaz car- bonique et de propane, et les gaz sont présents en des proportions convenables pour fournir ou dégager, lors de la dissociation et de la recombinaison en pré- sence de l'arc, un mélange gazeux résultant d'oxyde de carbone et d'hydrogène, ainsi qu'il a été déjà décrit dans le brevet principal; mais le présent procédé diffère de celui-ci, en ce qu'il nécessite une quantité de propane suffisante pour fournir un dépôt de carbone dans le métal de soudure, pour les raisons qui ont été indiquées ci-dessus.
On a trouvé et constaté aussi que l'azote peut être utilisé avec le propane, si le propane est présent en quantité suffisante pour dégager, lors de sa décomposition, une quantité d'hydrogène dont la rapport aux traces d'oxy- gène présent dans l'arc et dans les portions fondues du métal, est tel que les effets nuisibles de l'azote en présence de l'oxygène sont neutralisés.
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Par oxemple. on prônent un mut-ange de 9fl} d'azote ot fi} de propane, les résultats obtenus sont à peu près les mêmes que ceux: qui sont obtenus avec
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le soudure dans un mélange contenant 20% d'hydrogène et 811 d'azote, avec les effets additionnés produits au moyen de carbone précipité, car chaque.molécule de propane produit, lors de sa décomposition, quatre molécules d'hydrogène, et en même temps libère du carbone libre, conformément au présent procédé.
La soudure, dans des mélanges. d'azote et d'hydrogène, a déjà été proposés et décrits dans le brevet principal.
On peut utiliser d'autres substances que le propane, Par exemple, on peut utiliser du gaz naturel ou un autre hydrocarbure quelconque, qui se décompose dans l'arc, après vaporisation, s'il n'est pas déjà à l'état gazeux, avec libération de carbone libre.
Dans certains cas, il peut être désirable d'introduire d'autres
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éléments dans la Soudure; à cet effet, on peut utiliser des tiges de scrdre composées, ou bien des quantités convenables de métaux d'alliages ;.l[,;':; àxs la caia7wre préparée, at l'eprtia:a ds soudure.
D"LTIO m=nil ré gcnfS'iù, Il ost Liol, ulit ciiielil 'JUU Ion ''1 -ibi .> et les applications qui ont été indiquées ai-d6ssus, - titre d' e::c.:.rle, ne sont nullenorzt limitatives, et qu'on peut s'en écarter, sans pour cnl sortir du cadre de l'addition.