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PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES ET APPARELLS DE CHAUFFAGE NOTAMMENT POUR LA
FUSION DES METAUX.
La présente invention vise l'utilisation des effets de chauffage des flammes d'hydrogène atomique dans los machinas de souduro à l'arc.
Dans la soudure à l'hydrogène atomique, l'hydrogène est dissocié par l'arc et est amené, à l'état dissocié, à la pièce où, lors de la recombi- naison de ses atomes, une quantité très grande de chaleur est développée et uti lisée pour l'exécution du trayail de soudure. Ceci peut être réalisé, notamment en dirigeant un jet d'hydrogène à travers un arc et on contact avec la pièce* Une partie du gaz du jet est dissociée dans l'arc et est amenée ainsi à la piè- ce où elle se recombine.
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Bien que l'invention donne des résultats particulièrement favo- rables dans son application à la soudure à l'hydrogène atomique, de nombreuses particularités sont applicables en général aux machines de soudure dans les- quelles l'arc est maintenu entre plusieurs électrodes ou une électrode et la pièce, tandis qu'un ou plusieurs gaz sont fournis à l'arc et autour des bornes d'arc des électrodes et de la pièce' ces procédés dan soudure sont désignes par soudure à l'arc au gaz-
L'invention offre une machine appropriée à la soudure automatique à l'arc au gaz- Elle offre aussi des organes et moyens permettant d'amorcer et de maintenir un arc stable entre plusieurs électrodes- Elle comporte l'utilisa- tion, en coopération ou en combinaison avec plusieurs électrodes, dont les bor- nes d'arc sont placées au voisinage de la pièce,
d'organes ou moyens pour four-. nir un jet de gaz transversalement aux bornes d'arc dos électrodes. Elle offre encore des moyens et organes automatiques pour déplacer simultanément les élec- trodes, de façon à les rapprocher ou les éloigner l'unede l'autre, en vue d'a- morcer et de maintenir l'arc entre elles, moyens avec lesquels coopèrent des moyens supplémentaires pour régler les électrodes de manière indépendante* On a trouvé désirable et avantageux de protéger les électrodes du chalumeau de soudure et la pièce en cours de soudure, durant l'opération de soudure, par une gaine ou enveloppe de gaz, par exemple de l'hydrogène qui, en présence de l'air,
s'allume et brûle en formant une flamme autour des électro- des et de la pièce en cours de soudure-
A cet effet, l'invention offre un chalumeau à arc au gaz de cons- truction améliorée, qui est muni d'une tuyère agencée pour produire une flamme bulbeuse qui enveloppe et protégè complètement les électrodes de soudure, ainsi que la pièce en cours de soudure-
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles ot los avan- tages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple non limitatif, et dans lesquels :
La Fig-1 représente en perspective une tête de soudure conforme à l'invention.
La Fig.2 en est une élévation latérale-
La Fig.3 est une élévation latérale, avec parties en coupe, de l'ajutage ou tuyère du chalumeau de la machine des Fig.1 et 2-
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La Fig.4 est une coupe de détail, prisa suivant la ligne 4-4 de la Fig.3.
La Fig.5 est une vue de détail de l'arrangement particulier des électrodes au moyen duquel on peut obtenir un arc particulièrement stable-
La Fig.6 est une vue schématique d'un dispositif de soudure au-
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bntnaUqua 'Jtt 1 \ BG dans la tête do soudure dos Flip-1 et 2, rnontrant les circuits de commande pour le moteur servant à déplacer les électrodes, en les rappro- chant ou les éloignant l'une de l'autre-
Les Fig'7 et 8 sont des coupes relatives à des variantes-
La tête de soudure représentée Fig.1 et 2 est agencée pour dépla- cer plusieurs électrodes 1 et 2 en les rapprochant ou les éloignant l'une de l'autre, pour amorcer et maintenir un arc et pour amener par une tuyère ou ajutage 3, à travers l'arc et au voisinage de l'arc,
une atmosphère gazeuse grâce à laquelle l'opération de soudure est exécutée, soit dans celle-ci, soit au moyen de celle-ci. Les électrodes sont supportées dans des pièces 4 et 5 auxquelles le courant est amené par les conducteurs souples 6 et 7- Ces conduc- teurs sont attachés à des barres 8 et 9 auxquelles une sauce de force électro- motrice appropriée (non représentée) est reliée par des connexions représentées en 10 sur la Fig.2.2
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Ilatl Vts1t'ad U ai J wuiil .±'1)(.60<1 <1 lU' un \J(j.,'ft':1 Il pAr #.RII \:1\1PP01'1)9 isolants 12 et 13, qui sont fixés au moyen de boulons 14 et 15 sur des oreilles 16 formant partie du coffret.
Entre les oreilles 16 et les supports 12 et 13 est interposée une plaque 17 servant comme organe isolant au point de vue ther- mique- La partie de base du coffret 11 peut être refroidie à l'eau, pour four- nir le même résultat-
Le coffret 11 et un coffrot complémentaire 18 formant couvercle enveloppent entièrement le moteur 19 d'amenée d'électrode qui, au moyen d'un mécanisme logé aussi dans les coifrets 11 et 18, actionne les pignons dentés 20 et 21 et les crémaillères 22 et 23, pour l'avancement et la fourniture des électrodes.
Les crémaillères 22 et 23 sont supportées, avec un montage isolant, par des tiges 22' et 23' fixées sur les supports d'électrodes 4 et 5, ce qui a pour effet d'isoler les électrodes l'une de l'autre et du bâti de la tête de soudure-
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En se reportant Fig'l, ainsi qu'au schéma de m#ltge de la Y'ig.6,
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on voit que l'électrode 1 est amenée par le moteur 19 au moyen des organes suivants :
la vis sans fin 24 , la roue hélicoïdale 25, les pignons coniques 26 et 27, la vis sans fin 28, la roue hélicodale 29 , le pignon denté 20 et la crémaillère 24, tandis que 1'électrode 2 est amenée par le moteur 19, au moyen de la vis sans fin 24, la roue hélicoïdale 25, les pignons coniquen 26 et 30, la vis sans fin 31, la roue hélicoïdale 32, le pignon 21 et la crérnail- lère 23.
Le pignon conique 30 est normalement refoulé en engagement arec la pi- gnon conique 26 au moyen d'un ressort 33 comprimé entre un collet monté sur l'arbre 35 et la vis sans fin 31, mais la liaison d'entraînement peut être interrompue en retirant et dégageant le pignon 30 du pignon 26, au moyen d'un bouton 34 s'étendant à l'extérieur du coffret Il- La vis sans fin 31 est clave- tée sur l'arbre 35 auquel le pignon 30 et le bouton 34 sont fixés, de telle sor te que ce dégagement peut être facilement réalisé sans faire tourner la vis sam fin 31.
Lorsque les pignons coniques 26 et 30 sont ainsi dégagés par la manoeu- vre du bouton 34, 1'électrode 2 peut être réglée indépendamment de l'opération d'amenée de l'électrode 1 par le moteur 19, au moyen du mécanisme précédemment décrit- Mais lorsque les pignons 30 et 26 sont en prise, les deux électrodes 1 et 2 sont avancées simultanément à la même vitesse par le moteur 19, au moyen du mécanismo précédemment décrit*
La commande indépendante de l'électrode 2 au moyen du bouton 34 permet à l'opérateur de soudure, de régler les électrodes l'une par rapport à l'autre siµ pour une raison quelconque, elles sont consommées dans l'arc de soudure à des vitesses différentes-
Le moteur d'avancement 19, représenté au dessin sur la Fig.6,
est un moteur série à champ déphasé- Il est muni de deux inducteurs 36 et 37.
Lorsque du courant est fourni à l'inducteur 36, le moteur tourne dans un sens, et lorsque le courant est fourni à l'inducteur 37, il tourne en sens inverse*
Ce moteur est alimenté par les conducteurs 38 et 39, et la con- nexion à travers les inducteurs 36 et 37 est déterminée par un relais représen- té comme un relais de tension 40 dont la bobine opérative 41 est reliée en dé- rivation sur l'arc formé entre les électrodes 1 et 2, en étant reliée électri- quement aux supports d'électrodes 4 & 5-
La tension de l'arc automatiquement maintenu entre les électrodes 1 et 2 dépend du relais 40, qui peut être rendu réglable en reliant en circuit
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avec lui des rhéostats variables non représentés- Le réglage est tel que, lorsque la tension de l'arc est trop faible,
la bobine de commande 41 du relais permet au contact mobile 42 du relais d'engager le contact fixe 43 pour fermer le circuit du moteur d'alimentation, depuis le conducteur 39, par le contact mobile 42, le contact fixe 43, le conducteur 44, l'inducteur 37 et le conduc- teur 38, pour faire marcher le moteur 19 dans un sens propre à séparer les é- lectrodes 1 et 2, et qu'inversement, lorsque la tension d'arc est trop grande, la bobine de commande 41 du relais élevé le contact mobile 42 en angagmenet ave le contact fixe 45, pour fermer le circuit du moteur d'alimentation depuis le conducteur 39, par le contact mobile 42, le contact fixe 45, le conducteur 46, l'inducteur 36, et le conducteur 38, pour faire marcher le moteur 19 en sens in verse, c'est-à-dire pour rapprocher les électrodes l'une de l'autre*
Ainsi,
en supposant que les électrodes ne soient pas en contact l'une avec l'autre et qu'une source appropriée de courant de soudure soit re- liée à ces électrodes le relais 40 fonctionne d'abord pour fermar le circuit par le contact 45, en vue de rapprocher les électrodes l'une de l'autre- Dès que les électrodes sont en contact l'une avec l'autre, la bobine 41 du relais 40 est court-circuitée, et le contact mobile 42, tombe dans la position repré- sentée au desin, fermant ainsi un circuit pssant par l'inducteur 37, pour écarter les électrodes l'une de l'autre et amorcer ainsi un arc entre elles-
Lorsque les électrodes ont été séparées d'une distance telle que l'arc entre elles possède la tension désirée,
la bobine 41 du relais 40 est excitée suffisamment pour écarter le contact 42 du contact 43 et désexciter ainsi le moteur d'alimentation- Dès que la longueur d'arc et la tension s'ac- croissant en raison de la consommation des électrodes, le contact 42 est de nouveau amené en engagement avec le contact 45, au moyen de la bobine 41, et le moteur d'alimentation est de nouveau alimenté en courant pour tourner dans un , sens propre rapprocher les électrodes l'une de l'autre.
Mais dès que la ten- sion correcte est rétablie, le contact 42 prend une position neutre entre les contact 43 et 45, et le moteur d'alimentation s'arrête- On voit ainsi qu'on a prévu des moyens pour déplacer automatiquement les électrodes 1 et 2, en les rapprochant ou les éloignant l'une de l'autre, de façon à amorcer et maintenir antre elles un arc de soudure-
En se reportant de nouveau aux Fig.1 et 2, on observe que les électrodes 1 et 2 s'étendent à travers des isolateurs de traversée 4Ç et 48,
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dans un capuchon 49 formant partie de l'ajutage 3, dont la corps est fixé, au moyen d'une console 50, sur le coffret 11.
La construction de la tuyère 3 est visible avec plus de Détail sur la coupe de la Fig.3. et va être maintenant dé- crite en détail en regard de cette figure'
L'ajutage 3 peut être tourné dans sa console 50, dans une Mesure limitée, au moyen d'unevis sans fin 51 et d'un secteur 52 de roue hélicoïdale' Ce secteur 52 est fixé sur l'ajutage 3, et la vis sans fin 51 sur un arbre traversant l'oreille 16 et se terminant par un bouton moleté 53 au moyen duquel la vis sans fin 51 peut être tournée autour de son axe, pour déplacer le sec- teur hélicoïdal 52 dans un sens ou dans l'autre, en vue de faire tourner l'aju- tago 3 dans en console 50- Les électrodes sont supportées, comme déjà décrit,
par des pièces fixées sur les crémaillères 22 et 23 supportées sur le coffret 11 dans la région des pignons dentés 20 et 21- Ainsi, lorsque l'ajutage 3 est tourné autour de son axe, les extrémités des électrodes sont déplacées latéra- lement l'une par rapport à l'autre sous l'effet de la rotation qui leur est imprimée par l'intermédiaire des isolateurs 47 et 48, dans le capuchon 49-
On a constaté que, par un déplacement latéral des extrémités des électrodes, l'unepar rapport à l'autre, réalisé au moyen d'un déplacement latéral des électrodes dans des plans verticaux différents, comme visible plus clairement Fig-5, on peut produire un arc qui est beaucoup plus stable en fonc- tionnement que l'arc produit entre des électrodes reposant dans un plan vorti- cal commun-
En effet,
lorsque des électrodes reposent dans un plan vertical commun, l'arc tend à vaciller suivant un angle.voisin de 180 . Au contraire, lorsque les électrodes sont décalées do la manière représentéo Fig'5, l'arc prend une position très stable dans un plan qui est approximativement perpen- diculaire à celui des électrodes, comme représenté en ligne pointillée sur la Fig.5. Cette stabilité résulte d'un effet de tension produit par le champ ma- gnétique autour des électrodes et do l'arc-'
Lorsque l'are est initialement amorcé il s'étend directement d'une électrode vers l'autre , mais il est incliné vers chacune des électrodes,
et en raison du renforcement du flux sur un enté de l'arc par rapport à l'au- tre coté, il est immédiatement défonné et vient prendre la forme représentée Fig.5. En raison de l'inclinaison des électrodes l'une par rapport à l'autre,
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il se produit un renforcement similair/de flux au-dessus de l'arc, qui la dé- vie vers le bas, comme représenté Fig'5- La distribution de flux autour de l'arc déforme ainsi l'arc, comme représenté, en le plaçant sous tension.
Ce qui a pour effet de le faire fonctionner de manière plus stable-
L'amplitude du décalage latéral qui doit être fourni aux élec- trodes, pour obtenir le fonctionnement le plus satisfaisant: varie avec les conditions opératives qui se présentent au cours de l'usage, et elle dépand des intensités employées, des dimensions des électrodes et d'autres facteurs similaires* Par exemple, avec des éloctrodes d'environ 10 mm. et des intensités comprises entre 40 et 100 ampères, un décalage latéral de l'ordre de 3 mm. four nit les meilleures.conditions opératives'
Il n'est pas nécessaire d'incliner les électrodes de la maniera représentée Fig.
5 pour faire dévier l'arc vers le bas, car le marne résultat peut être obtenu en plaçant les électrodes dans le même plan horizontal, avec leurs extrémités décalées lstéralement l'une de l'autre, en déplaçant les élec- -trodes dans des plans verticaux différents, et en dirigeant un jet de gaz à travers leurs bornes d'arc, pour souffler l'arc vers le bas.
Au lieu de jets de gaz, on peut aussi utiliser des électros de soufflage, pour obtenir le même résultat, bien qu'il soit préférable d'incliner les électrodes comme représenté au dessin, pour obtenir cet effet de soufflage, plutôt que de faire appel à des électros auxiliaires-
Les plans de référence utilisés ci-dessus pour décrire l'invention dans son application à un chalumeau à montage vertical, tel que représenté au dessin, sont interchangés lorsqu'ils sont employés avec référence à un chalu- meau placé horizontalement* Suivant l'invention, les électrodes sont supportées dans des positions convergentes l'une par rapport à l'autre, avec leurs bornes d'arc décalées latéralement l'une par rapport à l'autre le long de la ligne de convergence,.
et les plans de référence employés ont été utilisés pour décrire plus facilement l'invention dans son application à l'exemple représenté au des- sin.
La tête de soudure peut être supportée pour prendre un déplace- ment relatif à l'égard de la pièce en cours de soudure, et les extrémités des électrodes peuvent être réglées latéralement et longitudinalement par rapport à la couture en cours de soudure, par des organes et moyens représentés Fig.1
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et 2.
ceux-ci comprennent un volant à main 54 actionnant un arbre 55 et une vis sans fin 56 qu engage une roue hélicoïdale 57 montéesur un arbre 58, pour dé- placer la tête de soudure autour de l'axe de l'arbre 58, et un autre volant à main 59 agissant par l'intermédiaire d'un arbre 60 et d'une vis sans fin 61 en- 'gageant une roue hélicoïdale 62 fixée à l'arbre 62' d'une console 63 qui sup- porte la tête de soudure, pour faire tourner celle-ci autour de l'axe de l'ar- bre 62. La console 63 peut être fixée sur un support 64 immobile, dont unepar- tie seulement est représentée au dessin-
La construction de l'ajutage 3 du chaluneau est représentée en détail sur les Fig.3 ot 4; 11 comprend un tuyau intérieur 65 ot un tuyau ex- térieur 66.
Le tuyau intérieur est supporté dans des sièges 67' et 66' d'un chapeau 67 et d'un bouchon ou tampon 68 respectivement- Le chapeau 67 envelop- pe une extrémité du tuyau 66, et le bouchon ou tampon 68 coopère avec l'extré- mité de décharge ou de refoulement de ce tuyau pour former un des trous 69 dans la pointe de la tuyère- L'autre trou 70 est formé par un passage ou canal tra- versant le bouchon 68' Le gaz est amené par le canal 69, venant d'une source appropriée (non représentée) par le tuyau 71, l'ajutage 72, le tuyau 66 et les canaux 73, dans le bouchon 68.
Le gaz est fourni par le trou 70, venant d'une source appropriée (non représentée], par le tuyau 74 , la chapeau 67 et le tuyau 65- Le bouchon 68 est muni d'un déflecteur 75 qui dirige le gaz amené par le tuyau 66, latéralement par rapport au capuchon 49, en engagement de contact avec ses @ords suspendus 76, d'où il est de nouveau dévié vers la pièce en for- mant uno enveloppe ou gaina do gaz autour d'elle et des bornes d'arcs des élec- trodes 1 et 2.
Les tuyaux 65 et 66 sont logés dans un troisième tuyau 77 à tra- vers lequel un agent réfrigérant est fourni au capuchon creux 49 de la tuyère
3. Le tuyau 66 est muni d'ailettes 82, visibles Fig-4, pour séparer l'espace antre las tuyaux 66 et 77 en doux passages ou canaux à travers lesquels le flu- de réfrigérant est amené des tuyaux 78 et 79 assemblés sur le tuyau 77, par les raccords 80 et 81-
Les électrodes 1 et 2 sont guidées à travers le capuchon 49 par des isolateurs maintenus dans des machons 83 qui y sont introduits: les iso- lateurs sont confectionnés en matière isolante et en deux parties; un des iso- lateurs est muni d'un filetage vissé dans un taraudage du manchon 83 au moyen
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duquel les isolateurs sont assujettis dans les manchons.
Une garniture 84, de préférence en amiante, insérée entre les isolateurs, autour de chaque électro- de, sort à empêcher l'air de circuler le long des électrodes vers la pointe de la tuyère, en empêchant ainsi le mélange de l'air avec le gaz utilisé pour pro- téger les bornes d'arc de l'électrode et la pièce en cours de soudure*
Dans la variante de la Fig.2, le bouchon déflecteur 91 est muni d'une surface conique 92 coopérant avec l'extrémité biseautée vers l'intérieur du tuyau 66, pour constituer un passage de sortie annulaire évasé vers l'exté- rieur, à travers lequel le gaz est déchargé du tuyau au moyen des canaux 93.
Le bouchon 91 et le chapeau 67 sont réglables par rapport à la longueur du tuyau 66, et en réglant ces pièces, les dimensions de l'orifice de décharge ménagé entre la surface déflectrice 92 du bouchon 91 et l'extrémité biseautée de décharge du tuyau 66, peuvent être modifiée pour régler les dimensions de la flamme produite par le gaz déchargé par l'orifice de sortie- Dans l'équipement représenté, le réglage du bouchon 91 et du chapeau 67, dans le tuyau 66, est r@llsé par vissage du cas plèces dans los extrémités du tuyau; cela pourrait aussi évidemment *être réalisé par d'autres moyens.
Le contour extérieur de la flamme produite par la tuyère est re- présenté en ligne point'illée' La flamme prend une forme bulbeuse, bien que de gaz quitte l'orifice da sortie annulaire compris entre la surface conique ? du bouchon déflecteur 91 et l'extrémité de décharge du tuyau 66, de la marne façon que s'il allait créer une flamme conique. La longueur de la flamme dé- pend de la vitesse du gaz fourni à travers la tuyère, et notamment à travers le canal 94, dans le bouchon 91.
Un accroissement de la vitesse du jet de gaz fourni à travers le canal 94, a pour effet d'allonger la flamme, tandis qu'une réduction de la vitesse détermine son raccourcissement*
Il convient aussi d'observer que les mâchons isolants 95 protè- gent les électrodes dans la région où la flamme les poupe* Si un tel disposi- tif de protection n'était pas prévu, les électrodes seraient attaquées plus ou moins profondément dans cette place*
Une particularité importante de l'invention consiste à fournir une flamme qui enveloppe complètement la partie des électrodes qui s'étend au- delà du support et à protéger ainsi la partie de la pièce qui se trouve di- rectement au-dessous des bornes d'arc des électrodes,
de l'influence de l'air dans lesquel l'opération de soudure est noramalement exécutée
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Dans la variante représentée Fig.8 le capuchon 49 est muni de bords suspendus 85, rabattus vers l'intérieur et à parois doubles, tandis que la tuyère comporta un déflecteur conique 86, de constructlon légèrmont dif- férente- Les bords 85, rabattus vers l'intérieur, servent à dévier vers l'in- térieur la gaz, qui, autrement, est dirigé vers le bas et le long des parties intérieures du capuchon 49-
Grâce à l'emploi combine du déflecteur conique du modèle re- présenté, avec une ouverture évasée dans l'extrémité de sortie du tuyau 66, on obtient un orifice annulaire évasé vers l'extérieur et fournissant le gaz autour des bornes d'arc de l'électrode,
de manière appropriée pour produire une flamme bulbeuse qui enveloppe complètement les électrodes et la partie de la pièce qui est en cours de soudure à l'instant envisagé-
Les isolateurs 87 sont de construction similaire aux précédents, mais ils sont maintenus en place dans les manchons 88 par des écrous 89 vissés sur ces derniers au-dessus du capuchon 49.
Il est bien entendu que les dispositions et les applications qui ont été indiquées ci-dessus, à titre d'exemple, ne sont nullement limita- tives, et qu'on peut s'en écarter sans pour cela sortir du cadre de l'inven- tion.
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IMPROVEMENTS IN HEATING PROCESSES AND APPARELLS, ESPECIALLY FOR THE
FUSION OF METALS.
The present invention is aimed at the use of the heating effects of flames of atomic hydrogen in the arc welding machines.
In atomic hydrogen welding, the hydrogen is dissociated by the arc and is brought, in the dissociated state, to the part where, during the recombination of its atoms, a very large amount of heat is developed and used for the execution of the welding work. This can be achieved, in particular by directing a jet of hydrogen through an arc and contacting the workpiece. Part of the gas from the jet is dissociated in the arc and is thus brought to the part where it recombines.
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Although the invention gives particularly favorable results in its application to welding with atomic hydrogen, many features are generally applicable to welding machines in which the arc is maintained between several electrodes or one electrode. and the workpiece, while one or more gases are supplied to the arc and around the arc terminals of the electrodes and the workpiece 'these welding methods are referred to as gas arc welding.
The invention provides a machine suitable for automatic gas arc welding. It also offers members and means making it possible to initiate and maintain a stable arc between several electrodes. It includes the use, in cooperation or in combination with several electrodes, the arc terminals of which are placed in the vicinity of the workpiece,
of organs or means for furnace. fire a gas jet across the arc terminals of the electrodes. It also offers automatic means and members for simultaneously moving the electrodes, so as to bring them closer to or away from one another, with a view to breaking up and maintaining the arc between them, means with which additional means cooperate to adjust the electrodes independently * It has been found desirable and advantageous to protect the electrodes of the welding torch and the part being welded, during the welding operation, by a sheath or gas jacket, by example of hydrogen which, in the presence of air,
ignites and burns forming a flame around the electrodes and the part being welded-
To this end, the invention provides an improved construction gas arc torch which is provided with a nozzle arranged to produce a bulbous flame which completely envelops and protects the welding electrodes, as well as the workpiece being worked. welding-
The new characteristics and the advantages of the invention will be better understood by referring to the following description and the accompanying drawings, given simply by way of non-limiting example, and in which:
Fig-1 shows in perspective a welding head according to the invention.
Fig. 2 is a side elevation-
Fig. 3 is a side elevation, with parts in section, of the nozzle or torch nozzle of the machine of Figs. 1 and 2-
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Fig.4 is a detail sectional view taken along line 4-4 of Fig.3.
Fig. 5 is a detail view of the particular arrangement of the electrodes by means of which a particularly stable arc can be obtained -
Fig. 6 is a schematic view of an au-
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bntnaUqua 'Jtt 1 \ BG in the back solder head Flip-1 and 2, showing the control circuits for the motor used to move the electrodes, bringing them closer or away from each other-
Fig'7 and 8 are sections relating to variants-
The welding head shown in Figs. 1 and 2 is arranged to move several electrodes 1 and 2 by bringing them closer to or away from each other, to initiate and maintain an arc and to supply through a nozzle or nozzle 3 , through the arch and in the vicinity of the arch,
a gaseous atmosphere by which the welding operation is carried out, either therein or by means thereof. The electrodes are supported in parts 4 and 5 to which the current is supplied by the flexible conductors 6 and 7. These conductors are attached to bars 8 and 9 to which a suitable electro-motive force sauce (not shown) is connected. by connections shown at 10 in Fig. 2.2
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Ilatl Vts1t'ad U ai J wuiil. ± '1) (. 60 <1 <1 lU' un \ J (j., 'Ft': 1 Il pAr # .RII \: 1 \ 1PP01'1) 9 insulators 12 and 13, which are fixed by means of bolts 14 and 15 on ears 16 forming part of the box.
Between the ears 16 and the supports 12 and 13 is interposed a plate 17 serving as a thermally insulating member. The base part of the box 11 can be cooled with water, to provide the same result.
The box 11 and a complementary box 18 forming a cover completely surround the motor 19 for supplying the electrode which, by means of a mechanism also housed in the coifrets 11 and 18, actuates the toothed pinions 20 and 21 and the racks 22 and 23, for the advancement and supply of the electrodes.
The racks 22 and 23 are supported, with an insulating mounting, by rods 22 'and 23' fixed to the electrode supports 4 and 5, which has the effect of isolating the electrodes from each other and of the weld head frame
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Referring to Fig'l, as well as to the m # ltge diagram of Y'ig.6,
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it can be seen that the electrode 1 is brought by the motor 19 by means of the following components:
the worm 24, the helical wheel 25, the bevel gears 26 and 27, the worm 28, the helical wheel 29, the toothed pinion 20 and the rack 24, while the electrode 2 is fed by the motor 19 , by means of the worm 24, the helical wheel 25, the bevel gears 26 and 30, the worm 31, the helical wheel 32, the pinion 21 and the rack 23.
The bevel gear 30 is normally forced into engagement with the bevel gear 26 by means of a spring 33 compressed between a collar mounted on the shaft 35 and the worm 31, but the drive link can be interrupted by removing and disengaging the pinion 30 from the pinion 26, by means of a button 34 extending outside the box II - The worm 31 is keyed on the shaft 35 to which the pinion 30 and the button 34 are fixed in such a way that this disengagement can be easily achieved without turning the screw sam end 31.
When the bevel gears 26 and 30 are thus released by the operation of the button 34, the electrode 2 can be adjusted independently of the operation of feeding the electrode 1 by the motor 19, by means of the mechanism previously described. - But when the pinions 30 and 26 are engaged, the two electrodes 1 and 2 are advanced simultaneously at the same speed by the motor 19, by means of the mechanism previously described *
The independent control of the electrode 2 by means of the button 34 allows the welding operator to adjust the electrodes relative to each other ifµ for some reason they are consumed in the welding arc at different speeds-
The advancement motor 19, shown in the drawing in Fig. 6,
is a phase-shifted field series motor - It is fitted with two inductors 36 and 37.
When current is supplied to inductor 36, the motor rotates in one direction, and when current is supplied to inductor 37, it rotates in reverse *
This motor is supplied by the conductors 38 and 39, and the connection through the inductors 36 and 37 is determined by a relay represented as a voltage relay 40 whose operating coil 41 is connected in derivation on the 'arc formed between electrodes 1 and 2, being electrically connected to electrode supports 4 & 5-
The voltage of the arc automatically maintained between electrodes 1 and 2 depends on the relay 40, which can be made adjustable by connecting in circuit
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with it variable rheostats not shown - The setting is such that, when the arc voltage is too low,
the control coil 41 of the relay allows the moving contact 42 of the relay to engage the fixed contact 43 to close the circuit of the supply motor, from the conductor 39, through the moving contact 42, the fixed contact 43, the conductor 44 , the inductor 37 and the conductor 38, to run the motor 19 in a direction suitable for separating the electrodes 1 and 2, and that conversely, when the arcing voltage is too great, the coil of control 41 of the high relay the movable contact 42 in angulation with the fixed contact 45, to close the circuit of the supply motor from the conductor 39, by the movable contact 42, the fixed contact 45, the conductor 46, the inductor 36 , and the conductor 38, to run the motor 19 in reverse direction, that is to say to bring the electrodes closer to each other *
So,
assuming that the electrodes are not in contact with each other and that a suitable source of solder current is connected to these electrodes, relay 40 operates first to close the circuit through contact 45, in order to bring the electrodes closer to each other - As soon as the electrodes are in contact with each other, the coil 41 of the relay 40 is short-circuited, and the moving contact 42, falls into the position shown in the drawing, thus closing a circuit pssant by inductor 37, to separate the electrodes from each other and thus initiate an arc between them-
When the electrodes have been separated by a distance such that the arc between them has the desired voltage,
coil 41 of relay 40 is energized enough to move contact 42 away from contact 43 and thus de-energize the supply motor. As soon as the arc length and voltage increase due to the consumption of the electrodes, the contact 42 is again brought into engagement with contact 45, by means of coil 41, and the feed motor is again supplied with current to rotate in a proper direction to bring the electrodes closer together.
But as soon as the correct voltage is reestablished, contact 42 takes a neutral position between contacts 43 and 45, and the supply motor stops. It can thus be seen that means have been provided for automatically moving the electrodes. 1 and 2, bringing them closer to or away from each other, so as to initiate and maintain a welding arc between them.
Referring again to Figs. 1 and 2, it is observed that the electrodes 1 and 2 extend through the feedthrough insulators 4Ç and 48,
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in a cap 49 forming part of the nozzle 3, the body of which is fixed, by means of a console 50, on the box 11.
The construction of the nozzle 3 is visible in more detail on the section of Fig. 3. and will now be described in detail with reference to this figure '
The nozzle 3 can be rotated in its console 50, to a limited extent, by means of an endless screw 51 and a helical wheel sector 52. This sector 52 is fixed on the nozzle 3, and the worm end 51 on a shaft passing through the lug 16 and ending in a knurled knob 53 by means of which the worm 51 can be rotated around its axis, to move the helical sector 52 in one direction or the other , in order to rotate the adju- tago 3 in console 50- The electrodes are supported, as already described,
by parts fixed on the racks 22 and 23 supported on the box 11 in the region of the toothed gears 20 and 21- Thus, when the nozzle 3 is rotated about its axis, the ends of the electrodes are displaced laterally l ' one with respect to the other under the effect of the rotation imparted to them by means of the insulators 47 and 48, in the cap 49-
It has been found that, by a lateral displacement of the ends of the electrodes, one with respect to the other, carried out by means of a lateral displacement of the electrodes in different vertical planes, as more clearly visible in Fig-5, it is possible to produce an arc which is much more stable in operation than the arc produced between electrodes lying in a common vortical plane
Indeed,
when electrodes lie in a common vertical plane, the arc tends to wobble at an angle of around 180. On the contrary, when the electrodes are offset in the manner shown in Fig. 5, the arc assumes a very stable position in a plane which is approximately perpendicular to that of the electrodes, as shown in a dotted line in Fig. 5. This stability results from a tension effect produced by the magnetic field around the electrodes and the arc.
When the are is initially primed it extends directly from one electrode to the other, but it is tilted towards each of the electrodes,
and due to the reinforcement of the flow on one entry of the arch with respect to the other side, it is immediately broken and takes the form shown in Fig.5. Due to the inclination of the electrodes relative to each other,
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there is a similar reinforcement / flux above the arc, which deflects it downwards, as shown Fig'5- The distribution of flux around the arc thus deforms the arc, as shown, by turning it on.
Which has the effect of making it work more stable-
The amplitude of the lateral offset which must be supplied to the electrodes, to obtain the most satisfactory operation: varies with the operating conditions which arise during use, and it depends on the currents used, the dimensions of the electrodes and other similar factors * For example, with electrodes of about 10 mm. and currents between 40 and 100 amperes, a lateral offset of the order of 3 mm. provides the best operating conditions'
It is not necessary to tilt the electrodes in the manner shown in Fig.
5 to deflect the arc downwards, since the marl result can be obtained by placing the electrodes in the same horizontal plane, with their ends lsterially offset from each other, by moving the electrodes in different vertical planes, and directing a jet of gas through their arc terminals, to blow the arc down.
Instead of gas jets, it is also possible to use electric blowing, to obtain the same result, although it is preferable to incline the electrodes as shown in the drawing, to obtain this blowing effect, rather than calling. to auxiliary appliances
The reference planes used above to describe the invention in its application to a vertically mounted torch, as shown in the drawing, are interchanged when used with reference to a torch placed horizontally * According to the invention , the electrodes are supported in converging positions with respect to one another, with their arc terminals laterally offset from one another along the line of convergence ,.
and the reference planes employed have been used to more easily describe the invention in its application to the example shown in the drawing.
The weld head can be supported to move relative to the workpiece being welded, and the ends of the electrodes can be adjusted laterally and longitudinally with respect to the seam being welded, by means. and means shown in Fig. 1
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and 2.
these include a handwheel 54 operating a shaft 55 and a worm 56 which engages a helical wheel 57 mounted on a shaft 58, to move the weld head around the axis of the shaft 58, and another handwheel 59 acting through a shaft 60 and a worm 61 engaging a helical wheel 62 fixed to the shaft 62 'of a bracket 63 which supports the head welding, to rotate it around the axis of the shaft 62. The bracket 63 can be fixed on a stationary support 64, only part of which is shown in the drawing.
The construction of the nozzle 3 of the torch is shown in detail in Fig.3 ot 4; It includes an inner pipe 65 and an outer pipe 66.
The inner pipe is supported in seats 67 'and 66' of a cap 67 and a plug or plug 68 respectively. The cap 67 envelops one end of the pipe 66, and the plug or plug 68 cooperates with the. discharge or discharge end of this pipe to form one of the holes 69 in the tip of the nozzle - The other hole 70 is formed by a passage or channel passing through the plug 68 'The gas is supplied by the channel 69, from a suitable source (not shown) through pipe 71, nozzle 72, pipe 66, and channels 73, into plug 68.
Gas is supplied through hole 70, coming from a suitable source (not shown), through pipe 74, cap 67 and pipe 65. The plug 68 is provided with a baffle 75 which directs the gas supplied by the pipe 66, laterally of cap 49, in contacting engagement with its overhanging edges 76, from where it is again deflected towards the workpiece forming a gas casing or sheath around it and terminals. 'arcs of electrodes 1 and 2.
The pipes 65 and 66 are housed in a third pipe 77 through which a coolant is supplied to the hollow cap 49 of the nozzle.
3. The pipe 66 is provided with fins 82, visible in Fig-4, to separate the space between the pipes 66 and 77 into gentle passages or channels through which the refrigerant fluid is brought from the pipes 78 and 79 assembled on. pipe 77, by fittings 80 and 81-
The electrodes 1 and 2 are guided through the cap 49 by insulators held in jaws 83 which are introduced therein: the insulators are made of insulating material and in two parts; one of the insulators is provided with a thread screwed into an internal thread of the sleeve 83 by means of
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from which the insulators are secured in the sleeves.
A liner 84, preferably of asbestos, inserted between the insulators, around each electrode, acts to prevent air from flowing along the electrodes towards the tip of the nozzle, thus preventing the mixing of air with it. the gas used to protect the arcing terminals of the electrode and the part being welded *
In the variant of FIG. 2, the deflector plug 91 is provided with a conical surface 92 cooperating with the bevelled end towards the inside of the pipe 66, to constitute an annular outlet passage flared towards the outside, through which gas is discharged from the pipe by means of the channels 93.
The plug 91 and the cap 67 are adjustable with respect to the length of the pipe 66, and by adjusting these parts, the dimensions of the discharge port formed between the deflecting surface 92 of the plug 91 and the bevelled discharge end of the pipe 66, can be modified to adjust the dimensions of the flame produced by the gas discharged from the outlet orifice - In the equipment shown, the adjustment of the plug 91 and the cap 67, in the pipe 66, is adjusted by screwing the case into the ends of the pipe; this could of course * also be achieved by other means.
The outer contour of the flame produced by the nozzle is shown in a dotted line. The flame assumes a bulbous shape, although gas leaves the annular outlet between the conical surface? of the baffle plug 91 and the discharge end of the pipe 66, of the marl way as if it was going to create a conical flame. The length of the flame depends on the speed of the gas supplied through the nozzle, and in particular through the channel 94, into the plug 91.
An increase in the speed of the gas jet supplied through channel 94, has the effect of lengthening the flame, while a reduction in the speed determines its shortening *
It should also be observed that the insulating plugs 95 protect the electrodes in the region where the flame sterns them. If such a protection device was not provided, the electrodes would be attacked more or less deeply in this place. *
An important feature of the invention consists in providing a flame which completely envelops the part of the electrodes which extends beyond the support and thus to protect the part of the work which lies directly below the terminals of the electrode. arc of the electrodes,
the influence of the air in which the welding operation is normally performed
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In the variant shown in Fig. 8, the cap 49 is provided with suspended edges 85, folded inwards and with double walls, while the nozzle included a conical deflector 86, of different light construction. The edges 85, folded towards inside, serve to deflect inward gas, which otherwise is directed down and along the inner parts of the cap 49-
By the combined use of the conical deflector of the model shown, with a flared opening in the outlet end of the pipe 66, an annular orifice is obtained which flares outwards and supplies the gas around the arc terminals of the electrode,
suitably to produce a bulbous flame which completely envelops the electrodes and the part of the workpiece which is being welded at the time contemplated-
The insulators 87 are similar in construction to the previous ones, but they are held in place in the sleeves 88 by nuts 89 screwed onto the latter above the cap 49.
It is understood that the provisions and applications which have been indicated above, by way of example, are in no way limiting, and that one can deviate from them without departing from the scope of the invention. - tion.