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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.