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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION la Société dite: N.V.PHILIPS'GLOEILAMPENFABRIEKEN Procédé de soudure électrique à l'arc et dispositif utilisé à cet effet.
Demande de brevet hollandais en sa faveur du 3 Septembre 1943.
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Dans un procédé connu de soudure automatiaue à l'arc, l'extrémité d'un fil de soudure nu parcouru par du courant, est maintenue dans une couche pulvérulente ou granulée, appelée à former le laitier et appliquée sur la pièce à souder. Ce procédé permet de souder avec des courants de forte intensité et assure donc une grande vitesse de soudure, c'est-à-dire que le nombre de grammes de métal déposé par unité de temps esttrès grand.
Dans ce procédé, les conditions sont choisies de manière que la chaleur développée par effet Joule ne porte pas à des températures élevées la partie du fil de soudure comprise entre l'endroit où s'effectue la fusion et celui où l'on applique le courant, parce que cet échauffement n'était pas désiré.
L'invention est basée sur l'idée qu'on peut influencer le processus de soudure en abandonnant ce principe, et que l'on peut tirer parti des températures élevées spécifiées. Suivant l'invention, la chaleur requise est engendrée par effet Joule; dans la partie mentionnée du fil de soudure, pour obtenir 'ce résultat, on augmente la distance comprise entre l'endroit où s'effectue la fusion et l'endroit où l'on applique le courant, ou bien on utilise uneplus grande densité de courant. Le fil de soudure est donc préchauffé, de sorte que, pour provoquer la fusion d'une quantité donnée de métal l'arc doit fournir moins d'énergie, ce qui offre plusieurs possibilités d'influencer le processus de soudure.
C'est ainsi qu'à vitesse de soudure constante et toutes autres conditions égales d'ailleurs, la pénétration est plus faible, - c'est-à-dire que la quantité de métal porté à fusion de la pièce diminue - à mesure qu'augmente la distance comprise entre l'endroit où se produit la fusion et l'endroit où l'on applique le courant, et l'intensité du courant diminue simultanément. D'autre part, la vitesse de soudure est plus grande à mesure qu'augmente la distance comprise-entre l'endroit où s'effectue la fusion et celui où l'on applique le courant, si les'autres facteurs, et aussi l'intensité de courant, restent inchangés. Pour autant que le remplissage du joint reste constant, la pénétration diminue quelque peu.
De plus, une augmentation de la densité de courant'augmente la pénétration et la vitesse de soudure par suite de l'accroissement de l'énergie de l'arc si l'endroit où l'on applique le courant et les autres facteurs restent inchangés. Dans ce cas la vitesse de soudure
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augmente encore par suite de la chaleur développée supplémentairement par effet Joule, de sorte que la vitesse est plus grande que ne le ferait prévoir,'l'intensité de courant.
Rien n'empêche de faire varier indépendamment La densité de courant et la distance comprise entre'l'endroit où s'effectue la fusion et celui où. l'on applique le courant, de manière à pouvoir obtenir dans chaque cas la pénétration et la vitesse de soudure désirées.
Dans les cas mentionnes, le chaleur additionnelle développée par effet Joule, augmente la température de la partie du fil de soudure comprise entre l'endroit où s'effectue la fusion et celui où l'on applique le courant. En ce qui concerne l'effet de l'invention, seule la température obtenue à l'endroit de fusion importe. Dans le cas d'un fil de soudure essentielle- ment composa de fer, cette température peut, cornue le prouve un calcul approximatif, atteindre, à quelaues millimètres de l'endroit de fusion, plus de 600 C.
L'invention est illustrée dans le tablenu suivant à l'aide de quelques exemples non limitatifs.
EMI2.1
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<tb>
L <SEP> I <SEP> T <SEP> V <SEP> V <SEP> V/V <SEP> B
<tb>
EMI2.2
i¯ ¯¯¯.,¯600 470¯¯¯-. g-,---Ï. 70¯¯¯: i n ----- :7g------
EMI2.3
<tb>
<tb> 2 <SEP> 18 <SEP> 440 <SEP> 980 <SEP> 1.8 <SEP> 1.24 <SEP> 1. <SEP> 45 <SEP> 0.30
<tb> 13 <SEP> 600 <SEP> 980 <SEP> 2.6 <SEP> 1.70 <SEP> 1.53 <SEP> 0.65
<tb> 4 <SEP> 6 <SEP> 730 <SEP> 660 <SEP> 2.6 <SEP> 2.05 <SEP> 1.27 <SEP> 0. <SEP> 80
<tb> 5 <SEP> 10 <SEP> 730 <SEP> 980 <SEP> 3.0 <SEP> 2.05 <SEP> 1. <SEP> SE <SEP> 0.75
<tb>
Dans les exemples mentionnas au tableau, le joint en V d'une pièce en acier doux normal fut rempli en une seule passe à l'aide d'un fil de soudure, de même matière, d'un diamètre de 4 mm. La pièce à souder mesurait 250 x 50 x 16 mm.
Elle compor- tait, dans la direction longitudinale, un joint en V à angle d'ouverture de 90 , et dont la largeur, mesurée dans le plan supérieur de la pièce, était de 17 mm (voir fig.l). Pendant la soudure, l'extrémité du fil de soudure, amené de façon continue, était plongée dans une couche de matière appelée à former le laitier et appliouée sur le joint. Cette matière consistait en une masse granulée composée essentiellement d'environ 25% de quartz, de 15% de dolomite, de 25% de magnétite, de 20 ' de ferromanganèse et de 10% de verre soluble. Pendant la soudure, la tension d'arc était de 35 V. environ. La première colonne du tableau donne la distance L, exprimée en cm, comprise entre le point d'alimentation en courant et l'endroit de fusion du fil de soudure.
La seconde colonne donne l'intensité du courant de soudure, exprimée en ampères. La troisième colonne donne l'accroissement de température calculé T, exprimé en C, à une distance de quelques milimètres de l'endroit de fusion, sous l'effet de la chaleur y développée par le passage du courant. Dans la quatrième colonne figure la. vitesse de soudure ainsi obtenue, exprimée en grammes de métal déposé par seconde. La cinquième colon¯ne donne la grandeur %,désignée ci-après par vitesse de soudure spécifique et qui représente la vitesse de soudure que l'on obtiendrait dans le cas théorique ou le passage du courant dans le fil de soudure n'échaufferait pas celui-ci.
Cette valeur est déterminée par interpolation des valeurs de la vitesse de soudure, mesurée dans plusieurs cas, pour une chaleur développée par effet Joule décroissante ; ces valeurs peuvent être obtenues très facilement en déplaçant le contact d'alimentation dans la direction de l'endroit de fusion, tout en laissant inchangés les autres facteurs détermi- .nant le processus de soudure. Enfin, la sixième colonne donne le . rapport V/Vo et la septième colonne la pénétration B. Les chiffres
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mentionnés pour la pénétration furent obtenus en divisant l'air 1 de la partie fondue de la pièce considérée dans la section transversale de la soudure, par l'aire 2 de la section transversale du joint à remplir. (Voir fig.2).
Le tableau montre l'influence de l'augmentation de la température du fil de soudure à proximité de l'endroit de fusion et des variations de l'intensité du courant sur la vitesse de soudure et sur la pénétration.
Bien que, dans ce qui précède, l'invention soit décrite pour la soudure automatique dans laquelle l'extrémité d'un fil nu, parcouru par du courant, est constamment plongée dans une masse appelée à former le laitier, elle s'applique aussi à d'autres procédés de,soudure automatique dans lesquels le fil de soudure est parcouru par du courant.
Après cette description du principe de l'invention et d'un groupe de formes d'exécution qui en découlent, il y a lieu d'établir une distinction formelle entre le connu et la partie de la présente invention qui se rapporte à ce groupe. A cet effet, on a utilisé la vitesse de soudure spécifique déjà mentionnée dans le tableau et expliquée ci-dessus.
Le domaine d'application de la partie mentionnée de l'invention est limité par la condition que par suite de la chaleur développée par effet Joule, la vitesse de soudure dépasse 1, 2 et de préférence 1, 3 fois la vitesse de soudure spécifique.
Comme d'aprèsl'idée exposée ci-dessus, c'est-à-dire que le réglage de la température à proximité de l'endroit de fusion du fil de soudure permet d'atteindre des résultats déterminés, l'invention concerne aussi le cas où ce résultat est obtenu d'une autre manière que par le réglage de l'énergie dissipée par effet Joule. Bien qu'en pratique, cette possibilité soit moins courante, cet échauffement peut être obtenu en communiquant au fil de soudure la chaleur d'une source extérieure ou bien en refroidissant le fil de soudure. Ce refroidissement assure alors un effet inverse à celui obtenu par le chauffage.
Comme la température à proximité de l'endroit de fusion peut être réglée d'une autre manière que par l'énergie dissipée par effet Joule, en principe l'invention peut aussi être app.liquée au procédé utilisé pour la soudure électrique à l'arc, dans lequel le fil de soudure à alimentation continue n'est pas parcouru par du courant et dans lequel l'arc est établi entre la. pièce à souder et une électrode à charbon par exemple.
De plus, l'invention concerne un dispositif destiné à la soudure électrique automatique à l'arc caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen de régler la. température à proximité de l'endroit où s'effectue la fusion du fil de soudure. Dans la plus importante forme d'exécution décrite de l'invention, forme dans laquelle ce réglage est assuré par la chaleur développée par effet Joule dans le fil de soudure, on peut avantageusement utiliser à cet effet un contact d'alimentation mobile, par exemple coulissant.