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Procédé et appareillage pour la soudure et la, coupe électriques.
La présente invention se rapporte à la soudure et à la coupe de métaux au moyen de l'arc électrique, ou analogue.
L'invention est le développement d'un procédé élémentaire consistant dans l'emploi d'une électrode spéciale de soudure, qui comporte un canal intérieur à travers lequel est amenée de la va- peur d'eau, de préférence sous pression. Cette pression peut être rela,tivement faible pour le travail de soudure, ou relativement forte pour la coupe.
Dans sa réalisation la plus simple, cette électrode est une électrode cylindrique, creuse, en charbon, ou, de préférence, en un métal facilement oxydable, par exemple l'aluminium. La vapeur d'eau circule axialement dans l'électrode et sort du côté de la pièce à traiter. La chaleur produite simultanément par l'arc électrique et par l'oxydation du métal, ou du charbon, est suffisante pour provoquer la fusion d'une baguette d'apport pour la
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soudure. Si l'on augmente suffisamment la pression de la va- peur d'eau - qui cède son oxygène par suite de l'oxydation du métal et se transforme en hydrogène - l'action calorifique est capable d'éloigner le métal fondu de la, pièce à traiter de sorte que la, coupe s'effectue dans de bonnes conditions.
Le développement ultérieur du procédé ci-dessus conduit à une électrode creuse spéciale. Cette électrode qui ne doit pas être remplacée au cours de l'opération de soudure ou de coupe, permet d'effectuer la soudure ou la coupe sans inter- ruption, ce qui présente non seulement des avantages d'économie considérables - grande vitesse de soudure ou de coupe; aucune perte. de bouts d'électrodes; aucune interruption de travail entraînant une perte de courant - mais encore un avantage tech- nique très important, par amélioration de la qualité de la soudure etde la coupe, grâce au fait que l'opération est continue.
L'électrode creuse selon l'invention est, de préférence, plus courte que les électrodes actuellement utilisées pour la soudure et la coupe à l'arc électrique. Faite d'une matière conductrice de l'électricité, par exemple en acier, cuivre, charbon dur, etc.., elle comporte avantageusement un embout rapporté, vissé, soudé, ou fixé d'autre manière sur le corps de l'électrode. Cet embout est fait en un métal résistant aux hautes températures, pa,r exemple le tungstène.
La section du corps de l'électrode creuse est, de préférence, circulaire, tandis que la section de l'embout, du côté de son ouverture terminale, sera, par exemple, circu- lire, ou rectangulaire, ou triangulaire, ou ovale, ou autre, suivant la forme du cordon ou ligne de soudure ou de coupe à effectuer.
Un autre développement du procédé décrit plus haut est
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remarquable notamment en ce qu'il consiste à entraîner vers le point de soudure ou de coupe et à éjecter à travers un ajutage, une matière pulvérulente destinée à coopérer à la coupe ou à la soudure, en particulier par une réaction exo- thermique dégageant de la chaleur et fournissant en même temps, dans le cas de la soudure, le métal d'apport, ce qui rend superflue la baguette de métal d'apport.
Dans ce cas, on peut se passer éventuellement de la vapeur d'eau, la réaction exothermique étant assurée par la matière pulvérisée.
Cette matière peut consister notamment en un métal oxy- dable tel que l'aluminium, ou en un mélange d'un ou plusieurs métaux, ou de métaux et d'autres substances telles que oxy- des métalliques, charbon, soufre ou phosphore pulvérisés, etc.., c'està-dire en un mélange de substances pulvérisées dont une au moins, facilement oxydable, est choisie de fagon à pro- duire l'effet voulu, c'est-à-dire une température élevée.
Suivant un mode d'exécution de ce procédé, on utilise ledi.t ajutage comme électrode, seule ou combinée avec une autre électrode:
Selon un autre mode d'exécution, on peut utiliser un ajutage ne formant pas électrode et, de préférence, relié au sol, en combinaison avec une ou plusieurs électrodes.
Le mélange est propulsé par tout organe approprié, par exemple une vis sans fin ou une roue spéciale qui constitue, pour sa part, un autre objet caractéristique de l'invention.
L'organe propulseur est mis en mouvement par un moteur élec- trique qui ne fonctionne que lorsque le courant passe entre l'électrode et la pièce à traiter, ce qui peut être réalisé par un relais.
L'entraînement de la matière pulvérulente doit être tel,
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de préférence, qu'il communique aux particules de la, matière pulvérulente une énergie cinétique convenable de sorte que cette matière ne risque pas de boucher l'ajutage pour si petit que soit l'orifice de sortie du produit pulvérulent, ce qui permet : - d'une part.de réduire cet orifice (et par voie de conséquence la section d'extrémité de l'ajutage) et par suite d'obtenir des lignes de soudure ou de coupe très fines;
- d'autre part, d'éjecter la matière pulvérulente avec une vitesse suffisante pour qu'elle puisse atteindre le fond de la ligne de coupe, c'est-à-dire apporter la chaleur et ses autres proptiétés éventuelles au point précis en cours de coupe où cette chaleur ou ces propriétés sont utiles, et empêcher la réaction exothermique de se propager vers le ré- cipientcontenant la matière pulvérisée.
L'opération de soudure ou de coupe s'effectue comme avec les électrodes connues. En reliant la pièce à traiter bran- chée sur une borne, l'électrode étant branchée sur l'autre borne, on produit un court-circuit; le moteur commandé par son relais se met en marche; la, matière pulvérisée progres- se et sort par le bout ouvert de l'ajutage formant ou non l'électrode; il s'établit un arc (ou analogue) dans de bon- nes conditions et la soudure ou la, coupe s'effectue comme avec les électrodes connues. Dès qu'on supprime l'arc en élèvent par exemple l'électrode, ou de toute autre manière, le courant et, avec lui, l'arc ou analogue, est interrompu; la moteur s'arrête et la matière pulvérisée cesse d'avancer.
L'invention a également pour objet une machine de soudure et/ou de coupe électrique, destinée à l'application du pro- cédé ci-dessus.
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Cette machine est remarquable notamment en ce qu'elle comporte, en combinaison, un ajutage et des moyens pour "jec- ter une matière pulvérulente à travers cet ajutage, sous l'action d'une force d'entraînement.
Suivant un mode d'exécution, lesdits moyens comportent, en combinaison, une roue tournait à grande vitesse dans une enveloppe cylindrique fixe qui l'entoure avec un jeu appro- prié à la matière pulvérulente employée et à laquelle se rac- cordent d'une part tangentiellement, directement ou non, l'a- jutage et, d'autre part, à l'entrée, un dispositif pour mue- ner sur la jante de la roue la matière pulvérulente que cette roue projette sous l'action de la force tangentielle dans le- dit ajutage.
Suivant les cas, cet ajutage constitue lui-même l'élec- trode ou l'une des électrodes ou ne constitue pas une élec- trode et est combiné avec une ou plusieurs électrodes.
Dans tous les cas, l'ajutage peut être utilisé simul- ta,nément avec une arrivée de vapeur d'eau sous pression. Par exemple, la vapeur d'eau est amenée sur la pièce à traiter par un tube creux relié au récipient où est produite la va- peur vers le bout de l'ajutage, de préférence en arrière de celui-ci par rapport au sens du mouvement. A cet effet, le tuyau amenant la vapeur d'eau peut être relié, d'une fagon fixe ou mobile, au dispositif (pince à électrodes) servant à guider l'ajutage, en formant un angle convenable avec celui-ci.
Cet agencement est particulièrement intéres- sant pour la coupe, le métal à haute température étant non seulement fondu par l'action de l'électrode, mais encore brmlé, au moins en partie, ce métal se combinant avec l'oxy- gène de la vapeur d'eau, puis enlevé par la vapeur d'eau sous
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pression. L'admission de la vapeur est réglée par un relais, de sorte qu'elle n'est admise que lorsque l'électrode est en action. On peut également agencer le tuyau d'amenée de la. vapeur d'eau de telle façon que la vapeur même entraîne la. matière pulvérisée et, dans ce cas, on peut supprimer le dis- positif sus-indiqué pour faire avancer cette matière mécanique- ment.
D'autres caractéristiques résulteront de la description qui va suivre.
Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple :
Fig. 1 est une vue, en élévation, extérieure de la machi- ne côté électrode.
Fig. 2 est une coupe verticale, longitudinale, suivant la ligne 2-2 de la Fige 1.
Fig. 3 est une coupe horizontale, suivant la ligne 3-3 de la Fig. 2.
Fig. 4 est une vue en plan, développée, d'une portion de la ,jante de la. roue.
Fig. 5 est une coupe longitudinale de l'électrode.
Figs. 6 et 7 sont deux schémas, dans le cas de courant électrique biphasé et triphasé.
Suivant l'exemple d'exécution représenté aux Figs. 1 à 5: la machine comporte une table 1 destinée à recevoir l'ouvrage.
Dans l'exemple, cet ouvrage est supposé constitué par deux lames métalliques 2 et 3 à réunir par une ligne de soudure 4.
Cet ouvrage se déplace sur la, table 1 dans le sens de la flèche fl. La. table 1 peut être en matière isola,nte, ou métalli- que, dans lequel cas l'ouvrage en est séparé par une four- rure isolante 5.
L'ouvrage, 2-3, est relié à l'un des pâles de la source
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électrique, par exemple par une pince 6 (Fig. 2).
L'autre pôle est relié en 7 (Figs. 1, 2, 5) à une élec- trode 8. Celle-ci, métallique, est percée longitudinalement d'un canal 9 qui la traverse de bout en bout (Fig.5).
Elle est, de préférence, munie d'un embout 10, rapporté par vissage ou autrement, très résistant notamment à la chaleur, de préférence en tungstène. Cet embout 10 est percé d'un ' petit orifice 11, dont la forme peut être circulaire, ovale, rectangulaire, triangulaire ou autre. Cet orifice, dont la surface est, de préférence, de l'ordre du ou de quelques millimètres carrés, est raccordé sans saillies ou redents par un trou lisse 12 au canal longitudinal lisse 9 de l'élec- trode, de manière telle qu'une particule de matière parcou- rant cette électrode dans le sens de la flèche f2 (Fig. 5) ne puisse venir'buter contre une surface quelconque d'arrêt.
L'électrode 8 est reliée, par une tubulure 13, en caoutchouc ou matière analogue, permettant notamment un réglage longitudinal, à un raccord 14, porté par un carter cylindrique 15, dans lequel ce raccord débouche tangentiel- lement (Fig. 2) .
Le carter ou tambour cylindrique 15 est fixé à demeure à la table 1. Il porte, sur le dessus, une trémie 16 conte- nant la matière pulvérulente 17, destinée à être éjectée par l'orifice il de l'embout 10 de l'électrode 8. Cette trémie 17, qui est ouverte à l'atmosphère à la la partie supérieure en vue de son chargement (l'ouverture étant de préférence munie d'un couvercle 18) a des parois suffisam- ment inclinées pour permettre à la matière pulvérulente de descendre par gravité. (Eventuellement, cette action pourra être aidée par celle d'un dispositif 19, de brassage, à
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palettes commandées par exemple par une manivelle 20, ou au- tre, destiné à désagréger les ponts ou autres obstructions qui pourraient se former).
Le fond de la trémie débouche dans le cylindre 15 par une ouverture rectangulaire a b c d (Fig.. 4), de longueur a b (Fige. 2 et 4) de l'ordre de un ou quelques centimètres et dont la largeur 11, également de l'ordre de un ou quel- ques centimètres, est légèrement inférieure à celle 12 de la, jante 21a d'une roue 21, montée rotative dans le cylin- dre 15. La surface de cette ouverture est donc de préféren- ce de l'ordre d'un ou de quelques centimètres carrés, c'est-à- dire suffisante pour assurer une bonne descente naturelle de la. matière pulvérulente contenue dans la trémie 16.
La. roue 21 a son'.moyeu 22 claveté sur un arbre 23, monté rotatif dans des paliers 24, portés par les flasques du tam- bour. Cet arbre 23 est entraîné à grande vitesse, adaptée à la, poudre utilisée, par un moyen quelconque approprié, par exemple par un moteur électrique 25, porté par la table 1 et attaquait l'arbre 23, soit directement comme représenté, soit par l'intermédiaire d'une multiplication quelconque appropriée, à engrenages.
La largeur 12 de la jante 20 de la roue 21 est telle que cette jante tourne avec un jeu approprié à la matière pulvérulente employée, dans le tambour 15, Dans cette jante, est ménagée une première rainure 26, de profondeur x (Fig.3); les parois latérales de cette rainure sont dentées suivait
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les lignes e f g h i el f 1 gl li, il (Fig. 4-) les sommets extérieurs f h j ...f' h' j'étant situés au voisinage des ,faces latérales de la jante et les sommets médiants e g i ... e' g' l'étant situés sur deux cercles' parallèles espacés d'une
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distance y (Figs. 3 et 4) correspondant, sensiblement, aux dimensions intérieures du raccord 14 sur lequel est branchée l'électrode 8.
En outre, les faces très obliques e f, g h, e' f', g' h' ... font face au sens de rotation de la roue, sens indiqué par les flèches f3 (Figs. 2 et 4).
Entre les deux cercles distants de y, la rainure 26 est approfondie sous forme de petits alvéoles 27, séparés par des cloisons radiales 28 (Figs. 3, 4).
Le tambour 15 est percé d'un orifice 15a de sortie d'air en amont de la trémie et, par ailleurs, il est prolon- gé à sa partie inférieure par une goulotte 29. Cette gou- lotte 29 est, par exemple, à fond incliné 30 et comporte une ouverture de déchargement avec volet 31 ou autre organe ob- turateur.
De préférence, en vue d'éviter la transmission du cou- rant à la roue 21, au cylindre 15 et à la table 1 à partir de l'électrode 8 par la matière pulvérulente parcourant cette électrode, les surfaces de ces organes, notamment cel- les de la jante 20 de la roue 21 et celles du tambour 15 pourront être avantageusement revêtues d'un vernis ou autre couche isolante ou faites en matière isolante. (Au surplus, la mise sous tension (au potentiel de l'électrode 8) de ces organes et même de la table 1 serait sans inconvénient sérieux, car ce potentiel est généralement faible et sous réserve qu'aucun court-circuit ne puisse avoir lieu entre cette table et l'ouvrage).
De préférence, également, le circuit d'alimentation du moteur 25 est sous le contrôle du circuit de soudure ou de découpage qui est pourvu de l'interrupteur 32 (Fig. 3).
Dans ce circuit d'alimentation de l'électrode est disposé,
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par exemple, un enroulement 33, shunté par une résistance ap- propriée 33a, qui actionne, à l'encontre d'un dispositif élastique de rappel 34, un interrupteur 35, placé dans le circuit 36 dialimentation du Moteur 25, de telle sorte que celui-ci n'est alimenté et la roue 21 entraînée qu'autant que le courait circule entre l'électrode 8 et l'ouvrage 2-3.
Enfin, la machine est complétée par un ajutage 37 avec robinet ou organe analogue 38 commandé ou non par un relais analogue à celui sus-décrit; cet ajutage, qui débouche au- dessus de l'ouvrage juste derrière l'électrode 8 permet d'amener si on le désire au point de soudure de la vapeur d'eau, de préférence sous faible pression (par exemple 1,1 atm. pour la soudure) et de pression plus forte (par exemple 1,2 à 1,5 atm. pour la coupe).
Le fonctionnement est le suivant : dès qu'on ferme l'interrupteur 32 d'alimentation de l'électrode 8, cette électrode est sous tension ainsi que l'ouvrage 2-3.
A l'aide, par exemple, d'une pièce conductrice, on éta- blit un court-circuit entre l'électrode 8 et l'ouvrage, ce qui ferme aussitôt le circuit du moteur 25.
La roue 21 est entraînée dans le sens de la flèche f3 (Fig. 2). Cependant, par l'ouverture a b c d, la trémie 16 déverse sur la, jante 20 de la matière pulvérulente. Une partie tombe directement dans les alvéoles 27, une autre par- tie tombe au droit des triangles tels que e f g, e' f' g'.
Par suite de la rotation très rapide de la roue, les facettes obliques e f, g h ... e' f' ... g' h' ... rencontrent les particules en cours de chute et les projettent vers l'avant et vers le plan médian de la jante, c'est-à-dire vers les alvéoles 27 qui, en définitive, sont entièrement pleins,
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lorsqu'ils franchissent l'arête b c de l'ouverture de la tré- mie. Le reste des particules tombées remplit plus ou moins les alvéoles triangulaires e f g .., e' f' g' ... La roue continuant à tourner, les particules très fines entraînées sont soumises à une force centrifuge très importance, en rai- son de la très grande vitesse de rotation de la roue.
Les particules restées dans les alvéoles triangulaires e f g ... e' f' g' ..., et qui accomplissent au surplus un trajet sans utilité, y restent, malgré cette force centrifuge, en raison de la paroi du cylindre 15 qui les y enferme, et ce jusque ce qu'elles viennent au droit de la goulotte 29, où elles sont alors recueillies pour être reversées, de temps à autre, dans la trémie 16. Par contre, les particules très fines qui sont tombées directement ou qui ont été projetées dans les alvéoles 27, passent devant l'entrée tangentielle du raccord 14 et y sont projetées, à très grande vitesse, sous les ac- tions combinées de la force centrifuge qui les décolle du fond des alvéoles et de la force tangentielle d'inertie.
La vitesse communiquée à ces fines poussières est telle qu'el- les forment un véritable jet éjecté avec force, et sans pos- sibilité d'accrochage, par l'orifice 11 de l'électrode.
(A noter d'ailleurs que, dans certains cas, au cours du fonc- tionnement de la machine la température de l'embout 10 peut être telle que pour certaines vitesses c'est un véritable jet liquide des particules fondues qui peut être éjecté par cet embout).
Dès le dématnage par suite de la température déjà éle- vée produite par le courant électrique, il se produit une réaction exothermique entre les particules oxydables d'alu- minium ou autres contenues dans le jet pulvérulent qui afflue
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à grande vitesse et le ou les oxydes mélangés à ces particules, ou l'oxygène de la vapeur d'eau admise par l'ajutage 37.
Il résulte de la, formation d'alumine par exemple une éléva- tion considérable de la, température, ce qui contribue puissam- ment à la. rapidité de la soudure ou de la coupe et assure la continuité de la, réaction exothermique après démarrage et per- met d'abaisser l'intensité du courant électrique. On procède
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donc à une véritable opération électroaluminotherm.gue.
Comme on rient de le dire, dans le cas d'admission de vapeur d'eau par l'ajutage 34, l'oxygène de cette vapeur d'eau se combine immédiatement aux poudres oxydables et l'hydrogène qui reste s'élève au-dessus du point de soudure formant une couche neutre protectrice autour du point de soudure, pour brûler finalement à une petite distance de ce point. Dans le cas de la coupe, l'hydrogène, par sa pression, concourt à produire la fente.
Le dispositif décrit permet : - de réduire pratiquement autant qu'on le désire l'ori- fice d'éjection et, par conséquent, d'obtenir une ligne de travail très fine, et ce malgré un débit important en matière pulvérulente, - d'éjecter cette matière pulvérulente (.éventuellement fondue à la, sortie de l'ajutage) avec une force considérable qui, d'une part, permet une pénétration plus profonde dans l'ouvrage dans le cas de la, soudure d'où une liaison plus in- time entre les pièces réunies et, dans le cas de la coupe, une vitesse et une finesse de coupe plus grandes et qui, d'autre part, est supérieure à la vitesse de propagation de la réac- tion exothermique vers l'arrière, supprimant tout danger d'ex- plosion dans l'appareil.
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Dans certains cas notamment avec du courant biphasé ou triphasé, l'électrode 8 pourra être combinée avec une deuxiè- me électrode 39, de préférence en tungstène (Fig. 6).
On pourra également faire arriver la matière pulvérulente par un ajutage 8a ne formant pas électrode, de préférence relié à la terre, et combiné soit avec une seule électrode, soit avec deux électrodes 40 et 41 (Fig. 7), de préférence en tungstène.
Les électrodes peuvent être assujetties dans un bloc en matière réfractaire qu'elles traversent, l'ajutage étant formé par une ouverture dans ce bloc lui-même, ou ajusté dans ce bloc.
Naturellement, l'invention n'est nullement limitée aux mo- des d'exécution représentés et décrits, qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemples. C'est ainsi que les parois latérales de la rainure 26 peuvent avoir un autre tracé que celui en zig-zag décrit et représenté. Dans une variante, la partie en zig-zag de la rainure 26 peut être supprimée, la jante ne comportant alors que des alvéoles séparés par des palettes.
Dans le cas de la soudure à la main, l'électrode 8 peut être prolongée par un tube flexible.
Revendications.
1. Un procédé de soudure et de coupe électrique à l'arc, ou analogue, consistant à utiliser une électrode creuse et à diriger à travers cette électrode des matières capables d'en- gendrer une réaction exothermique.
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