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" Perfectionnements relatifs à des électrodes de soudure ".
La présente invention est relative à des baguettes de soudure et en particulier à des baguettes ou électrodes de soudure pour la soudure à l'arc; elle vise en particulier une électrode perfectionnée enrobée permettant la soudure automatique à l'arc rapide et efficace; elle vise encore un procédé de fabrication d'une telle électrode.
Une électrode enrobée est une électrode dans laquelle le fondant qui lui est'incorporé, constitue l'unique moyen de
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protection de la soudure, c'est-à-dire que l'enrobage de fondant permet d'obtenir une action protectrice pendant la soudure, grâ- ce à quoi le métal fondu de soudure est à l'abri de l'oxygène et de l'azote de l'air.
Jusqu'à ce jour, les électrodes enrobées ont été largement utilisées pour la soudure à l'arc à la main, ces électrodes étant réalisées relativement courtes avec une partie du noyau métal- lique de l'électrode à l'air à une extrémité, de manière à per- mettre le passage du courant électrique dans le noyau à partir du support habituel. Le principal objet de la présente invention est de réaliser une électrode enrobée susceptible d'être employée en grande longueur pour une soudure automatique à l'arc efficace et particulièrement rapide.
L'invention vise encore une électrode relativement courte et enrobée, susceptible d'être utilisée pour la soudure manuelle à l'arc et présentant des avantages sur les électrodes classiques dont une partie du noyau est à l'air à une de ses extrémités pour permettre le contact électrique. En premier lieu, la par- tie non revêtue de la baguette de soudure du type classique, con- stitue un rebut.
En second lieu, il n'est pas possible de dimi- nuer le rapport de la partie perdue à la partie utilisée en ré- alisant des électrodes relativement longues, car la quantité de chaleur produite par résistance dans la baguette de soudure va- rie avec la distance entre le support et l'arc, et tout chauf- fage excessif de l'enrobage de fondant produit un dégagement prématuré des gaz de protection qui s'échappent de l'enrobage de f ondant.
D'une manière générale, les buts visés par l'invention sont atteints grâce à une électrode possédant un noyau à nervu- res longitudinales, revêtu d'un fondant, un ou plusieurs torons étant enroulés sur le noyau métallique et noyés dans le fondant.
Comme cela sera expliqué, il faut tenir compte de certaines re- lations dans les dimensions de ces différentes parties.
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L'invention vise encore ces relations de dimensions, relatives à la combinaison du noyau à nervures constituant l'électrode et du ou des torons de fil métallique disposés autour des nervures du noyau. L'invention vise en particulier le mode de contact entre les nervures du noyau et les torons appliqués sur celui-ci, de telle manière que l'on évite le glissement longitudinal des torons sur le noyau. De préférence, le contact entre les nervures et les torons est tel que l'on obtienne un verrouillage de ces deux parties l'une par rapport à l'autre, comme cela sera expliqué ci-après.
L'invention vise encore une combinaison telle que la tendance au déroulement des torons enroulés en spirale, soit relativement faible, lorsqu'un tel déroulement est susceptible de se produire.
L'invention vise encore un procédé efficace, rapide et peu coûteux pour la fabrication de l'ensemble noyau à nervures et torons enroulés en spirale, ce procédé réalisant le blocage res- pectif des torons et des nervures du noyau ; ceprocédé permet aussi de maintenir les torons enroulés autour du noyau.
Les autres objets et avantages de l'invention seront discutés ci-après. L'invention sera décrite en se référant au dessin ci-annexé sur lequel :
La figure 1 est une vue schématique en coupe verticale, illustrant le moyen à utiliser pour la soudure à l'arc à l'aide d'une électrode enrobée.
La figure 2 est une coupe transversale suivant 2 - 2 de la figure 1.
La figure 3 est une vue latérale d'une forme d'électrode.
La figure 4 est une coupe transversale suivant 4 - 4 de la figure 3.
La figure 5 est une coupe semblable suivant 5 - 5 de la figure 3.
La figure 6 est une vue latérale de la baguette de soudure
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avant l'application du revetement ae fondant.
La figure 7 est une coupe transversale d'une variante d'un noyau d'électrode avec enroulement hélicoïdal.
La figure 8 est une vue schématique de l'électrode enrobée au cours de l'opération de soudure.
La figure 9 est une vue schématique en plan de la dispo- sition représentée sur la figure 8.
La figure 10 est une vue semblable à la figure 6, montrant une disposition avec soudure par points sur l'électrode.
La figure 11 est une vue semblable à la figure 3 représen- tant une variante de l'électrode.
La figure 12 est une coupe transversale de l'électrode re- présentée sur la figure 11.
La figure 13 est une coupe à plus grande échelle suivant 13 - 13 de la figure 12.
La figure 14 est une coupe suivant 14 - 14 de la figure 13.
La figure 15 est une vue semblable à la figure 13 repré- sentant une autre variante de l'électrode.
La figure 16 est une coupe suivant 16 - 16 de la figure 15.
La figure 17 est une coupe transversale d'un mode de réa- lisation du noyau de l'électrode, pour une électrode de diamètre relativement faible, par exemple de 3 mm de diamètre.
La figure 18 est une vue semblable d'un mode de réalisa- tion préféré du noyau d'électrode pour des diamètres un peu plus importants, à savoir de l'ordre de mm.
La figure 18a est une coupe partielle semblable à la figu- re 18, représentant un autre mode de réalisation de l'électrode, et,
Les figures 19 et 20 sont des vues semblables représentant d'autres modes de réalisation des noyaux d'électrode susceptibles d'être utilisés dans l'invention.
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Les figures 1 et 2 représentent d'une manière schématique et généralisée la forme d'une électrode enrobée du type utilisé pour la soudure à l'arc. Cette électrode comprend un noyau 20 de section circulaire, enrobé dans un revêtement cylindrique ou couche de fondant 21. La consommation du revêtement de fondant 21 pendant la soudure est en retard sur la consommation du noyau d'électrode, de telle sorte qu'une partie du revêtement de fondant dépasse vers le bas à partir de l'extrémité inférieure de 1'électrode, qui fond, comme représenté. Les points de vue ciaprès de la construction et du mode d'action représentés sont particulièrement importants.
1.) En fait, la disposition représentée sur la figure 1 crée un four électrique en miniature qui est très important, étant donné qu'il agit comme ce que l'on pourrait appeler un creuset renversé 22 constitué par les bords inférieurs du revêtement cylindrique de fondant 21. Ce creuset protège la zone de fusion de l'air extérieur.
2.) Etant donné que la paroi cylindrique de fondant qui dépasse vers le bas, à partir de l'électrode en fusion, est au voisinage de l'arc, on peut utiliser un courant de soudure relativement important sans qu'il en résulte un arc instable présentant des migrations.
3.) Etant donné que la paroi cylindrique du fondant qui dépasse constitue une voie fermée pour le passage du métal de l'électrode sous forme de vapeur et de gouttelettes, l'électrode métallique ne peut pas former d'éclaboussures sur le métal de base 23.
4.) Etant donné que l'arc agissant sur la paroi du fondant constituant le creuset crée des gaz par vaporisation, combustion, et formation de composés chimiques intermédiaires, la disposition de la figure 1 agit en fait comme un générateur de gaz de combustion. Certains des constituants du fondant, cependant, sont transformés par l'arc en gouttelettes de fondant qui sont dépo-
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,sées sur le métal de base 23.
5. ) La paroi cylindrique de fondant qui s'étend vers le bas, constitue un conduit qui transporte et dirige les gaz pro- duits et le courant des particules de fondant entre la zone de production et la surface de métal de base où l'on désire réali- ser la protection.
6. ) La paroi cylindrique du fondant,qui dépasse vers le bas à partir de l'électrode en fusion, expose à l'arc une sur- face de fondant si importante que les gaz protecteurs sont pro- duits à une vitesse exceptionnellement élevée, en particulier lorsqu'on utilise un courant de soudure de grande intensité.
7. ) Etant donné que l'extrémité inférieure de la paroi cylindrique de fondant est sensiblement régulière, et étant don- né que ce bord inférieur est maintenu seulement à une légère distance du métal de base 23 pendant la soudure, les gaz produits sont formés à un point tel qu'il en résulte une pression de gaz relativement élevée. La vitesse de production des gaz est si élevée que le bord du creuset renversé peut être espacé de la face du métal de base 23 d'une manière notable, sans qu'il se produise d'entrée d'air.
8.) Far suite du taux élevé de production des gaz et par suite de l'isolement de la zone où se produisent les gaz, le courant gezeux qui entraîne des gouttelettes de fondant et de métal de l'électrode, est projeté vers le bas avec une force et une vitesse telles qu'il se produit une sorte de cratère 25 dans le métal de base 23, juste au dessous du creuset renversé 22.
9. ) Par suite de la force du courant gazeux, le cratère 25 a une profondeur notable et l'action de soudure pénètre pro- fondément dans le métal de base 23. Une grande profondeur de pé- nétration est obtenue par construction de l'électrode pour une intensité de courant élevée, pour une production volumineuse de gaz et pour que soit maintenu un écran protecteur de fondant efficace.
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10.) La plus grande partie des gaz produits sort par suite du déplacement de l'électrode de soudure, pendant la soudure, par l'ouverture 26 à l'arrière du cratère 25; il en résulte un courant vers l'arrière de gaz qui recouvrent et protègent le cordon de soudure réalisé, de l'atmosphère, lorsque la soudure n'est plus protégée par l'enrobage de f ondant. Les scories produites par le revêtement de fondant sont entraînées vers l'arrière le long de la soudure par ce courant de gaz dirigé vers l'arrière, et il en résulte une protection de la soudure métallique à haute température,de l'atmosphère, lorsque le courant de gaz protecteur s'éloigne.
Dans la fabrication d'une électrode idéale permettant d' obtenir les buts énumérés, il faut tenir compte de certaines considérations relatives au revêtement de fondant. En premier lieu, le revêtement de fondant doit être consommé à une vitesse plus faible que le noyau métallique, de telle sorte qu'il se forme un creuset renversé. En second lieu, le revêtement de fondant doit avoir une épaisseur telle qu'il résiste à la pression des gaz formés. En troisième lieu, le revêtement de fondant doit être sensiblement continu et ne doit pas posséder d'ouvertures, de manière que toute fuite notable de gaz au-dessus de la zone comprise entre le creuset renversé et le métal de base, soit évitée.
En quatrième lieu, le revêtement de fondant doit être consommé de manière uniforme, de telle sorte que le bord du creuset soit relativement régulier, car toute partie proéminente de fondant s'étendant vers le bas à partir du creuset renversé pourrait venir au contact de la soudure et se rompre en pénétrant dans le métal fondu de soudure.
En tenant compte du retard se produisant entre la consommation du fondant et la consommation de l'électrode qui fond, et en tenant compte de l'épaisseur de la paroi du creuset, l'on doit considérer trois facteurs, à savoir : l'épaisseur du revêtement de fondant; la composition du revêtement de fondant et l'inten-
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site du courant de soudure. En général, plus le fondant contient de matières minérales, plus la résistance du fondant à la cha- leur est importante et, par conséquent, moins il faut utiliser le fondant. L'épaisseur du revêtement constitué par un fondant donné varie en raison directe d'intensité de courant.
L'électrode idéale pour la soudure à l'arc et permettant d'obtenir les résultats discutés ci-dessus a été réalisée jus- qu'à ce jour, de manière approchée pour des électrodes à soudure manuelle. Toutes les électrodes de soudure réalisées jusqu'à ce jour pour la soudure automatique s'éloignent, cependant, de beau- coup de l'électrode idéale ci-dessus, car deux problèmes diffi- ciles à résoudre sont soulevés par la soudure automatique. L'un de ces problèmes est relatif à la production d'une électrode particulièrement longue pour la soudure automatique et suscep- tible d'être bobinée à l'usine, transportée et manipulée sans soins particuliers, ensuite déroulée pendant la soudure automa- tique, sans qu'il en résulte de perte du revêtement de fondant et sans endommagement de celui-ci.
L'autre problème vise la con- struction d'une électrode revêtue d'un fondant sensible)-,lent non conducteur ayant la forme et la constitution physique requises, tout en permettant le passage du courant à travers une couche isolante se trouvant à la périphérie de l'électrode et jusqu'au noyau métallique.
La présente invention approche d'une manière notable cette électrode idéale décrite ci-dessus, en ce sens qu'elle réunit les solutions des deux problèmes ci-dessus et qu'elle permet d'obtenir une électrode satisfaisante pour la soudure automati- que avec une vitesse de réalisation de la soudure plus élevée que les vitesses obtenues jusqu'à ce jour. Le moyen général grâ- ce auquel ce but est atteint peut être compris en étudiant le mode de réalisation de la présente invention déorit sur les fi- gures 3 à 6, mode de réalisation qui sera décrit maintenant.
La nouvelle baguette de soudure possède un noyau 27 en @
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métal de soudure convenable comportant des nervure's ou ailettes longitudinales 30, ces ailettes portant des rainures longitudinales 31. Sur le noyau 27 sont enroulés,en hélice, un ou plusieurs torons conducteurs du courant électrique et ayant la forme de fils métalliques 32; dans le présent mode de réalisation, on a deux torons disposés diamétralement l'un par rapport à l' autre.
Le noyau 27 peut être considéré comme comprenant une tige intérieure pleine 33 dont la coupe est circulaire et qui possède des parties en saillie ayant la forme d'ailettes, la baguette intérieure 33 étant constituée par la masse métallique pleine se trouvant à l'intérieur d'un cercle passant par les fonds des rainures 31. Cette baguette intérieure 33 est entourée par une armature métallique dont les éléments longitudinaux sont les ailettes 30 et les éléments transversaux sont les torons hélicoïdaux ou fils métalliques 32. L'enrobage de fondant 21 occupe les espaces vides de l'armature métallique et il est fixé à la baguette intérieure 33 par cette armature métallique.
Toute la longueur des torons hélicoïdaux 32 peut être mise à jour au-dessus du revêtement de fondant sur la périphérie de l'électrode terminée ; mais,de préférence, cette exposition à l'air n'est faite qu'en certains points, à savoir les points où les fils métalliques coupent les ailettes 30.
La forme de l'électrode représentée sur les figures 3 à 6 peut être obtenue par passage préliminaire d'un fil métallique convenable ou d'une tige métallique par des rouleaux ou, de préférence, une matrice d'étirage convenable. L'opération de fabrication consiste à déplacer le métal en l'étirant ou en le laminant, de manière à constituer un certain nombre d'ailettes ou nervures 30. Les torons métalliques hélicoïdaux 32 peuvent être ensuite enroulés sur les noyaux à nervures d'une manière quelconque.
Suivant une pratique préférée de l'invention, l'enroulement
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des torons sur le noyau à nervures s'effectue de manière telle qu'il en résulte un blocage respectif des torons à l'aide des nervures du noyau. Par blocage respectif, on veut dire que l'enroulement du fil ou des fils toronés sur le noyau produit des encoches, soit sur les nervures des noyaux pour laisser passer les fils toronés, soit sur les fils pour laisser pénétrer les nervures. De préférence, le procédé de fabrication réalise des encoches sur chacune de ces deux parties à leur intersection.
Un mode opératoire simple consiste à enrouler les torons autour du noyau sous une tension telle que les encoches désirées se produisent, un soin suffisant étant cependant pris pour que, par suite de la dureté relative des deux métaux utilisés, les encoches désirées soient bien obtenues.
Au lieu de produire les résultats désirés à l'aide d'une tension élevée du fil que l'on enroule au moment où on le fait passer sur les différentes nervures du noyau, on peut opérer avec pression. Ainsi, les torons peuvent être appliqués sous une tension modérée et l'on peut utiliser un moyen quelconque convenable, tel qu'un sabot ou un rouleau,pour presser radialement les torons vers l'intérieur contre les nervures du noyau, tandis que ces torons sont enroulés sur le noyau; la pression appliquée doit être suffisante pour produire les encoches désirées.
Un autre procédé permettant d'obtenir les mêmes résultats consiste à faire passer le noyau dans une matrice convenable immédiatement après que les torons hélicoïdaux ont été appliqués sur le noyau. Avec un tel mode opératoire, toute tendance de glissement des torons hélicoïdaux, par suite de l'action de la matrice, c'est-à-dire tout entraînement longitudinal de ces torons, peut être réduite au minimum, ou bien entièrement éliminée, par déplacement longitudinal du noyau sur lequel le fil a été enroulé dans une matrice d'étirage qui est fixé par rapport à son axe, mais qui tourne à une vitesse convenable en rapport avec le mouvement longitudinal du noyau; le rapport des vitesses
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dépend du pas de l'hélice constituée par le toron, autrement dit de l'angle que fait cette hélice avec son axe.
Dans ces modes opératoires, il est préférable que la formation des encoches soit réalisée au moment où les torons sont bloqués sur le noyau.
Il semblerait à première vue que la plus faible tendance pour les torons hélicoïdaux à se dérouler au fur et à mesure de l'utilisation de l'électrode serait obtenue par utilisation d'un fil métallique doux et très malléable. On a trouvé cependant que lorsqu'on enroule en hélice un fil métallique relativement dur sur le noyau et lorsqu'on le presse pour qu'il pénètre dans les nervures du noyau, le toron est étiré au delà de sa limite de rupture toutes les fois qu'il coupe une nervure du noyau; ainsi le toron se trouve bloqué lorsqu'il est enroulé sous une vitesse supérieure à celle qui est permise.
Ainsi, le fil toroné eut être enroulé sur le noyau sous une force de tension telle qu'il ne soit pas seulement au contact avec les nervures du noyau en constituant les encoches désirées, mais encore qu'il se produise le blocage désiré du fil toroné. Par réalisation des encoches à l'aide d'une pression radiale plutôt que par mise sous tension du fil toroné, il se produit aussi un blocage de ce fil. Une fois que ce blocage s' est produit, la rigidité du fil toroné est très désirable, car cette rigidité produit une résistance importante au déroulement.
Un métal qui convient particulièrement pour les torons et le noyau de l'électrode est le S. A. E. 1010, dans lequel le pourcentage de carbone est compris entre 8 et 13 %.
Dans certains cas, le fil toroné peut être un alliage relativement dur choisi pour permettre l'addition de constituants particuliers au métal de soudure. En pareil cas, les fils toronés peuvent ne comporter des encoches, dans lesquelles passe le noyau, qu'à un faible degré, ou même pas du tout, mais les nervures du noyau doivent posséder des encoches permettant le passage des torons et leur ancrage empêchant tout glissement ou
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mouvement longitudinal du noyau.
Le fondant peut être appliqué sur la baguette pleine et l'armature métallique par un moyen quelconque. On peut, par exemple, appliquer ce fondant par refoulage sous une pression considérable assurant la pénétration de ce fondant dans tous les interstices de l'armature métallique. On peut aussi border la matrice de refoulage de caoutchouc de dureté moyenne, le diamè- tre intérieur de la matrice étant légèrement inférieur au diamètre extérieur de l'armature métallique. Un tel procédé de revêtement assure que les torons 32 en spirale resteront à l'air aux points où ils traversent les nervures 30; ceci assure que les parties des torons hélicoïdaux 32 se trouvant extérieurement seront suffisamment dégagées pour permettre un contact électrique efficace pendant la soudure.
Etant donné que le fondant se contracte légèrement au séchage, la mise à jour convenable des torons hélicoïdaux 32 ne constitue pas de difficulté. Si les torons hélicoïdaux 32 vont en ligne droite d'une nervure à l'autre, comme cela a été proposé ci-dessus, les torons hélicoïdaux peuvent passer au-dessous de la surface du fondant entre deux nervures, et,de préférence, mais non nécessairement, ils sont submergés comme on le voit sur la figure 7.
Bien que les torons ou fils métalliques 32 n'aient pas de tendance à se dérouler, il est néanmoins préférable de fixer les torons hélicoïdaux aux extrémités des électrodes, de manière à éviter tout endommagement au cours de la manipulation, du stockage et du transport, avant consommation de l'électrode.
A cet effet, les extrémités des torons hélicoïdaux de l'électrode terminée, peuvent être convenablement appliquées au noyau d'électrode, par exemple par une soudure par points.
Le mode d'utilisation de la nouvelle électrode et son fonctionnement pour la soudure sont représentés sur les figures 8 et 9. Si l'oncompare ces figures aux figures 1 et 2, on voit que
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l'on retrouve pour la soudure automatique les dix qualités énumérées de l'électrode enrobée. Le même creuset 22 est formé ainsi que le même cratère de soudure 25. La soudure est complètement protégée et les gaz de soudure sont de la même manière enfermés, de telle sorte qu'ils produisent une pression, qui,combinée à leur vitesse, permet d'éliminer l'action de l'air extérieur.
En fait, pour des raisons qui apparaîtront, l'électrode représentée en fonctionnement sur les figures 8 et 9 constitue un générateur de gaz plus efficace et elle permettra d'obtenir une soudure à la fois plus profonde et plus solide qu'une électrode enrobée du type représenté sur les figures 1 et 2.
On peut utiliser un courant allant jusqu'à 1000 ampères avec une électrode de six mm. de diamètre construite conformément à la présente invention, c'est-à-dire avec une électrode dont le noyau métallique possède la même section qu'un noyau plein et régulier de 6 mm. de diamètre. Avec cette intensité, on fait fondre une électrode de 6 mm. de diamètre à la vitesse de 1m., 20, soit 0 Kg 29 par minute ; soudure avec une telle intensité pénètre à une profondeur telle qu'un volume égal de métal de base est transformé en métal de soudure. Ainsi avec 1000 ampères, une certaine quantité de métal d'électrode et de métal de base sont fondus et transformés en métal de soudure, ceci constituant au total environ 0 Kg 58 de métal par minute.
La pénétration est si efficace qu'il n'est plus nécessaire de mettre sous forme de biseaux les bords des plaques métalliques avant soudure, ceci avec des plaques d'acier dont l'épaisseur est inférieure à 13 mm. La suppression de cette opération non seulement économise du travail mais aussi économise du métal, le métal non enlevé étant transformé en métal de soudure.
Lorsque l'électrode décrite est utilisée pour souder auto- matiquement des flasques d'acier de qualité et lorsque le noyau de l'électrode est en acier à 0,12 % de carbone, les propriétés physiques de'la soudure sont les suivantes :
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Résistance à la traction, 4 tonnes,50 à 4 tonnes, 78 par cm2.
Limite élastique, 3 tonnes 51 à 3 tonnes, 79 par cm2.
Réduction de la section 36 à 38 %.
Allongement pour 5 cm. 27 à 30 %.
Il serait impossible d'obtenir cette qualité de métal de soudure pour la soudure à l'arc automatique si la baguette de soudure utilisée ne possédait les caractéristiques décrites et ne produisait les différents résultats énumérés.
Pour permettre une compréhension convenable du mode de réalisation de la nouvelle électrode et pour pouvoir réaliser une telle électrode devant servir dans des circonstances déterninées, il faut considérer avec soin les caractéristiques nécessaires de l'électrode décrite permettant d'obtenir les résultats nouveaux dans la soudure automatique.
Certaines conditions que doivent remplir les électrodes sont d'ordre purement physique et relatives à leur structure; elles ont trait au creuset renversé. Ces conditions 'comprennent les suivantes :
1. ) Le revêtement de fondant doit avoir une épaisseur mi- nimum telle, cependant, que sa consommation soit suffisamment retardée pour qu'il dépasse vers le bas d'une quantité suffisante par rapnort au noyau de l'électrode fondante.
2.) Le revêtement de fondant doit avoir une épaisseur suffisante, de plus, pour qu'il forme une paroi de creuset suffisamment résistante pour qu'elle ne cède pas sous la pression importante des gaz places à l'intérieur.
3.) Le revêtement de fondant doit être suffisamment continu autour de l'électrode ou bien il doit être approximativement continu pour qu'il enferme les gaz formés de la manière désirée.
Sur la figure 5, on notera que le revêtement de fondant est continu tout autour de la périphérie du noyau de l'électrode enrobée 27, la figure 5 étant une coupe transversale faite entre les
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points où les torons hélicoïdaux 32 coupent les nervures 30.
Il est clair que même lorsque les deux torons hélicoïdaux 32 auront fondu, sur la figure 5, il ne se formera pas d'ouvertures sur la paroi du revêtement de fondant. Comme indiqué sur la figure 4, cependant, les torons hélicoïdaux 32 rompent la continuité de la paroi du creuset en certains points espacés, mais les ouvertures qui en résultent dans la paroi du creuset ne diminuent pas de manière notable l'efficacité du creuset, car les ouvertures sont relativement faibles et n'apparaissent que par intermittence. Lorsque les ouvertures apparaissent dans la construction préférée, elles se trouvent en des points diamétralement opposés et ainsi tout échappement de gaz par ces ouvertures est suffisamment réparti et donne des actions qui se compensent.
4. ) Le revêtement de fondant qui constitue la paroi du creuset doit être fixé de manière suffisamment efficace pour qu'il résiste à la manipulation, au transport, au bobinage à l'usine, au débobinage au point d'utilisation,au contact mécanique avec le mécanisme d'avance de l'électrode, et au frottement des balais qui font arriver le courant électrique dans l' électrode. Une telle fixation est réalisée par l'armature métallique décrite et on notera qu'aux points où les torons hélicoidaux 32 coupent les rainures 31, les torons hélicoïdaux bloquent le fondant sur l'électrode 27 d'une manière efficace.
5. ) Tandis qu'une partie notable de métal utilisé pour constituer l'électrode peut former l'armature, au moins la moitié du métal doit être à l'intérieur du diamètre plein du noyau pour qu'il fonde au centre du creuset renversé. Dans différentes pratiques de l'invention dont on voit des exemples sur le dessin, le diamètre plein constitue 55 à 80 % du métal utilisé au total, ce diamètre plein ayant été appelé la baguette intérieure 33.
Les autres conditions que doit remplir l'électrode décrite ont trait à la fonction de production des gaz. ' Ces oondi-
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tions sont les suivantes : 1.) Etant donné que le gaz protecteur est produit presque entièrement par le revêtement de fondant, et étant donné qu'il faut avoir un volume exceptionnellement élevé de gaz de protec- tion pour obtenir des résultats nouveaux, l'armature métallique doit être conçue de manière telle qu'elle offre un volume vide suffisant destiné à recevoir le fondant.
2. ) Etant donné que les gaz de protection doivent être formés à une vitesse exceptionnellement élevée, et étant donné que l'un des facteurs qui déterminent la vitesse de production est constitué par la surface de fondant exposée à l'arc de sou- dure, il est nécessaire que le fondant ait une surface intéri- eure relativement grande par unité de longueur de la baguette de soudure, cette surface étant sensiblement plus grande que celle qui est fournie par la baguette de soudure ordinaire de la figure 1. La forme non circulaire de la surface intérieure du revêtement de fondant de .la nouvelle électrode a pour résul- tat cette surface creuse.
3.) Etant donné que l'on utilise couramment du courant alternatif pour la soudure automatique, et étant donné qu'un tel courant tend à se concentrer à la surface du conducteur, il est désirable que le noyau de l'électrode possède une surface relativement grande par unité de longueur, cette surface étant sensiblement plus grande que celle qui est fournie par l'élec- trode représentée sur la figure 1. La forme à nervures du nou- veau noyau d'électrode permet d'obtenir une surface conductrice plus grande.
4.) Par suite de la forme à nervures du noyau d'électrode et de l'effet de surface du courant alternatif, chacune des ner- du vures produit un petit arc dans lequel la concentration/courant est relativement élevée; un certain nombre de tels arcs travaille tout autour du noyau d'électrode 27. On comprendra facilement qu'une élegtrode à nervures du type décrit peut ainsi transporter
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un courant de plus grande intensité que l'électrode simple de la figure 1.
5. ) La production de chaleur étant concentrée dans l'arc formé sur chacune des nervures 30, il est essentiel qu'une gran- de quantité de fondant soit disponible au voisinage de chacun de ces arcs, ce fondant agissant sur chacun de ceux-ci; par con- séquent chaque arc doit être entouré le mieux possible de fon- dant. La forme, suivant laquelle est distribué le revêtement de fondant de la nouvelle électrode, fournit le volume nécessaire de fondant à chacun des arcs individuels, et de plus, de cette manière, chacun des arcs est entouré de fondant sensiblement sur trois faoes.
Des essais et l'étude des conditions ci-dessus ont conduit à certaines conclusions permettant de réaliser une nouvelle é- leotrode donnant des résultats supérieurs. En premier lieu, le rapport du volume total de fondant au volume total de métal dans l'électrode terminée permettant la soudure automatique, doit être compris entre 0,75 pour un fondant possédant une quan- tité relativement élevée de matières minérales et 2,0 pour un fondant contenant une quantité relativement faible de matières minérales. Ce rapport pourra dépasser 1,75.
Il faut comparer ces limites aux limites utilisées avec les électrodes utilisées pour la soudure manuelle suivant la figure 1, les limites du rapport du volume total de fondant au volume totale de métal étant alors compris entre 0,78 et 1,23. n second lieu, il faut utiliser plus de quatre nervures, et de préférence on doit avoir plus de cinq nervures. En géné- ral, le nombre de nervures est déterminé par la dimension du noyau de l'électrode. Il est préférable qu'une électrode de sou- dure de 3/13 et 4/13 de cm de diamètre moyen comporte six ner- vures ; des baguettes de 5/13, 6/13 et 8/13 de cm de diamètre moyen doivent posséder de préférence huit nervures ; baguet- tes de 10/13 et 12/13 de cm de diamètre moyen et au-dessus
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doivent posséder 10 nervures.
En troisième lieu, on a trouvé qu'il était préférable qu' un espace d'au moins 30 % du volume total de fondant soit ména- gé par les rainures longitudinales limitées par les nervures; ceci veut dire que 30 % de la section transversale du fondant doit se trouver à l'intérieur du cercle défini par les limites extérieures des nervures. Dans les premières réalisations de l' invention, on place au minimum environ 40 % de la section trans- versale du fondant à l'intérieur de ce cercle. La proportion minimum de fondant à l'intérieur de ce cercle doit non seule- ment rendre possible la formation rapide de gaz et permettre que la consommation de fondant soit en retard sur la consomma- tion du noyau d'électrode de la quantité désirée, mais encore réaliser une fixation mécanique du fondant sur le noyau.
Dans toute la présente description, la profondeur des rai- nures sera considérée comme étant égale à la distance radiale séparant les surfaces intérieures des rainures au cercle défini par les bords extérieurs des nervures. Pour assurer qu'une pro- portion convenable de fondant se trouve à l'intérieur des rai- nures, la profondeur de celles-ci devra être généralement coin- prise entre 0,3 et 0,6 de la valeur de # Dm/N, lorsque le nom- bre de nervures est compris entre six pour une électrode de 4/13 de cm et dix pour une électrode de 6/13 de cm.
Comme cela sera expliqué plus loin, si on augmente le nombre de nervures en les rendant plus minces, pour éviter une réduction notable de la proportion de fondant se trouvant dans les rainures, la profon- deur desrainures peut être comprise entre 0,3 et 0,6 de # Dm T
N
Ces formules sont purement empiriques mais expriment dans les limites des tolérances de travail, les valeurs préférées pour obtenir la relation désirée entre le fondant et le métal et la disposition du fondant.
Dans les formules ci-dessus, Dm représente le diamètre
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moyen du noyau ou le diamètre d'un cercle possédant la même sur- face que le noyau à nervures ; est le rapport entre la profon- deur ou la dimension radiale des nervures et l'épaisseur de cel- les-ci prise sur le diamètre moyen ou sur la circonférence moyen- ne; N est le nombre de nervures. Dans les pratiques primitives de l'invention, qui sera décrite ci-après, la profondeur des rainures est égale approximativement à 0,5 # Dm.
N n quatrième lieu, la formation des nervures du noyau d'électrode doit être réalisée de manière telle que la surface périphérique finale du noyau soit comprise entre 1 1/4 et deux fois la surface d'une baguette équivalente simple. En général, il est désirable d'augmenter la surface périphérique de moitié.
En cinquième lieu, le rapport de diamètre du toron héli- coidal au diamètre moyen du.noyau doit être compris entre 0,16 environ pour une électrode de 4/13 de cm et 0,10 environ pour une électrode de 12/13 de cm; les torons doivent être écartés longitudinalement de l'électrode de moins de 1/3 de son diamè- tre mesuré nervures comprises; cette distance doit être cepen- dant inférieure à trois fois ce diamètre.
Il se trouve heureusement que le mode de réalisation pré- féré décrit est tel que toutes ces conditions peuvent être réu- nies sans s'opposer. Ainsi la nécessité de réaliser une surface périphérique exceptionnellement grande pour le noyau métallique, ceci dans le but de compenser l'effet de surface du noyau alter- natif, ne s'oppose pas avec la nécessité d'avoir une surface in- térieure relativement élevée du revêtement de fondant pour la formation rapide des gaz; ces deux nécessités s'accordent avec les autres nécessités résidant dans le besoin de rainures pro- fondes pour la fixation mécanique du fondant et le besoin rési- dant dans le fait que le fondant se trouvant à l'intérieur des rainures soit au moins 30 % de la quantité totale du fondant.
En réunissant ces différentes conditions, de plus, il ne se pose pas de problème de diamètre, de nombre et de pas des enroulements
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hélicoïdaux et il n'y a pas de difficulté pour arriver à une disposition des enroulements hélicoïdaux : permettant une épaisseur désirée minimum de fondant, un volume total désiré de fondant; évitant toute fuite excessive à partir du creuset par des ouvertures se trouvant sur le revêtement de fondant.
Sur la figure 4, qui représente par exemple une électrode de 4/13 de cm, le rapport du volume total de fondant au volume total d'acier est de 1,5. Si une électrode de soudure possédant la même section de métal que celle de la figure 4 doit être utilisée avec une intensité de courant plus faible, ou bien si l'on doit utiliser cette électrode avec la même intensité de courant mais avec un fondant ayant une composition résistant mieux à la chaleur en présence de l'arc, le noyau d'électrode représenté sur la figure 7 peut être substitué au noyau représenté sur la figure 4. Le noyau d'électrode de la figure 7 possède des nervures plus épaisses et le diamètre, nervures comprises, est plus faible. Le rapport du volume total de fondant au volume total de métal avec le nouveau noyau d'électrode tombe à 0,86.
Il est clair que le rapport du volume total de fondant au volume total de métal peut être facilement changé en faisant varier la profondeur et la forme des rainures, c'est-à-dire que, en partant d'une baguette régulière, les différents rapports de volume total de fondant au volume total de métal peuvent être obtenus lors de la formation des nervures.
L'importance de la forme des nervures peut être encore comprise en considérant la fonction du fondant dans les rainures, fonction tendant à protéger ou à isoler de l'arc l'enroulement hélicoïdal. Cet enroulement est noyé dans la paroi du creuset renversé et constitue une partie de cette paroi; la protection de cet enroulement de la, chaleur intense de l'arc évite une fusion prématurée de cet enroulement, celui-ci n'étant fondu qu'au voisinage du bord du creuset renversé.
La figure 10 indique de quelle nanière les torons héliool-
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daux 32 peuvent être fixés au noyau 27 par soudure par points en un certain nombre de points suivant une des pratiques de 1' invention. La soudure par points indiquée par le nombre de référence 34 sert non seulement à éviter le déroulement des torons hélicoïdaux, mais constitue encore un certain nombre de voies pour le passage du courant électrique dans du métal plein entre la périphérie de l'électrode et le noyau de celle-ci.
La variante d'électrode représentée sur les figures 11 à 14 possède la même apparence que la forme préférée de l'invention, comme on pout le voir en comparant les figures 11 et 3.
Comme on le voit sur la figure 12, l'électrode possède un noyau 36 avec des nervures longitudinales 37 constituant des rainures longitudinales 38. En certains points, chacune des nervures 37 comporte des prolongements ou des languettes de contact 40 destinées à traverser le revêtement de fondant 41 pour venir au contact desbalais de la machine à souder automatique. Les languettes de contact 40 ont les mêmes fonctions que les enroulements hélicoïdaux décrits précédemment. Le blocage du revêtement de fondant sur le noyau de l'électrode peut être parfait grâce à des dentelures transversales 42 ménagées sur les rainures 38.
Les languettes de contact 40 peuvent être formées en même temps que les nervures 37 par utilisation de rouleaux constituant les nervures et possédant des parties creuses dans lesquelles le métal est refoulé pour constituer les languettes de contact. Suivant une autre pratique de l'invention, cependant, l' électrode peut être usinée avec des nervures régulières et les languettes de contact peuvent être formées par suite en pinçant des parties de ces nervures. Les figures 15 et 16 montrent comment les dépressions 43, formées à la suite de cette action de pincement de part et d'autre d'une nervure régulière 45, produit une languette de contact saillante 46. Les dépressions 43 favorisent le blocage du revêtement de fondant.
Les figures 17 et 18 montrent certaines formes de noyaux
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utilisées dans la pratique commerciale initiale de l'invention.
En général, ces formes sont caractérisées par le fait qu'elles possèdent des formes courbes de grand rayon; elles peuvent être facilement usinées dans des matrices d'étirage.
Dans de tels noyaux, les nervures et les rainures en coupe pos- sèdent le même rayon de courbure.
Pour arriver à la forme représentée sur les figures 17 et 18, la première opération consiste à former une circonférence dont le diamètre est égal au diamètre moyen approché du noyau d'électrode; ceci veut dire que le cercle doit avoir une surface sensiblement égale à la section du noyau à nervures que l'on désire former. Ainsi, la figure 17 peut représenter le noyau d'une électrode de soudure de 4/13 de cm; en pareil cas, la cir- conférence moyenne approchée représentée en 50 doit avoir un diamètre de 4/13 de cm. L'opération suivante consiste à déter- miner les points de la circonférence moyenne approchée 50 qui divisent le cercle en un nombre de parties, double du nombre de nervures que l'on désire obtenir.
Pour une électrode de 4/13 de cm ; il est préférable d'avoir six nervures et, par conséquent, la circonférence moyenne approchée 50 doit être divisée en douze parties égales par douze points 51 placés à distances égales.
Une fois que l'on a déterminé ces douze points, on décrit douze cercles tangents ayant pour centre ces points. L'un de ces cercles est représenté en trait discontinu sur la figure 17.
Finalement, le contour extérieur du noyau est tracé en prenant alternativement une partie d'un cercle 52 pour constituer une nervure et une autre partie du cercle 52 suivant pour constituer une rainure. Sur la figure 17, la forme finale est représentée hachurée.
Le diamètre ou la circonférence du cercle 50 de la figure 17 sont voisins du diamètre moyen de la circonférenoe moyenne au point que l'on peut les confondre; cependant, en réalité, le diamètre moyen et la circonférence moyenne sont légèrement plus
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grands que le diamètre et la circonférence du cercle 50. La pro- fondeur desrainures de la figure 17 est égale au diamètre des petits cercles 52 et, étant donné qu'il y a deux fois plus de cercles 52 qu'il n'y a de nervures, la profondeur des nervures est égale approximativement à # Dm, ou approximativement
2 N à la moitié de la valeur de # Dm. La figure 17 représente usuel N le toron hélicoîdal 53 appliqué sur le noyau.
La figure 18 représente la forme du noyau utilisé dans la pratique commerciale initiale de l'invention, lorsqu'on utili- sait huit nervures au lieu de six. Le même procédé est utilisé pour arriver à cette forme, la circonférence moyenne approchée 50 de la figure 18 étant divisée par seize points équidistants au lieu d'être divisée par douze points ; cette manière, on trace seize petits cercles tangents 52 pour constituer les cour- bes de la section des huit nervures et des huit rainures.
Pour réaliser des noyaux d'électrode de la manière repré- sentée sur les figures 17 et 18, il est préférable de constituer six nervures pour des électrodes de 4/13 et 5/13 de cm ; huit nervures pour des électrodes de 6/13, 7/13, 8/13 et 9/13 de cm ; dix nervures pour des électrodes de 10/13 et 12/13 de cm. Les diamètres préférés pour les fils métalliques constituant les torons 53 sont alors :
EMI23.1
<tb>
<tb> 0 <SEP> mm.40 <SEP> pour <SEP> des <SEP> électrodes <SEP> de <SEP> 4/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb>
0 <SEP> mm.45 <SEP> d <SEP> 5/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb>
0 <SEP> mm.50 <SEP> d <SEP> 6/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb>
0 <SEP> mm.55 <SEP> d <SEP> 7/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb> 0 <SEP> mm.60 <SEP> d <SEP> 8/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb>
0 <SEP> mm.65 <SEP> d <SEP> 9/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb>
0 <SEP> ram.75 <SEP> d <SEP> 10/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb>
0 <SEP> mm. <SEP> 90 <SEP> d <SEP> 12/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb>
Ces diamètres de fils métalliques toronés sont compris approximativement entre 16 % du diamètre moyen de l'électrode pour la dimension la plus faible et approximativement 10 % du
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diamètre moyen de l'élect rode pour la dimension la plus grande.
La figure 18a représente, à titre d'exemple, de quelle ma- nière le noyau d'électrode de la figure 18 peut avoir une forme légèrement différente par suite de l'augmentation du nombre de nervures, sans qu'il y ait de changement notable du volume de fondant dans les nervures. On notera que le nombre de nervures est plus grand, mais que leur épaisseur est plus faible. La pro- fondeur des rainures du noyau représenté sur la figure 18a est approximativement 0,5 # Dm T .
N
La figure 19 représente une forme du noyau dont la coupe est réalisée par des cercles de grand rayon pour les rainures et des cercles de rayon relativement faible pour les nervures.
Il résulte de cette forme que l'on obtient des nervures plus minces et ceci augmente la proportion totale de fondant qui se trouve à l'intérieur des cercles définis par les bords extérieurs des nervures. Avec cette forme, la profondeur des rainures est approximativement 10,6 # Dm.
N
La figure 20 représente un noyau possédant le même nombre de nervures que la figure 18, celles-ci étant relativement min- ces. Dans cette forme, cependant, les rainures peuvent être re- lativement peu profondes ; fait, elles ont pour profondeur 0,3 # Dm.
N
Les différents avantages de la nouvelle électrode pour la soudure automatique peuvent être compris à la lueur des solutions offertes jusqu'à ce jour, pour les deux problèmes consistant à unir efficacement le revêtement de fondant au noyau et à permet- tre le passage du courant à travers le fondant.
Suivant une solution réalisée précédemment dans le commer- ce, on munit les machines automatiques à souder de dispositifs qui découpent progressivement une fente longitudinale dans le revêtement de fondant au fur et à mesure que la baguette de sou- dure est amenée entre les mâchoires de la machine constituant les bornes de courant. Une fente du même type est réalisée
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suivant d'autres pratiques en équipant les machines à souder automatiques de dispositifs qui permettent d'enfermer une électrode nue dans son fondant progressivement au fur et à mesure que l'électrode quitte les mâchoires constituant les bornes d' amenée du courant.
Dans ce, dernier cas, généralement, le fondant a la forme d'un ruban qui est replié longitudinalementtout autour de l'électrode, de manière à permettre de réaliser un certain espace peu important longitudinalement entre les bords du ruban.
Ces deux solutions encombrent et compliquent une machine à souder automatique. Ces deux solutions, de plus, nécessitent une orientation déterminée de la baguette de soudure par rapport à la direction de déplacement longitudinal de la partie à souder, car la fente longitudinale laisse passer les gaz de protection et doit être par conséquent dirigée vers la fin de la soudure.
Une telle orientation ne peut être maintenue de manière satisfaisante en pratique à cause de la torsion existant dans le noyau d'électrode et se produisant en cours de fabrication, en particulier par suite de l'étirage habituel de celle-ci. Le désavantage le plus important de l'électrode portant une fente pour la soudure automatique, cependant, réside dans le fait que l'on perd du gaz de protection par cette fente, cette perte étant pratiquement accrue par suite du fait que la fente est radialement élargie par le passage du courant gazeux produit par l'arc.
Une autre solution antérieure qui ne s'est pas révélée être suffisamment satisfaisante pour un emploi commercial consiste à enrouler un fil conducteur en hélice autour du noyau d'électrode simple classique; cet enroulement hélicoïdal traverse le revêtement de fondant et se trouve exposé sur le pourtour de l'électrode terminée. Dans une telle construction, le revêtement de fondant est constitué par un certain nombre de bandes hélicoïdales séparées, ce qui forme des sortes de languettes de fondant au lieu de former un creuset de fondant.
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L'utilisation d'un noyau/d'électrode portant des nervures longitudinales sans aucun enroulement n'est pas non plus satisfaisant pour la même raison, les rainures de l'électrode divisant aussi le fondant en un certain nombre de parties longitudinales séparées.
On a utilisé en pratique une autre solution antérieure mais cette utilisation n'a été que très limitée : cette solution a consisté à traiter un certain nombre de fils généralement au nombre de douze ou plus autour d'un noyau simple; dans une telle solution le fondant occupe les intervalles compris entre les différents fils de la tresse, et ces fils sont exposés extéri- eurement et permettent le contact électrique. Une telle construction présente d'une part une grande difficulté de réalisation et d'autre part elle est très coûteuse à l'échelle commerciale, et aussi elle donne des résultats non satisfaisants, étant donné que les espaces vides de la tresse de fil n'offrent pas au fondant un volume suffisant. L'augmentation de diamètre des fils qui constituent la tresse diminue simplement le volume relatif du fondant.
L'électrode enrobée telle qu'elle s'est présentée jusqu'à ce jour pour la soudure automatique s'est par conséquent révélée non satisfaisante et a produit des soudures de mauvaise qualité; aussi, on a utilisé d'autres procédés de protection n'étant pas faits par les revêtements de fondant. Une de ces pratiques consiste à faire avancer une électrode nue automatiquement et à souffler les gaz de protection par une source convenable se trouvant au voisinage de la zone à souder. Une telle pratique est limitée à l'emploi d'électrodes de diamètre relativement faible et de courant d'intensité faible. De plus, les gaz susceptibles d'être employés en pareil cas, tels que l'hélium, le néon et l'argon sont relativement rares et coûteux.
D'autres pratiques sont basées sur l'utilisation d'une électrode/nue en même temps qu'un moyen de déposer le fondant
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sur l'électrode qui se éplace, puis à enlever le surplus de fondant une fois que la soudure a été réalisée. Ce dernier procédé possède de nombreux désavantages et ne peut être utilisé dans un certain nombre de cas, en particulier lorsque la ligne de soudure est inclinée sur l'horizontale.
REVENDICATIONS.
1.) Une électrode de'soudure pour former un arc enfermé dans un creuset renversé, caractérisée par un noyau métallique possédant plusieurs nervures s'étendant généralement longitudinalement en formant des rainures, un revêtement de fondant occupant lesdites rainures et recouvrant lesdites nervures, et un toron enroulé en spirale sur ledit noyau pour croiser lesdites rainures, verrouillant de ce fait le revêtement et croisant lesdites nervures, ledit toron étant exposé à la surface du revêtement pour former des flux conducteurs de la surface de l'électrode audit noyau, la continuité dudit revêtement autour de la surface dudit noyau étant interrompue par le contact dudit toron en spirale avec lesdites nervures,
mais ces contacts étant espacés longitudinalement à partir du noyau pour offrir une continuité suffisante de fondant autour de l'électrode pour permettre audit creuset de se former autour de l'arc.
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"Improvements relating to welding electrodes".
The present invention relates to welding rods and in particular to welding rods or electrodes for arc welding; it relates in particular to an improved coated electrode allowing rapid and efficient automatic arc welding; it also relates to a method of manufacturing such an electrode.
A coated electrode is an electrode in which the flux incorporated in it constitutes the sole means of
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protection of the weld, i.e. the flux coating provides a protective action during welding, whereby the weld molten metal is protected from oxygen and nitrogen from the air.
Hitherto, coated electrodes have been widely used for hand arc welding, these electrodes being made relatively short with part of the metal core of the electrode in the air at one end. so as to allow the passage of electric current in the core from the usual support. The main object of the present invention is to provide a coated electrode capable of being used in great length for efficient and particularly rapid automatic arc welding.
The invention also relates to a relatively short and coated electrode, capable of being used for manual arc welding and having advantages over conventional electrodes of which a part of the core is in the air at one of its ends to allow the electrical contact. First, the uncoated portion of the conventional type solder rod is a scrap.
Second, it is not possible to decrease the ratio of the lost part to the used part by making relatively long electrodes, since the amount of heat produced by resistance in the solder rod varies with the distance between the backing and the arc, and any overheating of the flux coating results in premature release of the shielding gases which escape from the flux coating.
In general, the aims of the invention are achieved by means of an electrode having a core with longitudinal ribs, coated with a flux, one or more strands being wound on the metal core and embedded in the flux.
As will be explained, certain relationships must be taken into account in the dimensions of these different parts.
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The invention also relates to these dimensional relationships, relating to the combination of the core with ribs constituting the electrode and of the strand or strands of metal wire arranged around the ribs of the core. The invention relates in particular to the method of contact between the ribs of the core and the strands applied to the latter, in such a way that the longitudinal sliding of the strands on the core is avoided. Preferably, the contact between the ribs and the strands is such that one obtains a locking of these two parts with respect to one another, as will be explained below.
The invention also aims at a combination such that the tendency for the unwinding of the strands wound in a spiral is relatively low, when such an unwinding is likely to occur.
The invention also relates to an efficient, rapid and inexpensive process for the manufacture of the core assembly with ribs and spirally wound strands, this process achieving the respective locking of the strands and the ribs of the core; ceprocédé also keeps the strands wound around the core.
The other objects and advantages of the invention will be discussed below. The invention will be described with reference to the accompanying drawing in which:
Figure 1 is a schematic vertical sectional view illustrating the means to be used for arc welding using a coated electrode.
Figure 2 is a cross section taken on 2 - 2 of Figure 1.
Figure 3 is a side view of one form of electrode.
Figure 4 is a cross section taken on 4 - 4 of Figure 3.
Figure 5 is a similar section taken on 5 - 5 of Figure 3.
Figure 6 is a side view of the welding rod
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before applying the fondant coating.
Figure 7 is a cross section of a variant of an electrode core with helical winding.
Figure 8 is a schematic view of the coated electrode during the welding operation.
Figure 9 is a schematic plan view of the arrangement shown in Figure 8.
Figure 10 is a view similar to Figure 6, showing an arrangement with spot welding on the electrode.
FIG. 11 is a view similar to FIG. 3 showing a variant of the electrode.
Figure 12 is a cross section of the electrode shown in Figure 11.
Figure 13 is a section on a larger scale on 13 - 13 of Figure 12.
Figure 14 is a section on 14-14 of Figure 13.
Figure 15 is a view similar to Figure 13 showing another variant of the electrode.
Figure 16 is a section on 16 - 16 of Figure 15.
Fig. 17 is a cross section of one embodiment of the electrode core, for a relatively small diameter electrode, eg 3 mm in diameter.
Figure 18 is a similar view of a preferred embodiment of the electrode core for somewhat larger diameters, i.e. on the order of mm.
Figure 18a is a partial section similar to Figure 18, showing another embodiment of the electrode, and,
Figures 19 and 20 are similar views showing other embodiments of the electrode cores that may be used in the invention.
@
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Figures 1 and 2 schematically and generally show the shape of a coated electrode of the type used for arc welding. This electrode comprises a core 20 of circular section, embedded in a cylindrical coating or layer of flux 21. The consumption of the flux coating 21 during welding lags behind the consumption of the electrode core, so that a part of the flux coating protrudes downward from the lower end of the electrode, which melts, as shown. The following views of the construction and mode of action shown are particularly important.
1.) In fact, the arrangement shown in figure 1 creates a miniature electric furnace which is very important, since it acts like what one might call an inverted crucible 22 made up of the lower edges of the cylindrical liner. flux 21. This crucible protects the melting zone from outside air.
2.) Since the cylindrical wall of flux protruding downward from the molten electrode is in the vicinity of the arc, a relatively large solder current can be used without resulting in a unstable arc showing migrations.
3.) Since the protruding cylindrical wall of the flux provides a closed path for the passage of the metal from the electrode in the form of vapor and droplets, the metal electrode cannot splash onto the base metal 23.
4.) Since the arc acting on the wall of the flux constituting the crucible creates gases by vaporization, combustion, and formation of intermediate chemical compounds, the arrangement of figure 1 acts in fact as a generator of combustion gas. Some of the constituents of the flux, however, are transformed by the arc into droplets of flux which are deposited.
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, sées on the base metal 23.
5.) The cylindrical flux wall which extends downward, provides a conduit which conveys and directs the gases produced and the flux of flux particles between the production zone and the base metal surface where the we want to achieve protection.
6.) The cylindrical wall of the flux, which protrudes downward from the molten electrode, exposes to the arc such a large flux surface that the protective gases are produced at an unusually high rate, especially when using a high intensity welding current.
7.) Since the lower end of the cylindrical flux wall is substantially even, and since this lower edge is kept only a slight distance from the base metal 23 during welding, the gases produced are formed. to such an extent that a relatively high gas pressure results. The rate of gas generation is so high that the edge of the inverted crucible can be spaced from the face of the base metal 23 in a noticeable manner without the occurrence of air ingress.
8.) As a result of the high rate of gas production and the isolation of the area where the gases are produced, the gaseous current which carries droplets of flux and metal from the electrode is projected downwards. with such force and speed that a kind of crater 25 occurs in the base metal 23, just below the overturned crucible 22.
9.) As a result of the force of the gas current, the crater 25 has a noticeable depth and the soldering action penetrates deeply into the base metal 23. A great depth of penetration is obtained by construction of the. electrode for high current intensity, for large gas production and for maintaining an effective protective flux screen.
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10.) The greater part of the gases produced exits as a result of the displacement of the welding electrode, during welding, through the opening 26 at the rear of the crater 25; this results in a backward current of gases which cover and protect the weld bead produced from the atmosphere when the weld is no longer protected by the coating of flux. The slag produced by the flux coating is carried backward along the weld by this backward flow of gas, and the result is protection of the metal weld at high temperature, from the atmosphere, when the current of protective gas moves away.
In fabricating an ideal electrode to achieve the listed purposes, certain flux coating considerations must be taken into account. First, the flux coating must be consumed at a slower rate than the metal core, so that an overturned crucible is formed. Second, the flux coating should be of such thickness that it withstands the pressure of the gases formed. Third, the coating of flux should be substantially continuous and should not have any openings, so that any significant gas leakage over the area between the overturned crucible and the parent metal is avoided.
Fourth, the coating of flux should be consumed evenly so that the edge of the crucible is relatively even, as any prominent portion of the flux extending downward from the overturned crucible could contact the crucible. weld and break when penetrating the molten weld metal.
Taking into account the delay occurring between the consumption of the flux and the consumption of the melting electrode, and taking into account the thickness of the crucible wall, three factors must be considered, namely: the thickness flux coating; the composition of the flux coating and the intensity
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weld current site. In general, the more minerals the flux contains, the greater the resistance of the flux to heat and therefore the less the flux should be used. The thickness of the coating formed by a given flux varies as a direct result of current intensity.
The ideal electrode for arc welding and making it possible to obtain the results discussed above has been realized until now, in an approximate manner for electrodes with manual welding. All welding electrodes produced to date for automatic welding, however, depart greatly from the above ideal electrode, as two difficult problems to solve are raised by automatic welding. One of these problems relates to the production of a particularly long electrode for automatic welding and capable of being wound in the factory, transported and handled without special care, then unwound during automatic welding, without resulting in loss of the flux coating and without damaging the latter.
The other problem relates to the construction of an electrode coated with a sensitive flux) -, slow non-conductive having the required shape and physical constitution, while allowing the passage of current through an insulating layer located at the bottom. periphery of the electrode and up to the metal core.
The present invention appreciably approaches this ideal electrode described above, in that it combines the solutions of the two above problems and that it enables to obtain a satisfactory electrode for automatic welding with a speed of making the weld higher than the speeds obtained to date. The general means by which this object is achieved can be understood by studying the embodiment of the present invention shown in Figures 3 to 6, which embodiment will now be described.
The new welding rod has a 27 @ core
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suitable weld metal comprising ribs or longitudinal fins 30, these fins carrying longitudinal grooves 31. On the core 27 are wound, in a helix, one or more strands conducting electric current and having the form of metal wires 32; in the present embodiment, there are two strands arranged diametrically with respect to each other.
The core 27 can be considered as comprising a solid inner rod 33 the cross section of which is circular and which has projecting parts in the form of fins, the inner rod 33 being formed by the solid metal mass located inside it. 'a circle passing through the bottoms of the grooves 31. This inner strip 33 is surrounded by a metal frame, the longitudinal elements of which are the fins 30 and the transverse elements are the helical strands or metal wires 32. The flux coating 21 occupies the empty spaces of the metal frame and it is fixed to the inner strip 33 by this metal frame.
The entire length of the helical strands 32 can be maintained above the coating of flux on the periphery of the completed electrode; but, preferably, this exposure to air is only made at certain points, namely the points where the metal wires intersect the fins 30.
The shape of the electrode shown in Figures 3 to 6 can be obtained by preliminary passing a suitable wire or metal rod through rollers or, preferably, a suitable drawing die. The manufacturing operation consists of moving the metal by stretching or rolling it, so as to form a number of fins or ribs 30. The helical metal strands 32 can then be wound on the ribbed cores of a any way.
According to a preferred practice of the invention, the winding
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of the strands on the ribbed core is carried out in such a way that the respective locking of the strands by means of the ribs of the core results. By respective blocking, it is meant that the winding of the wire or stranded wires on the core produces notches, either on the ribs of the cores to allow the stranded wires to pass, or on the wires to allow the ribs to penetrate. Preferably, the manufacturing process makes notches on each of these two parts at their intersection.
A simple procedure is to wind the strands around the core under such tension that the desired notches occur, sufficient care however being taken that, due to the relative hardness of the two metals used, the desired notches are obtained.
Instead of producing the desired results with the help of a high tension of the thread which is wound as it is passed over the various ribs of the core, it is possible to operate with pressure. Thus, the strands can be applied under moderate tension and any suitable means, such as a shoe or roller, can be used to press the strands radially inwardly against the core ribs, while these strands are wound on the core; the pressure applied must be sufficient to produce the desired notches.
Another method of achieving the same results is to pass the core through a suitable die immediately after the helical strands have been applied to the core. With such a procedure, any tendency of the helical strands to slip, as a result of the action of the die, that is to say any longitudinal entrainment of these strands, can be reduced to a minimum, or else entirely eliminated, by longitudinal displacement of the core on which the yarn has been wound in a drawing die which is fixed with respect to its axis, but which rotates at a suitable speed in relation to the longitudinal movement of the core; the gear ratio
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depends on the pitch of the helix formed by the strand, in other words on the angle that this helix makes with its axis.
In these procedures, it is preferable that the formation of the notches is carried out when the strands are locked on the core.
It would appear at first glance that the lower tendency for the helical strands to unwind as the electrode is used would be achieved by using a soft and very malleable wire. It has been found, however, that when a relatively hard metal wire is wound helically over the core and pressed to penetrate the ribs of the core, the strand is stretched beyond its breaking point each time. that it cuts a vein of the nucleus; thus the strand is blocked when it is wound up at a speed greater than that which is permitted.
Thus, the stranded wire could be wound on the core under a tension force such that it is not only in contact with the ribs of the core, constituting the desired notches, but also that the desired blocking of the stranded wire occurs. . By making the notches using radial pressure rather than by tensioning the stranded wire, this wire also jams. Once this blockage has occurred, the stiffness of the stranded wire is very desirable because this stiffness produces significant resistance to unwinding.
A metal which is particularly suitable for the strands and the core of the electrode is S. A. E. 1010, in which the percentage of carbon is between 8 and 13%.
In some cases, the stranded wire may be a relatively hard alloy chosen to allow the addition of particular constituents to the weld metal. In such a case, the stranded wires may have notches, through which the core passes, only to a small degree, or even not at all, but the ribs of the core must have notches allowing the passage of the strands and their anchoring preventing any slip or
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longitudinal movement of the nucleus.
The flux can be applied to the solid rod and the metal frame by any means. It is possible, for example, to apply this flux by upsetting under considerable pressure ensuring the penetration of this flux into all the interstices of the metal frame. The upsetting die can also be edged with medium hardness rubber, the inner diameter of the die being slightly less than the outer diameter of the metal reinforcement. Such a coating process ensures that the spiral strands 32 will remain airborne at the points where they pass through the ribs 30; this ensures that the portions of the helical strands 32 lying on the outside will be sufficiently clear to allow effective electrical contact during welding.
Since the flux contracts slightly on drying, proper updating of the helical strands 32 does not present a difficulty. If the helical strands 32 run in a straight line from one rib to the other, as has been proposed above, the helical strands can pass below the surface of the flux between two ribs, and, preferably, but not necessarily, they are submerged as seen in Figure 7.
Although the strands or metal wires 32 have no tendency to unwind, it is nevertheless preferable to fix the helical strands to the ends of the electrodes, so as to avoid any damage during handling, storage and transport. before consumption of the electrode.
For this purpose, the ends of the helical strands of the completed electrode can be suitably applied to the electrode core, for example by spot welding.
The mode of use of the new electrode and its operation for welding are shown in Figures 8 and 9. If we compare these figures with Figures 1 and 2, we see that
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the ten qualities listed for the coated electrode are found for automatic welding. The same crucible 22 is formed as well as the same solder crater 25. The solder is completely protected and the solder gases are similarly enclosed, so that they produce a pressure, which, combined with their speed, allows to eliminate the action of the outside air.
In fact, for reasons which will become apparent, the electrode shown in operation in FIGS. 8 and 9 constitutes a more efficient gas generator and it will make it possible to obtain a weld that is both deeper and more solid than an electrode coated with the gas. type shown in Figures 1 and 2.
A current of up to 1000 amperes can be used with a six mm electrode. of diameter constructed in accordance with the present invention, that is to say with an electrode whose metal core has the same section as a solid and regular core of 6 mm. of diameter. With this intensity, a 6 mm electrode is melted. in diameter at a speed of 1 m., 20, or 0 Kg 29 per minute; solder with such intensity penetrates to such a depth that an equal volume of base metal is transformed into solder metal. Thus with 1000 amperes, a certain quantity of electrode metal and of base metal are melted and transformed into weld metal, this constituting in total approximately 0 Kg 58 of metal per minute.
The penetration is so effective that it is no longer necessary to bevel the edges of the metal plates before welding, this with steel plates whose thickness is less than 13 mm. The elimination of this operation not only saves labor but also saves metal, the unremoved metal being transformed into weld metal.
When the described electrode is used to automatically weld quality steel flanges and when the electrode core is 0.12% carbon steel, the physical properties of the weld are as follows:
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Tensile strength, 4 tons, 50 to 4 tons, 78 per cm2.
Yield strength, 3 tons 51 to 3 tons, 79 per cm2.
Reduction of section 36 to 38%.
Elongation for 5 cm. 27 to 30%.
It would be impossible to obtain this weld metal quality for automatic arc welding if the welding rod used did not have the characteristics described and did not produce the various results listed.
In order to allow a proper understanding of the embodiment of the new electrode and to be able to make such an electrode to be used in determined circumstances, careful consideration must be given to the necessary characteristics of the electrode described to obtain the new results in welding. automatic.
Certain conditions which the electrodes must fulfill are of a purely physical nature and relating to their structure; they relate to the overturned crucible. These conditions include the following:
1.) The flux coating should have a minimum thickness such, however, that its consumption is sufficiently retarded so that it protrudes downwards by a sufficient amount with respect to the core of the melting electrode.
2.) The flux coating must have a sufficient thickness, moreover, so that it forms a crucible wall sufficiently resistant so that it does not yield under the high pressure of the gases placed inside.
3.) The coating of flux should be sufficiently continuous around the electrode or it should be approximately continuous so as to trap the gases formed as desired.
In Figure 5, it will be noted that the coating of flux is continuous all around the periphery of the core of the coated electrode 27, Figure 5 being a cross section made between
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points where the helical strands 32 intersect the ribs 30.
It is clear that even when the two helical strands 32 have melted, in Fig. 5, no openings will form in the wall of the flux coating. As shown in Figure 4, however, the helical strands 32 break the continuity of the crucible wall at some spaced points, but the resulting openings in the crucible wall do not significantly decrease the efficiency of the crucible, since the openings are relatively small and appear only intermittently. When the openings appear in the preferred construction, they are at diametrically opposed points and thus any gas escaping through these openings is sufficiently distributed and results in compensating actions.
4.) The coating of flux which constitutes the wall of the crucible must be fixed sufficiently effectively to resist handling, transport, winding at the factory, unwinding at the point of use, mechanical contact. with the mechanism of advance of the electrode, and with the friction of the brushes which make arrive the electric current in the electrode. Such an attachment is achieved by the metal frame described and it will be noted that at the points where the helical strands 32 intersect the grooves 31, the helical strands block the flux on the electrode 27 in an efficient manner.
5.) While a significant portion of the metal used to make the electrode may form the armature, at least half of the metal must be within the full diameter of the core for it to melt in the center of the inverted crucible. . In various practices of the invention, examples of which can be seen in the drawing, the full diameter constitutes 55 to 80% of the metal used in total, this full diameter having been called the inner rod 33.
The other conditions that the electrode described must fulfill relate to the gas production function. 'These oondi-
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tions are as follows: 1.) Since the shielding gas is produced almost entirely by the flux coating, and since an unusually high volume of shielding gas is required to obtain novel results, the metal frame must be designed in such a way that it offers a sufficient empty volume intended to receive the flux.
2.) Since the shielding gases must be formed at an exceptionally high rate, and given that one of the factors which determine the rate of production is the area of flux exposed to the welding arc , it is necessary that the flux have a relatively large interior area per unit length of the solder rod, this area being substantially larger than that provided by the ordinary solder rod of Figure 1. The non-shape circular pattern of the inner surface of the flux coating of the new electrode results in this hollow surface.
3.) Since alternating current is commonly used for automatic soldering, and since such current tends to concentrate on the surface of the conductor, it is desirable that the electrode core has a surface relatively large per unit length, this area being appreciably larger than that provided by the electrode shown in FIG. 1. The ribbed shape of the new electrode core provides a more conductive surface. big.
4.) Due to the ribbed shape of the electrode core and the surface effect of the alternating current, each of the ribs produces a small arc in which the concentration / current is relatively high; a number of such arcs work all around the electrode core 27. It will be readily understood that a ribbed electrode of the type described can thus carry
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a current of greater intensity than the single electrode in figure 1.
5.) The production of heat being concentrated in the arc formed on each of the ribs 30, it is essential that a large quantity of flux be available in the vicinity of each of these arcs, this flux acting on each of them. this; therefore each arch must be surrounded as much as possible by flux. The shape, in which the coating of flux of the new electrode is distributed, provides the necessary volume of flux to each of the individual arcs, and in addition, in this manner each of the arcs is surrounded by flux substantially in three ways.
Tests and the study of the above conditions have led to certain conclusions making it possible to produce a new eleotrode giving superior results. In the first place, the ratio of the total volume of flux to the total volume of metal in the finished electrode allowing automatic welding must be between 0.75 for a flux having a relatively high amount of mineral matter and 2.0. for a flux containing a relatively small amount of mineral matter. This ratio may exceed 1.75.
These limits must be compared with the limits used with the electrodes used for manual welding according to FIG. 1, the limits of the ratio of the total volume of flux to the total volume of metal then being between 0.78 and 1.23. Second, more than four ribs should be used, and preferably more than five ribs should be used. Generally, the number of ribs is determined by the size of the electrode core. It is preferable that a 3/13 and 4/13 cm average diameter welding electrode has six ribs; rods of 5/13, 6/13 and 8/13 cm in average diameter should preferably have eight ribs; rods of 10/13 and 12/13 cm in average diameter and above
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must have 10 ribs.
Third, it has been found preferable that a space of at least 30% of the total volume of flux is provided by the longitudinal grooves limited by the ribs; this means that 30% of the cross section of the flux must be inside the circle defined by the outer limits of the ribs. In the early embodiments of the invention, a minimum of about 40% of the cross section of the flux is placed within this circle. The minimum proportion of flux within this circle must not only make possible the rapid formation of gas and allow the consumption of flux to lag behind the consumption of the electrode core by the desired quantity, but still carry out a mechanical fixing of the flux on the core.
Throughout this description, the depth of the grooves will be taken to be equal to the radial distance separating the interior surfaces of the grooves from the circle defined by the exterior edges of the ribs. To ensure that a suitable proportion of flux is inside the grooves, the depth of the grooves should generally be wedged between 0.3 and 0.6 of the value of # Dm / N. , when the number of ribs is between six for a 4/13 cm electrode and ten for a 6/13 cm electrode.
As will be explained later, if the number of ribs is increased by making them thinner, in order to avoid a noticeable reduction in the proportion of flux in the grooves, the depth of the grooves can be between 0.3 and 0 , 6 of # Dm T
NOT
These formulas are purely empirical but express, within the limits of the working tolerances, the preferred values to obtain the desired relationship between the flux and the metal and the arrangement of the flux.
In the above formulas, Dm represents the diameter
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mean of the core or the diameter of a circle having the same area as the ribbed core; is the ratio between the depth or the radial dimension of the ribs and the thickness of the latter taken on the average diameter or on the average circumference; N is the number of ribs. In the primitive practices of the invention, which will be described hereinafter, the depth of the grooves is approximately equal to 0.5 # Dm.
Fourthly, the formation of the ribs of the electrode core should be carried out such that the final peripheral surface of the core is between 1 1/4 and twice the area of a single equivalent rod. In general, it is desirable to increase the peripheral area by half.
Fifth, the ratio of the diameter of the helical strand to the mean diameter of the core should be between about 0.16 for a 4/13 cm electrode and about 0.10 for a 12/13 cm electrode. ; the strands must be spaced longitudinally of the electrode by less than 1/3 of its measured diameter including ribs; this distance must however be less than three times this diameter.
Fortunately, the preferred embodiment described is such that all these conditions can be met without conflicting. Thus the need to achieve an exceptionally large peripheral surface for the metal core, in order to compensate for the surface effect of the alternating core, is not opposed to the need to have a relatively large internal surface. flux coating for rapid gas formation; these two necessities agree with the other necessities residing in the need for deep grooves for the mechanical fixing of the flux and the need for the flux inside the grooves to be at least 30%. of the total amount of flux.
By meeting these different conditions, moreover, there is no problem of diameter, number and pitch of the windings.
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helical and there is no difficulty in arriving at an arrangement of the helical windings: allowing a minimum desired thickness of flux, a desired total volume of flux; preventing excessive leakage from the crucible through openings on the flux coating.
In FIG. 4, which shows for example a 4/13 cm electrode, the ratio of the total volume of flux to the total volume of steel is 1.5. If a welding electrode having the same section of metal as that of figure 4 is to be used with a lower current intensity, or if one must use this electrode with the same current intensity but with a flux having a The composition is more resistant to heat in the presence of the arc, the electrode core shown in Figure 7 can be substituted for the core shown in Figure 4. The electrode core in Figure 7 has thicker ribs and the diameter, including ribs, is smaller. The ratio of the total volume of flux to the total volume of metal with the new electrode core drops to 0.86.
It is clear that the ratio of the total volume of flux to the total volume of metal can be easily changed by varying the depth and shape of the grooves, that is, starting with a regular rod, the different Ratios of total flux of flux to total volume of metal can be obtained when forming the ribs.
The importance of the shape of the ribs can be further understood by considering the function of the flux in the grooves, a function tending to protect or insulate the helical winding from the arc. This winding is embedded in the wall of the inverted crucible and constitutes a part of this wall; the protection of this winding from the intense heat of the arc prevents premature melting of this winding, the latter only being melted in the vicinity of the edge of the inverted crucible.
Figure 10 indicates the size of the heliool-
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These 32 may be attached to the core 27 by spot welding at a number of points according to one of the practices of the invention. The spot weld indicated by the reference number 34 serves not only to prevent unwinding of the helical strands, but also constitutes a number of paths for the passage of electric current in solid metal between the periphery of the electrode and the core. of it.
The alternative electrode shown in Figures 11-14 has the same appearance as the preferred form of the invention, as can be seen by comparing Figures 11 and 3.
As seen in Figure 12, the electrode has a core 36 with longitudinal ribs 37 constituting longitudinal grooves 38. At certain points, each of the ribs 37 has extensions or contact tongues 40 intended to pass through the coating of flux 41 to come into contact with the brushes of the automatic welding machine. The contact tabs 40 have the same functions as the helical windings described above. The locking of the flux coating on the core of the electrode can be perfect thanks to transverse serrations 42 made on the grooves 38.
The contact tabs 40 may be formed at the same time as the ribs 37 by using rollers constituting the ribs and having hollow parts into which the metal is forced to constitute the contact tabs. According to another practice of the invention, however, the electrode can be machined with regular ribs and the contact tabs can be formed as a result by pinching portions of these ribs. Figures 15 and 16 show how the depressions 43, formed as a result of this pinching action on either side of a regular rib 45, produce a protruding contact tab 46. The depressions 43 promote blockage of the coating. fondant.
Figures 17 and 18 show some shapes of nuclei
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used in the initial commercial practice of the invention.
In general, these shapes are characterized by the fact that they have curved shapes of large radius; they can be easily machined in drawing dies.
In such cores, the ribs and cross-sectional grooves have the same radius of curvature.
To arrive at the shape shown in Figures 17 and 18, the first step is to form a circumference whose diameter is equal to the approximate average diameter of the electrode core; this means that the circle must have an area substantially equal to the section of the ribbed core which it is desired to form. Thus, Fig. 17 can represent the core of a 4/13 cm welding electrode; in this case, the approximate mean circumference shown at 50 should have a diameter of 4/13 cm. The next operation is to determine the points of the approximate average circumference 50 which divide the circle into a number of parts, double the number of ribs that it is desired to obtain.
For an electrode of 4/13 cm; it is preferable to have six ribs and therefore the approximate average circumference 50 should be divided into twelve equal parts by twelve points 51 placed at equal distances.
Once these twelve points have been determined, twelve tangent circles are described having these points as their center. One of these circles is shown in dashed line in Figure 17.
Finally, the outer contour of the core is drawn by alternately taking part of a circle 52 to constitute a rib and another part of the following circle 52 to constitute a groove. In Figure 17, the final shape is shown hatched.
The diameter or the circumference of the circle 50 of FIG. 17 is so close to the mean diameter of the mean circumference that they can be confused; however, in reality the average diameter and the average circumference are slightly more
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larger than the diameter and circumference of circle 50. The depth of the grooves in Fig. 17 is equal to the diameter of the small circles 52 and, since there are twice as many circles 52 as there are of ribs, the depth of the ribs is approximately equal to # Dm, or approximately
2 N at half the value of # Dm. FIG. 17 shows the usual N the helical strand 53 applied to the core.
Figure 18 shows the shape of the core used in the initial commercial practice of the invention when eight ribs were used instead of six. The same process is used to arrive at this shape, with the approximate mean circumference 50 of Figure 18 being divided by sixteen equidistant points instead of being divided by twelve points; in this manner, sixteen small tangent circles 52 are drawn to constitute the curves of the section of the eight ribs and the eight grooves.
In order to make electrode cores in the manner shown in Figures 17 and 18, it is preferable to provide six ribs for 4/13 and 5/13 cm electrodes; eight ribs for 6/13, 7/13, 8/13 and 9/13 cm electrodes; ten ribs for 10/13 and 12/13 cm electrodes. The preferred diameters for the metal wires constituting the strands 53 are then:
EMI23.1
<tb>
<tb> 0 <SEP> mm.40 <SEP> for <SEP> of the <SEP> electrodes <SEP> of <SEP> 4/13 <SEP> of <SEP> cm.
<tb>
0 <SEP> mm.45 <SEP> d <SEP> 5/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb>
0 <SEP> mm.50 <SEP> d <SEP> 6/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb>
0 <SEP> mm.55 <SEP> d <SEP> 7/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb> 0 <SEP> mm.60 <SEP> d <SEP> 8/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb>
0 <SEP> mm.65 <SEP> d <SEP> 9/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb>
0 <SEP> ram.75 <SEP> d <SEP> 10/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb>
0 <SEP> mm. <SEP> 90 <SEP> d <SEP> 12/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb>
These stranded metal wire diameters are approximately between 16% of the mean diameter of the electrode for the smallest dimension and approximately 10% of the
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mean diameter of the electrode for the largest dimension.
Figure 18a shows, by way of example, how the electrode core of Figure 18 may have a slightly different shape as a result of the increase in the number of ribs, without there being any change. noticeable volume of flux in the ribs. It will be noted that the number of ribs is greater, but that their thickness is smaller. The depth of the core grooves shown in Fig. 18a is approximately 0.5 # Dm T.
NOT
Figure 19 shows a shape of the core, the section of which is made by circles of large radius for the grooves and circles of relatively small radius for the ribs.
As a result of this shape, thinner ribs are obtained and this increases the total proportion of flux which is inside the circles defined by the outer edges of the ribs. With this shape, the depth of the grooves is approximately 10.6 # Dm.
NOT
Figure 20 shows a core having the same number of ribs as Figure 18, these being relatively thin. In this form, however, the grooves can be relatively shallow; in fact, their depth is 0.3 # Dm.
NOT
The various advantages of the new electrode for automatic welding can be understood in the light of the solutions offered to date, for the two problems of effectively joining the flux coating to the core and allowing the passage of current to the core. through the fondant.
According to a solution previously produced in the trade, automatic welding machines are fitted with devices which progressively cut a longitudinal slot in the coating of flux as the welding rod is brought between the jaws of the welding machine. machine constituting the current terminals. A slit of the same type is made
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according to other practices, by equipping automatic welding machines with devices which make it possible to enclose a bare electrode in its flux gradually as the electrode leaves the jaws constituting the terminals for supplying the current.
In the latter case, generally, the flux has the form of a ribbon which is folded longitudinally all around the electrode, so as to allow a certain small space to be created longitudinally between the edges of the ribbon.
These two solutions encumber and complicate an automatic welding machine. These two solutions, moreover, require a determined orientation of the welding rod with respect to the direction of longitudinal displacement of the part to be welded, since the longitudinal slot allows the shielding gases to pass and must therefore be directed towards the end of the welding rod. the welding.
Such orientation cannot be satisfactorily maintained in practice because of the torsion existing in the electrode core and occurring during manufacture, in particular as a result of customary stretching thereof. The most significant disadvantage of the slit-carrying electrode for automatic welding, however, is that shielding gas is lost through this slit, this loss being substantially increased as a result of the slit being radially. widened by the passage of the gas current produced by the arc.
Another prior solution which has not been found to be sufficiently satisfactory for commercial use is to wind a conductive wire helically around the conventional single electrode core; this helical winding passes through the coating of flux and is exposed around the periphery of the finished electrode. In such a construction, the flux coating is made up of a number of separate helical strips, which form a sort of flux tab instead of forming a flux crucible.
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The use of a core / electrode carrying longitudinal ribs without any winding is also not satisfactory for the same reason, the grooves in the electrode also dividing the flux into a number of separate longitudinal parts.
Another prior solution was used in practice but this use was only very limited: this solution consisted in treating a certain number of threads generally twelve or more in number around a single core; in such a solution, the flux occupies the intervals between the different wires of the braid, and these wires are exposed externally and allow electrical contact. Such a construction presents on the one hand a great difficulty of production and on the other hand it is very expensive on a commercial scale, and also it gives unsatisfactory results, given that the empty spaces of the yarn braid do not do not provide sufficient volume to the fondant. Increasing the diameter of the wires that make up the braid simply decreases the relative volume of the flux.
The coated electrode as it has hitherto been presented for automatic welding has therefore proved unsatisfactory and produced poor quality welds; also, other methods of protection not provided by flux coatings have been used. One of these practices consists in advancing a bare electrode automatically and in blowing the shielding gases by a suitable source located in the vicinity of the area to be welded. Such a practice is limited to the use of electrodes of relatively small diameter and low current. In addition, the gases which can be used in such a case, such as helium, neon and argon, are relatively rare and expensive.
Other practices are based on the use of an electrode / bare at the same time as a means of depositing the flux.
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on the electrode that moves, then to remove the excess flux once the solder has been made. The latter method has many disadvantages and cannot be used in a number of cases, in particular when the weld line is inclined to the horizontal.
CLAIMS.
1.) A solder electrode to form an arc enclosed in an inverted crucible, characterized by a metal core having a plurality of ribs extending generally longitudinally forming grooves, a coating of flux occupying said grooves and covering said ribs, and a coating of flux. strand wound spirally over said core to intersect said grooves, thereby locking the liner and crossing said ribs, said strand being exposed to the surface of the liner to form conductive fluxes from the surface of the electrode to said core, the continuity of said core coating around the surface of said core being interrupted by the contact of said spiral strand with said ribs,
but these contacts being spaced longitudinally from the core to provide sufficient continuity of flux around the electrode to allow said crucible to form around the arc.