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PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LE CHAUFFAGE DE MATIERES DANS UNE ATMOSPHERE CONTROLEE.
Cette invention est relative à un procédé et à un dispositif perfectionné servant à développer de hautes températures.
Il est évidemment connu depuis de nombreuses années de dissocier les molécules d'hydrogéne au moyen d'un arc électrique et d'utiliser une "flamme" de recombinaison des atomes d'hydrogène, par exemple pour souder des métaux réfractaireso Ces procédés présentent, toutefois, certaines limi- tations sérieuses car il est difficile de contrôler un arc de courant con- tinu ou de courant alternatif basse fréquence établi soit entre deux électro- des de tungstène ou entre une telle électrode et l'ouvrage. Ces difficultés sont dues à la nécessité de maintenir au moins une des électrodes à une tem- pérature d'émission thermionique et elles résultent du fait qu'il est sou- vent difficile d'assurer un contrôle convenable de l'effet calorifique.
Dans le procédé perfectionné faisant l'objet de la présente in- vention, cependant de hautes températures sont, comme précédemment, pro- duites par recombinaison des atomes mais la dissociation des molécules de gaz se fait au moyen d'une décharge à haute fréquence. Dans cet agencement, au- cune émission thermionique n'est requise à partir des électrodes, qui peuvent être utilisées tout à fait froideso De plus, par un choix convenable de la fré- quence, une décharge en couronne peut être obtenue à l'extrémité d'une seule électrode. Un tel moyen de dissociation des molécules convient particulière- ment bien pour être utilisé avec une atmosphère contrôlée.
L'appareil perfectionné faisant l'objet de l'invention peut com- prendre une chambre fermée, contenant une électrode prévue pour être mainte- nue à un potentiel haute fréquence élevé de façon qu'une décharge soit établie, et des moyens pour fournir un gaz convenable comme atmosphère de la chambre.
De plus, le même gaz ou un gaz différent peut être amené sous forme de jet,
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au voisinage de l'électrode. La chambre peut être pourvue de moyens grâce auxquels l'ouvrage et/ou l'arc puissent être manipulés et l'on peut pré- voir le refroidissement de la chambre, par exemple au moyen d'eau circulant autour d'elle.
La production du potentiel haute fréquence élevé requis se fait avantageusement au moyen d'une ligne de résonance qui peut comprendre deux conducteurs concentriques, l'extrémité à haut potentiel du conducteur interne dépassant dans la chambre,tandis que l'extrémité correspondante du conducteur externe y est fixée. Les autres extrémités des conducteurs seront connectés ensemble et l'énergie haute fréquence, appliquée en un point du conducteur interne convenablement choisi par un dispositif de bran- chement coulissant. Le conducteur interne peut être creux et les gaz peuvent le traverser pour atteindre l'arc, tandis que l'électrode peut comprendre une tige ou tube de métal réfractaire, fixée à l'extrémité de ce conducteur.
Afin que l'invention puisse être clairement comprise, on décri- ra maintenant une forme de l'appareil qui en fait l'objet, avec référence aux dessins ci-annexés, ou : la figure 1 est une vue schématique, la figure 2, une vue latéra- le et la figure 3, une vue en bout, la figure 4 montrant, en partie en coupe, un détail de l'appareil, à plus grande échelle, et les figures 5 à 8 montrant des agencements constituant variantes d'une partie de l'appareil.
Si l'on se réfère tout d'abord aux figures 1 à 4, on voit que l'appareil comprend une chambre fermée 10, dans laquelle le travail doit être effectué et qui peut être refroidie, par exemple par un passage d'eau par le conduit 11. Le chauffage est produit dans une atmosphère d'hydrogène par exemple, qui est amené d'une source 12, par le conduit 13, contrôlé par une soupape 14, à la chambre 10, l'excès de gaz pouvant être retiré de cette cham- bre par le conduit 15, portant un collecteur 16, pour être amené à un bec 17, où il est brûlé.
De la chambre 10,part une ligne de résonance 18,qui com- prend deux'conducteurs concentriques 19 et 20 (figures 2 et 4), le conducteur externe 19 étant relié, à l'une de ses extrémités, au corps de métal de la chambre 10 et, à son autre extrémité, au conducteur 20. Ce conducteur 20 tra- verse le conducteur 19 et s'engage dans la chambre 10, de laquelle il est espacé par une matière isolante convenable. Le conducteur 20 est de préfé- rence creux et un gaz convenable, qui peut être le même que celui qui crée l'atmosphère dans la chambre, traverse le conducteur 20, ce gaz provenant de la source 12, par l'intermédiaire du tube 21 et de la soupape du contrôle 22.
De l'énergie à haute fréquence provenant d'une source 23 est ap- pliquée à la ligne de résonance 18, la fréquence de la source étant choisie de telle fagon que la ligne ait approximativement un nombre impair de quarts d'onde. Gomme on peut le voir plus clairement à la figure 4, le raccordement à la source se fait avantageusement au moyen d'une borne 24, qui peut coulis- ser dans une fente 25 du conducteur externe 19 et qui établit le contact avec la surface du conducteur interne 20. Par réglage approprié de la fréquence du générateur 23 et de la position de la borne 24, un potentiel élevé peut être établi à l'extrémité du conducteur 20, dans la chambre 10, et une dé- charge en arc ou en couronne peut être maintenue.
La chambre est avantageusement pourvue d'un ou de plusieurs or-- ganes de manipulation 27, qui sont montés à coulissement dans des joints sphé- riques 28, fixés à la paroi de la chambre.
Comme on peut le voir plus clairement aux figures 2 et 3, la chambre 10 peut être de forme circulaire et avoir un diamètre interne de 8 pouces par exemple et une profondeur de 4 pouces. Les faces frontale et pos- térieure sont pourvues de couvercles 29 et 30, qui sont maintenus en place au moyen d'écrous vissés sur les tiges 31. Les couvercles sont munis de fe- ntres de mica ou de toute autre matière transparente convenable et, par me- sure de prudence, la fenêtre qui se trouve en face de l'ouvrier est de pré
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férence formée d'une matière plus épaisse et a un diamètre plus petit que l'autre fenêtre;, si bien que,si une explosion devait se produire, ce se- rait la fenêtre postérieure qui serait soufflée.
Pendant le fonctionnement, le gaz provenant de la source 12 est tout d'abord envoyé à la chambre 10 par le conduit 13, le soupape 14 étant ouverte,et après que l'air a été chassé, le gaz sort au bec 17, où il peut être brûle, dans le cas d'hydrogène. La puissance du générateur est alors appliquée et une décharge est établie à l'extrémité du conducteur 20, à 1' intérieur de la chambre. La décharge peut être commencée par amenée de l'un des organes de manipulation ou de l'ouvrage en contact avec le conducteur.
La décharge peut être contrôlée par réglage du débit du générateur. Dans ces conditions,et si l'on emploie de l'hydrogène dans la chambre, il y aura un développement considérable de chaleur sur toute partie de métal placée dans
1 are ou à proximité de celui-ci. Une partie de cette chaleur provient de la recombinaison moléculaire et une partie peut, dans certaines circonstances, être due à l'impact des particules chargées avec l'ouvrage ou les particules de gaz qui l'entourent. Cependant, en usage normal, du gaz est amené par le conducteur 20 et la soupape 22 et s'échappe par un orifice annulaire 33 (fi- gure 4), entourant une baguette de tungstène 34, qui peut être fixée dans l'extrémité du conducteur 20.
Les molécules de gaz seront dissociées par la décharge provenant de la baguette 34 et une "flamme" @rès chaude de recom- binaison des atomes est produite. De cette façon, le chauffage peut être lo- caliséet contrôlé de façon précise. Pour un travail très fin, la baguette de tungstène 34 peut être remplacée par un tube d'acier inoxydable que tra- verse le gaz pour sortir au centre de la couronne, au bout du tube. L'écou- lement du gaz maintient même un tube d'acier suffisamment froid et, en général, on peut dire que si elles sont correctement employées, les électrodes ont une vie illimitée puisqu'à aucun moment elles n'ont à être traitées à de très hau- tes températures.
En comparaison des systèmes antérieurs, l'émission d'élec- trons des électrodes n'est pas nécessaire et elles peuvent être maintenues tout à fait froides.
Les figures 5 à 8 montrent certains agencements constituant va- riantes de l'électrode 34 et du conducteur 20 représentés aux figures 1 à 4.
Selon la figure 5, le conducteur 20 porte une électrode 38, dont l'extrémité est placée près d'une petite ouverture 39 d'un écran de métal 40, qui couvre l'ouverture menant à la chambre 10, le gaz étant amené dans ce cas autour du conducteur 20 et dans la chambre par l'ouverture 39. Selon la figure 6, l'é- lectrode 41 du conducteur 20 est pliée avec son extrémité dirigée vers l'ex- trémité d'une seconde électrode, 42, montée dans la paroi de la chambre, 1' amenée du. gaz à la décharge s'opérant sous forme d'un jet par le conduit 43.
Selon la figure 7, le conducteur interne 20 des agencements décrits précédem- ment est ici formé par deux conducteurs espacés 44 et 45, qui sont commandés électricuement, en phase opposée, à partir d'une source convenablement pré- vue. Les conducteurs sont pourvus d'électrodes 46 et 47 à leurs extrémités et le gaz est amené sous la forme d'un jet venant du tube 48 dans l'arc si- tué entre ces électrodes.
La figure 8 montre une variante de l'agencement des électrodes représenté à la figure 4, variante dans laquelle l'électrode 49 est prévue à l'extrémité d'un tube 50, qui, à son tour, est monté dans une suspen- sion à la Cardan 51, à l'extrémité du conducteur 20. Au moyen de fils 53 s' étendant de la suspension à la Cardan, par le conducteur 20, à son extré- mité "à la terre", la position du tube 50 et, de là, la position de l'électro- de peuvent être réglées sur une large gamme.
Du gaz est fourni à l'électrode 49 par un conduit flexible 52, de caoutchouc ou matière analogue, qui, comme il est montré, traverse le conducteur 20 et est fixé à l'extrémité interne du tube 50
Les agencements donnés ci-dessus ne sont décrits qu'à titre d'exemple et on appréciera que de nombreuses modifications pourraient être ap- portées à ceux-ci selon la nature du travail à effectuer. Par exemple, si la matière est à chauffer dans un creuset, l'électrode peut être disposée an
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dessous du creuset et la "flamme", dirigée vers lui. Dans un tel cas, en ou- tre, un arc peut se former entre l'électrode et le creuset. En variante, la "flamme" peut être dirigée dans un creuset,si l'on désire faire usage des propriétés fortement réductrices de l'hydrogène atomique.
L'appareil est d'un usage simple et la température développée peut facilement être contrôlée par réglage de la puissance fournie par la source à haute fréquence. Dans un cas particulier, la puissance fournie par la source était de 1000 watts, à une fréquence de 100Mc. mais, à de nombreu- ses fins, suffisamment de chaleur peut être obtenue avec quelques centaines de watts seulement. La source peut comprendre une simple forme de circuit d' oscillateur à cathode accordée par grille et comme la décharge assure une Q de la ligne de résonance non élevée, l'accord de l'oscillateur n'est pas cri- tique.
Bien que dans la plupart des cas, de l'hydrogène soit utilisé iL la fois pour créer l'atmosphère de la chambre et pour la dissociation due à la décharge, on peut, dans certains cas, utiliser de l'azote ou un mélange d'azote et d'hydrogène, notamment dans les cas où une atmosphère inerte est requise et où la production de nitrures métalliques ne provoquera pas de difficulté. En effet, tout gaz ou mélange de gaz convenable ayant un consti- tuant moléculaire peut être employé. Pour un travail très fin, on peut em- ployer de l'hydrogène dilué avec de l'argon ou un autre gaz noble, pour don- ner un effet calorifique réduit.
L'hydrogène convient particulièrement bien pour certains buts puisqu'une atmosphère d'hydrogène en présence d'hydrogène atomique très ac- tif a un effet de nettoyage et de désoxydation inégalé. Dans ces conditions, les métaux coulent et s'allient facilement et l'appareillage délicat qui a ' été oxydé peut être nettoyé sans que l'on courre le risque des dommages con- sécutifs à l'emploi d'acides ou de procédés mécaniques. Les soudures et les joints sont naturellement produits brillants et exempts d'oxyde et il n'est pas nécessaire de recourir à un décapant.
L'appareil faisant l'objet de cette invention peut fournir des températures suffisantes pour fondre la plupart des métaux et matières ré- fractaires, en particulier s'ils sont placés à proximité de l'électrode et si l'arc peut les atteindre.
L'intensité du chauffage est contrôlée si facilement, par ré- glage de la puissance appliquée, qu'il est aussi simple de fondre une baguet- te de molybdène de 5 mm. que de souder un thermo-couple cuivre-euréka de 40 s.w.g. et cette possibilité de contrôle permet d'utiliser l'appareil pour de nombreux buts différents, allant, par exemple, de la fabrication des pièces de dispositifs électroniques, telles que soupapes et analogues, à la soudure de creusets en métaux réfractaires ou à la réduction de mine- rais métalliques.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de production de températures élevées au moyen d'a- tomes se recombinant d'un gaz ayant un constituant moléculaire, caractérisé par le fait que les molécules du gaz sont dissociées dans une atmosphère con- trolée, à l'aide d'une décharge électrique à haute fréquence.