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La présente invention concerne la soudure à l'arc slec-
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triaue, et plus spécialement un procède et un appareil perfec-
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tionnés de souôure a. l'arc sous la protection d-Itui gaz, avec électrode métallique fusible 1J.VDnçan t vers la pièce à souder. lu cours des premières recherches de soudure avec du fil C.'c.lu.:l7..C1111Ct d'un dial1l'tre de 1/16 pouce (1,6 n.:), il a pté constata qu'un arc protégé à l'argon et foiiclionnant sous une tension inférieure à 20 volts avec un courant de 120 à. Il,0 s."3.pères produisait des projections considérables, et oonnait der. résultats non satisfaisants.
Plus r(-'ce7iL iient, il a été découvert que ce Genre de soudure à. 7¯'arc sous la protection 1; "un r;a.z re fait le :.d.eux avec un courant tie ;a,; de protection 1,'.1.liüo.irG, non turbulent, c0l;le
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d f. propose pour les électrodes en -. 4ta,1 rrfract aire. mpis, dans 1<: ci.s .électl'0ciqs fusible::, 1# courant gazeux non turbulent ';ait 'n:ra.leent 13::?itE: aux soudures à polarité inverse (électrode
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positive) .
La présente invention est basée sur la découverte que, si on fait circuler un courant de gaz de protection enveloppant
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l'arc à une vitesse, en c1oGr2s Reynoids cleve il est possible d'utiliser du courant alternatif ou du courant continu (électrode positive ou négative) pour obtenir un arc ayant une gr1.de stabilité.
Plus 1récisÔlllent l'invention a pour objet un procédé de soudure à l'arc dans lequel un arc électriQue, établi entre une électrode nntallique fusible et une pièce 2. souder, est :roté::;,) par un courent annulaire de gaz drbitP par un ajutage entourant le, partie cl'extrànité de 1'flectroâc-, et si on le désire, la densité du courant dans 1' <Jlectroô.e est maintenue suffiSB.!.1!!lent élevée 'oour le #a,$té:1 fondu passe de l'électrode à la pièce'a souder en une pluie de gouttelettes distinctes. fuivant 1'invention, le éo-ai?>.I1t Gazeux annulaire sort du dit ajutage, !:J. une vitesse, en degrcs LeTiolos de plus de 2000 (de préférence de plus de 3000) rce à quoi 1-1pre est en substance enferné dans le courant gs-seux qui l'entoure et
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'stabilise par lui.
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L'invention a auspi pour objet un porte-électrode de soudure à l'arc pour l'exécution du procé<1¯fi orn'citc-',, coiiprenant un ajutage à. gaz pourvu d'un. tube de guidage conceiltriau.0, conduisant le courant et servant D. diriger une électrode vers la pièce z.
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souder par l'ouverture de l'ajutage, ce porte-électrode étant carac-
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térisé en ce que le tube de guidage 1!É>nètre ;;, l'intérieur d'une partie d'extraite cyliiidrioue section réduite de 1':juta,e, 0finissant ainsi un espace amiulairepar 1ec11.101, le sa,7, peut s'échapper 8. une vitesse, en degrés lteynolcis, suricure 000 de façon limiter et à stabiliser en substance un arc établi entre l':7¯actroëe
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et la pièce à souder.
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Le procède de l'invention :::' Gj'(cL1.te, de 11rÓf';rcHce en
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3.ci::;'a.lt éeua7;"cr .le C;
±'.z: à 11118 vitesse de sortie de plus de 10 )iGc1. (3 -'i.ètrE)::' par seconde par l'orifice r.nn'ulc-.ire de 1',:. jt?.v, ;e.
,"'1 oL;.tre, caand la. tension et le courant de l'arc oscillent,, un (.tCl'G de résonance audible peut être établi 3, 3'inttï ieur de ], '.L..L.'1 des conduits y 1-1 ;az, de façon au. superposer. une oscillation :Ul).'.)],;';,],E.m,ti1ire é ;,u couran-t et n l é. tension'de l'arc.
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L'oscillation obtenue est un multiple de la fréquence ('''oscillation '
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de la tenpion el' ali:;1Gnte:tion de l'arc. Par e;re?ple, ,d.ans le GS . d'un roseau à 60 périodes par seconde p reôresseT 1.ent triphasé, .."'.
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à double alternance et potentiel constant, l'oscillation résultante
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peut être un ;nultiple de la fréquence d'ondulation de 360 périodes
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par seconde. Une telle oscillation présente un avantage inattendu. en ce que l'arc devient extraordinairement stable et en ce qu'on obtient une excellente protection d.e la soudure. En outre, le' , transfert de métal dit en pluie est obtenu avec des baguettes
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cl'alu.l1liniu.l!l, sous des tensions ausi;1 basses que 18, volts, quand on utilise un courant de 195 ampères ii polarité inverse (Electrode positive).
Avec un tel courante il 4tait normalement iupossible d'obtenir le transfert en pluie sous /les tendions d'arc de moins de 2?, volts. De neilleurs rcsultats pont s.uss>1 obtenus dans le cas
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, de la'polarité inverse (électrode négative).
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L'arc de la présente invention 6..;c.t, de :orî're'mce9 'un son aigu ou siffle,.lent car2.ctnristioue (au-L'eFf'u.'" de ?C0 et jusqu'à 12.000 périodes pcr seconder qiuoi-c<u'il y <.il; des conditions j sans bruit, de stabilisation de l'e'1'c et c e 1 i:rita. tio:O du gaz '. l'extérieur de l'ajutage (onl1< !1.t les nV[nt8::ef! inattendus de la présente invention.. On peut utiliser tout ;;c:..: Co>ive; a-ble suivant le genre et le type àe ratière, en c a:u s e , :=;;.11[,; sortir du cadre de 1 a présente invention.
La prose:. Lie invention présente de no-brcux .v-.atar:es au point de vue de la quali t6 eu. tm:.uT,il, co ..Le une icilleure protection de la soudure, une pénétration plus orofondG et une r'c'1!ction de la porosité. Ces avantages peuvent être olJl;;=iivs [.us,i bien avec le J
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cocrLl1..t ro rov< 1Ji?1 du type ''': potentiel, cQ}'u'ttnt.1 ru'awec ie tY1)e cl<'.ssÍ0ue à caractéristique volt-a 2pèie t0¯¯i7c.Ilte.
L'instabilité 6e 11.rc, une pénétration insuffisante de 105. soudure, et une soudure cx,:-.:;(ré:.10L1t poreuse' étaient des difficultés courantes (..,:'1:'3,le cas de la soudure ? potentiel constant avec un arc sous la protection d'un gaz et avec une électrode fusible, surtout dans le cas de
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l'".luIl1iniu.'1. En outre, quand on soudait avec des fils d'aluminiuhi de petit diamètre, par exeliple d'un diamètre de moins de 1/16 de pouce (1,6 ma), des arcs se produisaient à l'extrémité du tube de
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guidage et faisaient coller le fil, par fusion, a l'extrônitpy ce qui arrêtait l'avancement du fil.
Dans le passc, de no-uibreux contacts 61ectrimues spéciaux ont été essayes avec l'espoir de supprimer ces difficultés; les résultats ont toujours été tout sa'plus partellement satisfaisants. La présente i1.1v:""' '-:'-,';1 supprime Ces' cultés, de façon inattendue.
L'étude de la forne c'ç.ûe-cu cO'1r'2.nt et de la tension et des Dh4no.Tnes correspondant aux vitesses élevées j nontre eue le sifflement de l'arc est réellement un état de l.'(;-#1QnCe ",u(lib1e.
Cette résonance a pour effet que l'arc se contracte et se dilate avec, comme résultat, des variations du courant et de la tension
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'd'arc la fréquence de résonance. Li tous cas, suivatvt la :?-r-sente invention, l'arc est entouré et stabilisé par le gaz sortant de l'ajutage. La vitesse de sortie calculée de ce' courant gazeux entou-
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rant et avoisinant directement l'arc, est au --ioiiis doub1e,'ô.é la ' vitesse utilisée dans le passé pour la soudurel'arc sous la protection d'un gaz avec une électrode fusible.
Dans les dessins annexés:
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La figure 1 est une représentation t'chél1l&,tiqve de 1"inven- tion, et
La figure 2 est une coupe verticale- partielle d'un porte- électrode suivant l'invention.
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Conne le montre la figure 1, le nez du porte-électfode 2 comprend un ajutage avec une partie d' extrCli tf. retrécie 1 dans la-
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réelle pénètru 10 bout d'un tube cie ::uid8e COl'Ù"'Llct,1ùl' rie'courcjit 3. un ow,^ce .. l1UlÜ:Üre relativement recuit 4 est ainsi m.l(5na6; ¯:, .t lcu.e7¯ li: courant gazeux de protection 6e l'arc passe.
Le travail è de préférence, en maintenant l'ajutage très 1. è l'e ID pièce a,souder.
Jusqu'ici, l'invention a été mise en -)ratictue dans les limites suivantes de variation c1espara;.llètres : des ajutages ayant des ouvertures de -débit s de diamètre de 3/8 pou.c.e z;,5 5 nù) et de diamètre de 7/16 pouce (11,1 mm) ont été utilisésavec succès. Des tubes de guidage d'un diamètre extérieur de 1/4 de
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pouce (6,4 1I1ltl) è. ont donné satisfaction. Une distance en retrait B variant de zéro à 1/, due pouce (6,4 1.) entre le bout du tube et celui de l'ajutage, a donné de bons résultats avec de
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petits ajutages, uais, comme on pouvait s'y attendre à cause de la perte de vitesse à, la sortie, des distances en retrait de plus
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de 1/A de pouce (61,. provoquent une diminution à la fois de la stabilité de l'arc et de la -protection de la soudure.
Pour obtenir les meilleurs résultats avec les forces d'exécution actuelles, il faut utiliser de courtes distances C entre l'ajutage
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et la pièce à souder, avec un maximusi de 1/2 Douée (12,7 )#J.). Des débits'd'argon de plus de 30 pieds cube à l'heure (0,85 m3 à l'heure) ont été utilisés. Il est intéressant que l'ajutage et le bout du tube de guidave soient aussi concentriques que Dossible.
D'excellents résultats peuvent être obtenus avec des angles d'in- clinaison d'électrode D (voir figure 1) compris entre zéro et dix degrés. Jusqu'ici on était obligé d'utiliser des angles de plus de dix degrés pour obtenir une bonne protection, surtout
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dans le cas de l'aluniniun.
Coraue le contre la figure 2, un porte-électrode de soudure 10 est pourvu, (i'u.ne baguette-électrode en -¯ wtal nu 11 passant dans un tube (le guidage (contacteur électrique) dont le bout 12
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est centré a l'intérieur d'un ajutage a gaz 13 de façon a définir un orifice annulaire 14 pour le .0±1.2;. Un arc de ;OLlc1ul'e est établi entre l'extrémité de la baguette 11 et une pièce 2 soue' or, tandis
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(!1:C le gaz i',<cha;; - e 1> uLie vitefse de C' 1T pieds ou cl6.V::ltè.:;e (3 w:ires ou dc.vaü.te..:;e) 9al' seconde de ?¯'orifiee 1., de façon 8.
)rOI.,t>0r, Cil'coüscrire et ctaiJilisei? l'û.I'c, )8nG<.:.üt eue la baguette avance vers la pièce souder. Le courant 1-'arc est .Ollrrli avec une intensitc suffisante pour projeter le ..14tal en fusion axialei,leilt de 1'extrc>>itc: de la baguette-électrode vers la pièce à souder, sous la for,.:e d'une "pluie" de iines gouttelettes distinctes de métal fondu sous la protection du 6Rz.
La soudure à l'arc automatique de l'a11:['1ini11l,1 avec électrode fusible, sous la -protection d'un gaz et avec de 1 énergie
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sous potentiel constant, est de plus En plus utilisée. Jiasq'ulici cependant, les résultats obtenus avec une alinentation sous potentiel constant ont été assez décevants, surtout dans le cas de 1-laltutiiniu-,P-, à cause de l'instabilité de 1'a.rc.
CVf'XJ.(1. oÍl. utilise des baguettes de faible di2.11ètrc, les difficultés sont encore 2.ggravées à cause des arcs qui se produisent dans l'eAtréitÓ 0U tube de guidage et provoquent l'arrêt de la bajuette de soudure.
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Suivant la présente in;Jen.tion, on peut utiliser un ajutage de faible diamètre 13 ayant un diamètre intérieur d'environ 3/8 pouce (9,5 mm) en combinaison avec un tube de guidage 12 dont le
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. bout vient à ras de extrémité de 1'c.juts.ge et un diamètre extérieur d'un quart de pouce (6,4 rn) . .vec ce dippositify on obtient une amélioration phenonenale de l'098ration due soudure.
La lon- gueur de l'arc reste constante pendant toute la durée de la foudurej les valeurs moyennes de courant d'arc et de tension 6'arc sont relativement constantes; la protection de la soudure est excellente; la porosité de la soudure est réduite ou supprimée; et la produc-
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tion d' arcs au bout du tube de guidage ' est prr.tt:lcluement ';li;1ine, mê'..'ic avec une baguette-électrode de faible c??r.l;tre et sous '9oton- ' fiel constant.
La présente invention présente de nombreux autres avantages concernant la qualité du travail, entre autres une pénétra- tion plus profonde de la soudure et un courant de transition plus fai.
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ble quand on utilise du courant continu, que ce soit avec i>ol.z.rit#'
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invorpe (ficctroc'e pop-i.tive) ou avec .?oia.rit4 directe (Electrode nez' 1:; v-c:1 , Des soudures faites sur de la tôle Epaisse o.'aluninium pur d'une (9ais8eul', de 5/8 pouce (11,9 ïoJI.l) avec -un orte-lectrode du tjj,>; 1:uivàiat l'invention, une baguette d 'é!lu,:iiniui=1 d'un diamètre de 3/32 pouce (2,4 ijui) , 'un courant de soudure continu de 300 [r)8reS avec polarité inverse (électrode positive), un arc de 2L, volts, une vitesse de soudure de 11 pouce;: à. la "iinu.te,.
(:::8 ci.1 -:.:)01' minute) et un débit d'argon de 50 pieds cubes iJ. l'heure (1,41 m3 à l'heure), centrent des surfaces de soudure ?j.us propres et l'a.brence de dnpots noirs sur le métal de base.
De rapides essais ont été faits avec des bauetts-,en - :, : 1.16, taux autres que l'al1LniniuIn., entre autres l'acier, 1 ' a qi êà inondable elle bronze au silicium. On a aussi essaye d'autres gaz de protection au lieu de l'argon, parmi lesquels: l'ôxyéargon, l'hêliuin, des uelanges d'argon et d'hìiw;4, et 1 anhydride carbonique. La polarité inverse (électrode positive) ,et la polarité
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directe (électrode négative) ont etc. utilisées e t, dans chaque
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cas, on a obtenu une néioration notable de la stabilité dé l'arc et de la qualité de la soudure, comparativement a ce qui es) norma-
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le'!lent- obtenu en soudure à l'arc sous la protection d'un gaz avec
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électrode fusible.
.La présente invention est intéressante en pratique à. bzz plus d'un titre. La stabilisation de .l'arc est d'un interet'."pri- , .. I;n '. t ceci " 't t, ... l,; 1 IJ riiordial. En ajoutant ceci la profonde pénétration et'a l'ëxcellentf protection, il est possible de roaliser des soudures in3,ttez!ôr.spu.es relativement longues sans défauts. Par exe:,iplo, jUS0U'iC:t,.lZ' foudure d'un cordon d'une longueur de 5 pieds (1/5 w, en alw.rÍniul:1 d.'une.épaisseur de 1/8 pouce ( 1 >1.,:il pour des réservoirs à (èau. chaude n'était pas entièredent satisfaisante, parce que des']variations'importantes de l'arc se produisaient occasionnellement arrêtant la pénétration de la soudure et !,H'OVOC'1.H:'.Ü-t; des défauts.
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La présente invention résout ce ijeni'e de robl6;tM..-.îi outrer la ')8nrtration 'olus nrofonc1e réduit et, c)H11S certaine car., supôri e
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1 tlcces:ïit' du retouches a l'é<rx>ii>re eu cordon. ruoic'ue ces -!'.'Wic ¯E?S concernent directe icnt la soudure de l'[,l1.1J.:iniu,l SieC du coura#>t a potentiel constante des :ivc-intn,,,-,,es ont aussi été rfaljs s vec d'autres ources d'énergie électrique et :vec d'autres uéfaux.
L'expression, "courant de trA..."1si tion utilisée ci-avant est 'crise dans le sens ôu niveau de courant sous leouel le transfert)* de !.létal se fait sous la forme de gouttes de ;.16-tà.l foné,1x visibles et au-dessus duouel letransfert est réalisé sous la forme d'une "pluie" de petites gouttelettes distinctes.
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R E ZT E il D 1 C h T 1 0 N 3.
1.- Procède de soudure à l'arc dans lequel un arc
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électrique, établi entre une électrode jtiétallifue l'Lisible et une pièce à souder, est protégé par un courant annulaire ëe az débité par un ajutage entourant la partie c:' eYtr'-ü tc de e l' (;lectrode, et si on le désire, la densité du courant dans l' 1cctl>oe1.e est maintenue suffisamment élevée pour que le 119tal fondu D8.Sf!e de l' 01ectrode à la pièce à souder sous la for;üe -luiie pluie de Gouttelettes distinctes, caractérisé en ce qu'on fait sortir le courantgaleux
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annulaire de l'ajutage a une vitesse, en degrés HeY1"lOlÔ,s, de plus de 2000 (de préférence de plus de 3000), grâce à quoi l'arc est en substance circonscrit et stabilisé par le courant gazeux qui l'en- toure.