<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention concerne le travail de métaux à l'arc, en particulier, un appareil et un procédé perfectionnés pour la soudure et le découpage à l'arc à l'aide d'une électrode continue consumable,la pièce à souder étant connectée dans le circuit de l'arc.
La soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz inerte, aussi bien par procédés manuels que mécaniques, a été ren- due difficile jusqu'ici principalement par deux problèmes majeure un amorçage sûr et le maintien d'un arc stable. On a utilisé de la puissance haute fréquence auxiliaire pour obtenir un amorçage d'arc plus stable, mais cette puissance auxiliaire ne joue plu aucun rôle dans la stabilisation de l'arc une fois la soudure
<Desc/Clms Page number 2>
amorcée. On a, d'autre part, obtenu, jusqu'à un certain point, un arc stable pendant la soudure, en choisissant l'atmosphère de protection et en utilisant des générateurs à potentiel constant.
Il a été découvert qu'en ajoutant de la capacité en paral- lèle sur le générateur ordinaire de courant continu de soudure, on obtient à la fois un amorçage sûr de l'arc et la stabilisation de l'arc pendant la soudure. De cette façon, la tension haute fréquence auxiliaire et le générateur coûteux à potentiel constant ne sont pas nécessaires. Il va de soi que le condensateur envisagé peut être combiné avec un générateur de soudure à potentiel constant si on désire encore améliorer les résultats.
L'utilisation d'un condensateur supprime la nécessité d'un amorçage d'arc par haute fréquence et procure aussi de l'énergie à potentiel constant, du fait que la variation de la longueur de l'arc est compensée par des sautes instantanées du courant qui changent le degré de fusion et stabilisent ainsi l'arc.
La.figure du dessin annexé est une représentation schématique de l'invention.
Comme représenté, une électrode consumable 1, ayant la forme d'une baguette ou d'un fil en un métal choisi, est déroulée d'un. dévidoir 2 par un dispositif d'alimentation de soudure 3 qui fait avancer la baguette dans un porte- -électrode 4 contenant un tube de contact 5. Ce dernier est relié électriquement, par le conducteur 6, à un contacteur (relais) 7 qui est relié, à son tour, par un conducteur 8, à un pôle (+) d'un générateur de courant de soudure 9. L'autre pôle (-) du générateur est relié à la pièce à souder 10 par un con- ducteur 11. Un condensateur 12 est connecté entre les conducteurs 6 et 11. Le contacteur 7 est actionné, par l'intermédiaire d'un câble 14, par une commande située dans un bottier 13.
Cette commande est reliée par un câble 16, à une commande à distance logée dans une botte portative 15, et au moteur 17 du dispositif d'alimenta-
<Desc/Clms Page number 3>
tion de soudure 3 par un câble 18. Du courant électrique est envoyé à la commande dans le boitier 13 par des lignes 19 reliées à un réseau 20 de courant alternatif à 115 volts. Un arc de soudure 21 est établi entre une extrémité de la baguette 1 et la pièce à souder 10 lors du fonctionnement d'un appareil de ce gen- re.
L'expérience a montré qu'en ajoutant un condensateur électroly- tique de 0,04 faiad mis en parallèle avec un générateur de courant de soudure Rectarc, on obtient un amorçage plus sûr et un arc de soudure plus stable,les essais ayant été faits avec un fil de soudure de type N . 32 CMS d'un diamètre de 1/16 de pouce (1,6 mm.), et du courant continu à polarité inverse (électro-positif).
L'amorçage de l'arc est réalisé normalement entouchant la pièce à souder avec l'électrode et en retirant ensuite rapide- ment celle-ci à la distance voulue pour maintenir l'arc. Pendant cet- te période de contact et d'amorçage, plusieurs choses peuvent se pro- duire. En premier lieu, l'électrode est soudée, par résistance, à la pièce à souderaprès quoi la température de la baguette s'élève rapidement et localement, cette température étant limitée par le courant pouvant être débité par le génératéur. Cet échauffement provoque le détachement par fusion d'un morceau de l'électrode qui reste généralement incorporé dans la soudure.
Après détache- ment de cette pointe de 1-'électrode., la baguette doit être rapide- ment amenée à la distance optimum de la pièce à souder, afin de produire une bonne soudure. Pendant cette période d'établissement de l'arc de soudure convenable, il se produit un morceau de soudure non satisfaisant qui doit être rejeté.
L'addition de condensateurs convenables suivant l'invention sert à produire un courant très fort au début de l'opération, ce qui provoque un détachement beaucoup plus rapide de l'électrode courtcircuitée, et, par conséquente un établissement beaucoup plus rapide de l'arc dé soudure. En outre, pendant la période de réglage de la distance électrode-pièce à souder faisant suite à l'amorçage de l'arc, les condensateurs servent à
<Desc/Clms Page number 4>
débarasser le circuit de soudage des à-coups de courant, de manière à stabiliser rapidement l'arc et à réduire le morceau de soudure non satisfaisant .
D'autre part, dans le cas d'opérations de soudure manuelles dans des positions difficiles, il est extrêmement diffici- le pour l'opérateur de maintenir la longueur d'arc optimum qui donne les courants et tensions produisant une bonne soudure. Du fait que les condensateurs sont capables d'emmagasiner et de délivrer du courant dans les cas où la longueur d'arc varie rapidement, l'invention est très intéressante pour la soudure manuelle.
Des enregistrements à l'oscillographe montrent qu'en utili- sant un condensateur de 0,04 farad en parallèle avec un générateur de courant de soudure Rectarc de 300 ampères, on obtient un à-coup de courant d'amorçage de plus de 1000 ampères avec du fil de soudure N . 32 CMS d'un diamètre de 1/16 de pouce (1,6 mm.).
En l'absence du condensateur, l'à-coup de courant d'amorçage ne dépasse pas 500 ampères. Dans ces conditions, il a été constaté qu'avec un condensateur en circuit, on obtient un amorçage sûr de façon courante. Sans le condensateur, les caractéristiques d'amor- çage sont peu intéressantes.
Il est bien connu que, dans le cas de sources de courant de soudure de type habituel, la tension de sortie est notablement influencée par le courant débité. Quand le courant augmente, la tension tombe rapidement. On sait aussi que le degré de fusion du métal d'apport dépend principalement du courant de soudure, plutôt que de la tension de l'arc. Ces caractéristiques des générateurs de soudure tendent à stabiliser la longueur de l'arc quand le métal d'apport est fourni à la zone de soudure sous débit constant. L'addi- tion d'une capacité de renforcement de l'à-coup de courant augmente encore la stabilité de la longueur d'arc, le condensateur fournissant du courant pour augmenter le degré de fusion du métal d'apport quand la longueur d'arc et la tension tombent en dessous de la normale.
Inversement, le condensateur réduit momentanément le
<Desc/Clms Page number 5>
courant disponible, réduisant ainsi le degré de fusion du métal d'apport, quand la longueur et la tension d'arc augmentent.
Le choix d'un condensateur de 0,04 farad., pour les essais de soudure avec un fil d'un diamètre de 1/16 de pouce (1,6 mm.), a été fait sur les bases suivantes. Lors de l'amorçage de 1'arc, la tension de charge est égale à la tension à circuit ouvert de la source de courant, qui est comprise entre 70 et 100 volts pour les sources utilisées. Ces sources sont un moteur-générateur Lincoln de 600 ampères et un Rectarc Westinghouse de 300 ampères.
Si toute l'énergie du condensateur (1/2 CV2) e'st déchargée dans le court-circuit, et si l'énergie est de 130 watts-' secondes ou celle nécessaire pour détacher par fusion une longueur de 1/4 de pouce (6,35 mm. ) d'un fil d'acier de 1/16 de pouce (1,6 mm.), ce qui "coupe" le court-circuit, la capacité nécessaire est la suivante:
1/2 CV2 = 130 joules (watts-secondes) , C = 0,05 farad.
Des essais d'amorçage et de courtes soudures ont été réalisés sous la protection d'argon, avec le moteur-générateur Lincoln et avec le Rectarc Westinghouse, un condensateur de 0,04 farad étant mis aux bornes, les matières d'apport utilisées étant de l'alumi- nium, de l'acier inoxydable, et du N . 32 CMS.,. toutes sous forme de fil d'un diamètre de 1/16 de pouce (1,6 mm.), comme représenté au tableau suivant.
EMI5.1
<tb>
Baguette <SEP> de <SEP> Courant <SEP> Tension <SEP> Tension <SEP> à <SEP> Condensateur
<tb> métal <SEP> d'apport <SEP> de <SEP> travail <SEP> de <SEP> travail <SEP> circuit
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ouvert
<tb>
<tb> 1/16"(1,6mm) <SEP> 350 <SEP> 28 <SEP> 90 <SEP> En <SEP> service
<tb> 32 <SEP> CMS
<tb> " <SEP> 350 <SEP> 28 <SEP> 90 <SEP> Hors
<tb>
<tb> " <SEP> 320 <SEP> 28 <SEP> 55 <SEP> En.
<tb>
<tb>
" <SEP> 320 <SEP> 28 <SEP> 55 <SEP> Hors
<tb>
EMI5.2
1/16" (1,6mm) 180 21 ' 90 En 'i,
EMI5.3
<tb> aluminium'
<tb> " <SEP> 180 <SEP> 21 <SEP> 90 <SEP> Hors
<tb>
<tb> 180 <SEP> 21 <SEP> 55 <SEP> En <SEP> "
<tb>
<tb> " <SEP> 180 <SEP> 21 <SEP> 55 <SEP> Hors <SEP> "
<tb>
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
<tb> Baguette <SEP> de <SEP> Courant <SEP> Tension <SEP> Tension <SEP> Condensateur
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> métal <SEP> d'apport <SEP> de <SEP> travail <SEP> de <SEP> travail <SEP> circuit
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ouvert <SEP> ¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯¯
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1/16"(1,6mm)
<SEP> 280 <SEP> 29 <SEP> 90 <SEP> En <SEP> service
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> inoxydable
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> inoxydable <SEP> 280 <SEP> 29 <SEP> 90 <SEP> Hors <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> " <SEP> 300 <SEP> 29 <SEP> 55 <SEP> En <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> " <SEP> 300 <SEP> 29 <SEP> 55 <SEP> Hors <SEP> "
<tb>
Les essais précédents ont été effectués avec le générateur Lincoln.
Les essais suivants ont été effectués avec le Rectarc Westinghouse: 1/16"(1,6mm) 360 28 70 En service 32 CMS " 360 28 70 Hors "
EMI6.2
<tb> Baguette <SEP> de <SEP> A-coup <SEP> de <SEP> courant <SEP> (1) <SEP> Sûreté <SEP> (2)
<tb>
EMI6.3
ta1 d'apport l'amorçage, p.
de l'amorçage
EMI6.4
<tb> du <SEP> conden- <SEP> du <SEP> généra-
<tb>
<tb> sateur <SEP> teur
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1/16"(1,6mm) <SEP> 1700 <SEP> 1380 <SEP> Excellente
<tb>
EMI6.5
Cl1S C14S 1280 Assez boriiie 11 - 1280 Assez boiifie
EMI6.6
<tb> " <SEP> 700-870 <SEP> 1400 <SEP> Assez <SEP> bonne
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> 1320 <SEP> Assez <SEP> bonne
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1/16"(1,6mm) <SEP> 2150 <SEP> 450 <SEP> Bonne
<tb>
<tb>
<tb> aluminium <SEP> - <SEP> 480 <SEP> Aucune
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 540-720 <SEP> 430 <SEP> Aucune
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> 470 <SEP> Aucune
<tb>
EMI6.7
1/16t'(1,,6mm)
1050-l480 1010 Excellente
EMI6.8
<tb> inoxydable
<tb> " <SEP> - <SEP> 1010 <SEP> Assez <SEP> bonne
<tb>
<tb>
<tb> 700-1100 <SEP> 1050 <SEP> Assez <SEP> bonne
<tb>
<tb> - <SEP> 1120 <SEP> Assez <SEP> bonne
<tb>
Les essais qui précèdent ont été effectués avec le générât Lincoln.
Les essais suivants ont été effectués avec le Rectarc Westinghouse : 1/16" (1,6mm) 1200 500 Excellente
32 CMS - 500 Assez bonne
<Desc/Clms Page number 7>
Notes : (1) Les à-coups de courant ont été déterminés par enregis- trement.à l'oscillographe.
(2) La sûreté d'amorçage a été déterminée à l'aide de plu- sieurs essais (6 à 8) pour chaque groupe de conditions.
Dans le cas n . 32 CMS et de l'acier inoxydable, un arc a éventuellement été établi sous toutes les conditions mentionnées, tandis que, pour l'aluminium, des amorçages n'ont été obtenus qu'avec le condensateur en service.
Les données montrent qu'une tension à circuit ouvert de 55 ne charge pas suffisamment le condensateur pour obtenir une sûreté à 100%, mais qu'une tension de 90 volts est très efficace pour toutes les matières d'apport essayées. En outre, quand on utilise de la baguette d'aluminium, la présence des condensateurs supprime la nécessité d'une réduction brutale du débit du métal d'apport, ce qui est nécessaire pour obtenir l'amorçage d'un arc en l'absence de condensateurs,,
L'invention peut s'appliquer à la polarité directe (électrode négative) aussi bien qu'à la polarité inverse (électrode positive), et aussi bien au découpage qu'à la soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz inerte.
REVENDICATIONS
1.- Procédé de soudure à l'arc à courant continu utilisant une électrode métallique consumable, avec la pièce à souder con- nectée dans le circuit de l'arc, caractérisé en ce qu'on met un condensateur entre les pôles d'une source d'énergie à courant continu, avant et pendant l'opération de soudure, pour améliorer l'amorçage de l'arc de soudure et pour fournir des à-coups de 'courant servant à la stabilisation de l'arc.