Procédé de soudure à l'arc et appareil pour sa mise en ouvre. Cette invention se rapporte à la soudure à l'arc à couverture de gaz inerte.
L'emploi d'une couverture protectrice de gaz inerte autour de la zone de soudure à arc est spécialement avantageux dans la soudure de l'aluminium, du magnésium et de leurs alliages, et aussi de l'acier inoxydable. De nombreux types d'appareils ont été proposés pour effectuer une telle soudure, comme par exemple ceux dans lesquels un arc s'établit entre la pièce et une électrode de tungstène disposée axialement dans une tuyère appro priée, la sortie de celle-ci servant d'orifice pour le gaz inerte.
Avec l'extension du procédé à la soudure de pièces de plus en plus grandes, les appa reils ont été agrandis pour assurer le passage d'un courant plus grand. Mais ceci conduisit vite à des appareils trop encombrants pour un emploi pratique. En conséquence, la pré sente invention a pour objet un procédé de soudure permettant d'employer une électrode de plus grand diamètre, assurant le passage du courant recherché, pratiquement sans aug menter les dimensions de l'ensemble de l'ap pareil. Elle a également pour objet un appa reil de soudure pour la mise en ouvre de ce procédé.
Le procédé selon la présente invention est caractérisé en ce qu'on amène un gaz inerte dans la zone de soudure autour de la pointe d'une électrode pratiquement incombustible, maintenue par un dispositif de serrage dans lequel. passe le courant de soudure, tandis qu'un fluide réfrigérant circule autour de la dite électrode en un endroit situé entre sa pointe et le point où elle est maintenue par le dispositif de serrage.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, plusieurs formes d'exécution de l'appareil pour la mise en ouvre du procédé selon l'invention.
Fi-. 1 est une élévation d'une forme d'exé cution préférée, certaines parties étant repré sentées en coupe verticale.
Fig. 2 est une coupe horizontale par la ligne 2-2 de la fig. 1.
Fig. 3 est une coupe horizontale, par la ligne 3-3 de la fig. 1.
Fig. 4 montre un détail de la fig. 1, en coupe verticale par la ligne 4-4 de cette figure.
Fig. 5 est une vue similaire à la fig. 1, mais représentant une autre forme d'exécu tion.
Fig. 6 est une coupe horizontale par la ligne 6-6 de la fig. 5.
Fig. 7 est une coupe horizontale par la ligne 7-7 de la fig. 5, et fig. 8 est une coupe verticale montrant une autre forme d'exécution.
Dans la forme d'exécution représentée à la fi-. 1, l'appareil comprend une poignée creuse isolante<B>10,</B> en matière plastique ou en autre matière appropriée isolante de l'électri cité, pourvue d'une extrémité 12 d'un dia- mètre réduit, sur laquelle est montée une tuyère 14, constituée, de préférence, par un corps creux en acier ayant la forme générale d'une ogive et pourvu d'un orifice de sortie l.5 qui constitue l'orifice de décharge du gaz inerte. Une électrode incombustible 16, de pré férence en tungstène ou en molybdène, tra verse cette ouverture en son centre.
Un manchon 18 de support de l'électrode, conducteur de l'électricité et dont la paroi intérieure enserre l'électrode 16, est monté dans la poignée isolante 10, se prolonge dans la tuyère 14 et est maintenu rigidement, par exemple par une vis d'arrêt 17. Le courant électrique de soudure est amené au manchon 18 par un. conducteur et une borne appro priés. Comme l'électrode se consume graduelle ment lors d'un emploi prolongé par volatili- sation du tungstène, elle peut être tirée en avant de temps en temps d'une quantité suffi sante pour compenser une telle perte.
L'en gagement de l'électrode dans le manchon de support 18 est réglé par un écrou de serrage 20 qui s'engage sur un filet conique 22 prévu à l'extrémité avant du manchon de support 18. Cette partie avant du manchon de sup port est pourvue aussi de quatre fentes 23 longitudinales symétriquement disposées, qui se prolongent à travers la paroi de cette par tie. Ainsi, en tournant l'écrou 20, les parois du manchon de support serrent ou au con traire dégagent l'électrode 16.
Une chambre de refroidissement 25, logée dans le manchon de support de l'électrode à son extrémité avant, s'étend circonférentielle- ment autour du manchon et communique avec les tubes d'arrivée et de retour 26 et 27 res pectivement, au moyen desquels un milieu ré frigérant approprié tel que de l'eau peut cir culer dans la chambre de refroidissement. Ces tubes s'étendent vers le bas sur toute la lon gueur du manchon de support jusqu'à la chambre de refroidissement, étant disposés dans deux rainures longitudinales opposées 29 et 30 prévues dans le manchon 18 (fig. 2), d'une profondeur et d'une courbure appro priées pour assurer le contact maximum entre les tubes et les parois des rainures.
De plus, suie troisième rainure 31 d'une profondeur in férieure à celle des rainures recevant les tubes réfrigérants, et disposée à 90 par rapport à celles-ci, s'étend longitudinalement vers le bas, approximativement à mi-longueur du man chon de support de l'électrode. Cette rainure reçoit un tube 32 pour l'amenée du gaz inerte. Les meilleurs résultats sont obtenus quand la rainure 31 correspond, en profondeur et en largeur, au diamètre du tube 32, -et les jeux minimes dus à un ajustage imparfait de la périphérie du tube 32 et des parois de la rai nure sont comblés par brasage ou par soudure.
Pour assurer l'échange de chaleur maximum et par là le refroidissement maximum de l'as semblage, les tubes d'entrée et de sortie d'eau sont de préférence brasés dans leurs rainures respectives. On a trouvé qu'il est préférable d'entourer d'une enveloppe métallique 34 la partie du manchon 18 de support de l'électrode à proxi mité immédiate de l'extrémité de sortie du tube du gaz inerte 32, assurant ainsi une dis tribution pratiquement uniforme du gaz au tour de l'électrode, particulièrement à l'ori fice 15 où cette dernière émerge de la tuyère 14. Sur la fig. 5 est représentée une autre forme d'exécution qui présente certains avan tages par sa simplicité de construction.
A son extrémité avant, le manchon 43 de support de l'électrode est pourvu d'une rainure cir- conférentielle 41 qui loge une boucle annulaire 45 du tube réfrigérant, la courbure .à la base de ladite rainure était telle qu'elle assure pra tiquement un contact semi-circonférentiel avec la boucle du tube réfrigérant, assurant ainsi l'échange de chaleur maximiun à partir du manchon sans demander un usinage coûteux pour ménager une chambre de refroidisse ment. Le réfrigérant entre dans l'appareil par un tronçon d'entrée 46 du tube réfrigérant, passe dans la boucle annulaire 45 et s'en re tourne par un tronçon de sortie 47.
Les tron çons d'entrée et de sortie 46 et 47 sont placés côte à côte dans une double rainure 48 s'éten dant longitudinalement sur le manchon de support. 43. Ici également, le tube réfrigérant. est de préférence brasé dans sa rainure.
Le gaz inerte entre dans l'appareil par le tube 49 qui est disposé dans une rainure lon gitudinale 50 prévue dans le manchon -13 et s'étendant vers le bas un peu plus loin que la moitié de la longueur du manchon. Le tube débouche dans une rainure circonférentielle 51 recouverte par le collier perforé 52 distri buteur du gaz, la multiplicité des trous 53 assurant une couverture uniforme de gaz inerte autour de l'électrode.
Un contact assurant l'échange calorifique maximum peut être obtenu d'une manière appropriée si l'on emploie un manchon S con ducteur de l'électricité qui s'adapte dans le manchon -13 de support de l'électrode, et qui est maintenu rigidement dans la voie de gui dage centrale du manchon de support 43 par deux vis de serrage 5-1. La pression des vis de serrage 54 sur le manchon fendu potasse ce dernier en contact avec l'électrode.
Chaque dimension d'électrode nécessite de préférence un manchon différent, ruais de cette manière un appareil donné petit être prévu pour être utilisé avec plusieurs dimensions d'électrodes. Le desserrage desdites vis permet le retrait de l'électrode vers le bas nécessaire pour com penser l'usure de l'électrode pendant la sou dure.
C'ri refroidissement plus uniforme de l'électrode est probablement obtenu avec la construction représentée sur les fig. 1 à 4 in clusivement, puisque ici l'électrode est tou jours centrée dans le manchon de support et en contact. avec une g1rande portion de la surface intérieure du , manchon, tandis que dans le cas de l'appareil représenté sur la fig. 5, les vis de serrage déplacent l'électrode de sa position centrale.
Dans les appareils représentés, la, locali sation du point d'application du dispositif de refroidissement est d'une importance signifi eative. Dans les deux cas, il se trouve entre la pointe de l'électrode et le dispositif de ser rage pour maintenir l'électrode dans le man chon de support. Les coefficients de dilata tion thermique des matières utilisées dans la. construction d'un appareil à souder, par exemple l'acier et le cuivre, sont, différents, et comme le dispositif de serrage de l'appareil s'échauffe pendant la soudure, les différentes parties de ce dispositif se dilatent différem ment et l'électrode peut être libérée et tomber de l'appareil.
Par un refroidissement approprié, comme dans l'appareil présenté ici, le facteur diffé rentiel de dilatation est éliminé ou réduit à un minimum. Ainsi., le dispositif de refroidisse ment est appliqué en un point aussi proche de l'extrémité de l'électrode qu'il est possible dans ce type d'appareil, c'est-à-dire immédia tement derrière l'orifice de la tuyère. La tem pérature de l'électrode est ainsi maintenue dans des limites convenables pour le fonction nement de l'appareil.
11'n utilisant, un appareil construit selon les fig. 1. et 6 inclusivement, il est possible, clans une atmosphère d'argon, de souder d'une manière continue avec une électrode de 9,5 millimètres et en utilisant du courant con tinu à polarité inversée pouvant s'élever jus qu'à 280 ampères, opération tout à fait im possible avec les appareils de conceptions ordinaires. Quand on soude avec des courants élevés, ce qui produit une radiation calorifique con sidérable depuis la zone de soudure, il peut être préférable de refroidir la tuyère avec de l'eau, comme représenté sur la fig. 8, aussi bien que le manchon de support de l'électrode.
Sous cette forme, l'appareil comprend tune poignée isolante 60, un- manchon 62 de sup port de l'électrode, un écrou de serrage 63 et une tuyère 64. Le manchon 62 est pourvu d'un dispositif d'alimentation en gaz inerte, de tubes réfrigérants à eau et d'un dispositif de serrage de l'électrode similaire à ceux re présentés sur les fig. 1 à 4. lia. tuyère 64 com porte une rainure \65 qui est. fermée par un manchon 66 d'une manière étanche aux fluides.
Le fluide réfrigérant est amené par Lin tuyau d'entrée 67, il circule dans la cham bre de refroidissement formée par la rainure annulaire 65, et est évacué par un tuyau de sortie<B>68.</B> lies deux tuyaux d'entrée 67 et de sortie 68 sont montés à l'extérieur de la tuyère 64.
Avec une électrode de 9,5 millimètres d'une conception usuelle, dans une atmosphère d'argon, la fusion de la pointe est le facteur de limitation si l'appareil est utilisé seulement pendant de courtes périodes, mais même avec des courants relativement bas, l'en semble de l'appareil est surchauffé par un emploi continu. En remplaçant la tuyère d'un tel appareil par une tuyère pourvu d'un orifice de sortie refroidi par de l'eau comme représenté sur la fig. 7, la limite du courant pour une courte période est élevée de 50 ampères environ dans le cas de la soudure en courant continu à po larité inversée.