Procédé de travail à l'arc électrique et machine pour la mise en ouvre de ce procédé. La présente invention se rapporte au travail, c'est-à-dire à la soudure et/ou à la coupe de métaux au moyen d'un arc élec trique.
Selon une méthode et des dispositions con nues, on envoie de la vapeur d'eau, de préfé rence sous pression, dans une électrode de sou dure spéciale qui comporte lui canal inté rieur. La pression de cette vapeur peut être relativement faible pour le travail de soudure et relativement forte pour la coupe. Dans sa forme d'exécution la plus simple, cette élec trode est cylindrique et creuse, en charbon ou, de préférence, en un métal facilement oxy dable, par exemple en aluminium. La vapeur d'eau circule axialement dans l'électrode et sort de celle-ci du côté adjacent à la pièce à traiter. La chaleur produite simultanément par l'arc électrique et par l'oxydation du mé tal ou du charbon constituant l'électrode est suffisante pour provoquer la soudure.
L'eau cède son oxygène au métal ou au charbon qui s'oxyde et l'hydrogène est ainsi libéré. Si la pression de la vapeur d'eau est suffisante, l'action calorifique ainsi obtenue est capable d'éloigner le métal fondu de la pièce à traiter, de sorte due la coupe s'effectue dans de bonnes conditions.
!Afin d'assurer la continuité de la soudure ou de la coupe, il est, désirable d'éviter l'usure par oxydation de l'ajutage constitué par l'électrode. Dans ce but, selon le procédé ob jet de l'invention, on projette dans la région de l'arc, au travers d'un ajutage, une matière pulvérulente capable d'entretenir une réac tion chimique exothermique.
Cette matière peut être notamment un métal oxydable, tel que de l'aluminium ou un mélange d'un ou de plusieurs métaux, ou de métaux et d'autres substances, telles, due des oxydes métalliques, du char bon, du soufre ou du phosphore pul vérisés, etc., c'est-à-dire un mélange de substances pulvérisées dont une au moins, fa- eilement oxydable, est choisie de façon à pro duire l'effet voulu, c'est-à-dire uln fort déga gement de chaleur. Elle peut également être un mélange contenant du métal d'apport.
L'invention comprend également une ma chine pour la mise en oeuvre dut procédé. Cette machine comprend un ajutage et des moyens pour projeter une matière pulvérulente à tra vers cet ajutage. Ces moyens peuvent com prendre une vis sans fin ou une roue spéciale à aubes.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la ma chine pour la soudure et/ou la coupe, objet de l'invention.
La fig. 1 en est une élévation, vue de de vant. c'est-à-dire du côté de l'électrode.
La<U>fi-.</U> 2 en est une élévation latérale en coupe partielle suivant la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fi-. 3 est. une coupe horizontale sui vant la ligne 3--3 de la fig. 2. La fig. 4 est un développement de la péri phérie d'une partie de la jante de la roue.
La fig. 5 est une coupe longitudinale de l'électrode.
Les fig. 6 et 7 sont des schémas montrant respectivement l'alimentation de l'électrode et d'électrodes auxiliaires que peut comprendre la machine, en courant électrique biphasé et triphasé.
Dans la forme d'exécution -représentée aux fig. 1 à 5, la machine comporte une table 1 destinée à recevoir les pièces à souder ou à couper. Ces pièces sont représentées par deux lame;, métalliques 2 et 3 devant être réunies par une ligne de soudure 4. Elles se dépla cent sur la table 1 dans le sens de la flèche<B>f</B> l. La table I. peut être en matière isolante ou métallique, auquel cas les pièces en sont sé parées par une garniture isolante 5.
Les pièces 2 et 3 sont reliées à l'un des pôles de la source de courant électrique, par exemple par une pince 6 (fig. 2).
L'autre pôle de cette source est relié en 7 (fig. 1, 2, 5) à lute électrode 8. Celle-ci est métallique et elle est traversée de bout en bout par un canal longitudinal 9 (fig. 5). Elle est terminée par un embout 10, vissé sur sa tige et très résistant, notamment à la cha leur, de préférence, en tungstène.
Cet embout 10 est percé d'un petit orifice 11, de forme quelconque présentant une surface de l'ordre d'un ou de quelques millimètres carrés, et qui est raccordé sans saillies ou redents pâr un trou lisse 12 au canal longitudinal lisse 9 de l'électrode, de manière qu'une particule de matière parcourant cette électrode dans le sens de la flèche f2 (fig. 5) ne puisse venir buter contre une surface d'arrêt quelconque.
L'électrode 8 est reliée, par une tubulure 13, en caoutchouc ou en matière analogue, permettant notamment un déplacement longi tudinal, à un raccord 14 qui porte un cafter cylindrique 15 dans lequel ce raccord dé bouche tangentiellement (fig. 2).
Le carter cylindrique 15 est fixé à demeure à la table 1. Il porte une trémie 16 conte nant de la matière pulvérulente 17, destinée à être éjectée par l'orifice 11 de l'embout 10 de l'électrode 8. Cette trémie 16 présente à son extrémité supérieure une ouverture pré vue pour le remplissage. Cette ouverture est. munie d'un couvercle 18. Les parois de la trémie 16 sont suffisamment inclinées pour permettre à la matière pulvérulente de descen dre par gravité. Un dispositif de brassage 19, comprenant une rampe hélicoïdale actionnée par une manivelle 20, permet, de désagréger les ponts ou autres obstructions qui pour raient se former.
Le fond de la trémie débouche dans le carter 15 par une ouverture rectangulaire <I>a b c d</I> (fig. 4), de longueur <I>a b</I> (fig. 2 et 4) de l'ordre d'un ou de quelques centimètres et dont la largeur h, également de l'ordre d'un ou de quelques centimètres, est légère ment inférieure à celle 12 de la jante 21a d'une roue 21, montée pour tourner dans le carter 15. La surface de cette ouverture est donc de l'ordre d'un ou de quelques centi mètres carrés., c'est-à-dire suffisante pour assu rer une alimentation régulière par gravité de la roue 21 en matière pulvérulente contenue dans la trémie 16.
La roue 21 comprend un moyeu 22, cla- veté sur un arbre rotatif 23, monté dans des paliers 24, portés par les flasques du carter. Cet arbre 23 est entraîné à une grande vi tesse, adaptée à la matière pulvérulente utili sée, par un moteur électrique 25, porté par la. table 1 et couplé à l'arbre 2"). Lorsqu'une très grande vitesse de la roue 21 est, nécessaire. on peut prévoir un train d'engrenages multi plicateur, intercalé entre le moteur 25 et l'ar bre 23.
La largeur 12 de la jante 20 de la. roue 21 est telle que cette roue tourne dans le carter 15 avec un jeu approprié à. la matière pul vérulente utilisée. Une première rainure 26, de profondeur x (fig. 3) est ménagée dans cette jante. Les parois latérales de cette rai nure sont dentées suivant les lignes<I>e f g</I> lc, <I>i</I> <I>... e'<B>f</B> g' A' i'</I> (fig. 4).
Les sommets extérieurs <I>f h</I> j <I>... f'</I> lz' <I>j'</I> de ces dentures sont situés au voisinage des faces latérales de la, jante et leurs sommets intérieurs<I>e g i ... e' g'</I> i' sont si tués sur deux cercles parallèles et coaxiaux, espacés d'une distance J (fig. 3 et 4), corres pondant sensiblement aux dimensions inté rieures du raccord 14 auquel est branchée l'électrode 8.
En outre, les faces très obliques <I>e f,</I> g <I>h, c' f',</I> g' h' ... font face au sens de ro tation de la roue, indiqué par les flèches f 3 <B>(f</B> il-. 2 et -1).
Entre les deux cercles limitant les den tures à l'intérieur, la rainure 26 est appro fondie par de petits alvéoles 27, séparés par des cloisons radiales 28 (fig. 3 et 4-) formant des palettes.
Le carter<B>15</B> est muni d'un orifice de sor tie d'air 15a disposé en amont de la trémie et il est. prolongé à sa partie inférieure par une goulotte 29. Cette boulotte présente un fond incliné 30 et comporte une ouverture de vidange fermée par un volet 31.
De préférence, en vue d'éviter le passage du courant à partir de l'électrode 8, par la matière pulvérulente parcourant cette élec trode et par la roue 21 et le carter 15 à la table 1. les surfaces de cette roue, notamment celles de sa jante 20 et celles du carter 1.5, sont revêtues d'un vernis ou d'une autre cou che isolante ou faites en matière isolante. Ce pendant, la mise sous tension, au potentiel de l'électrode 8, de ces organes, et même de la table 1 serait sans inconvénient sérieux, ce potentiel étant généralement faible, à condi tion qu'aucun court-circuit ne puisse se pro duire entre la table 1 et les pièces à travail ler 2 et 3.
Le circuit d'alimentation du moteur 25 est asservi au circuit de soudure ou de dé coupage, muni d'un interrupteur 32 (fi-. 3). Un enroulement 33, shunté par une résistance appropriée 33r1 est disposé dans ce circuit de soudure ou de coupe et actionne un interrup teur 35, placé dans 1e circuit 36 d'alimenta tion du moteur 25 et qui est maintenu ouvert au repos par un dispositif élastique de rap pel 3-1. Ainsi, le moteur n'est. alimenté et la roue 21 entraînée qu'autant que le courant circule entre l'électrode 8 et les pièce; 2 et 3.
lia machine est complétée par un ajutage 37, muni d'un robinet ou d'un organe ana logue 38, qui petit être commandé par un relais analogue à celui décrit. Cet ajutage, qui débouche au-dessus des pièces, jute der rière l'électrode 8, permet d'amener au point de soudure, si on le désire, de la vapeur d'eau, de préférence à basse pression (par exemple 1,7 atm.) pour la soudure et à plus haute pres sion (par exemple 1,2 à 1,5 atm.) pour la coupe.
Le fonctionnement est le suivant: Dès qu'on ferme l'interrupteur 32 du circuit d'ali mentation de l'électrode 8, cette électrode est sous tension par rapport aux pièces 2-3. A l'aide, par exemple, d'une pièce conductrice, on établit un court-circuit entre l'électrode 8 et ces pièces, ce qui a pour effet de fermer aussitôt le circuit d'alimentation du mo teur 25.
La roue 21 est entraînée dans le sens de la flèche f3 (fig. 2). Cependant, par l'ouver ture<I>a b c d,</I> la trémie 16 déverse de la ma tière pulvérulente sur la jante 20. Une partie de cette matière tombe directement dans les alvéoles 27, une autre partie tombe au droit des triangles tels que<I>e f</I> g, <I>e' f'</I> g'. Par suite de la rotation très rapide de la roue, les facettes obliques<I>e f,</I> g <I>h ... e' f', g' h' ...</I> ren contrent les particules en cours de chute et les projettent vers l'avant et vers le plan mé dian de la jante, c'est-à-dire vers les alvéoles 27, qui sont ainsi entièrement remplis lors qu'ils franchissent l'arête b c de l'ouverture do la trémie.
Le reste des particules tombées remplit plus ou moins les alvéoles trianu- laires <I>e f</I> cg <I>... e' f' g' ...</I> La roue continuant à tourner, les particules très fines entraînées sont soumises à une force centrifuge très im portante en raison de la très grande vitesse de rotation. de la roue.
Les particules restées dans les alvéoles triangulaires <I>e f</I> g <I>... e' f' g' ... ,</I> et qui accomplissent d'ailleurs un trajet sans utilité, y sont retenues contre cette force cen trifuge par la paroi du carter 15, jusqu'à ce qu'elles viennent au droit de la goulotte 29, où elles sont alors recueillies pour être rever sées, de temps à autre, dans la trémie 16.
Par contre, les particules très fines qui sont tom bées directement ou qui ont été projetées dans les alvéoles 27, passent devant l'entrée tan- gentielle du raccord 14 et y sont projetées, à très grande vitesse, sorts les actions combi nées de la force centrifuge qui les décolle du fond des alvéoles et de la force d'inertie tan gentielle. La vitesse communiquée à ces fines poussières est telle qu'elles forment un véri table jet éjecté avec force, et sans possibilité d'accrochage, par l'orifice 11 de l'électrode.
Il faut d'ailleurs noter que, dans certains cas, au cours du fonctionnement de la machine, la température de l'embout 10 peut devenir telle que, à certaines vitesses, un véritable jet liquide de particules fondues est éjecté par cet embout.
Dès le démarrage et par suite de la tem pérature déjà élevée produite par l'arc électri que, il se produit une réaction exothermique. entre les particules oxydables d'aluminium ou autres contenues dans le jet pulvérulent qui afflue à grande vitesse et le ou les oxydes mélangés à ces particules, ou l'oxygène de la vapeur d'eau admise par l'ajutage 37. La for mation d'alumine, par exemple, entraîne une élévation considérable de la température et contribue ainsi puissamment à assurer une grande rapidité de soudure ou de coupe et la continuité de la réaction exothermique après démarrage, tout en permettant d'abaisser l'in tensité du courant électrique.
Il s'agit donc d'une véritable opération électro-aluminother- mique, sans usure appréciable de l'ajutage.
Comme on vient de le dire, dans le cas d'admission de vapeur d'eau par l'ajutage<B>37,</B> l'oxygène de cette vapeur d'eau se combine immédiatement aux poudres oxydables et l'hy drogène qui reste s'élève au-dessus du point de soudure, formant une couche protectrice autour de celui-ci et brûlant finalement à une petite distance de ce point. Dans le cas de la coupe, l'hydrogène aide, par sa pression, à produire la fente.
Comme on l'a vu, l'ajutage peut être uti lisé conjointement avec une arrivée de vapeur d'eau sous pression. Par exemple, la vapeur d'eau est amenée sur la pièce à traiter par un tube creux relié au récipient où elle est produite, au voisinage du bout de l'ajutage, de préférence, en arrière de celui-ci par rap- port au sens du mouvement.
11 cet effet, le tuyau amenant la vapeur d'eau peut être re lié, d'une façon fixe ou réglable, au dispositif (pince à électrode) servant à gi1ider l'ajutage, de façon à former un angle aigu avec celui- ci. Cet agencement est particulièrement in téressant pour la coupe, le métal à haute tem pérature étant non seulement fondu par l'arc et la réaction exothermique, mais encore brûlé, au moins en partie, par combinaison avec l'oxygène de la vapeur d'eau, puis éloi gné par la vapeur d'eau sous pression. L'ad mission de la vapeur peut être réglée par un relais,
de sorte qu'elle ne soit admise que lors que la machine est en action. On peut égale ment agencer le tuyau d'amenée de vapeur d'eau de telle façon que la vapeur même en traîne la matière pulvérisée et, dans ce cas, on peut supprimer les moyens mécaniques dé crits et prévus pour projeter cette matière.
Le dispositif décrit permet de réduire pra tiquement autant qu'on le désire l'orifice d'éjection et, par conséquent, d'obtenir une ligne de travail très fine, malgré un débit. de matière pulvérulente important. Il permet également d'éjecter cette matière pulvérulente (qui peut éventuellement. fondre dès sa sortie de l'électrode) avec une force considérable, ce qui a pour effet une pénétration puis pro fonde dans les pièces en travail et une liaison phis intime des pièces réunie# dans le cas de la soudure, et, dans le cas de la coupe, une vitesse et une finesse de coupe accrues.
De plus, la vitesse d'éjection obtenue e,#,t supé rieure à la vitesse de propagation vers l'ar rière de la réaction exothermique, et tout danger d'explosion dans l'appareil est ainsi supprimé.
Dans certains cas, notamment avec du courant biphaçs ou triphasé, l'électrode 8 peut être combinée avec une deuxième élec trode 39, de préférence en tungstène (fig. 6).
Or, peut également faire arriver la. ma tière pulvérulente par un ajutage Sri, ne ser vant pas d'électrode et de préférence relié à. la masse, et combiné avec une seule électrode oui avec deux électrodes 40 et 41 (fi-.<B>7),</B> de préférence en tungstène. Les électrodes peuvent être fiées dans un bloc en matière réfractaire qu'elles traversent, l'ajutage étant alors constitué par le bloc lui même qui comporte une ouverture pour l'éjec tion de la matière pulvérulente, ou par un petit tuyau ajusté dans ce bloc.
Les parois latérales de la rainure 26 peu vent avoir un autre tracé que celui en zigzag décrit et représenté. Selon une variante, les dentures en zigzag de la rainure 26 peuvent être supprimées, la jante ne comportant alors (lue les alvéoles séparés par des palettes. Pour la soudure à la main, l'électrode 3 peut être prolongée par un tube flexible.