Procédé de soudage électrique à l'arc et installation pour la mise en ouvre de ce procédé. L'invention a pour objet un procédé de soudage électrique à l'arc et une installation pour la mise en ouvre de ce procédé. Elle a en particulier pour objet un procédé de sou dage à l'aide d'une électrode d'apport nue constituée par un fil métallique relié à une source de courant de soudage, selon lequel. on amorce un arc entre cette électrode et un ouvrage métallique relié à ladite source.
Selon l'invention, on envoie simultanément du gaz non oxydant vers cet arc, de manière à former un écran de gaz sensiblement non turbulent, qui entoure l'arc et le sépare de toute quantité notable d'air, on fait avancer ladite électrode vers l'arc de façon continue et on fournit simultanément à ,cette électrode et audit ouvrage un courant continu suffi sant pour assurer la consommation de l'élec trode à la vitesse d'avance de celle-ci, le pôle positif de ladite source étant relié à l'élec trode et son pôle négatif étant relié à l'ou- rage.
L'installation pour la, mise en oeuvre du procédé est caractérisée par des moyens pour envoyer du gaz non oxydant vers l'arc, pour l'entourer d'un écran de gaz, par des moyens destinés à. faire avancer l'électrode vers l'arc de façon continue et par des moyens d1ali- mentation capables de fournir à l'électrode et à l'ouvrage un courant continu suffisant pour assurer la consommation de l'électrode à la vitesse d'avance de celle-ci. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'instal lation et illustre le procédé objet de l'inven tion.
Fig. 1 est une représentation schématique de ladite forme d'exécution de l'installation. Fig. 2 est une représentation schématique d'un outil de soudage en forme de pistolet, prévu pour le soudage semi-automatique, et fig. 3 est un diagramme illustrant les con ditions de soudage avec une électrode d'alu minium de 1,6 mm de diamètre.
Dans l'installation représentée à la fig. 1, une électrode 5, constituée par un fil métal lique, est déroulée d'une bobine 8 maintenue dans un support 9, et ce fil est avancé au moyen de rouleaux d'alimentation 6, entraî nés par un moteur 7. Les rouleaux 6 servent à faire avancer l'électrode à l'intérieur d'un conduit 4 de longueur déterminée, reliant le dispositif d'alimentation à une tête de sou dage. Une bouteille de gaz 14 sert à fournir un gaz inerte destiné à former un écran de gaz autour de l'arc. Le conduit d'alimentation en gaz comprend une soupape de réduction 15, un indicateur de débit 16, une soupape 17 actionnée par un électro-aimant, et un tube 13 reliant la soupape 17 au conduit 4.
Le gaz s'écoule à travers le conduit 4, dans un espace ménagé entre son enveloppe et l'électrode 5, avancée dans ce conduit par les rouleaux d'alimentation 6. Un générateur ou une source convenable de courant de soudage 19 est relié par un conducteur 20 à l'ouvrage métallique 18 de vant être soudé, l'autre pôle de ce générateur étant relié par un conducteur 21 à un sabot de contact 10 disposé dans une tête de sou dage 11, ce sabot et cette tête étant en con tact électrique avec l'électrode 5. Un contac teur 47a est représenté en série avec le con ducteur 21.
La source de courant de soudage 19 est de préférence un générateur à courant continu pour soudage électrique du type dans lequel la tension aux bornes décroît fortement lors que le courant débité augmente, la courbe re présentant cette tension en fonction du cou rant s'infléchissant et retombant vers l'axe des tensions zéro lorsque le courant débité augmente. Le pôle négatif de ce générateur est relié à l'ouvrage, et son pôle positif est relié à l'électrode, si bien que l'arc de sou dage est de polarité dite inversée .
Dans l'installation représentée, la liaison de la source de courant de soudage avec l'élec trode et avec l'ouvrage, l'avance de l'élec trode et l'alimentation en gaz protecteur sont commandées par divers contacts de relais et d'interrupteurs. Un relais 30 comprend un enroulement d'actionnement branché entre l'électrode et l'ouvrage, de façon que ce relais soit directement influencé par la tension appliquée entre ces éléments.
L'enroulement du relais 30 est relié à l'ou vrage 18 par une connexion 29 et à l'élec trode par l'intermédiaire de contacts de relais 23a et de connexions 28, 25 et 22 disposées en série. Lorsque l'enroulement du relais 30 est excité, ce relais ferme ses contacts 30a dispo sés dans un circuit comprenant des con nexions 3l et 32 reliant une source d'énergie électrique adéquate, par exemple un réseau de courant alternatif à 110 volts, au moteur d'avance 7. Ce relais ferme également ses contacts 30b, disposés en série avec l'enroule ment d'actionnement d'un relais 60.
Le mo teur d'avance 7 est relié à ladite source d'éner gie électrique par l'intermédiaire de contacts 30a du relais 30 et de contacts 60a du relais de commande 60, et 47.a d'un relais de com mande 41.
Le relais de commande 41 comprend un enroulement d'actionnement branché aux bornes d'une source de tension réduite adé quate, constituée par l'enroulement secondaire 35 d'un transformateur 34 dont l'enroulement primaire 33 est relié aux conducteurs d'ali mentation 31 et 32. Le circuit de l'enroule ment du relais 41 comprend une connexion 40, des contacts d'un interrupteur manuel 38 et des connexions 39, 37, 36 et 42. De préfé rence, les contacts 38 de l'interrupteur ma nuel sont montés dans la poignée du pistolet de soudage, comme représenté à la fig. 2. Cet interrupteur est alors maintenu en position ouverte, sauf lorsqu'il est fermé sous l'effet d'une pression manuelle.
Le circuit de commande représenté à la fig. 1 comprend également un relais contac teur 47, disposé pour actionner les con tacts 47c du contacteur disposé dans le circuit de soudage. L'enroulement d'aetionne- ment de ce relais 47 est branché entre les connexions d'alimentation 31 et 32, de façon à être excité dès que les contacts 41a sont fermés du fait de l'actionnement du relais 41 commandé par l'interrupteur manuel 38.
Ce circuit de commande comprend également un relais 23, qu'on pourrait appeler relais de verrouillage , et qui est branché à la con nexion 25, par l'intermédiaire d'une résistance 26 shuntée par un condensateur 27, et à l'ou vrage 18, par l'intermédiaire de la con nexion 29.
Le relais 23 est ainsi sensible à la tension appliquée entre l'électrode et l'ouvrage et il est conformé de façon telle qu'il ne soit. ac tionné que lorsque cette tension est voisine ou égale à. la tension fournie à vide par le générateur de soudage.
Le relais 23 commande des contacts 23a, disposés en série avec l'enroulement d'act.ion- nement du relais 30, et 23b, disposés en série avec l'enroulement d'actionnement du relais 60. Le relais 60 est un relais retardé dans le temps, conformé de façon à n'être actionné que lorsque la tension appliquée entre l'élec trode et l'ouvrage dépasse une tension de sou dage normale déterminée. Le retard de ce relais doit seulement être assez grand pour empêcher qu'il ne soit actionné pendant le temps que le relais 23 prend pour fermer ses contacts, lorsque l'interrupteur 38 est initiale ment actionné.
Avec une installation telle que celle dé crite, on se rend compte que, lorsque l'opéra teur saisit la poignée 53 de la tête de sou dage 11. et qu'il appuie sur le bouton de l'in terrupteur 38 constituant une détente, cet interrupteur ferme les contacts 41.a du cir cuit d'alimentation auxiliaire représenté p:ar les conducteurs 31 et 32. Du courant est ainsi fourni à l'enroulement d'actionnement du re lais 47 qui est excité et qui ferme les contacts du contacteur 47a, dans le circuit de soudage, appliquant ainsi la tension fournie par la source de courant de soudage entre l'élec trode 5 et l'ouvrage 18, par l'intermédiaire du conducteur 20, du contacteur 47a et du con ducteur 21.
Simultanément, du courant- est fourni à un électro-aimant 50 destiné à ac tionner la soupape 17, disposée dans le coaa- duit d'alimentation en gaz, si bien que du gaz inerte s'échappe de la bouteille 14 et par vient dans le conduit. 4 à travers lequel il s'écoule jusque dans la tête de soudage.
Ce gaz sort de cette tête autour de l'élec trode 5 pour former un écran de gaz et pour éloigner l'air de la région située entre l'extré mité de l'électrode et l'ouvrage, dès que ces éléments sont approchés l'un de l'autre. Dès que la tension de soudage est appliquée entre l'électrode et l'ouvrage, toute la tension four nie par la source de courant de soudage est disponible pour exciter le relais de verrouil lage 23 qui ouvre immédiatement ses contacts 23a et 23b, empêchant ainsi les relais 30 et 60 d'être excités, tant que le circuit de son dage n'est pas chargé.
L'opérateur déplace ensuite le pistolet jus qu'à ce que l'électrode 5 vienne toucher l'ou vrage 18, puis il éloigne à nouveau cette élec trode de cet ouvrage pour amorcer un arc. Lorsque l'électrode touche l'ouvrage, le relais de verrouillage 23 est court-circuité et per met à ses contacts 23a de se fermer et (le relier le relais 30 entre l'électrode et l'ou vrage. Les contacts 23b se ferment également. Dès que l'arc est amorcé et qu'une tension de soudage normale est appliquée entre l'élec trode et l'ouvrage, le relais de commande 30 est excité et ferme ses contacts 30a, disposés dans le circuit d'alimentation du moteur d'avance 7, et ses contacts 30b, disposés en série avec l'enroulement du relais 60.
Le mo teur 7 se met en marche et continue à tour ner à vitesse constante pour faire avancer l'électrode 5 dans la direction de l'arc. Ces conditions de fonctionnement sont maintenues tant qu'une tension de soudage normale est appliquée entre l'électrode et l'ouvrage. Lors que la tension d'arc s'approche d'une valeur dite de court-circuit, le relais de commande 30 cesse d'être excité et il interrompt l'ali mentation du moteur d'avance 7 et arrête l'avance de l'électrode vers le pistolet et vers la tête de soudage. L'avance de l'électrode re prend immédiatement dès que la tension de soudage augmente et dépasse cette valeur, voi sine de la tension dite de court-circuit.
Lors que la tension d'arc dépasse la valeur de sou dage normale, le relais 60 est excité et ouvre ses contacts 60a, normalement fermés, cou pant ainsi le circuit d'alimentation du mo teur d'avance 7 et interrompant l'avance de l'électrode, coupant aussi le circuit du relais 47 et ouvrant le contacteur 47a, et interrotn- pa.nt simultanément l'alimentation en gaz en coupant le circuit de l'électro-aimant 50.
Dans l'installation représentée, le relais (le commande 30 est, branché de faon à être direc tement sensible aux conditions de tension aux bornes de l'arc. Cette disposition est. préfé rable à une disposition selon laquelle ce relais de commande serait simplement branché aux bornes de la source de courant de soudage, du fait qu'elle élimine tout effet qui pourrait sans cela être dû à la chute de tension appré ciable qui se produit dans les conducteurs reliant la source de courant de soudage à l'électrode et à l'ouvrage.
Il est évident qu'aussi longtemps que l'in terrupteur à pression 38, disposé sur la poi gnée du pistolet, est maintenu fermé, la sou pape à électro-aimant commandant l'alimen tation en gaz inerte reste ouverte pour assu rer une alimentation continue en gaz protec teur de la tête de soudage, sauf pendant les courts intervalles durant lesquels le relais 60 est excité. Lorsque cet interrupteur manuel est relâché, les contacts 38 s'ouvrent et le relais de commande 41 cesse d'être excité, ouvrant ses contacts 41a pour interrompre l'excitation de l'électro-aimant actionnant la soupape et du relais 47 actionnant les con tacts du contacteur 47a, interrompant ainsi l'alimentation en gaz de la tête de soudage et déconnectant la source de courant de sou dage.
On pourrait, si on le désire, supprimer le relais 47 et les contacts du contacteur 47a. Dans ce cas, le relais de verrouillage 23 serait excité aussitôt que l'électrode et l'ouvrage sont reliés à. la source de courant de soudage à l'aide d'autres moyens convenables quelcon ques. Cependant, dans la plupart des cas, il est préférable d'utiliser un relais 47 comman dant les contacts d'un contacteur 47a, la dis position étant telle que ces contacts sont ac tionnés pour relier la source de courant de soudage à l'électrode et à l'ouvrage à l'ins tant auquel l'alimentation en gaz de la tête de soudage est provoquée par la fermeture de l'interrupteur de commande 38. Cet interrup teur de commande unique sert ainsi à com mander simultanément l'alimentation en gaz et en courant de soudage.
Si l'arc devient trop long, du fait d'une panne dans l'avance de l'électrode ou pour une autre raison, le relais 60 est excité et ouvre ses contacts 60a pour couper l'alimen tation du relais 47 et interrompre le circuit du générateur de soudage, si bien que l'arc est interrompu.
On comprendra que le relais 23 est con formé de façon à ne pouvoir être actionné que sous l'effet de la tension à vide produite par la source de courant de soudage ou d'une ten- sion voisine de cette tension à vide, tandis que le relais 60 est conformé pour fonctionner sous l'effet d'une tension légèrement plus éle vée que la tension d'arc normale. Le relais SO ne peut être excité qu'après que l'arc a été amorcé, lorsque, pour une raison quelconque, cet arc est trop long.
Dans de telles conditions, le relais 60 est excité et ouvre ses contacts 60a de faon à interrompre l'excitation du relais 47 et à ou vrir les contacts du contacteur 47a. L'ouver ture des contacts 60a a également pour effet d'interrompre l'excitation de l'électro-aimant 50, qui laisse se refermer la soupape 17, et d'interrompre l'alimentation. du moteur d'avance 7. Lorsqu'on relâche alors l'interrup teur 38, toutes les commandes se retrouvent dans leurs états primitifs de départ décrits précédemment..
Cependant, si on maintient fermé l'interrupteur 38, le relais 60 cesse alors immédiatement d'être excité du fait que la. tension de soudage est supprimée par l'ou verture du contacteur 47a. Le relais du con tacteur 47 est alors à nouveau excité, la sou pape 17 pour le gaz s'ouvre à nouveau et les conditions de départ normales sont à nouveau établies. On remarquera que l'avance de l'élec trode ne peut être interrompue sans ouvrir simultanément le contacteur 47cs et éteindre ainsi l'arc.
Il est recommandable de disposer un inter rupteur à poussoir 43 sur la poignée du pis tolet, cet interrupteur étant disposé en série avec l'enroulement d'actionnement d'un relais 46 dont les contacts 46a, sont disposés dais un circuit auxiliaire, de façon à pouvoir court- circuiter les contacts 41a, 60a, et 30a. Ainsi, lorsque l'interrupteur 43 est, fermé, le relais 46 est excité par l'intermédiaire de con nexions 42, 45, 44 et 36, et le moteur 7 est alimenté à travers les contacts 46a, que l'élec trode et l'ouvrage soient ou non reliés à la source de courant de soudage.
Cet. interrup- teur-poussoir sert ainsi à. faire avancer l'élec trode dans la tête de soudage lorsque le cir cuit de soudage est ouvert, une telle avance étant utile pour régler la pointe de l'électrode avant de commencer une opération de sou- dage. La résistance 26 et le condensateur 27 reliés à l'enroulement d'actionnement du re lais de verrouillage 23 assurent une action rapide de ce relais, si bien qu'il cesse très vite d'être excité lorsque des conditions de court-circuit sont produites en touchant l'ou vrage avec l'électrode avant d'amorcer l'arc.
Cette disposition assure que les contacts 23a se referment rapidement, ces contacts com mandant l'excitation du relais de com mande 30.
L'installation décrite constitue une instal lation semi-automatique. Lorsqu'on utilise une telle installation, l'opérateur déplace le pisto let à la main de faon que l'extrémité de l'électrode d'apport qui se consume suivre le contour de la soudure qu'on désire effectuer au fur et à mesure que l'opération de sou dage est exécutée, le fil métallique constituant l'électrode étant automatiquement avancé à travers le pistolet que tient l'opérateur.
Cependant, le procédé objet de l'invention est susceptible d'être appliqué à l'aide d'au tres genres d'installations . de soudage, par exemple à l'aide d'installations dans lesquelles l'électrode est portée et est déplacée au moyen d'une machine dans laquelle le support de l'électrode est fixe, l'ouvrage étant déplacé par rapport à l'électrode au fur et à mesure que s'effectue l'opération de soudage, tandis que l'électrode est avancée vers cet ouvrage au fur et à mesure qu'elle se consume.
Le courant de soudage passe par l'élec trode et un arc est maintenu entre l'extré mité de celle-ci et l'ouvrage. Le courant de soudage peut être fourni par un générateur de soudage à courant continu normal. De tels générateurs, y compris les générateurs à ten sion constante prévus pour plusieurs postes de soudage manceuvrés par plusieurs opéra teurs, sont adéquats. En effet, ces généra teurs fournissent une tension d'arc qui dé croît fortement lorsque le débit de courant dans l'arc augmente.
De préférence, le gaz non oxydant utilisé est un gaz inerte, tel que l'argon ou l'hélium., et l'arc est amorcé et maintenu avec une pola- rité dite inverse . On a découvert que, dans ces conditions, l'opération de soudage est grandement améliorée et que l'appareillage de commande, nécessaire pour assurer le fonc tionnement automatique de l'installation, peut être considérablement simplifié. Ainsi, il n'est dès lors pas nécessaire d'utiliser un dispositif d'avance à vitesse variable pour l'électrode d'apport, un simple dispositif d'avance à vi tesse constante étant suffisant du fait de l'amélioration de l'opération de soudage, grâce à la grande vitesse d'avance du fil mé tallique constituant l'électrode et à la grande densité de courant utilisée.
Cette grande den sité de courant, conjointement avec la grande vitesse d'avance de l'électrode, assure un ré glage extrêmement rapide et automatique de la longueur de l'arc. Par conséquent, tout manque de sûreté de la part de la main de l'opérateur, qui guide le pistolet le long de la soudure devant être effectuée, est rapide ment et automatiquement compensé dans l'arc lui-même, sans qu'il soit nécessaire de faire varier la vitesse d'avance de l'électrode dans le pistolet.
De plus l'utilisation d'une telle densité de courant considérable et d'une telle grande vitesse de l'avance de l'électrode, celle-ci étant protégée par un écran de gaz inerte et l'arc présentant une polarité inver sée, permet d'obtenir d'excellentes soudures dans toutes les conditions, du fait que le mé tal de l'électrode est projeté axialement à par tir de celle-ci en un courant régulier de gout telettes ou en un jet de force suffisante pour amener le métal fondu exactement à l'endroit où cela est nécessaire, par exemple à la racine de jointures par ailleurs inaccessibles ou dans des jointures verticales ou disposées au-dessus du pistolet.
Dans cette condition, ce trans port régulier de métal ainsi projeté s'effectue, par exemple, avec une électrode constituée par un fil d'aluminium de 1,6 mm de diamètre, pour un courant égal ou supérieur à 160 am pères, c'est-à-dire pour une densité de courant d'au moins 80 ampères par mm2. La densité de courant nécessaire varie selon la matière constituant l'électrode et selon la section de celle-ci. On a constaté qu'on obtenait les meilleurs résultats lorsqu'on utilisait un gaz protecteur inerte, amené autour de l'arc de faon à for mer une enveloppe sensiblement laminaire de gaz protégeant cet arc.
De façon générale, ce résultat peut être obtenu en amenant le gaz de telle façon qu'il s'écoule axialement dans la direction générale du fil métallique constituant l'électrode, ce courant de gaz étant sensiblement exempt de composantes de vi tesse circonférentielles ou tourbillonnaires. Par exemple, on a constaté que, lorsque le courant de gaz présente une composante de vitesse circonférentielle autour de l'axe de l'électrode, lorsque ce gaz sort de la tête de soudage au voisinage de l'arc, il entraîne de l'air de façon telle que ce dernier a une action nuisible sur la soudure.
Dans l'installation décrite, le moteur d'avance 7 de l'électrode est, de préférence, un moteur à vitesse réglable fonctionnant à une vitesse fixe après qu'il a été réglé pour obtenir la vitesse désirée.
La vitesse d'avance de l'électrode ainsi réglée dépend de la section. de cette électrode et de sa composition, mais, de préférence, cette vitesse est supérieure à 40 mm par se conde. La source de courant de soudage, tel que le générateur à courant continu 19 re présenté au dessin, est également de préfé rence ajustable de façon à pouvoir fournir à l'électrode et à l'ouvrage un courant suffi sant pour assurer la consommation de l'élec trode à la vitesse selon laquelle celle-ci est avancée vers l'arc.
On a constaté qu'en avançant l'électrode vers l'ouvrage à grande vitesse et en utili sant une forte densité de courant, la longueur de l'arc est maintenue sensiblement constante selon nn réglage qu'on pourrait appeler ré glage automatique rapide. Toute tendance de l'arc à devenir trop long a pour effet de faire diminuer automatiquement et de façon correspondante le courant. de soudage, du fait de la caractéristique tension-courant inflé chie et retombante de la source de courant de soudage.
De plus, on a découvert qu'aux grandes densités de courant utilisées, la vi- tesse de consommation de l'électrode décroît lorsque la longueur et la tension de l'arc aug mentent, bien que la quantité d'énergie élec trique consommée augmente. Ainsi, avec une électrode d'aluminium de 1,6 mm de diamètre protégée par un courant d'argon (voir fig. <B>13</B>), même si le courant restait constant lorsque la. longueur et la tension de l'arc augmentent, la vitesse de consommation de l'électrode se rait réduite.
La combinaison de ces facteurs, c'est- à-dire l'effet de la caractéristique tension- courant infléchie et retombante et la diminu tion de la vitesse de consommation de l'élee- trode due à une augmentation de la tension, a un effet tel que l'extrémité de l'électrode retourne rapidement à sa position moyenne normale par rapport à l'ouvrage.
De même, si l'arc devient trop court, le courant aug- mente automatiquement à. cause de la carae- téristique tension-courant retombante de la source de courant de soudage, et la diminu tion de la tension d'arc, consécutive à cette augmentation de courant, contribue également à augmenter la vitesse de consommation de l'électrode, comme indiqué à la fig. 3, ces deux facteurs agissant conjointement pour assurer un rapide allongement de l'arc dont la longueur est ramenée à la valeur moyenne désirée.
De cette façon, toute faible variation de la longueur de l'arc, due à un manque de sûreté de la part de la main de l'opérateur ou à toute autre cause, est automatiquement compensée, et on est en droit de croire que de meilleurs résultats sont ainsi obtenus qu'avec tout autre type d'installation comprenant un dispositif de commande de la vitesse d'avance de l'électrode, destiné à modifier cette vitesse d'avance conformément aux modifications de la longueur de l'arc.
A la fig. 3, on remarquera que la pente de chacune des courbes représentées est plus faible vers le bas de cette courbe que dans sa partie correspondant à de grandes tension d'arc. Il s'ensuit qu'une faible modification de la tension d'arc a pour effet une plus grande modification de la vitesse de consom mation de l'électrode dans les régions des courbes voisines de leurs extrémités infé rieures que dans leurs régions relatives aux grandes tensions d'arc.
Cette caractéristique est très favorable du fait que, lorsque l'arc se rapproche des con ditions de fonctionnement en court-circuit et que la tension d'arc est par conséquent dimi nuée, la correction automatique est accélérée.
Selon les procédés connus pour le soudage (le métaux à l'arc sous protection de gaz, la vitesse de consommation de l'électrode est sensiblement proportionnelle au courant (le soudage et elle augmente généralement lors que la tension de l'arc augmente, pour un cou rant donné quelconque. Par exemple, avec une électrode d'aluminium de 4,8 mm de diamètre et avec un courant (le soudage de 250 am pères et une tension d'arc de 29 volts, la vi tesse de consommation de l'électrode est d'en viron 13 mm par seconde. Dans ces condi tions, si la longueur de l'arc est augmentée de façon que la tension d'arc devienne égale à 32 volts, le courant de soudage tombe à en viron 238 ampères et la vitesse de consom mation de l'électrode n'est. plus que de 12 mm par seconde, tandis que le fil constituant l'électrode est avancé à une vitesse de 13 mm par seconde.
L'arc tend par conséquent à se raccourcir de 1 mm par seconde. Lorsqu'on utilise au contraire des grandes densités de courant et une vitesse élevée d'avance de l'électrode correspondante, un accroissement de la longueur de l'arc est accompagné d'un accroissement de la tension d'arc. Mais, même si le courant de soudage reste constant, la vitesse de consommation de l'électrode est moindre en dépit du fait que davantage d'énergie est dissipée dans l'arc.
Il est par conséquent évident que lors qu'une telle densité de courant élevée est uti lisée, la vitesse de consommation de l'élec trode, pour un courant donné, n'augmente pas avec la tension d'arc, comme lorsqu'une den sité de courant faible est employée pour l'opé ration de soudage.
Le transport du métal par l'arc obtenu dans le procédé illustré est essentiellement différent du transport goutte à goutte obtenu aux densités de courant utilisées jusqu'ici dans les procédés connus de soudage à l'arc sous protection.
Le métal fondu est projeté à partir (le l'extrémité du fil métallique constituant l'électrode et la densité du courant peut être suffisamment grande pour que le métal soit transporté sous forme d'un jet. conique de fines gouttelettes, ou pratiquement de métal pulvérisé. La force projetant ces gouttelettes de métal est suffisante pour vaincre la pesan teur et il est par conséquent possible d'effec tuer des soudures satisfaisantes au-dessus de l'électrode, des soudures verticales ou des soit- dures vers le bas clans des conditions égale ment satisfaisantes.
On a constaté que le procédé illustré peut être utilisé avantageusement avec l'un quel conque des métaux ou des alliages suivants:
EMI0007.0002
<I>I. <SEP> - <SEP> Dlétaux <SEP> ferreux.</I>
<tb> <I>A. <SEP> Ferritiques:</I>
<tb> 1 <SEP> Acier <SEP> au <SEP> carbone <SEP> ordinaire.
<tb> 2 <SEP> Acier <SEP> allié.
<tb> <I>B. <SEP> Austénitiques:</I>
<tb> 1 <SEP> Type <SEP> à <SEP> 18 <SEP> 0/o <SEP> de <SEP> chrome <SEP> et <SEP> 8 <SEP> 0/o <SEP> de
<tb> nickel.
EMI0007.0003
II. <SEP> <I>- <SEP> Dlétaux <SEP> non <SEP> ferreux.</I>
<tb> <I>A. <SEP> Aluminium <SEP> et <SEP> ses <SEP> alliages:</I>
<tb> 1 <SEP> Aluminium <SEP> pur <SEP> - <SEP> type <SEP> 2S.
<tb> 2 <SEP> Alliages <SEP> d'aluminium <SEP> - <SEP> type <SEP> 3S.
<tb> 3 <SEP> Alliages <SEP> d'aluminium <SEP> - <SEP> type <SEP> 43S.
<tb> 4 <SEP> Alliages <SEP> d'aluminium <SEP> - <SEP> type <SEP> 716.
<tb> <I>B. <SEP> Cuivre:</I>
<tb> 1 <SEP> Cuivre <SEP> désoxydé.
<tb> 2 <SEP> Alliages <SEP> de <SEP> cuivre <SEP> - <SEP> bronze
<tb> phosphoreux.
<tb> 3 <SEP> Alliages <SEP> de <SEP> cuivre <SEP> - <SEP> bronze
<tb> d'aluminium.
<tb> <I>C. <SEP> Magnésium:</I>
<tb> 1 <SEP> Alliage <SEP> de <SEP> magnésium, <SEP> type <SEP> JI
<tb> (6 <SEP> 0/o <SEP> d'aluminium <SEP> et <SEP> 10/o <SEP> de <SEP> zinc).
Il est fort probable que ce procédé puisse également être avantageusement employé avec d'autres métaux et d'autres alliages de sou dure, par exemple avec d'autres métaux fer- roux tels que les aciers à haut pourcentage de manganèse, les aciers à haut pourcentage de nickel, etc., et avec d'autres métaux non ferreux.
Pour donner un exemple typique, on a constaté qu'avec une électrode constituée par un fil d'aluminium de 1,6 mm de diamètre, protégé par un courant d'argon, d'excellents résultats sont obtenus lorsque le fil est avancé à une vitesse constante de 68 mm par seconde, le courant de soudage étant compris entre 130 et 180 ampères selon la longueur de l'arc. et le réglage du générateur.
En général, on peut dire qu'avec des électrodes en aluminium, la relation entre la densité de courant optimum <I>D</I> dans l'électrode et la vitesse d'avance P optimum de cette électrode peut être expri mée par D = 1,22 B + C, où C est compïis entre -16 et -f-16, D étant la densité du courant en ampères par mm2 et B étant la vitesse d'avance de l'électrode en mm par se conde.
Lorsqu'on utilise des électrodes présentant une très faible résistance électrique, par exemple des électrodes d'aluminium ou de cuivre, il ne se produit pas de chauffage appré ciable de l'électrode par résistance, le long de cette électrode entre le sabot de contact et l'arc.
Même lorsqu'on utilise des électrodes pré sentant une résistance électrique plus élevée, ce chauffage par résistance peut être négli geable car, en aucun cas, il n'est nécessaire d'utiliser un chauffage par résistance pour amorcer l'arc ou pour le maintenir.
Selon le procédé décrit, le métal est trans porté de l'électrode à l'arc presque unique ment du fait de la chaleur intense produite dans cet arc. lui-même. On a constaté qu'avec une électrode d'aluminium de 1,6 mm de dia mètre, qu'on fait avancer vers l'arc à une vi tesse constante de 61,5 mm par seconde, un courant de soudage de 140 ampères et une tension d'arc voisine de 20 volts assurent des conditions de soudage stables et favora bles, lorsqu'on utilise un courant d'argon pro tecteur. Des oscillogrammes prouvent que les glo bules de métal transportés par l'arc, lorsque l'électrode est maintenue dans une position horizontale, sont projetés à partir de l'extré mité de l'électrode vers l'ouvrage à un taux d'environ 31 globules par seconde.
Ainsi, 1,8 mm de fil est consommé pour chaque glo bule ainsi transporté.
On a remarqué que ces globules étaient de dimension suffisante pour court-circuiter l'arc pendant un instant, chaque fois qu'un globule est déformé et est sur le point de quitter l'électrode. Le transport de métal ainsi obtenu a pour effet de produire un arc cré pitant et, bien que du métal puisse ainsi être déposé dans des positions verticales ou au dessus de l'électrode, ce mode de fonctionne ment n'est pas le plus désirable pour obtenir les gouttes de soudure de la meilleure et de la plus saine apparence possible.
En accrois sant encore le courant à 160 ampères et la, tension à 23 volts tout en maintenant la vi.. tesse d'avance à 61,5 mm par seconde, on obtient un arc d'environ 6,35 mm de long et une véritable projection ou pulvérisation de métal. Le transport du métal est alors effec tué sous forme de plus petites gouttes de mé tal fondu passant de l'électrode à l'ouvrage à un taux de 49 gouttelettes par seconde, si bien qu'une longueur d'électrode de 1,25 mm est. consommée par gouttelette. Ces gouttelettes discrètes sont projetées à partir du fil consti tuant l'électrode jusqu'à l'ouvrage sans cause. de court-circuitage de l'arc.
Dans ces condi tions, on a constaté que le métal fondu était projeté axialement à partir de l'extrémité de l'électrode plutôt que le long du chemin le plus court entre l'électrode et l'ouvrage, ces fines gouttelettes discrètes formant un noyau nettement différencié de métal transporté.
En général, on peut dire que la densité du courant devrait être suffisante pour pro jeter le métal horizontalement le long d'un arc, c'est-à-dire à partir d'une électrode main tenue en position horizontale jusqu'à un ou vrage présentant à l'électrode une surface verticale. Si l'intensité ou la densité du courant n'est pas suffisante pour projeter axialement le métal fondu à partir de l'électrode vers l'ouvrage, sous forme d'un jet de pulvérisa tion de fines gouttelettes discrètes entourées par l'écran de gaz (ou, dans le cas d'une élec trode d'aluminium de 1,6 min de diamètre, pour transporter le métal à un taux d'environ 34 gouttelettes par seconde), les résultats ne sont pas satisfaisants.
Par exemple, avec l'électrode d'aluminium de 1,6 mm de diamètre qu'on fait avancer à la vitesse de 61,5 mm par seconde et avec une protection d'argon, si le courant est ré duit à 120 ampères et la tension d'arc à <B>18</B> volts, on a constaté que lorsque l'électrode est maintenue en position horizontale, un arc d'environ 6,35 min de long est maintenu, au cun transport de métal n'ayant lieu entre l'électrode horizontale et une plaque verti cale constituant l'ouvrage opposé à cette élec trode.
De gros globules se forment à l'extrémité de l'électrode et se détachent de celle-ci pour tomber par gravité. Chaque fois qu'un tel globule quitte l'extrémité de l'électrode, la tension d'arc augmente momentanément et un oscillogramme a montré que ces globules étaient produits à une vitesse de seulement globules par seconde dans ces conditions <B>3</B> particulières. L'utilisation de la polarisation inverse est particulièrement avantageuse lorsque l'arc est protégé par un gaz inerte.
Dans ces condi tions, on a constaté qu'un effet de nettoyage ou de décapage se produit, toute pellicule d'oxyde étant arrachée par crépitement de la cathode sous l'effet du bombardement de celle-ci par des ions positifs, si bien qu'une excellente fusion du métal d'apport avec l'ou vrage est assurée. L'utilisation d'un arc de polarité inverse n'entraîne aucun effet nui sible de surchauffage de l'électrode positive, cette électrode étant avancée vers l'arc à une vitesse si grande qu'un tel surchauffage ne peut se produire. De plus, grâce à. la polarité inversée de l'arc, la chaleur est concentrée dans le métal de l'ouvrage, assurant ainsi une pénétration adéquate du métal d'apport. Ce pendant, on a constaté qu'un arc de polarité non inversée est préférable lorsqu'on utilise une électrode de laiton.
Le gaz fourni à partir de la bouteille 14 est de préférence un gaz inerte monoatomique tel que de l'hélium ou de l'argon. Cependant, on comprendra que dans certains buts il puisse être préférable d'utiliser un gaz réducteur plutôt qu'un gaz inerte. Par exemple, des résultats satisfaisants ont été obtenus en utilisant une électrode en fil d'acier d'un diamètre de 1,6 mm avec un courant de soudage de 260 ampères, la vitesse d'avance de ce fil vers l'arc étant d'environ ÎO mm par seconde et le gaz utilisé étant un mélange de monoxyde et de dioxyde de car bone.
On a constaté qu'un très grand domaine de puissance peut être utilisé pour assurer -Lui soudage satisfaisant selon le procédé décrit, particulièrement lorsque l'électrode est en acier inoxydable. On a par exemple constaté qu'avec une électrode en fil d'acier inoxyda ble, la puissance de soudage peut être modi fiée dans un domaine d'environ 5000 watts, tandis qu'avec les procédés de soudage usuel, à. l'aide d'une électrode recouverte de même dimension, le domaine de puissance admissible est d'environ 500 watts seulement. On a cons taté que pour obtenir le meilleur effet pro tecteur de l'arc à l'aide d'un gaz de protec tion, ce gaz doit s'échapper d'une ouverture de façon à assurer la production d'une enve loppe de gaz sensiblement laminaire dans la zone de soudure.
Si le gaz est fourni autour de l'arc d'une façon. telle qu'il soit animé d'une vitesse circonférentielle sensible ou d'une composante de vitesse tourbillonnaire, de l'air est entraîné avec le gaz de protection en quantités telles que la protection devient inefficace. D'autre part, si le gaz est fourni de façon qu'il s'écoule dans la direction géaé- xale de l'avance de l'électrode, sans être animé d'une vitesse circonférentielle sensible ou d'une composante relative autour de l'élec trode, l'enveloppe de gaz entourant l'arc est sensiblement laminaire et jusqu'à 90 1/o de l'air peut être éloigné de la zone de soudage par une telle enveloppe de gaz.
Dans l'installation représentée, le gaz est fourni au pistolet par un conduit 13, reliant la bouteille 14 au conduit 4, qui entoure le fil 5 constituant l'électrode. Le gaz s'écoule le long du conduit 4 et pénètre dans une cham bre à gaz ménagée dans la tête de soudage, à. partir de laquelle il s'échappe vers l'extré mité de l'électrode, dans la direction générale de celle-ci. Si on le désire, des baffles ou un écran, tel que celui représenté en 3 à la fig. 1, peuvent être disposés dans le conduit 4 ou dans la chambre à gaz, à l'intérieur de la tête de soudage, pour annuler toute vitesse circonférentielle dont le gaz pourrait sans cela être animé et pour assurer un écoulement axial du gaz de protection vers l'orifice de sortie et à travers cet orifice voisin de l'extré mité de l'électrode.
Dans la description qui précède et dans les revendications qui vont suivre, on emploie le terme électrode d'apport nue constituée par un fil métallique pour désigner des fils nus ordinaires de métal d'apport et égale ment des fils de métal d'apport recouverts d'un léger revêtement ou badigeonnage, par opposition aux électrodes recouvertes d'une épaisse couche de fondant. De même, le terme électrode d'aluminium est utilisé pour dé signer indifféremment des électrodes d'alu minium et des électrodes d'alliages d'alumi nium.