Procédé de soudure à l'arc et appareil pour la mise en ouvre de ce procédé. La présente invention se rapporte à un procédé (le soudure à l'are dans lequel un. arc est établi entre une électrode de métal fusible et un métal de base, ce procédé étant carac térisé en ce que l'arc est, au moins sur -une partie de sa longueur, enveloppé par une masse d'un gaz supplémentaire maintenu à une pression suffisamment basse et distri bué de façon à. empêcher l'arc d'être en con tact avec l'atmosphère.
Cette invention comprend également. un appareil pour la mise en ouvre de cc procédé. Cet appareil comprend une électrode montée en série avec le métal de base en vue de la formation d'un are électrique entre eux, et se caractérise par des moyens pour enfermer le gaz produit par l'are dans une zone située au-dessus du métal de base. entourant l'arc et s'étendant sur au moins une partie sensible de la longueur de l'are, ces moyens compre nant Lin dispositif d'alimentation pour intro duire un courant de gaz supplémentaire et un dispositif pour régler la pression et l'écou lement du courant de gaz supplémentaire de façon à, exclure L'air atmosphérique de la ré gion de l'are.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'appareil servant à la mise en ouvre du procédé de soudure faisant l'objet de l'inven tion.
La fig. 1 est une coupe verticale d'un appa reil suivant. une première forme d'exécution. La fig. \? est une vue en coupe transver sale d'un appareil suivant une deuxième forme d'exécution, cette coupe . étant prise suivant '?-2 de la fig. 3.
La fig. 3 est une coupe verticale de ce même appareil.
La fig. 4 est une coupe partielle concer- tiant une variante de construction de l'appa reil suivant la fig. 1.
La fig. 5 est. une coupe verticale d'une autre variante de construction de l'appareil suivant la fig. 1.
La fig. 6 est une élévation partielle de l'appareil suivant la fig. 5.
La fig. 7 est une vue en coupe d'un appa reil suivant. une troisième forme d'exécution permettant d'obtenir un rideau de gaz supplé mentaire qui enferme le gaz de l'arc.
La fig. 8 est une coupe semblable à la fig. 7 représentant un appareil suivant une quatrième forme d'exécution, dans lequel on utilise également un rideau de gaz supplémen taire.
L'appareil de soudure suivant la fig. 1 est destiné à, la soudure d'une tôle de faible cali bre au moyen d'une baguette de soudure de petit diamètre et d'un courant basse tension. La baguette de soudure nue ou électrode 20 passe entre deux rouleaux d'alimentation 21 faisant partie d'un dispositif automatique classique (non représenté) ; cette électrode tra verse l'orifice axial 22 du porte-électrode tubu laire 23; la vitesse d'avancement de cette élec- trode est synchronisée avec la vitesse de fusion de celle-ci sous l'action de l'arc 25. Le porte- électrode tubulaire 23 est constitué par un métal bon conducteur, de préférence par du cuivre.
Pour éviter la. montée des gaz par le porte-électrode tubulaire 23, on peut placer au sommet. du porte-électrode un bouchon 26 qui bloque une bague d'amiante 27.
Pour l'établissement du circuit de soudure, un câble électrique 28 est. relié à une plaque 30 portant une ouverture, laquelle plaque est fixée au porte-électrode 23 à l'aide des vis 31; un second câble électrique 32, placé à l'autre borne du circuit, est fixé au métal de base 33 par une borne appropriée 35 et lin boulon 36.
Le porte-électrode 23 est entouré à un ni veau intermédiaire par un coussinet 37 fixé de manière réglable à l'aide d'une vis de blo cage 38. Une paroi cylindrique 40 est vissée ou montée d'une autre manière sur le coussi net 37; la chambre, ainsi constituée, est placée au-dessus de la surface du métal de base 33 avec un jeu relativement faible. Un dispo sitif permettant l'introduction d'un gaz sup plémentaire dans la chambre ainsi fermée comprend un conduit 41, faisant corps avec la paroi cylindrique 40, muni d'un robinet de gaz 42 relié à un tuyau 43.
Pour des courants relativement faibles, la paroi 40 de la chambre cylindrique peut être métallique, tandis que le coussinet 37 est en une matière isolante. Pour des courants élevés, cependant, la chambre peut être constituée uniquement par de la céramique.
Le gaz supplémentaire amené par le tuyau 43 peut être un gaz quelconque plus léger que le gaz produit par l'arc. On peut avoir soit un gaz combustible comme l'hydrogène, soit un gaz inerte. L'hélium peut être utilisé avec succès. Le gaz produit par l'arc 25 étant bien plus lourd que le gaz supplémentaire intro duit au-dessus, ces deux gaz restent séparés, à condition que l'on assure une évacuation des gaz de la chambre à un niveau intermé diaire et pourvu que le gaz supplémentaire ne soit pas introduit de manière telle qu'il pro voque une turbulence au niveau d'évacuation.
Dans la construction de la fig. 1, on a prévu un certain nombre d'ouvertures d'éva cuation 45 disposées en cercle sur la paroi cylindrique 40 approximativement au niveau de l'extrémité inférieure de l'électrode 20, c'est-à-dire approximativement au niveau de l'extrémité supérieure de l'arc 25. Ainsi, le gaz contenu dans la chambre consiste en un volume supérieur 46 de gaz supplémentaire et un volume inférieur 47 de gaz produit, par l'arc; ces deux volumes sont. séparés par une surface de séparation 48 disposée au niveau des ouvertures d'évacuation 45. Les gaz des deux volumes 46 et 47 sortent. en même temps par les ouvertures 45, comme l'indiquent les flèches de la fig. 1.
Pour faire fonctionner le dispositif de la fig. 1, on ouvre le robinet 42 pour faire arri ver le gaz supplémentaire et, ensuite, on éta blit l'arc. Il est évidemment important que le débit d'arrivée du gaz supplémentaire soit suffisamment faible pour que celui-ci soit éva cué par les ouvertures 45; d'autre part, ce débit doit être suffisamment grand pour main tenir la pression à l'intérieur de la chambre légèrement supérieure à. la pression atmosphé rique en évitant l'entrée d'air. On a. trouvé qu'il est préférable d'utiliser une pression légèrement supérieure à la pression atmosphé rique; cependant, une pression trop élevée dans la chambre fait augmenter la section de l'are et, par conséquent, fait diminuer la den sité de courant.
En général, la dimension ou section totale des ouvertures d'évacuation 4#) est principale ment déterminée par l'importance du courant de soudure. Dans une forme d'exécution telle que celle de la fig. 1, pour souder de l'acier inoxydable N 308, calibre 18, avec une élec trode de 2,3 min de diamètre, et un courant de 110 ampères, on prévoit six ouvertures d'évacuation de 1,6 mm de diamètre.
On pré voit une arrivée d'hélium à une pression supé rieure à la pression atmosphérique et à un débit de 1 litre à. 1 litre et demi par minute (débit ramené à. la pression atmosphérique). Avec une telle disposition et -Lin tel réglage, on obtient une soudure de qualité élevée; sans faire varier le réglage, on peut faire varier l'intensité du courant de soudure à volonté entre 95 et<B>125</B> ampères sans que la qualité de la soudure se trouve altérée.
17n ce qui concerne le débit d'arrivée du gaz supplémentaire, le débit d'évacuation et l'intensité du courant, laquelle intensité agit sur le débit. de gaz produit par l'arc, on notera que la chambre est bien plus grande que le volume de gaz produit par l'arc. qu'elle con tient, ce volume étant occupé principalement par le gaz supplémentaire. On notera que le débit d'évacuation du gaz par les ouvertures 45 varie avec la pression dans la chambre, cette pression variant à son tour suivant les débits combinés du gaz supplémentaire et du gaz produit par l'arc.
Le fait que le fonc- tionnement de l'appareil n'est pas sensible peut s'expliquer partiellement par le volume important. de la chambre et par l'existence d'un volume de gaz supplémentaire impor tant; ceci peut s'expliquer encore par la com pensation partielle automatique dans les va riations de débit d'arrivée du gaz supplémen taire et de production de gaz de l'arc provo quant des variations semblables dans le débit de sortie des gaz par les ouvertures 45. On a trouvé, de plus, que l'appareil permet des variations notables dans le jeu existant entre la partie inférieure de la chambre cylindrique et la surface du métal. de base; ainsi, les irré gularités et. les variations de la surface du métal de base n'affectent pas la qualité de la. soudure.
La surface de séparation 48 entre le volume supérieur d'hélium et le volume infé rieur de gaz produit par l'arc varie en hau teur, et peut-être en forme et il. en résulte un réglage automatique des différents facteurs sans que l'efficacité de la soudure en subisse des conséquences.
Les fig. 2 et 3 représentent un appareil permettant la soudure de pièces plus grosses avec une plus grosse baguette de soudure et un courant plus élevé. L'électrode plus lourde 50 est amenée, sous l'action des rouleaux clas siques 51, dans le porte-électrode tubulaire 52 après avoir traversé un joint d'étanchéité 53; cette électrode établit un arc 55 au-dessus de la partie à souder du métal de base 56. Le cir- cuit de soudure comprend un câble classique 57 relié au porte-électrode 52 par une borne 58.
A l'extrémité inférieure du porte-électrode 52 se trouve une chambre 60 présentant un col 61 permettant son montage sur le porte- électrode par l'intermédiaire d'un manchon 62 isolant, par exemple en amiante. La cham bre 60 est constituée par ce que l'on peut appeler une paroi intérieure cylindrique 63 et une collerette circulaire 65, filetée de ma nière à recevoir une bague 66 possédant un rebord intérieur 67. La bague 66 permet de maintenir, de manière que l'on puisse réaliser un réglage par rotation, une paroi cylindri que extérieure 68 ayant la forme d'un anneau cylindrique avec un rebord extérieur 70.
Un avantage important de la disposition décrite est qu'elle permet de faire varier facilement la section des ouvertures d'évacuation suivant la volonté de l'opérateur. Pour cela, la paroi intérieure cylindrique 63 est munie d'une série d'orifices 71; la paroi cylindrique exté rieure 68 est munie d'une série corres pondante d'orifices 72, de manière que la paroi cylindrique extérieure puisse être réglée de faon que les orifices 71 et 72 che vauchent les uns sur les autres de quantités différentes. La fig. 2 montre, à titre d'exem ple, deux orifices 71 et 72 qui chevauchent partiellement, ce qui offre au gaz une section de sortie vers l'atmosphère de valeur moyenne.
Le gaz supplémentaire peut être introduit dans la chambre formée par la cloison 60 d'une manière quelconque évitant la turbu lence au niveau des orifices de sortie. Dans la forme d'exécution représentée, le gaz sup plémentaire provient d'une canalisation d'ar rivée (non représentée) ; il pénètre dans un passage annulaire 73 de la paroi supérieure de la chambre par un raccord 75 et il descend par une série d'orifices espacés 76. La cham bre 60 est refroidie par de l'eau, et, à cet effet, elle possède une chemise d'eau 77, de forme circulaire, dont les deux extrémités sont séparées par une paroi 78.
L'eau de refroi dissement provient d'une source appropriée (non représentée) ; elle est introduite dans l'une des extrémités de la chemise 77 par un raccord 80 et elle s'écoule jusqu'au second raccord 81.
On pourra comprendre facilement le fonc tionnement du dispositif des fig. 2 et 3 à la lecture de la description relative à la fig. 1.
La fig. 4 montre comment la construction représentée sur la fig. 1 peut être modifiée de manière que le niveau de la surface de séparation 48 entre le gaz supplémentaire su périeur 46 et le gaz produit par l'arc infé rieur 47 soit variable. La construction est très semblable à celle de la. fig. 1 et, du reste, on utilise des nombres de référence correspon dants pour désigner les éléments correspon dants.
La paroi cylindrique 40a de la fig. 4 porte une collerette 85 qui est filetée de manière =ù. recevoir une bague appropriée 86. La bague 86 possède un rebord intérieur sur lequel vient prendre appui, de manière à, pouvoir tourner et être réglée, une pièce cylindrique 87. Ainsi, la partie inférieure de la paroi cylindrique 40a constitue ce que l'on peut appeler une paroi intérieure, tandis que la pièce cylindrique 87 forme une paroi exté rieure qui tourne par rapport à la première.
On notera que les deux parois cylindriques de la fig. 4 sont munies de couples d'ouver tures allongées qui se coupent, une ouverture de chaque couple se trouvant sur chacune des parois cylindriques; on notera aussi qu'au moins l'une des ouvertures d'un couple est inclinée de telle manière que la rotation rela tive des deux parois cylindriques fasse varier la hauteur de l'intersection de deux ouver tures. Ainsi, la fig. 4 représente une série d'ouvertures inclinées 88 placées sur la, paroi cylindrique intérieure et une seconde série d'ouvertures correspondantes 90, mais inch nées en sens opposé et placées sur la paroi cylindrique extérieure.
Il est clair que la bague 86 peut être desserrée de manière à permettre un réglage par rotation de la pièce cylindrique 87. Ainsi, on peut faire monter ou descendre le niveau des ouvertures d'éva cuation des gaz matérialisé par l'intersection des ouvertures 88 et 90. Ainsi, la surface de séparation 48 peut se déplacer en montant ou en descendant. à volonté de telle manière que le volume supérieur de gaz supplémentaire 46 avance plus ou moins sur l'arc 25.
Comme on l'a expliqué ci-dessus, ].'avance contrôlée du gaz supplémentaire sur ].'are pro voque une atténuation. du soufflage de l'arc par suite de la dilution provoquée par le gaz supplémentaire; il en résulte une diminution d'intensité (lu courant de l'arc et, par consé quent, une réduction correspondante du débit de métal transporté par ]'arc.
La fig. 5 représente une autre forme d'exé cution dans laquelle, de même que dans les descriptions précédentes, un volume de gaz supplémentaire 46 est maintenu dans un espace fermé au-dessus d'un volume inférieur de gaz 47 produit par l'arc; une surface de séparation 48 se trouve entre les deux vo lumes. La. fig. 5 représente le porte-électrode classique, tubulaire 9? traversé par l'électrode nue 93 qui établit un arc 95 atteignant le métal de base 96.
Le porte-électrode est en touré d'un manchon isolant et épais 97 qui porte un cylindre métallique 98 formant une chambre fermée au-dessus de la surface du métal de base. Sur le cylindre 98 est branché un tube de visée 100 dont l'extrémité exté rieure est, fermée par un certain nombre de lentilles 101 dont tune au moins est colorée. L'ensemble de lentilles est maintenu entre deux bagues 102 de matière appropriée au moyen d'un viseur 103 vissé sur le tube de visée.
Le gaz supplémentaire provenant d'une source appropriée (non représentée) est amené dans le cylindre métallique 98 par le dessus, par une canalisation 105 reliée au tube de visée, comme représenté; la. canalisation d'ali znentation est, munie d'un robinet de contrôle approprié 106. La seule sortie pour le gaz contenu dans la chambre constituée par le cylindre métallique 98 est le jeu se trouvant entre le bord inférieur du cylindre et le métal de base 96; à cela s'ajoute une encoche 107 qui est découpée dans Je bord inférieur du côté arrière de la chambre lorsque celle-ci se déplace de manière que le cordon de soudure formé puisse passer.
L'encoche 107 atteint en hauteur approximativement le niveau de l'ëx- trémité supérieure de l'arc 95, et sa dimension est telle: qu'elle puisse réduire suffisamment la sortie des gaz en empêchant l'entrée d'air à l'intérieur de la chambre.
Le tube de visée 100 permet à l'opérateur d'observer la soudure soigneusement et, s'il le désire, l'opération de soudure peut aussi être regardée sous un angle faible par l'encoche <B>107.</B>
Dans chacune des variantes de la chambre représentée sur les fig. 1 à 6, le métal fondu dans la région de la soudure à l'intérieur de la chambre est effectivement protégé et l'arc est complètement isolé de l'atmosphère. A tous points de vue, l'arc est normal en ce sens qu'il est équivalent à un arc très efficace pro duit de la manière classique par utilisation d'une électrode possédant un revêtement de décapant- lourd. Ainsi, la température de l'arc est normale à la fois sur la borne électrode et sur la borne métal de base et il en résulte la formation d'un cratère de surface et de profondeur normales sur le métal de base.
Ce procédé permet de réaliser un cordon de sou dure possédant. Lui grain très fin qui indique que l'arc transporte le métal fondu prove nant (le ].'électrode sous forme de particules de très faible dimension. Les dépôts de la sou dure sont denses et possèdent un grain très fin; cette soudure n'est pas poreuse. Le pro cédé peut s'appliquer par utilisation d'élec trodes correspondant aux électrodes des autres procédés de diamètre compris entre 1,6 et 8 mm.
lies fig. 7 et 8 ont pour objet d'indiquer de quelle tisanière le gaz supplémentaire peut, être utilisé sous la forme d'un rideau au lieu d'un volume fermé; ce rideau de gaz permet d'enfermer la zone de soudure qui, par consé quent, ne se trouve pas au contact de l'air. La fig. 7 représente le porte-électrode tubulaire classique 7.10 traversé par l'électrode nue 111 qui permet d'établir l'arc 112 sur le métal de base 113.
Autour de l'extrémité inférieure du porte-électrode 110 se trouve une chambre annulaire 115 constituée par une pièce 116 en forme de coupelle et une bague 117 vissée sur cette pièce; la bague 117 est fixée au porte- électrode par une vis 118; une canalisation 120 est placée sur la partie latérale de la pièce 116 et permet l'arrivée du gaz supplé mentaire; elle est. munie d'un robinet de com mande convenable 121.
Au-dessous de la canalisation 120, la pièce 116 présente un rebord circulaire 122 qui est fileté de manière à recevoir une pièce cylin drique 123. La pièce cylindrique 123 forme avec la pièce en forme de coupelle 116 un passage annulaire 125 formant ajutage dont l'extrémité inférieure de sortie est convenable ment rétrécie, comme représenté. Le gaz pro venant de la canalisation 120 pénètre dans la chambre annulaire 115 en réalisant un effet. de refroidissement sur le porte-électrode 110. Il s'écoule hors de la chambre annulaire 115 pour pénétrer dans le passage 125 par une série d'orifices 126 disposés en cercle sur la pièce 116. Du passage 125, le gaz est chassé sous forme d'un jet annulaire ou rideau con tinu cylindrique 127.
Il est clair que le rideau cylindrique de gaz 127 constitue, avec le métal placé à la partie inférieure du porte-électrode et le métal de base 113, une chambre qui se déplace et enferme la zone de soudure. On notera que le rideau de gaz est situé à une certaine distance de l'arc 112, cette distance étant suffisante pour éviter le contact entre 1e rideau de gaz et L'arc.
Le gaz produit par l'are constitue un vo lume 128 qui entoure le métal dans la zone de soudure; le gaz produit par l'arc doit évi demment sortir, mais il peut effectuer cette sortie facilement à, travers le rideau cylindri que de gaz 127. Ainsi, le rideau de gaz per met une sortie continue du gaz produit par l'arc tout en protégeant de l'air extérieur la couche intérieure 128 de gaz produit par l'arc. Il faut noter, de plus, que le rideau cylindri que 127 constitue à tous moments une paroi complètement fermée, étant donné que le ri deau de gaz existe indépendamment de toute irrégularité ou variation de la surface du mé tal de base.
Dans la construction représentée sur la fig. 8, l'électrode nue 130 est amenée de la manière classique dans le porte-électrode 131., dé manière à constituer un arc 132 avec le métal de base 133. Cette forme d'exécution a pour but. de former un rideau de gaz 13:i ayant une forme conique et divergente à par tir de l'arc 132. On peut utiliser tous les appa reils convenables qui permettent d'obtenir un tel rideau de gaz.
Dans la forme représentée à la fig. 8, le porte-électrode 131 possède un diamètre ré duit à son extrémité inférieure, de manière à constituer la paroi intérieure d'une chambre à gaz annulaire 136. L'extrémité inférieure du porte-électrode 131 est. encore réduite de ma nière à recevoir une pièce 137, de forme coni que, formant ajutage. La paroi extérieure de la chambre annulaire 136 est constituée par un cylindre 138 vissé sur le porte-électrode de la manière représentée; l'extrémité inférieure de ce cylindre est, taillée en biseau de manière à coopérer avec la pièce 137 pour constituer l'ajutage 140 divergent ou conique. Le gaz supplémentaire est amené à. la partie supé rieure de la chambre à gaz annulaire 136 par une canalisation 141. commandée par un robi net 142.
Il est clair que dans les formes d'exécution représentées aux fig. 7 et 8, le poids spéci fique du gaz supplémentaire ne doit pas né cessairement être inférieur à celui du gaz pro duit par l'arc. En fait, on peut facilement utiliser un gaz relativement lourd en parti culier lorsque le gaz supplémentaire est dirigé vers l'extérieur à partir de l'arc de la. manière représentée sur la fig. 8.