Electrode continue pour le soudage semi-automatique à l'arc La présente invention a pour objet une électrode continue pour le soudage semi-automatique à l'arc, par exemple, au moyen d'un pistolet manuel alimenté par un dévidoir automatique.
Pour un maniement aisé du pistolet, il est très désirable que le fil électrode soit souple, et par con séquent de faible section. D'autre part, il est égale ment souhaitable que ce fil soit apte à être fondu à un taux horaire élevé, comparable à celui qu'on ob tient avec un fil nu utilisé en atmosphère de gaz inerte ou avec un flux en poudre. Il faut pour cela que ce fil puisse être dévidé à grande vitesse et qu'il supporte, en raison de sa faible section, une densité de courant élevée. Il faut également, bien entendu, que ce fil permette, dans les conditions précitées, d'obtenir une soudure d'excellente qualité, exempte de soufflures et d'inclusions.
A cet effet, il est dési rable d'adjoindre au fil une quantité de matière d'en robage importante, et il faut encore que cette matière d'enrobage adhère bien au fil souple, tout en laissant des surfaces dénudées suffisantes pour l'amenée de courant.
En raison de ces exigences aussi diverses que contradictoires, de nombreuses solutions ont été pro posées pour le soudage semi-automatique avec élec trode continue partiellement enrobée, mais aucune n'a pu jusqu'ici répondre aux besoins industriels. En particulier, on ne connaissait pas jusqu'ici d'électrode continue semi-enrobée permettant de souder en toutes positions, même au plafond. L'invention apporte une solution à ce dernier problème, en même temps qu'elle répond aux différents desiderata rappelés au début.
L'électrode continue suivant l'invention, pour le soudage semi-automatique à l'arc électrique, est cons tituée d'un fil métallique central autour duquel sont répartis, enroulés en hélice, des fils métalliques exté rieurs partiellement enduits de matière d'enrobage, et est caractérisée en ce que les fils extérieurs sont répartis en au moins une couche, la couche adjacente au fil central comprenant trois fils, et en ce que la section de chaque fil extérieur est comprise entre 0,64 et 2,25 fois la section du fil central.
Dans une telle électrode, les surfaces de contact entre le fil central et les fils extérieurs sont extrême ment réduites, de telle sorte qu'une faible partie seu lement du courant de soudage passe dans le fil cen tral, contrairement à ce qui a lieu dans les électrodes torsadées usuelles.
Une forme d'exécution de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple, dans le dessin an nexé, dans lequel La fig. 1. est une coupe transversale d'une élec trode, la fig. 2 est un graphique montrant le rapport entre les sections et les rayons des fils.
Chaque fil élémentaire de l'électrode représentée à la fig. 1 est soumis périodiquement à une forte densité de courant, et l'on constate que le transfert du métal dans l'arc s'opère sous la forme d'une pro jection de gouttelettes très fines, comme dans le sou- doge en atmosphère d'argon avec haute densité de courant.
Ce phénomène se produit aussi bien en courant continu qu'en courant alternatif et présente un très grand intérêt, car il permet de souder en toutes posi-. tions, même au plafond, alors qu'avec la fusion nor male, en grosses gouttes, on ne peut souder qu'à plat.
Il convient également de remarquer que la fusion caractéristique en fines gouttelettes n'apparaît, dans le soudage en gaz inerte avec une électrode ordi naire, qu'aux très fortes densités de courant, tandis qu'elle se manifeste, avec la présente électrode, à partir d'une densité de courant moyennement forte, si on rapporte l'intensité du courant de soudage à la section métallique totale de l'électrode.
Un glissement de l'arc d'un fil à l'autre, à mesure que le premier fil se raccourcit en se consumant, se produit à une cadence rapide, par exemple de l'ordre de 200 fois par seconde, en courant continu. Il est analogue au phénomène constaté avec les élec trodes constituées par un faisceau de baguettes as semblées par un enrobage commun. On sait que ces faisceaux procurent ainsi une augmentation appré ciable du taux de fusion, autrement dit de la quantité de métal fondue par ampère dans l'unité de temps, avantage qui est également obtenu avec l'électrode continue représentée.
Cependant, les faisceaux préci tés sont composés de baguettes rigides de faible lon gueur, généralement disposées côte à côte, et dont les diamètres s'échelonnent .dans la gamme habituelle des électrodes enrobées, c'est-à-dire entre 2 et 8 mm.
L'isolement électrique de la présente électrode entre fils est obtenu d'une manière particulièrement simple en utilisant, pour la fabrication de l'électrode, des fils non décapés.
La très légère pellicule d'oxyde qui recouvre habituellement les fils venant d'être tré filés constitue un isolant, sans doute imparfait, mais en tout cas suffisant dans la présente électrode, car la présence de cette pellicule, jointe à la faible sur face de contact géométrique des fils entre eux, limite le passage du courant d'un fil à l'autre à une valeur inférieure à celle nécessaire pour l'entretien d'un arc, de sorte que l'arc n'intéresse qu'un fil à la fois.
A titre indicatif, on a mesuré une résistance de contact de l'ordre de 0,2 ohm entre le fil central et les fils extérieurs. Cette résistance paraît susceptible de pro voquer, aux fortes intensités, une chute de tension suffisante pour empêcher l'allumage d'un arc sur le fil central.
En pratique, il suffira généralement que le seul fil central soit utilisé à l'état non décapé. De toute façon, il est nécessaire que les arêtes extérieures des fils périphériques soient dénudées pour assurer un bon contact avec la buse d'amenée de courant du pistolet de soudage. Il est même avantageux de con former les fils périphériques de manière qu'ils soient tangents, suivant un arc aussi grand que possible, au cercle circonscrit au faisceau de fils.
Cette disposition, représentée schématiquement à la fig. 1, donne une grande surface de contact avec la buse, et en réduit l'usure ainsi que l'échauffement. Elle permet par suite de se dispenser d'une circula tion d'eau pour refroidir la buse, même aux fortes intensités. Pour améliorer encore la tenue de la buse, on pourra également ménager un léger intervalle entre la périphérie de la matière d'enrobage et le cercle circonscrit au faisceau de fils, de la manière représentée à la fig. 1. On réduit ainsi au minimum l'usure de la buse par abrasion due à la matière d'enrobage.
On a encore trouvé que pour incorporer à l'élec trode un volume maximum de matière d'enrobage, et assurer une excellente adhérence de cette matière d'enrobage aux fils métalliques, il convient de former l'électrode d'un fil central entouré de trois fils exté rieurs sensiblement égaux et régulièrement espacés, dont le diamètre est compris entre 0,8 et 1,5 fois le diamètre du fil central.
Le calcul suivant montre que cette disposition, qui assure une excellente adhérence de la matière d'enrobage en réalisant un véritable encastrement entre les fils, permet également de loger un volume maximum de matière d'enrobage pour une section métallique donnée.
Soit, dans une électrode torsadée du type ci-dessus, représentée à la fig. 1 A le rayon du fil central, B le rayon d'un fil externe,
EMI0002.0057
le rapport entre ces rayons, C la section totale des fils métalliques, D 1a section de la matière d'enrobage,
EMI0002.0060
le rapport entre ces sections. On a approximativement
EMI0002.0063
en remplaçant B par mA, il vient
EMI0002.0065
On calcule ensuite<I>p</I> en fonction de<I>m.</I>
Quelques valeurs caractéristiques sont notées ci- après
EMI0002.0068
pour <SEP> <I>m <SEP> =</I> <SEP> 0,10 <SEP> - <SEP> <I>p <SEP> =</I> <SEP> 0,40
<tb> 0,20 <SEP> 0,75
<tb> '0,30 <SEP> 1,02
<tb> 0,40 <SEP> 1,20
<tb> 0,50 <SEP> 1,28
<tb> 0,66 <SEP> 1,33
<tb> 0,80 <SEP> 1,31
<tb> 1,00 <SEP> 1,25
<tb> 1,50 <SEP> 1,07
<tb> 2,00 <SEP> 0,92
<tb> 4,00 <SEP> 0,65 pour m = 0,66, p passe par la valeur maxima p = 1,33, ainsi qu'il apparaît sur le graphique de la fig. 2 représentant la courbe p en fonction de m.
Pour toutes les valeurs de m comprises entre 0,25 et 2, p reste supérieur à 0,9, et par conséquent l'élec trode comprend un volume de matière d'enrobage sensiblement égal au volume de métal, ou même légè rement supérieur à ce dernier.
En admettant que la densité de la matière d'en robage soit voisine de 2,5, le poids de la matière d'enrobage peut ainsi s'élever jusqu'à environ 30 0/o du poids total de l'électrode pour une électrode en acier, c'est-à-dire deux ou trois fois supérieur à celui des électrodes continues semi-enrobées précédemment réalisées. En pratique, avec 15 à 25 0/o en poids de matière d'enrobage, on obtient de bons résultats.
Du point de vue tenue de la matière d'enrobage, comme du point de vue contact électrique entre l'électrode et la pièce d'amenée de courant, on pré férera les valeurs de m plutôt fortes que faibles, com prises par exemple entre 1 et 1,5, pour lesquelles les fils externes sont un peu plus gros que le fil cen tral. Pour ces mêmes valeurs, la souplesse du fil est également maximum, pour une section de métal don née.
Il convient encore de remarquer que la présente électrode est différente des électrodes continues serai- enrobées, où des fils extérieurs de faible section ont pour rôle essentiel d'amener le courant de soudage jusqu'au fil central, en servant de pont entre ce fil et la buse du pistolet. Au contraire, dans la présente électrode, les fils élémentaires sont pratiquement iso lés les uns des autres, et l'arc est transféré à une cadence très rapide d'un fil à l'autre, ainsi qu'on a pu s'en rendre compte à l'évidence par l'observation cinématographique à grande vitesse (3000 images par seconde), et par oscillographie.
La quasi-totalité du courant passe successivement dans un seul des fils extérieurs à la fois, de sorte que chaque fil est mo mentanément soumis à une très forte densité de cou rant, du même ordre de grandeur que celle utilisée dans le soudage en gaz inerte, avec électrode fusible, et donnant lieu, semblablement, à la fusion caracté ristique en fines gouttelettes. Cette fusion caractéris tique a notamment été constatée avec une électrode constituée de quatre fils de diamètre 1,2 mm, utilisée sous une tension d'arc de 30 volts et une intensité de 280 ampères.
La densité de courant apparente est dans ces conditions de 62 ampères par nue, mais lorsque tout le courant passe momentanément dans un seul fil, la densité de courant instantanée s'élève à 250 ampères par mm2, ce qui correspond aux den sités de courant utilisées dans le soudage en gaz inerte.
L'électrode décrite s'emploie à l'air libre avec d'excellents résultats. Elle pourra également, le cas échéant, être utilisée avantageusement pour le sou dage en atmosphère d'argon et surtout d'anhydride carbonique, dans lequel la matière d'enrobage abon dante de l'électrode est à même d'apporter des effets métallurgiques particulièrement favorables. L'élec trode peut également être fabriquée en torsadant en semble des fils complètement -enrobés de matière d'enrobage au préalable, puis en décapant les arêtes extérieures de ces fils. La présence du fil central permet, ainsi qu'il a été exposé plus haut, d'augmen ter la quantité d'enrobage.
Cependant, il est écono- miquement beaucoup plus avantageux d'enrober en une seule opération l'électrode complète, plutôt que d'enrober les fils un à un.
L'électrode peut encore être réalisée avec les fils extérieurs répartis en deux couches concentriques, enroulées en hélices de sens contraires, la couche interne étant formée de 3 fils, et la couche externe de 3 ou 4 fils. Dans ce cas également, il est préfé rable que ces fils soient régulièrement espacés et aient des sections sensiblement égales et peu différentes de celle du fil central.
Dans le cas, le plus usuel, où les fils sont de section circulaire ou sensiblement circu laire, le diamètre de chaque fil extérieur sera compris entre 0,8 et 1,5 fois le diamètre du fil central, ce qui correspond à un rapport de sections compris entre 0,64 et 2,25.
Cette disposition des fils extérieurs en deux cou ches permet d'augmenter encore plus la proportion de matière d'enrobage, et de réaliser des électrodes de forte section mais néanmoins très flexibles, étant donné qu'elles sont constituées uniquement par des fils relativement fins.