Appareil pour sonder au moyen d'un arc protégé par un courant de gaz La présente invention a pour objet un appareil pour souder au moyen d'un arc protégé par un courant de gaz.
Il a été recommandé jusqu'à présent d'une manière générale pour protéger une soudure à l'arc de la manière la plus efficace d'opérer avec des ajutages ou tuyaux à gaz de grande longueur, dans lesquels le rapport entre la longueur et le diamètre efficace de l'ajutage L/D, a une valeur élevée. Mais cette solution est incommode à cause de la longueur, de l'encombrement et du poids excessifs de ces aju- tages. A l'heure actuelle, on recherche activement des chalumeaux très courts, peu volumineux et légers qui permettent d'accéder aussi facilement que possi ble en des endroits resserrés, en particulier pour exécuter des soudures à la main.
Il en résulte que les soudeurs doivent se préoccuper de rapprocher l'ajutage du chalumeau aussi près que possible de la soudure pour obtenir une protection satisfaisante.
D'autres tentatives en vue d'améliorer la protec tion des soudures ont consisté à choisir des chambres de grand volume comportant parfois des chicanes faisant diminuer progressivement la turbulence du gaz avant qu'il arrive dans l'ajutage aval. Il a aussi été proposé d'intercaler dans le canal de passage du gaz une plaque percée de trous largement espacés, mais sans grand succès.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et l'appareil qui en fait l'objet comprend un chalumeau de soudure à l'arc contenant un dispositif venant en contact avec une électrode pour la retenir ou la guider pendant qu'un arc est entretenu entre l'électrode et une pièce, et un dispositif de protection qui dirige un courant de gaz de protection dans la zone de l'arc et comporte un ajutage qui contient un dispositif partageant un courant de gaz qui y passe en plusieurs courants très petits, très rapprochés, qui, en sortant de l'aju- tage,
viennent se confondre en un courant unique pratiquement exempt de turbulence.
Cet appareil est caractérisé par le fait que le dispositif partageant le courant de gaz comprend une plaque d'arrêt perméable aux gaz disposée à l'inté rieur de l'ajutage ou au voisinage de son orifice de sortie et présentant des passages étroitement serrés ou des pores .ayant .un diamètre moyen maximum de 0,5 mm, ledit diamètre moyen étant, pour des passages ou des pores non circulaires, une dimension calculée égale à quatre fois le rapport de leur super ficie à leur périmètre.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de l'appareil objet de l'invention.
La fig. la est une coupe transversale partielle d'un chalumeau de soudure à l'arc.
La fig. lb est une coupe semblable d'un chalu meau connu.
La fig. 2a est une vue en perspective de ,la répar tition de l'écoulement d'un gaz sortant du chalumeau connu de la fig. <B>lb.</B>
La fig. 2b est une vue en perspective analogue de la répartition de l'écoulement du gaz sortant du chalumeau de la fig. la.
La fig. 3 est un graphique des courbes caractéris tiques du chemin parcouru par un écoulement homo gène en fonction du débit d'argon, ces courbes per mettant de comparer les résultats obtenus avec le chalumeau de la fig. la avec les résultats obtenus avec le chalumeau connu de la fig. lb.
La fig. 4 est un graphique des courbes caractéris tiques de la longueur de la protection de la soudure en fonction de la distance entre l'ajutage et la pièce, ces courbes permettant de comparer les résultats obtenus avec le chalumeau de la fig. 1a avec les résultats obtenus avec le chalumeau connu de la fig. lb.
La fig. Sa est une vue, en partie en coupe trans versale et en partie en élévation latérale, représentant une lentille à gaz disposée dans l'extrémité d'un tuyau d'arrivée de gaz et servant à régler la direction axiale du courant.
La fig. 5b est une vue analogue d'une lentille à gaz disposée dans l'extrémité d'un tuyau d'arrivée de gaz et servant à régler la direction axiale et radiale du courant.
La fig. Sc représente de la même manière un courant divergent obtenu au moyen d'une lentille à gaz convexe (plaque d'arrêt perméable).
La fig. <I>6a</I> est une coupe transversale d'un ajutage comportant une lentille à gaz de réglage de la vitesse d'un courant de gaz à front plan et qui engendre aussi un courant dirigé suivant l'axe.
La fig. 6b est une coupe semblable d'un ajutage comportant une lentille à gaz de réglage de la vitesse d'un courant de gaz à front parabolique, et qui engendre aussi un courant dirigé suivant l'axe.
La fig. 6c est une coupe semblable d'un ajutage comportant une lentille à gaz de réglage de la vitesse d'un courant de gaz à front parabolique et qui engendre aussi un courant divergent.
La fig. 7a est une vue partielle en coupe d'un chalumeau comportant une lentille à gaz plane.
La fig. 7b est une vue semblable d'un chalumeau comportant une lentille à gaz parabolique.
La fig. 8 est une vue partielle, en élévation laté rale, de la répartition d'un courant de gaz sortant par une lentille à gaz parabolique.
La fig. 9 est une élévation partielle avec coupe transversale partielle d'une autre forme d'exécution. Le gaz inerte de protection des chalumeaux nor maux connus utilisés pour le soudage à l'arc arrive dans un tuyau ou ajutage aval par un ou plusieurs orifices. La section totale de ces orifices est toujours de beaucoup inférieure à celle de l'ajutage ou du tuyau aval qui y fait suite immédiatement. Mais on a constaté, à la suite d'essais au laboratoire, qu'un ajutage ne peut exercer une influence appréciable sur le gaz qui y arrive que lorsqu'il est rempli par un courant de gaz en mouvement.
Si la section des orifices d'arrivée de gaz est inférieure à celle de l'ajutage, celui-ci n'est pas convenablement rempli par le courant de gaz en mouvement sur une distance appréciable à partir des orifices de sortie du gaz.
Le chalumeau 10 de la fig. lb est un exemple de la plupart des chalumeaux connus normaux de soudure à l'arc avec une électrode en tungstène pro tégée par un gaz inerte, en ce sens que les orifices d'arrivée de gaz consistent en quatre trous 12 de 2,4 mm de diamètre, percés dans le corps d'une douille 14. Le diamètre intérieur de l'ajutage 16 du chalumeau représenté est de 16 mm et celui de l'élec trode en tungstène 18 est de 3,2 mm.
Le section droite totale des orifices de sortie du gaz 12 est de 18 mm2. Le débit Q étant de 0,28 m3/h (à 200 et 760 mm de mercure), le fait d'utiliser une faible sec tion des orifices de sortie provoque une arrivée de gaz dans le tuyau 20 à une vitesse<B>18,2</B> fois plus grande que celle qui est nécessaire pour l'ajutage.
Un écoulement cohérent ne peut pas être obtenu dans un tuyau avant que la majeure partie de l'excès d'énergie cinétique ait été dissipée et que le tuyau soit rempli par un courant de gaz en mouvement. Lorsque ces conditions préliminaires sont obtenues, au point d'entrée ou au voisinage du point d'entrée du gaz dans le tuyau, l'écoulement du gaz est dans un état favorable à la formation d'un courant cohé rent. La longueur de l'ajutage qui est nécessaire pour obtenir un écoulement cohérent dépend dans une large mesure de la quantité d'énergie cinétique en excès qui doit "être dissipée.
Afin de déterminer comment une dissipation de l'énergie cinétique obtenue en subdivisant le courant peut affecter la distance d'écoulement cohérent, une série de modifications ont été faites dans l'ajutage de la fig. l b et ont consisté à percer des orifices supplémentaires de sortie du gaz de même diamètre dans le corps de la douille 14. pour faire diminuer la vitesse d'entrée du gaz.
Une autre solution a consisté à monter une plaque d'arrêt perméable aux gaz 22, par exemple en matière plastique poreuse (fig. la), dans le chalumeau 24 au moyen d'un dis positif de montage formant un joint hermétique et comprenant un collier en matière céramique 25 et des garnitures en caoutchouc 26 et 27 disposées à ses extrémités. Le point d'arrivée du gaz dans l'aju- tage 16 de cette dernière variante se trouve dans la face aval de la plaque d'arrêt perméable 22.
On a comparé les répartitions de l'écoulement du courant de gaz obtenu avec les chalumeaux ainsi modifiés à celles qu'on obtient avec un chalumeau normal connu. On a rendu visible la répartition des écoulements en ajoutant d'abord au gaz une vapeur d'huile et en faisant passer le courant de gaz de sortie dans un faisceau lumineux intense, en réalisant ainsi un notable perfectionnement par rapport aux résul tats obtenus avec l'instrument de Schlieren. On a effectué avec chacun des chalumeaux des mesures de la distance d'écoulement cohérent, c'est-à-dire la distance à laquelle on peut projeter le gaz sous forme d'un courant plein dans l'espace sans qu'il se mélange avec l'air.
Le tableau 1 donne les résultats obtenus par ces essais avec un débit d'argon de 0,57 m3/h pour un chalumeau comportant l'ajutage de la fig. lb, ayant les dimensions indiquées ci-dessus et comportant nna électrode d'un diamètre de 3,2 mm.
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Tableau <SEP> 1
<tb> <I>Effet <SEP> produit <SEP> par <SEP> la <SEP> diminution <SEP> de <SEP> la <SEP> vitesse <SEP> du <SEP> gaz</I>
<tb> <I>arrivant <SEP> dans <SEP> un <SEP> ajutage</I>
<tb> Dispositif <SEP> faisant <SEP> Rapport <SEP> Longueur <SEP> de
<tb> <U>arriver <SEP> le <SEP> gaz</U> <SEP> des <SEP> sections <SEP> l'écoulement
<tb> section <SEP> ou <SEP> homogène <SEP> **
<tb> Type <SEP> cm2 <SEP> des <SEP> vitesses <SEP> * <SEP> cm
<tb> Trous <SEP> percés
<tb> Normal, <SEP> 4 <SEP> trous <SEP> 0,18 <SEP> 18,2 <SEP> 1,3
<tb> Modifié, <SEP> 8 <SEP> trous <SEP> 0,36 <SEP> 9,1 <SEP> 1,6
<tb> Modifié, <SEP> 16 <SEP> trous <SEP> 0,72 <SEP> 4,5 <SEP> 1,9
<tb> Plaque <SEP> d'arrêt
<tb> perméable <SEP> *** <SEP> 1,00 <SEP> 3,2 <SEP> 7,6
<tb> * <SEP> Basé <SEP> sur <SEP> une <SEP> section <SEP> du <SEP> tuyau <SEP> de <SEP> 3,
28 <SEP> cm2 <SEP> en <SEP> un <SEP> point
<tb> situé <SEP> juste <SEP> au-dessous <SEP> du <SEP> corps <SEP> de <SEP> la <SEP> douille.
<tb> ** <SEP> Obtenue <SEP> avec <SEP> 0,57 <SEP> m3/h <SEP> d'argon <SEP> par <SEP> l'ajutage <SEP> spécial
<tb> du <SEP> type <SEP> de <SEP> la <SEP> fig. <SEP> lb.
<tb> *** <SEP> En <SEP> supposant <SEP> que <SEP> la <SEP> face <SEP> aval <SEP> non <SEP> obstruée <SEP> de <SEP> la
<tb> plaque <SEP> d'arrêt <SEP> de <SEP> 2,86 <SEP> cm2 <SEP> comporte <SEP> 35 <SEP> % <SEP> de <SEP> surface
<tb> ouverte. Il ressort du tableau 1 que chaque fois que la vitesse d'entrée du gaz diminue, la distance d'écou lement cohérent augmente notablement.
Quoique avec la forme de construction normalisée à 4 trous (rapport des surfaces ou des vitesses de 18,2) on n'obtienne un écoulement cohérent que sur une dis tance de 1,3 cm, avec 16 trous (:rapport de 4,5) on obtient une distance de 1,9 cm, soit une fois et demie celle du chalumeau connu normalisé. S'il existe une plaque d'arrêt perméable (rapport 3,2) la distance est de 7,6 cm, soit six fois celle du chalumeau nor malisé. Il ressort de ce tableau que la longueur de l'écoulement cohérent augmente nettement lorsque le rapport des vitesses du gaz devient égal ou infé rieur à 5. Mais l'augmentation est extraordinaire lorsqu'il existe une plaque d'arrêt perméable.
Il semble que cette plaque a pour effet non seulement de faire diminuer la vitesse d'entrée du gaz dans l'ajutage, mais encore d'exercer une certaine action de réglage additionnelle sur le gaz, favorisant la for mation d'un écoulement cohérent.
Les fig. <I>2a</I> et<I>2b</I> sont des dessins au trait, basés sur des photographies effectivement obtenues, des formes d'écoulement du gaz dans un chalumeau connu et un chalumeau selon la fig. la, à peu près en vraie grandeur. On remarquera que la longueur de l'écoulement cohérent 28 du gaz sortant du cha lumeau 24 (fig. 2b) est beaucoup plus grande que celle de l'écoulement 29 sortant du chalumeau 10 (fig. 2a).
D'autres mesures de la longueur de l'écoulement cohérent ont été effectuées avec divers chalumeaux normaux et modifiés, avec des débits d7'argon com pris entre 0,28 et 1,70 m3/heure. Les résultats de ces mesures sont représentés par les courbes caractéristi ques de la fig. 3. Il ressort de ces courbes que les avantages des chalumeaux modifiés se conservent dans toute la gamme des débits, quoique les lon gueurs de l'écoulement cohérent soient moindres lorsque le débit augmente.
On observe des améliora tions analogues avec d'autres gaz que l'argon, tels que He, N2, 02 et C02. Les essais sont plus commo des à effectuer en disposant les chalumeaux et par suite les courants de gaz en position horizontale. L'abaissement, observé à l'extrémité correspondant à un faible débit, de la courbe pour la plaque d'arrêt perméable est dû à l'action de la pesanteur et d'une légère contraction s'exerçant sur le courant cohérent de grande longueur à petite vitesse.
En généras, un débit faisant -prendre au gaz une vitesse supérieure à 0,3 m/sec. est nécessaire pour lui faire acquérir une rigidité suffisante pour compenser l'action de la pesanteur et de la contraction sur une longueur d'écoulement supérieure à 2,5 cm.
On .a effectué des, essais de soudure à l'arc avec une électrode ne se consumant pas et avec protection par un gaz inerte avec diverses sortes de chalu meaux. On a effectué des soudures par points sur une plaque en acier laminé à froid d'une épaisseur de 1,6 mm avec un courant continu de 150 ampères, électrode négative, sous 10 volts, à raison de 63,5 cm par minute et avec un débit d'argon de 0,71 m3/h.
Lorsque la distance entre l'ajutage et la pièce est de 1,6 cm, on n'obtient avec le chalumeau nor mal connu qu'une très. faible protection de la sou dure. La protection dépend alors presque complète ment de l'action d'aspiration du gaz exercée par l'arc.
Lorsqu'on dispose l'ajutage 3,2 mm plus haut, l'air vient en contact avec la pointe de l'électrode et est aspiré dans la soudure en formant des sou dures à surface rugueuse et fortement souillée. On obtient avec un chalumeau à 16 trous une protection satisfaisante à une hauteur de 1,6 cm, tandis que le chalumeau qui comporte une plaque d'arrêt per méable assure une excellente protection sur une sur face étendue qui englobe la partie brassée de la soudure et une partie étendue de la zone subissant l'action de la chaleur.
Lorsque la hauteur de l'ajutage devient égale à 2,2 cm, la limite de fonctionnement du chalumeau à 16 trous est dépassée, tandis que le chalumeau à plaque d'arrêt perméable continue à assurer une protection satisfaisante. On obtient avec ce dernier chalumeau une excellente protection à une distance supérieure à 3,2 cm, mais la stabilité de l'arc pose un problème résultant de l'allongement excessif de l'électrode. On peut remédier à cette difficulté en prolongeant le corps de la douille pour refroidir l'électrode en un point plus rapproché de son extré mité du côté de l'arc.
La fig. 4 est un graphique de la longueur de protection de la soudure en fonction de la distance entre l'ajutage et la pièce obtenue dans les condi tions de ces essais. On voit qu'en faisant diminuer la vitesse du gaz :arrivant dans un ajutage de courte longueur on réalise deux améliorations importantes 1. On peut augmenter notablement la distance entre l'ajutage et la pièce pour laquelle on obtient une protection satisfaisante de la soudure. 2. La longueur de protection de la soudure aug mente notablement pour toutes les distances entre l'ajutage et la pièce.
Un autre résultat secondaire important obtenu en augmentant la section des orifices de gaz consiste dans la suppression du problème de la projec tion . Les chalumeaux normaux du type de la fig. 1 b comportent dans le corps de la douille 14 un intervalle annulaire de 3,3 mm de diamètre dans lequel on introduit .toutes les électrodes d'un diamè tre égal et inférieur à 3,2 mm.
Lorsque le diamètre de l'électrode est égal ou inférieur à 2,4 mm, des jets de gaz passent à grande vitesse dans l'intervalle annulaire en compromettant sérieusement et suppri mant souvent complètement la protection de la sou dure. On a constaté au cours des essais précités que le chalumeau à 16 trous supprime d'une manière inattendue le problème de la projection, quelles que soient les dimensions de l'électrode.
En augmentant la section des orifices de sortie du gaz, on établit un trajet de moindre résistance, de sorte qu'il ne sort plus ou presque plus de gaz par ledit intervalle.
Au contraire, si on pose des plaques d'arrêt per méables dans le chalumeau, le trajet du gaz y pas sant est généralement un trajet de résistance relative ment forte et il en résulte que le problème de la projection devient plus grave. Des. jets de gaz peu vent aussi se produire en un point quelconque où le gaz fuit au-delà de la plaque.
On a constaté que, pour obtenir des résultats satisfaisants avec ces pla ques, il est nécessaire de les monter dans un joint étanche (fig. la) pour diminuer le jeu de l'électrode et avoir la certitude que la matière de la plaque ne comporte pas de crevasses ou cavités relativement grandes par lesquelles le gaz risquerait de passer.
De même, lorsque la soudure s'effectue avec une électrode fusible et que le chalumeau contient une plaque d'arrêt perméable, il est également nécessaire d'empêcher les projections de gaz par la pointe de contact du fil. On arrive à ce résultat en introduisant l'enrobage du fil dans un .siège de la pointe d'un tube de guidage qui sert de joint hermétique.
Il est probable que si on considère le problème rétrospec tivement, une des principales raisons pour lesquelles les essais antérieurs avec des plaques d'arrêt per méables n'ont pas donné de résultats particulière ment satisfaisants réside dans le fait qu'on n'a pas reconnu l'importance du problème de la projection.
De nombreux essais ont été effectués au cours desquels on a examiné la forme des courants de gaz sortant par la surface de plaques d'arrêt perméables.
Ils ont porté sur des matières filtrantes de forte densité et de porosité ultra fine, qui ne pouvaient être considérées normalement comme pouvant servir dans un chalumeau de soudure à l'arc, car on suppo sait qu'elles étaient insuffisamment perméables et opposaient une trop forte résistance à l'écoulement du gaz. On a monté ces matières avec soin dans un appareil d'essai en formant un joint étanche pour déterminer leur comportement, non compromis par les projections.
On a constaté avec surprise qu'elles permettent de régler l'écoulement du gaz bien au- delà d'une simple atténuation de la turbulence. Il a aussi été possible de régler complètement la forme de l'écoulement d'un gaz sortant d'une plaque per méable d'une catégorie spéciale quelle que soit la turbulence du courant de gaz y arrivant. On obtient un écoulement cohérent sur une très longue distance avec la plaque perméable seule, ce qui rend inutile tout tuyau aval.
On a constaté aussi que si la forme de construc tion de la plaque d'arrêt perméable est convenable, le gaz en sort dans une direction perpendiculaire à la surface locale de la plaque. Ce résultat est indé pendant de la direction suivie par le courant de gaz arrivant dans la plaque ou de son état. Les fig. 5a, <I>5b</I> et<I>5c</I> représentent des dispositifs de réglage de la direction des courants de gaz avec des plaques perméables de diverses formes. Les fig. 5a et 5b représentent les courants de gaz 30 et 32-34 obtenus avec un bouchon ou lentille cylindrique 36 en fibres de feutre fortement tassées.
Lorsque le bouchon est monté de façon à affleurer l'extrémité du tuyau d'ar rivée du gaz 31, on obtient un courant axial. Si le bouchon se prolonge en partie au-delà de cette extrémité, on obtient simultanément des courants respectifs axial et radial 32 et 34. Enfin (fig. 5c), en donnant une forme convexe à une plaque ou len tille 38 en feutre, on obtient un courant divergent 40. On constate avec surprise que ce dernier courant reste cohérent sur une distance appréciable au-delà de la surface extérieure (de sortie) de la plaque ou lentille.
Le degré de réglage de la direction du courant de gaz obtenu avec une plaque d'arrêt perméable dépend principalement de la finesse des pores, plutôt que de l'épaisseur de la plaque. Par exemple, on peut remplacer la ,partie relativement épaisse de fibres fortement tassées par une seule couche d'un tissu filtrant en toile métallique fine ou par un élé ment poreux en métal, matière céramique ou verre fritté. Des essais ont démontré ces résultats. Une toile métallique en cuivre à ouverture de mailles de 0,25 mm en fils de 0,19 mm de diamètre n'exerce qu'une légère action sur la direction.
Cette action est plus forte avec une toile métallique en cuivre à ouverture de mailles de 0,074 mm en fils de 0,05 mm de diamètre. En général, plus l'ouverture de mailles est faible, plus l'action de direction exer cée sur le gaz traversant la plaque perméable est forte.
L'action de commande exercée sur l'écoulement par les plaques perméables est cumulative, en ce sens qu'on peut assembler plusieurs couches, séparées de préférence l'une de l'autre par un intervalle étroit, en rendant plus précis le réglage de la direction. Ainsi des toiles métalliques à plus grande ouverture de mailles peuvent être utilisées si on les superpose en couches multiples.
Par exemple, trois couches de toile métallique à ouverture de mailles de 0,25 mm séparées par un intervalle de 3,2 mm équivalent à une seule couche de toile métallique à ouverture de mailles de 0,04 mm. Lorsqu'il s'agit d'éléments métal liques poreux tassés, de garnitures fibreuses, etc., d'une épaisseur de 1,6 et de 3,2 mm, les essais ont démontré que des pores d'une dimension moyenne de l'ordre de 0,102 mm au plus sont nécessaires pour obtenir des résultats satisfaisants. L'épaisseur de la matière plastique constituant la paroi perméable uti lisée pour les essais de soudure du tableau 1 est de 1,6 mm. et le diamètre moyen des pores de 0,13 mm.
En comparant les résultats obtenus respective ment avec une toile métallique filtrante fine, avec des fibres fortement tassées et avec des éléments poreux en métal fritté, on a pu se rendre compte des condi tions fondamentales qui doivent être remplies pour obtenir un écoulement cohérent.
On a constaté qu'avec les toiles métalliques on obtient une réparti tion uniforme de la valeur et de la direction de la vitesse du courant de gaz principalement parce que les dimensions des pores sont constantes et qu'ils sont rapprochés. Mais avec les plaques perméables en fibres et métal poreux, on obtient souvent une répartition irrégulière des vitesses, à moins qu'on ne prenne des précautions spéciales au cours de la cons truction, pour régler la répartition de la perméabilité aux gaz.
Les fig. 6a, 6b et 6c représentent des dispositifs réglant la répartition des vitesses des courants de gaz, en faisant varier l'épaisseur, et par suite la perméabi lité aux gaz, des lentilles. Suivant la fig. 6a, en dis posant une lentille 42 en forme de disque plat à la sortie d'une chambre à gaz cylindrique 44, on obtient un écoulement cohérent 46 de gaz à vitesse en prin cipe constante dans toute la section droite, comme l'indiquent les vecteurs 47. Suivant la fig. 6b, on obtient, avec une lentille 48 à face aval plane et face amont concave 49, un courant cohérent 50, dont les vitesses se répartissent sous forme de para bole 51. Avec une lentille concave-convexe 52 (fig.
6c), on obtient un écoulement cohérent divergent 53, dont les vitesses sont réparties sous forme de para bole 54. Les courants à profil de vitesse parabolique sont plus stables et leur écoulement est cohérent sur des distances plus grandes que celui des courants à profil de vitesses plan. On donne souvent la préfé rence à de tels courants pour régler dans les meilleu res conditions l'atmosphère protectrice, surtout aux points où le courant rencontre une surface pleine.
Lorsque le chalumeau comporte une lentille à gaz, on peut obtenir des écoulements cohérents quelle que soit la valeur du nombre de Reynolds ou du rapport qui ont souvent servi jusqu'à présent à déterminer
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mathématiquement les conditions de l'écoulement. On a constaté que ces valeurs ne don nent pas la certitude qu'un écoulement est laminaire ou non turbulent, mais indiquent plutôt qu'un écou lement laminaire est possible.
Des essais de labora- toire ont permis d'obtenir des distances d'écoulement cohérent de 7,6 à 15,2 cm dans des. conditions cor respondant à des valeurs du nombre de Reynolds de l'ordre de 5000 et du rapport
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égal à zéro. A l'heure actuelle, de fortes présomptions semblent indiquer qu'on peut obtenir un écoulement cohérent sur une distance appréciable avec une valeur du nombre de Reynolds atteignant au moins 15 000 au moyen de lentilles à gaz.
Il y a lieu cependant de noter que le calcul du nombre de Reynolds ne s'applique qu'à la section droite d'un courant de gaz passant entre les parois d'un tuyau. Par suite, lorsqu'on fait usage de plaques d'arrêt perméables sans tuyau aval, par exemple lorsque le rapport
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les nombres de R.ey- nolds ne s'appliquent pas.
Etant donné que ces plaques perméables exer cent sur le gaz une action tout à fait analogue à celle qu'une lentille en verre exerce ,sur la forme d'un faisceau lumineux, on a choisi l'expression analogi que de lentille à gaz . La fig. 7a représente un chalumeau à arc conte nant une lentille à gaz plane 56, et la fig. 7b un chalumeau à arc contenant une lentille parabolique 58, toutes deux d'épaisseur constante.
L'écoulement du gaz et la protection de la soudure obtenus avec la lentille plane 56 seule donnent des résultats com parables à ceux qu'on a obtenus antérieurement en montant les lentilles à l'intérieur<B>-</B>et en amont de l'ajutage 16 (fig. 1a).
La fig. 8 est un croquis, tracé d'après une photo graphie, d'un courant de gaz divergent 59 obtenu avec la lentille parabolique 58 .die la fig. 7b. On obtient avec cette lentille une augmentation extra ordinaire de l'étendue de la surface de protection d'une pièce B.
La protection obtenue avec un ajutage compor tant une lentille à gaz plane est plus large que celle qu'on obtient avec l'ajutage connu normal seul. Mais on obtient avec la lentille à gaz parabolique une pro tection sensiblement plus large que celle qu'on peut obtenir avec n'importe quel dispositif connu de dimensions comparables.
La surface maximale de protection parfaite qu'on peut obtenir avec un simple ajutage dans les condi tions les plus favorables n'est que légèrement plus grande que la section de l'ajutage. Mais quoique le diamètre de la lentille :parabolique soit de 2,9 cm au point de jonction avec le chalumeau, on obtient avec cette lentille une surface de protection parfaite d'un diamètre de 7,6 cm.
La surface de protection parfaite obtenue avec la .lentille parabolique est donc égale à environ huit fois la surface de la lentille. Le résultat est analogue à celui qu'on obtient avec une ,protec tion antéro-postérieure, mais sans aucune des res trictions habituelles concernant la visibilité de l'arc;
la manipulation du chalumeau ou l'accessibilité au joint soudé. Cette lentille parabolique est donc très avantageuse dans l'exécution des soudures à l'arc protégées par un gaz, de métaux réactifs tels. que le titane, le molybdène, etc.
Il ressort de ces résultats qu'il devient possible de construire des appareils comprenant des disposi tifs de protection permettant d'obtenir une protection aussi parfaite que possible des soudures et facilitant autant que passible le travail de l'opérateur. Les len- tilles à gaz peuvent accompagner ou remplacer les ajutages normaux antérieurs ou les chalumeaux à parois multiples.
Ils peuvent aussi servir de disposi tifs de protection auxiliaires par les mêmes gaz ou par des gaz différents utilisés dans le chalumeau.
Par ailleurs, 'd a été découvert que 1. On peut régler complètement la forme de l'écoulement du gaz, sans ajutage aval par exem ple, au moyen de plaques d'arrêt perméables, ou lentilles à gaz en fibres fortement tassées, en toile métallique filtrante fine ou en éléments poreux tassés en métal, matières céramiques ou verre fritté, lorsque le diamètre moyen calculé des pores de ces matières est de l'ordre de 0,25 mm. ou moins.
2. On peut obtenir une longueur de l'écoulement cohérent de l'ordre de 7,6 à 15,2 cm dans des conditions d'écoulement correspondant à un nom bre de Reynolds supérieur à 5000 et un rapport
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égal .à zéro.
3. On obtient avec une lentille à gaz de forme para bolique montée dans un chalumeau normal une protection parfaite sur une large surface égale à huit fois la section de la lentille.
4. En remplaçant un ajutage par une lentille para- bolique, on ne modifie pas en principe la visibi lité de l'arc et l'accessibilité du joint, à l'encontre des conditions qui doivent être tolérées avec des ajutages antérieurs.
Le courant de gaz arrivant dans un ajutage rela tivement court est mis dans un état favorable au moyen de plaques d'arrêt perméables comportant un grand nombre de très petits passages ou de pores d'un diamètre moyen égal ou inférieur à 0,5 min. Lorsque les passages ou les pores ne sont .pas circu laires, ce diamètre moyen est une dimension calculée obtenue à l'aide de la formule
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dans laquelle A = la surface de la section plane moyenne des pores, P = le périmètre moyen des pores.
Les plaques perméables peuvent être en fibres, poudres, grains ou perles d'une matière .résistant de préférence à une température égale ou supérieure à 150 C, métallique ou non, ou en une matière solide ayant été perforée mécaniquement par perçage ou poinçonnage, ou par attaque chimique.
En général, on peut dire que mm; supérieure maximum - des plaques perméables sous forme d'une paroi simple, d'une couche ou d'une membrane ayant une épaisseur constante ou variant uniformément et légèrement, ne doivent pas dépasser 6,4, de préférence 2,4 mm ; - des plaques perméables peuvent être formées de plusieurs couches ou membranes qui doivent être séparées l'une de l'autre par un intervalle étroit, de l'ordre de cinq fois le diamètre moyen des pores, mais non inférieur à 0,5 - la section totale équivalente des pores est de pré férence égale ou supérieure à 20 % de la section droite totale de la plaque perméable ;
- les pores doivent être très rapprochés des pares adjacents et séparés par un intervalle d'axe en axe ne .dépassant pas dix fois le diamètre moyen des pores ou au maximum 1 mm, quelle que soit la dimension la plus faible des pores.
soient visibilité Suivant la fig. 9, une lentille à gaz 60 est fixée sur un support 62, de préférence non perméable, qui se visse sur le corps 64 de la douille du chalu meau jusqu'à ce qu'il vienne en contact étanche avec des garnitures 66, 68 empêchant la projection de gaz.
De même, une douille individuelle interchan geable 70 dans laquelle s'ajuste l'électrode avec pré cision est prévue pour chaque dimension d'électrode 72 pour empêcher la projection de gaz par le trou 74 de passage entre le corps de la douille et l'électrode. Cette lentille à gaz présente des surfaces courbes 76 qui ont pour but de former un courant de gaz hété rogène possédant simultanément des parties diver gentes, de section constante et convergente.
La partie divergente du courant détermine l'étendue maximale de la protection de la surface de la pièce pour une lentille à gaz de dimensions minimales. Les parties de surface constante et convergente du cou rant de gaz déterminent les distances maximales d'écoulement cohérent.
La fig. 9 représente également en pointillé, à titre de comparaison, deux ajutages normaux, relati vement petits, d'un diamètre intérieur de 13 mm et de 8 mm, respectivement. La zone de protection de la pièce autour de l'arc obtenue par ces ajutages est beaucoup plus petite et ils ne .peuvent servir qu'à des distances relativement courtes entre l'ajutage et la pièce.
Quoique ces ajutages soient relativement petits, ils sont cependant très volumineux et en combinaison avec les résultats limités de protection qu'ils donnent, ils compromettent la de l'arc et la maniabilité du chalumeau, en particulier lors qu'il s'agit d'exécuter des soudures dans des endroits resserrés. Au contraire,
la lentille à gaz 60 est sen siblement moins volumineuse et comme elle assure une zone de protection plus large et permet d'exé cuter la soudure à une distance relativement grande entre la lentille et la pièce, elle supprime les restric tions de l'ajutage normal antérieur.
En général, la longueur de l'ajutage de l'appa reil décrit est beaucoup plus courte que celle des types connus à écoulement non turbulent, qui doivent contenir une colonne de gaz intérieure d'une longueur supérieure à 20 fois le diamètre de la colonne exté rieure. Dans la plupart des cas, il n'est pas nécessaire que la longueur de la colonne de gaz intérieure dépasse 5 fois ce diamètre.
L'appareil décrit s'applique non seulement à la soudure à l'arc électrique au moyen d'une électrode ne se consumant pas, ou réfractaire, mais aussi à la soudure à l'arc au moyen d'une électrode en fil métallique consumable, ainsi qu'à des opérations de soudure d'autres sortes, qui doivent s'exécuter à l'abri de l'atmosphère grâce à une protection au moyen d'un gaz.