LU86605A1 - Electrode metallique tubulaire a ame et utilisation de cette electrode pour le coupage a l'arc des metaux - Google Patents
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Description
i- Ί j f
ELECTRODE METALLIQUE TUBULAIRE A AME ET UTILISATION DE CETTE ELECTRODE POUR LE COUPAGE A L'ARC DES METAUX
La présente invention concerne une électrode tubulaire à âme ainsi qu'un procédé de coupage ou de gougeage à l'arc de métaux au moyen de cette électrode.
Il est connu de couper, gouger et chanfreiner des plaques d'acier, etc., à vitesse relativement élevée en utilisant la chaleur d'un arc électrique. L'un des procédé connus de ce genre est le coupage à l'arc au charbon de métaux en utilisant un jet d'air pour enlever le métal fondu.
; Dans le coupage à l'arc au charbon avec jet d'air, un arc est établi entre une électrode en graphite et la pièce métallique à découper par fusion. On envoie de manière continue un jet d'air comprimé ou une pluralité de tels jets vers la zone où s'effectue la fusion, afin d'éjecter le métal fondu.
L'enlèvement de métal en utilisant le procédé de coupage à l'arc avec jet d'air comprimé s'effectue de manière continue au fur et à mesure de l'avancement de l'arc au charbon dans la coupe. Ce procédé est utilisé pour sectionner et rainurer, le rainurage (ou gougeage) étant parfois utilisé pour la préparation de rainures de soudage et pour l'enlèvement d'une base de soudure ou d'une zone de soudure défectueuse.
L'extrémité de travail ou pointe de l'électrode est chauffée à une température élevée par le courant de l'arc et elle ne fond pas. L'électrode est consommée au cours du coupage, le carbone étant perdu par oxydation ou sublimation de la pointe. Le coupage à l'arc avec jet d'air comprimé nécessite un porte-électrode, des électrodes de coupage, une source d'énergie électrique et une alimentation en air comprimé. Le procédé peut être mis en oeuvre soit manuellement soit mécaniquement.
t ’t - 2
La pièce métallique ou substrat est chauffée et fondue de manière continue tout en chassant le métal fondu de la coupe par soufflage en dirigeant un jet d'air comprimé libre, de vitesse élevée le long d'un côté de la surface libre de l'extrémité de travail de l'électrode. Dans des conditions opératoires convenables, le jet d'air comprimé balaie la zone située au-dessous de la pointe de l'électrode. La longueur de l'arc doit laisser un espace suffisant pour permettre un flux continu d'air dans la coupe. De préférence, le flux d'air est parallèle à l'axe de l'électrode. Ainsi, lorsque le jet d'air passe entre l'électrode et le substrat métallique, la force du courant d'air à grande vitesse est suffisament élevée pour enlever efficacement le métal fondu de la zone située au-dessous de l'arc, ce qui permet un effet de gougeage uniforme au fur et à mesure que l'électrode est consommée.
L'arc est amorcé en faisant légèrement toucher la pièce par l'électrode et en retirant celle-ci à la distance convenable en fonction des exigences de tension de l'arc. La technique de gougeage est différente.de celle du soudage à l'arc en ce que du métal est enlevé au lieu d'être déposé. On maintient la longueur d'arc convenable en déplaçant l'électrode dans la direction de la coupe avec une vitesse suffisament élevée pour suivre l'enlèvement du métal.
Les procédés usuels de gougeage et coupage à l'arc au charbon avec utilisation d'un jet d'air comprimé auxiliaire présentent les inconvénients intrinsèques suivants : (1) L'arc au charbon à tendance à être instable et peut souvent entraîner un niveau sonore intolérable ; (2) Dans certaines conditions, il peut se produire un dépôt de charbon sur la rainure ce qui provoque une carburisation indésirêe d'une partie du substrat à l'endroit de la rainure ; l 3 (3) Les électrodes en charbon sont fragiles et se brisent facilement au cours de leur manipulation ; et (4) Il y a une tendance élevée au dégagement de fumées ce gui est gênant pour la personne gui travaille ainsi gue pour le voisinage. Dans le cas des électrodes en charbon revêtues de cuivre, il peut se former des dépôts de cuivre gui ont un effet défavorable sur les opérations ultérieures.
Il serait souhaitable de disposer d'une électrode métalligue de coupage à l'arc constitué de manière à permettre l'obtention d'un arc stable, cette électrode étant autofondante afin de contribuer à l'obtention d'une coupe nette, et contenant éventuellement des agents modificateurs de vapeur, des agents désoxydants et des agents formateurs de gaz, etc, une telle électrode étant capable d'engendrer de la chaleur au cours du coupage ou du gougeage, afin d'augmenter celle gui est fournie par l'arc électrigue, et ne présentant pas les inconvénients intrinsèques des électrodes au charbon.
L'invention a donc pour but de fournir une électrode métalligue pour le coupage et le gougeage à l'arc de métaux, en utilisant un jet d'air auxiliaire, permettant d'atteindre les objectifs susmentionnés. A cet effet, l'électrode selon l'invention est caractérisée en ce qu’elle comprend un tube en métal travaillé contenant une composition d’âme tassé essentiellement composée d’un métal réactif, sous forme de particules, mélangé avec un oxyde métallique capable de réagir exothermiquement, ce métal réactif sous forme de particules étant tel que l’énergie libre de formation de son oxyde, à la température de référence de 25°C, est au moins égale à 418,5 kilojoules par atome gramme d’oxygène, l’oxyde métallique capable de réagir exothermiquement mélangé avec ce métal ayant une énergie libre de formation ne dépassant pas 376,7 kilojoules par atome gramme d’oxygène, à 25°C.
4 » î L1 invention a également pour but de fournir un procédé pour le coupage ou le gougeage d'un métal à l'arc, en utilisant une électrode métallique et un jet d'air auxiliaire, permettant de fournir un arc stable, cette électrode ayant la propriété d'être autofondante au cours du coupage et d'engendrer de la chaleur au cours du coupage ou du gougeage à l'arc électrique.
L'invention sera mieux comprise grâce à la description détaillée, qui va suivre, d'exemples non limitatifs de la mise en oeuvre de l'invention, en se référant au dessin annexé, dans lequel :
La figure 1 est une vue en perspective d'une forme d'exécution de l'électrode selon l'invention, représentée sous forme enroulée ;
La figure 2 illustre une électrode ayant la forme d'une tige ; et
La figure 3 est une vue en coupe de l'électrode de la figure 2, selon la ligne 3-3.
La composition d'âme constitue de préférence environ 5 à 30%, en poids, de l'électrode, et elle est elle-même essentiellement constituée d'environ 10 à 70%, en poids, du métal réactif et d'environ 90 à 30%, en poids, de l'oxyde métallique, et elle peut éventuellement contenir jusqu'à environ 30% en poids, et de préférence jusqu'à 20%, par exemple de 0,5 à 10% en poids, d'un additif choisi parmi les agents stabilisateurs d'arc, les agents de flux, les désoxydants et les agents formateurs de gaz.
Le procédé de coupage ou gougeage à l'arc d'un substrat métallique, en utilisant l'électrode selon l'invention, comprend l'établissement d'un arc électrique entre l'extrémité de l'électrode et le substrat métallique qui » ‘1 5 doit être soumis à l'opération de coupage ou gougeage, l'envoi d'un courant de gaz, par exemple d'air, sous pression, sur la zone en cours de coupage ou gougeage et la poursuite du coupage ou gougeage tout en continuant à envoyer le courant de gaz sous pression sur la zone de coupage ou gougeage.
L'électrode métallique tubulaire à âme selon l'invention permet l'obtention d'une amélioration notable des propriétés de gougeage et coupage avec jet de gaz auxiliaire, par rapport à l'utilisation des électrodes de coupage à l'arc au charbon avec jet de gaz auxiliaire, de type usuel. Contrairement à l'électrode au charbon, l'électrode métallique est facile à manipuler et elle ne subit pas de surchauffe comparable à celle de l'électrode au charbon.
L'électrode filiforme permet l'obtention d'un arc électrique réglé de manière précise, en utilisant une source de courant continu, ayant de préférence une polarité positive et une tension constante. La chaleur dégagée par l’arc provoque la fusion locale du substrat métallique et du fil, de manière à produire une mare de métal fondu qui est enlevée de manière pratiquement instantanée par un jet d'air d'accompagnement, le courant d'air étant convenablement focalisé sur la zone en cours de coupage ou de gougeage.
L'utilisation de l’électrode filiforme selon l'invention permet généralement l'obtention d'une rainure propre et brillante de manière prévisible et reproductible, à l'emplacement désiré par l’opérateur. L'électrode filiforme peut être déplacée à très grande vitesse avec une très bonne précision. Un avantage de l'invention consiste dans le fait qu'un traitement de post-rainurage minimal est nécessaire pour la préparation de la rainure en vue d'opérations subséquentes telles que le soudage, la peinture, la projection de métal, etc.
6
Un autre avantage de l'électrode à fil sur l'électrode au charbon consiste dans le fait que l'électrode à fil peut conduire, si nécessaire une intensité de courant très élevée. Une valeur de diamètre de fil peut couvrir un domaine d'intensité qui nécessiterait des dimensions d'électrode au charbon au moins trois fois plus grandes pour l'obtention de la même gamme de courant utilisable.
L'électrode à fil selon l'invention permet la réalisation d'opération de gougeage et coupage précises, telles que l'enlèvement de rivets ou de points de soudure, le découpage de poignées ou de panneaux d'accès dans des tôles minces, l'enlèvement de soudure sous forme de nervures ou de rainures, le découpage de tôles et de plaques, l'enlèvement de pièces de fixation, de couches de revêtement et de couches superficielles dures, l'élimination de fissures et de défauts, entre autres utilisations possibles.
L'électrode selon l'invention est particulièrement utile sous forme d'électrode continue. Du fait qu'on utilise un tube métallique, par exemple un tube en acier doux, au lieu d'une électrode en charbon fragile, on peut effectuer de manière continue le coupage ou gougeage d'un substrat métallique en réduisant les temps morts au minimum. En outre, grâce à l'utilisation facultative d'agents stabilisateurs d'arc, d'agents de flux et d'agents formateurs de gaz, on peut maintenir un arc électrique stable pendant une durée substantielle, jusqu'à l'utilisation complète de l'électrode continue ou l'interruption du procédé à la fin du coupage ou gougeage.
Une forme d'exécution d'une électrode continue est illustrée à la figure 1 qui représente un enroulement 10 d'une électrode tubulaire métallique 12 pour la mise en oeuvre du coupage à 1'arc par un procédé semi-automatique ou entièrement automatique. Une telle électrode peut avoir, par exemple, un diamètre extérieur de l'ordre de 0,635 à » 7 9,525 mm et, de préférence, de l'ordre de 1,6 à 3,2 mm. L'épaisseur de paroi est variable en fonction du diamètre extérieur de l'électrode. Conformément à une forme d'exécution de l'électrode tubulaire à âme, son diamètre extérieur est d'environ 1,27 mm et l'épaisseur de paroi est de l'ordre de 0,2 à 0,4 mm et plus particulièrement de 0,25 à 0,5 mm.
Le tube 13 de l'électrode peut être réalisé en acier doux, tel que l'acier de type 1030, bien que l'on puisse utiliser d'autres métaux travaillés ou forgés. Toutefois, on utilise de préférence les aciers à basse teneur en carbone.
On peut fabriquer l'électrode 12 en conformant une bande d'acier de type 1030, ayant une épaisseur de l'ordre de 0,3 mm et une largeur d'environ 12 mm, sous forme d'une auge en U, par passage à travers des galets formateurs successifs. On introduit la matière de l'âme 14 dans l'auge et des stations de travail ultérieurs ferment progressivement la bande sous forme d'un tube circulaire. Après quoi, on étire le tube 12 à la dimension voulue, la matière d'âme contenue à l'intérieur du tube étant consolidés ou tassés par suite de la réduction de diamètre du tube au cours de l'étirage. La figure 3 est une vue en coupe du tube terminé.
La figure 2 illustre une électrode tubulaire à âme ayant une longueur prédéterminée, comprenant un tube 12 A, similaire à l'électrode tubulaire continue 12 de la figure 1, mais destinée à être utilisée manuellement, sous forme d'une tige ou d'un bâtonnet, l'extrémité libre du tube étant pincée ou fermée dans la zone 15.
Comme indiqué ci-dessus, la matière constitutrice de l*âme de l'électrode est essentiellement constituée d'un métal réactif particulaire mélangé avec un oxyde métallque capable de réagir exothermiquement et elle peut éventuellement contenir jusqu'à 30% en poids, environ, de matière (additif) par rapport au poids total de la ι 1Ϊ 8 composition d'âme, cette matière, ou additif, étant choisie parmi les agents stabilisateurs d'arc, les agents de flux, les désoxydants et les agents formateurs de gaz. De préférence, la teneur en métal réactif dans le mélange constitutif de la composition d'âme est comprise dans la gamme de 10 à 70%, en poids (par exemple de 20 à 50% ou de 25% à 35%) on mélange avec environ 30 à 90% d'oxyde métallique (par exemple de 50 à 80% ou de 65 à 75%) et, éventuellement, jusqu'à environ 20% de l'additif susmentionné.
Comme indiqué ci-dessus, le métal réactif est tel que l'énergie libre de formation de son oxyde, à la température de référence de 25°C est au moins égale à 418,5 kilojoules par atome gramme d'oxygène. Parmi les métaux réactifs, on peut mentionner, par exemple, le magnésium, l'aluminium, le zirconium, le titane et les alliages d'au moins deux de ces métaux. Avantageusement, l'oxyde métallique est une oxyde d'un métal du groupe du fer, par exemple un oxyde de fer, un oxyde de nickel, etc. De préférence, le métal réactif est un alliage de Mg-Al, cet alliage constituant avantageusement de 20 à 50% en poids, environ, de la composition d'âme. L'oxyde métallique peut être un oxyde de fer, tel que Fe^O^, Fe^O^, etc. L'alliage Mg-Al peut, par exemple, comprendre environ 50%, en poids, de Mg et 50% en poids, de Al le mélange avec l'oxyde de fer comprenant environ 30% d'alliage Mg-Al et environ 70% d'oxyde de fer, par rapport au poids total de la composition d'âme. Dans ce dernier cas, les additifs ne sont pas nécessaires, étant donné qu'un excès d'oxyde de fer dans les proportions susmentionnées constitue un bon agent de flux avec les métaux réactifs oxydés.
Comme indiqué ci-dessus, afin de conférer à l'électrode des caractéristiques d'utilisation générale optimales, on peut éventuellement ajouter au moins un additif dans la composition d'âme, cet additif étant chois parmi les agents stabilisateurs d'arc, les agents de flux, les désoxydants 1 *1 9 et les agents formateurs de gaz. Parmi les agents stabilisateurs d'arc, on peut mentionner les composés de métaux alcalins et de métaux alcalino-terreux, notament les silicates, les oxydes, les carbonates, etc. Les carbonates présentent l'avantage d'être également des agents générateurs de gaz.
Parmi les agents de flux, on peut mentionner les oxydes de fer, les carbonates de fer, Ti02, CaCO^, Zr02, et également les fluorures et les silicates de métaux alcalins et de métaux alcalino-terrreux.
Parmi les désoxydants caractéristiques, on peut mentionner Si, Mg, Al, Mn, Ti et leurs ferro-alliages, par exemple le ferro-silicium, le ferro-magnésium, le ferro-aluminium, le ferro-magnésium et le ferro-titane.
Parmi les agents formateurs de gaz, on peut mentionner le carbonate de fer, les substances organiques (par exemple, la cellulose), les minéraux hydratés (bentonite, terre d'infusoire, mica, etc), entre autres. Ces substances engendrent des gaz tels que C02 et de la vapeur d'eau, dans l'arc, ce qui contribue à balayer le métal fondu des zones rainurées. Des agents formateurs de vapeur peuvent également être utilisés en tant qu'additifs, notament ZnO, des fluorures à bas point de fusion, etc.
Comme mentionné ci-dessus, un excès d'oxyde de fer dans la composition d'âme peut être utile pour éliminer Al et Mg de l'âme, par formation de scories, du fait qu'ils sont oxydés en leurs oxydes correspondants (par exemple, A1203 et MgO).
La partie tubulaire de l'électrode est de préférence en acier doux forgé, tel que les aciers désignés par les chiffres 1008, 1010, 1020, 1030, 1040, 1060 et 1080, ces aciers étant par ailleurs connus sous le nom d'aciers au carbone. On utilisera de préférence des aciers à faible teneur en carbone. La partie tubulaire de l'électrode peut
, * I
10 être constituée par d'autres métaux forgés ou travaillés, disponibles sous forme de bandes pouvant être formées en une électrode tubulaire ayant une résistance mécanique suffisante et pouvant être manipulée en utilisant les dispositifs d'alimentation en fil de type usuel.
La composition d'âme peut constituer de 5 à 30% (ou environ 8 à 20%), en poids, environ, du poids total de l'électrode, le métal réactif constituant, de préférence, de 20 à 50% de la composition d'âme et l'oxyde métallique en constituant de 20 à 70%, environ, le complément de cette composition d'âme pouvant être éventuellement constitué par une quantité d'additifs pouvant atteindre 20 ou 30% en poids, par exemple de l'ordre de 0,5 à 10%.
La partie tubulaire de l'électrode peut avoir, comme mentionné ci-dessus, un diamètre extérieur de l'ordre de 0,635 à 9,525 mm avec une épaisseur de paroi de l'ordre de 0,127 à 1,27 mm. Conformément à un exemple particulièrement avantageux, l'électrode a un diamètre extérieur de 1,6 à 3,2 mm et une épaisseur de paroi de 0,2 à 0,4 mm et plus particulièrement de 0,25 à 0,5 mm.
- Des résultats expérimentaux obtenus en utlisant une électrode filiforme à âme, ayant un diamètre de 1,6 mm, on indiqué que l'on peut obtenir des résultats notablement améliorés, tels que déterminés par la mesure de la vitesse d'enlèvement du métal en fonction de l'intensité du courant électrique. De façon générale, il existe une limite de l'intensité du courant que l'on peut appliquer à une électrode, en particulier à une électrode au charbon, en raison du fait que l'électrode tend à être surchauffée. En utilisant l'électrode tubulaire selon l'invention, pour le gougeage avec jet de gaz auxiliaire, on peut notablement augmenter l'intensité du courant avec l'avantage concomitant d'une amélioration notable de l'enlèvement du métal.
1 t 11
On a effectué des essais sur une électrode à âme ayant un r diamètre de 1,6 mm, ayant la composition d'âme suivante : (1) Environ 29% en poids d'un alliage Mg/Al en proportion approximative 50/50, sous forme d'une poudre mélangée avec (2) Environ 71% en poids de Fe^O^ (scories de laminoir).
Le Fe^O^ utilisé contenait environ 4% de S1O2, par rapport au poids d'oxyde de fer. Le mélange constitutif de la composition d'âme constituait environ 20% du poids total de l'électrode, la gaine en acier en constituant environ 80% en poids. La gaine était constituée d'acier 1008.
Dans une série d'essais, on a obtenu les résultats suivants TABLEAU 1 GOUGEAGE AVEC JET D'AIR AUXILIAIRE, AU MOYEN D'UNE ELECTRODE FILIFORME A AME D'UN DIAMETRE DE 1,6 mm.
Vitesse
Pression d'enlèvement
Essai, Intensité, Tension, d'air, du métal,
No._amp_V_MP a_kg/h 1 150 30 0,585 - 0,62 2,18 2 250 35 0,585 - 0,62 3,31 3 350 40 0,585 - 0,62 6,03 4 380 42 0,585 - 0,62 7,89
On notera que l'utilisation de l'électrode filiforme à âme selon l'invention permet d'obtenir une augmentation substantielle de l'élimination du métal, avec augmentation 12 ( '« t de l'intensité, tout en évitant la surchauffe de l'électrode filiforme.
On a effectué des essais supplémentaires sur l'électrode filiforme à âme ayant un diamètre de 1,6 mm et la même composition d'âme, mais avec un rapport du poids de la composition d'âme par rapport au poids total de l'électrode de 12%, la gaine en acier doux (acier 1008) constituant le reste de l'électrode c'est-à-dire environ 88% en poids, Lors de l'exécution de ces essais, on a déterminé les variables suivantes : (a) Pression d'air, (b) Tension d'arc, (c) Vitesse d'alimentation en fil et (d) Poids de métal enlevé par heure.
On a effectué les essais pour quatre valeurs différentes de pression d'air comprises dans la gamme de 0,275 à 0,69 MPa, environ. Les résultats sont indiqués aux tableaux 2, 2A, 2B et 2C : TABLEAU 2 - Pression d'air : 0,69 MPa
GOUGEAGE SUR PLAQUE D'ACIER DOUX AU MOYEN D'UNE ELECTRODE FILIFORME A AME, SELON L'INVENTION, DE 1,6 mm DE DIAMETRE
Pression £ ** v.a.f. 1 V kg/h d'air
Essai_(cm/min) (ampères) (volts) enlevé_MPa 1 1270 360 45 9,7 0,69 2 1143 330 45 10,43 0,69 3 1016 300 45 8,98 0,69 4 889 280 45 7,89 0,69 5 762 250 45 7,89 0,69
, ' I
13 6 1270 340 40 8,61 0,69 7 1143 335 40 9,7 0,69 8 1016 355 40 8,98 0,69 9 889 340 40 8,25 0,69 10 762 300 40 7,16 0,69 11 1016 300 35 7,16 0,69 12 889 275 35 5,76 0,69 13 762 265 35 7,52 0,69 14 762 260 30 5,76 0,69 15 635 230 30 5,39 0,69 16 508 200 30 4,67 0,69 * — v.a.f. = vitesse d'alimentation en fil (cm/min) ** — pression en MPa TABLEAU 2A - Pression d'air : 0,55 MPa GOUGEAGE SUR PLAQUE D'ACIER DOUX AU MOYEN D'UNE ELECTRODE FILIFORME A AME, SELON L'INVENTION DE 1,6 mm DE DIAMETRE.
v.a.f.* 1 V kg/h
Essai_(cm/min)_(ampères)_(volts)_enlevé 1 1270 350 45 9,34 2 1143 320 45 9,34 3 1016 300 45 8,25 4 889 275 45 6,80 5 762 250 45 5,39 6 1270 350 40 6,80 7 1143 320 40 8,98 8 1016 300 40 9,7 9 889 275 40 7,89
* : V
14 « « ï 10 762 250 40 6,12 11 1016 300 35 8,25 12 889 275 35 8,25 13 762 250 35 5,76 14 635 225 35 5,03 15 508 200 35 3,94 16 762 250 30 5,03 17 635 225 30 4,67 18 508 200 30 4,67 » TABLEAU 2B - Pression d'air : 0,41 MPa GOUGEAGE SUR PLAQUE D'ACIER DOUX AU MOYEN D'UNE ELECTRODE FILIFORME A AME, SELON L'INVENTION DE 1,6 mm DE DIAMETRE.
v.a.f.* 1 V kg/h
Essai_(cm/min)_(ampères)_(volts)_enlevé 1 1270 350 45 9,7 2 1143 320 45 9,34 3 1016 300 45 7,89 4 889 275 45 6,80 5 762 250 45 6,12 6 1270 350 40 8,98 7 1143 320 40 9,7 8 1016 300 40 8,98 9 889 275 40 7,53 10 762 250 40 5,39 11 1016 300 35 7,53 12 889 275 35 8,98 13 762 250 35 7,53 f ‘l 15 14 635 225 35 5,03 8 15 508 200 35 4,67 TABLEAU 2C - Pression d'air : 0,275 MPa
GOUGEAGE SUR PLAQUE D'ACIER DOUX AU MOYEN D'UNE ELECTRODE FILIFORME A AME, SELON L»INVENTION, DE 1,6 mm DE DIAMETRE
v.a.f. 1 V kg/h
Essai_(cm/ min)_(ampères)_(volts)_enlevé 1 1270 350 45 10,43 2 1143 320 45 9,34 3 1016 300 45 6,12 4 889 275 45 5,39 5 762 250 45 5,39 6 1016 300 35 7,89 7 889 275 35 5,39 8 762 250 35 6,12 9 635 225 35 3,94 10 508 200 35 3,22
Les essais sumentionnés indiquent que, pour des tensions comprises entre environ 35 et 45 volts, des intensités comprises entre 200 et 350 ampères et des vitesses d'alimentation en fil de 508 à 1143 cm/min, on obtient des résultats optimaux, tels que déterminés par la quantité de métal enlevé (c'est-à-dire la quantité de métal enlevé par rainurage de la plaque d'acier) lorsque les intensités sont comprises entre environ 300 et 350 ampères et les vitesses d'alimentation en fil sont de l'ordre de 1016 à 1143 cm/min. On a observé que l'augmentation de la tension d'arc se traduit par une augmentation de l'enlèvement du métal.
t l> 16
Pour les faibles pressions d'air, il est généralement nécessaire de diminuer la vitesse de déplacement au cours du gougeage pour obtenir un enlèvement de métal efficace.
A des pressions de jet d'air auxiliaires comprises dans la gamme de 0,275 à 0,69 MPa, des résultats optimaux sont indiqués pour des vitesses d'alimentation en fil d'environ 1143 cm/min et à une tension de l'ordre de 40 volts, la quantité de métal enlevé étant voisine de 9 à 9,75 kg/h. Dans une gamme de tension de l'ordre de 30 à 45 volts, on enlève environ 5,9 à 10,4 kg de métal par heure. Le jet d'air au cours du gougeage doit être correctement focalisé.
Dans un autre groupe d'essai, des cordons de soudure lourds de simple passe en acier doux, sur des plaques d'acier laminés à chaud d'une épaisseur de 1,905 cm, ont été enlevés en position horizontale, par gougeage à l'arc au charbon en utilisant une électrode de 0,635 cm de diamètre, avec jet d'air auxiliaire et par coupage avec jet d'air auxiliaire au moyen d'une électrode à âme, en acier, de 0,16 cm de diamètre conforme à l'invention. Les résultats obtenus sont indiqués au tableau 3.
TABLEAU 3 GOUGEAGE A L'ARC AU CHARBON (0,635 cm)
Lon- Vitesse gueur de
Es- enle- kg/h déplace- Près- Puis- sai vëe enle- ment sion sance
No, (cm)_vë Volts Amps (cm/min) (MPa) KW
1 10,16 N/D* 45 350 47 0,41 15.8 2 15,24 5,44 40 600 40,6 0,69 24.0 r 17 3 15,24 1,63 40 250 27,9 0,69 10.0 4 15,24 5,9 40 550 43,2 0,83 22.0
Fil d'acier à âme, ayant un diamètre de 0,16 cm (conforme à l'invention) 5 15,24 N/D* 38 300 83,8 0,41 11.4 6 15,24 7,71 39 300 81,3 0,41 11.7 7 15,24 8,39 45 350 83,8 0,41 15.8 8 15,24 9,525 45 350 101,6 0,69 15.8
* — NON DETERMINE
La vitesse de déplacement de l'arc au cours du coupage est exprimée en centimètres par minute (cm/min)
Le fil d'acier à âme selon l'invention a présenté de résultats notablement améliorés par rapport à ceux obtenus en utilisant l'électrode au charbon, en dépit du fait que son diamètre était d'un quart de celui de l'électrode au charbon. Généralement, lorsque la tension de l'arc augmente, le niveau sonore augmente. Des pics de bruit se produisent lors du gougeage à l'arc au charbon lorsque l'opérateur tire un arc de grande longueur. Toutefois, en utilisant l'invention, la longueur de l'arc (tension d'arc) est relativement constante quelle que soit la manière de procéder et, en conséquence, le niveau sonore est minimal.
Comme indiqué au tableau 3, la quantité de métal enlevée en utilisant le fil d'acier à âme était nettement plus élevé que celle enlevée en utilisant l'électrode au charbon de 0,635 cm. En moyenne, la puissance consommée, exprimée en kilowatts, était moindre pour l'électrode en acier à âme selon l'invention.
t 18
On a obtenu de très bons résultats dans le gougeage de divers alliages en utilisant le fil d'acier à âme selon l'invention (29% d'alliage Mg/al 50/50 et 71% de Fe-^O^) , les métaux gouges comprenant des dépôts de métal de brasage, de l'acier inoxydable du type 304, de l'acier Hadfield (13% Mn), du laiton et de l'aluminium.
On a comparé une électrode au charbon nue d'un diamètre de 0,317 cm avec une électrode au charbon revêtue de cuivre, ayant un diamètre de 0,396 cm sous une pression de 0,41 MPa. Dans le cas de l'électrode nue avec une durée d'arc d'environ 20 à 35 secondes, 62 à 63 volts et environ 40 à 55 ampères, la quantité de métal enlevée d'une plaque en acier était comprise entre 0,567 et 1,293 kg/h. L'électrode au charbon de 0,317 cm de diamètre s'est échauffée jusqu'à une couleur orange clair (incandescence) et a commencé à s'oxyder rapidement pour des valeurs d'intensité dépassant 60 ampères. L'intensité a donc été maintenue au-dessous de cette valeur.
L'électrode au charbon revêtue de cuivre de 0,396 cm de diamètre était capable d'accepter une intensité plus élevée grâce à l'augmentation de conductivité résultant du revêtement de cuivre. Ainsi, cette électrode était capable de fonctionner à des tensions de 45 à 58 volts et à des intensités beaucoup plus élevées allant de 80 à 190 ampères. Pour des ampérages de 80 à 150 ampères, la vitesse d'enlèvement de métal d'une plaque d'acier allait de 1,10 à 4,08 kg/h, alors que, dans la gamme d'intensité de 160 à 190 ampères (58 volts) l'enlèvement de métal allait de 4,98 à 6,26 kg/h. Comme indiqué ci-dessus, l'électrode au charbon était utilisée avec un jet d'air auxiliaire sous une pression de 0,41 MPa.
L'électrode filiforme en acier, à âme, selon l'invention, est supérieure à l'électrode au charbon revêtue de cuivre en ce qu'elle permet l'obtention d'une vitesse de gougeage et de coupage plus élevée et également en ce qu'elle I 'l 19 autorise de manière pratique le travail dans une gamme de paramètres plus étendue.
Une comparaison effectuée entre une électrode au charbon de 0,635 cm de diamètre et une électrode à âme selon l'invention ayant un diamètre de 0,159 cm (29% alliage
Mg/Al 50/50 et 71% Fe304) a montré que l'électrode selon l'invention est nettement supérieure, comme indiqué ci-dessous, pour l'enlèvement de métal d'une plaque en acier.
TABLEAU 4
Electrode avec jet Vitesse de coupage d'air auxiliaire_Puissance_du métal_
Charbon 150 amps 54 volts 3,63 - 4,08 kg
Selon l'invention 150 amps 54 volts 4,67 kg/h.
Selon l'invention 200 amps 54 volts 6,80 kg/h.
Comme on le voit d'après ce tableau, l'électrode selon l'invention permet d'atteindre une vitesse de coupage plus élevée que l'électrode au charbon.
D'autres exemples de composition d'électrode selon l'invention sont indiqués ci-dessous : f 20 TABLEAU 6 _Composition d'âme_Electrode_ % métal % oxyde réactif_métallique % Additif % Ame % Gaine 30% M 70% Fe„0_ — 10 90 g 2 3 15% Al 75% Fe304 10% CaO 15 85 25% Ti 70% NiO 5% Na2Si03 30 70 50% Mg/Al(50/50) 50% Fe304 5% CaF2 8 92 : 10% Zr 90% NiO — 20 80 20 Al 80 Fe,0„ — 5 95 3 4
Comme indiqué ci-dessus, la gaine formant l'électrode tubulaire est de préférence en acier au carbone ou en autre métaux féreux, bien que l'on puisse utiliser d'autre type de métal forgé ou travaillé, capable d'être mis sous forme d'une électrode tubulaire, ayant une résistance mécanique suffisante et pouvant être facilement manipulé au moyen des dispositifs d'alimentation en fil de type usuel.
L'électrode à âme selon l'invention peut être utilisée pour couper ou gouger une grande variété de métaux, tels que les métaux ferreux (par exemple les aciers, les fontes, les alliages ferreux, etc), l'aluminium, les alliages d'aluminium, le cuivre et les alliages de cuivre, le titane et les alliages de titane, les alliages à base de nickel, et les alliages à base de cobalt.
Lors du découpage ou du gougeage des métaux, du gaz, par exemple de l'air sous pression, est dirigé vers la zone en cours de coupage afin de chasser le métal fondu. L'alimentation en air peut être effectuée sous une pression dans la gamme de 0,069 à 1,033 MPa, environ, le long de 21 i ’· i l’électrode ou sous forme d'un manchon entourant l’électrode ou bien sous forme d’une pluralité de courants d'air, soit disposés concentriquement autour de l'électrode, soit constituant des courants d'air individuels. Il n'est pas nécessaire que les courants d'air aient le même point focal du moment qu'ils sont disposés de manière à avoir une disposition d'écoulement approprié.
L'invention n'est pas limitée aux exemples d'exécution qui viennent d'être décrits et il apparaîtra facilement aux spécialistes que des modifications et variantes peuvent être apportés à ces formes d'exécution sans sortir du cadre de 1'invention.
Claims (18)
1. Electrode métallique tubulaire à âme pour le coupage et le gougeage à l'arc de substrats métalliques, avec utilisation de gaz auxiliaire, caractérisée en ce qu'elle comprend un tube en métal travaillé et une composition d'âme tassée essentiellement composée d'un métal réactif, sous forme de particules, mélangé avec un oxyde métallique capable de réagir exothermiquement, ce métal réactif particulaire étant tel que l'énergie libre de formation de son oxyde, à la température de référence de 25°C, est au moins égale à 418,5 kilojoules par atome gramme d'oxygène, ledit oxyde de métal capable de réagir exothermiquement, mélangé avec le métal sous forme de particules, ayant une énergie libre de formation ne dépassant pas 376,7 kilojoules par atome gramme d'oxygène, à 25°C.
2. Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la composition d'âme contient jusqu'à 30% en poids, par rapport à son poids total, d'au moins un additif choisi parmi les agents stabilisateurs d'arc, les agents de flux, les dësoxydants et les agents générateurs de gaz.
3. Electrode selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que la composition d'âme constitue environ 5 à 30% en poids de l'électrode.
4. Electrode selon la revendication 3, caractérisée en ce que la composition d'âme est essentiellement composée de 10 à 70%, en poids, dudit métal réactif, de 30 à 90%, en poids, dudit oxyde métallique et de 0 à 20% en poids dudit additif.
5. Electrode selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit métal réactif est choisi parmi le magnésium, l'aluminium, le zirconium, le titane et les alliages d'au moins deux de ces métaux. r '· - 23 -
6. Electrode selon la revendication 5, caractérisée en ce que le métal réactif est un alliage de Mg-Al et en ce que ledit oxyde métallique est un oxyde d'un métal du groupe du fer.
7. Electrode selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'alliage de Mg-Al constitue de 20 à 50%, en poids, de la composition d'âme et en ce que l'oxyxde de métal du groupe du fer est un oxyde de fer et constitue de 50 à 80% en poids de la composition d'âme.
8. Electrode selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'alliage de Mg-Al comprend environ 50% de Mg et 50% de Al, la teneur en alliage dans la composition d'âme étant d'environ 30% en poids et la teneur en oxyde de fer étant d'environ 70% en poids de la composition d'âme.
9. Electrode selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'électrode tubulaire a un diamètre extérieur de l'ordre de 0,635 à 9,525 mm et une épaisseur de paroi de l'ordre de 0,127 à 1,27 mm.
10. Electrode selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'électrode tubulaire a un diamètre extérieur de l'ordre de 1,6 à 3,2 mm et une épaisseur de paroi de l'ordre de 0,2 à 0,4 mm.
11. Electrode selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que ledit métal réactif, sous forme ; de particules, est choisi parmi le magnésium, l'aluminium, le zirconium, le titane et les alliages d'au moins deux de ces métaux et en ce que l'oxyde métallique capable de réagir exothermiquement, mélangé avec ce métal, est choisi parmi les oxydes des métaux du groupe du fer. 1 Electrode selon la revendication 11, caractérisée en ce que la composition d'âme constitue environ 5 à 30% en poids de l'électrode. f- · - 24 -
13. Electrode selon la revendication 12, caractérisée en ce que la composition d’âme est essentiellement constituée de 10 à 70%, en poids, dudit métal réactif, de 30 à 90% en poids dudit oxyde de métal du groupe du fer est de 0,5 à 20% en poids dudit additif choisi parmi les agents stabilisateurs d'arc, les agents de flux, les désoxydants et les agents générateurs de gaz.
14. Electrode selon la revendication 13, caractérisée en ce que le métal réactif est un alliage de Mg-Al, ledit oxyde métallique étant un oxyde de fer.
15. Electrode selon la revendication 14, caractérisée en ce que l’alliage de Mg-Al constitue environ 20 à 50%, en poids, de la composition d’âme et en ce que l’oxyde de fer constitue environ 50 à 80%, en poids, de cette composition.
16. Electrode selon la revendication 15, caractérisée en ce que l’alliage Mg-Al comprend environ 50% de Mg et 50% de Al, la teneur en alliage dans la composition d'âme étant de l’ordre de 30% en poids et l’oxyde de fer constituant environ 70% en poids de la compositon d’âme.
17. Electrode selon la revendication 14, caractérisée en ce que l’électrode tubulaire a un diamètre extérieur de l’ordre de 0,635 à 9, 525 mm et une épaisseur de paroi de l’ordre de 0,127 à 1,27 mm. 1 Utilisation de l’électrode selon la revendication 1 ou la revendication 2 pour la mise en oeuvre d’un procédé de coupage ou de gougeage à l’arc d’un substrat métallique, caractérisée en ce que ce procédé comprend les opérations consistant à établir un arc électrique entre l’extrémité de cette électrode et ce substrat métallique, de façon à effectuer le coupage ou le gougeage de ce substrat, envoyer un courant de gaz sous pression sur la zone en cours de coupage ou de gougeage ; et poursuivre le coupage ou J ¥ - 25 - gougeage tout en continuant à envoyer ledit courant de gaz sous pression sur ladite zone.
19. Utilisation selon la revendication 18, caractérisée en ce que le courant de gaz est envoyé sous pression en passant le long de l'électrode, sur la zone en cours de coupage ou gougeage.
20. Utilisation selon la revendication 18, caractérisée en ce que le gaz est envoyé sous pression le long de l'électrode, avec une pression de buse de l'ordre de 0,07 MPa à 1,03 MPa. . 21. Electrode selon la revendication 20, caractérisée en ce que l'on envoie le gaz sous forme d'une gaine annulaire entourant l'électrode.
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