Brevet FR2002478A1 — publié le 19691017

''002478 6=- 04409 La présente invention concerne une électrode non fusible, notamment en tungstène ou en tungstène thorié, pour des arcs électriques de faible puissance, ainsi qu'un procédé de fabrication de cette électrode. 5 Pour la soudure à l'arc sous un gaz protecteur, avec une électrode non fusible, on utilise principalement des électrodes de tungstène. Pour accroître le pouvoir émissif de l'électrode et amorcer un arc stable, il est connu d'ajouter, à la fabrication des électrodes de tungstène, avant le frittage, de 10 faibles quantités d'autres métaux ou d'oxydes métalliques, notamment surtout du thorium et du bioxyde de thorium. Ces électrodes en tungstène thorié contiennent jusqu'à environ 2% de thorium. Si l'on accroît l'adjonction de thorium au-delà de 27o, le pouvoir émissif de l'électrode continue à augmenter lentement, mais 15 en même temps sa fragilité augmente fortement. En plus de l'ajonction de thorium et de bioxyde de thorium, on connaît aussi des adjonctions de zircone, de rhénium et d'autres métaux et oxydes métalliques, à point de fusion élevé. Parmi les additions mentionnées, celle du thorium offre l'avantage de n'avoir qu'une 2o faible tendance à l'évaporation. L'électrode conserve par suite plus longtemps son bon pouvoir émissif. Il est également connu d'accroître l'émission des cathodes chaudes en tungstène en revêtant des fils de tungstène avec une mince couche de césium ou de thorium. 25 En essayant d'insérer dans une fabrication automati sée le procédé de la microsoudure autogène, c'est-à-dire le soudage de tôles d'épaisseur inférieure à 1,0mm avec - dans le cas de la soudure à l'arc - un courant de soudage d'intensité inférieure à 12A., selon les procédés de soudage au tungstène, sous 30 atmosphère protectrice, et de soudage avec plasma, on a observé que les électrodes habituelles en tungstène et en tungstène thorié ne permettaient pas d'obtenir une succession d'allumages parfaite, dans le cas de l'allumage sans contact, amorcé par une décharge disruptive à haute fréquence. Une série d'essais a 35 montré que même les électrodes en tungstène thorié n'ont pas des capacités d'allumage précis, et qu'elles ont perdu dans une large mesure leur capacité d'allumage en moyenne après environ soixante allumages. Des observations plus précises ont montré que, au début de l'essai, l'allumage avait lieu à partir de la 40 pointe de l'électrode, et que, le nombre d'allumages croissant, ul 0.UO9 2 2002478 une fraction de plus en plus importante de la surface.de l'électrode participait à l'allumage. Après une valeur moyenne d'environ soixante allumages, calculée pour un intervalle de dispersion très large, il se produisit un allumage en retour dans la gaine de 5 la torche . Après d'autres essais d'allumage, il n'a bientôt plus été du tout possiblê d'obtenir un allumage. La capacité d'allumage initiale peut être rétablie, dans le cas des électrodes en tungstène thorié, en aiguisant leurs pointes. La forte décroissance de la capacité d'allumage et ses variations en fonc-10 tion du nombre des allumages rendent fortement difficile l'application du soudage au tungstène,sous gaz protecteur, et du soudage avec plasma, pour la réalisation automatisée de microsoudures,car, dans ce.cas, il importe au premier chef de pouvoir obtenir des séries parfaites d'allumages. 15 L'électrode selon la présente invention ne présente pas ces inconvénients des électrodes ordinaires ; elle est caractérisée par le fait que la surface de l'électrode est revêtue, au moins au voisinage de sa pointe, avec un composé, à point de fusion élevé, d'un métal et d'un élément non métallique, ou bien 20 avec un mélange, à point de fusion élevé, de plusieurs composés d'un métal et d'un élément non métallique, qui forment encore une couche résistante, aux températures de l'arc électrique, et qui accroissent l'émission d'électrons. L'électrode selon la présente invention permet 25 d'allumer des arcs électriques stables dans un ordre de succession précis. Elle présente en outre une grande stabilité. La présente invention concerne également un procédé pour fabriquer une électrode du type indiqué précédemment ; ce procédé est caractérisé par le fait que, sur une électrode de 30 tungstène, on fritte un composé, à point de fusion élevé, d'un métal et d'un élément non métallique, ou bien un mélange, à point de fusion élevé, de plusieurs composés d'un métal et d'un élément non métallique. Le frittage des revêtements peut être facilité par 35 un choix approprié du mélange, en le constituant de préférence par un composé d'un métal et d'un élément non métallique, fondant à température très élevée, et d'un composé d'un métal et d'un élément non métallique, fondant à une température notablement plus faible. L'adjonction à un composé d'un métal et d'un élément 40 non métallique, fondant à une température très élevée, de quan 6" 0«409 3 2002478 tités relativement faibles d'un composé d'un métal et d'un élément non métallique, fondant à une température basse, suffit déjà pour abaisser la température nécessaire au frittage des revêtements. 5 Dans une forme de réalisation particulière de l'in vention, la surface des électrodes est en bioxyde de thorium. Une électrode de ce genre a été essayée dans les conditions où les électrodes ordinaires sont défaillantes après en moyenne environ soixante allumages. Après plus de huit mille allumages, les 10 électrodes selon la présente invention n'ont montré aucune diminution de leur parfaite capacité d'allumage. En plus de la dura-bilité de leur bonne capacité d'allumage, les électrodes selon la présente invention ont la propriété d'allumer des arcs encore stables avec des sources usuelles, produisant un courant de 0,5 A. 15 En outre, une colonne de plasma allumée, peut être étirée jusqu'à 25mm., pour une puissance de 20 Watts seulement. La couche de bioxyde de thorium a pu être déposée, avec succès, sur des électrodes de tungstène disponibles dans le commerce, et ayant un diamètre de 0,5 à 1mm, de la façon suivante : 20 on a revêtu la pointe de l'électrode de tungstène avec une couche mince d'adhésif, et on l'a plongée dans du bioxyde de thorium pulvérulent. Une quantité suffisante de bioxyde de thorium est restée collée, par l'adhésif, sur la pointe de l'électrode de tungstène. La pointe de l'électrode, ainsi revêtue, a été ensuite 25 chauffée très lentement, dans la bobine d'induction d'un générateur de hautes fréquences, jusqu'à ce que le revêtement, initialement blanc, de bioxyde de thorium, ait changé de couleur. Le chauffage a été poursuivi sous un gaz protecteur, jusqu'à fusion du bioxyde de thorium. Après refroisissement du revêtement fondu de 30 bioxyde de thorium, l'électrode a été serrée dans une torche, et utilisée pour allumer un arc avec une distance entre les électrodes d'environ 0,3mm et un courant d'intensité 5A. Pour cuire le revêtement, on a ensuite augmenté la distance des électrodes à environ 3mm, et l'on a augmenté en même temps l'intensité du cou-35 rant à environ 15 A. Le revêtement de bioxyde de thorium était suffisamment cuit après environ une demi minute. On peut trouver facilement des revêtements en composés d'un métal et d'un élément non métallique, dont les propriétés correspondent à celles du bioxyde de thorium. Par exemple,le 40 carbure de hafnium et le carbure de tantale devraient surtout ^ convenir. L'électrode selon la présente invention, qui présente une sécurité d'allumage élevée, permet d'appliquer les procédés de microsoudure autogène du type du soudage au tungstène, sous gaz 5 de protection, et du soudage avec plasma, aux fabrications automatisées, surtout dans la technique des courants faibles. L'électrode selon la présente invention peut être en outre utilisée avantageusement pour allumer et entretenir des arcs électriques de faible puissance, par exemple dans des tubes à décharge élec-10 trique dans un gaz. i,9 0*409 5 2002478 REVENDICATIONS 1) - Electrode non fusible, notamment en tungstène ou en tungstène thorié, pour des arcs électriques de faible puissance, caractérisée par le fait que la surface de l'électrode 5 est revêtue, au moins au voisinage de sa pointe, avec un composé, à point de fusion élevé, d'un métal et d'un élément non métallique, ou bien avec un mélange, à point de fusion élevé, de plusieurs composés d'un métal et d'un élément non métallique, qui forment encore une couche résistante, aux températures de l'arc 10 électrique, et qui accroissent l'émission d'électrons. 2) - Electrode suivant la revendication 1), caractérisée par le fait que la couche de revêtement superficiel de l'électrode est constituée par un oxyde métallique, un carbure métallique ou un nitrure métallique, à point de fusion élevé. 15 3) - Electrode suivant la revendication 1), caracté risée par le fait que la couche de revêtement superficiel de l'électrode est constituée par un mélange de plusieurs oxydes métalliques, ou de plusieurs carbures métalliques, ou de plusieurs nitrures métalliques, ou bien par un mélange, à point de fusion 20 élevé, de ces substances. 4) - Electrode suivant la revendication 2), caractérisée par le fait que la couche de revêtement superficiel de l'électrode est constituée par du bioxyde de thorium. 5) - Procédé de fabrication d'une électrode suivant 25 la revendication 1), caractérisée par le fait que, sur une électrode de tungstène, on fritte un composé, à point de fusion élevé, d'un métal et d'un élément non métallique, ou bien un mélange, à point de fusion élevé, de plusieurs composés d'un métal et d'un élément non métallique. 30 6) - Procédé suivant la revendication 5), caractérisé par le fait que l'on fritte sur l'électrode de tungstène un oxyde métallique, un carbure métallique ou un nitrure métallique, à point de fusion élevé. 7) - Procédé suivant la revendication 5), caractérisé 35 par le fait que l'on fritte sur l'électrode de tungstène des oxydes métalliques, des carbures métalliques ou des nitrures métalliques, ou bien un mélange, à point de fusion élevé, de plusieurs de ces substances. 8) - Procédé suivant la revendication 6), caractérisé 40 par le fait que l'on fritte sur l'électrode de tungstène,du bio- t' 04409 2002473 xyde de thorium. 9) - Procédé suivant la revendication 8), caractérisé par le fait que l'on dépose du bioxyde de thorium pulvérulent sur l'électrode de tungstène, à l'aide d'un adhésif, que l'on chauffe 5 l'électrode lentement, jusqu'à fusion du bioxyde de thorium, que l'on allume l'arc électrique avec cette électrode, tout d'abord avec une faible intensité de courant, et que l'on cuit ensuite la masse fondue de bioxyde de thorium en augmentant la distance entre les électrodes et en accroissant fortement l'intensité du 10 courant, au-delà de la zone normale de fonctionnement de l'électrode. 10) - Procédé suivant la revendication 9), caractérisé par le fait que l'on fait fondre le bioxyde de thorium dans un courant de gaz protecteur.