Brevet FR2178845A1 — publié le 19731116

L'invention concerne les procédés de fabrication des électrodes, et notamment les procédés de fabrication des électrodes réfractaires, ainsi que les électrodes réfractaires obtenues par ces procédés et pouvant etré montées notamment dans les plasmotrons pour la coupe au plasma d'air et dans d'autres dispositifs à arc électrique. On connaît un procédé de fabrication d'électrodes réfractaires, consistant à fixer dans un évidement de la monture en cuivre de l'électrode réfractaire un élément en zirconium, par brasage à liardent. Les principaux inconvénients de ce procédé sont les grandes dépenses de main-d'oeuvre qu'il nécessite et le prix élevé de la fabrication des électrodes rébactere , due à la complexité du procédé et aux dépenses supplémentaires de matière pour le brasage. On connaît aussi un procédé de fabrication d'électrodes réfractaires, dans lequel on emmanche à ajustement dur, dans un alésage conique de la monture en cuivre de l'électrode réfractaire un élément en zirconium. Toutefois, dans le procédé proposé on se heurte à la difficulté de réalisation des surfaces coniques conjuguées de 1E élément rapporté et de l'alésage de la monture. En outre, l'aptitude à la fonction de l'électrode est perturbée dès que l'élément rapporté est en partie brillé. Au stade initial d'utilisation de l'électrode, après brûlure de la partie écrasée frontale de l'élément rapporté, le serrage de liemmanchement conique de l'élément rapporté dans la monture diminue. Par suite de la modification et de la diminution corrélative du contact thermique entre l'élément rapporté et la monture et de la perte d'étanchéité de la cavité refroidie par eau, le zirconium brûle plus rapidement et la destruction de l'électrode s'accélère. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients susmentionnés. Il s'agissait donc de créer un procédé de fabrication d'une électrode réfractaire et une électrode réfractaire obtenue par ce procédé, qui assureraient liaugmen- tation du potentiel de vie de l'électrode réfractaire, en modifiant le procédé d'engagement de l'élément rapporté réfractaire dans la monture électroconductrice. Selon l'invention, la solution consiste en ce que, dans le procédé de fabrication d'une électrode réfractaire, l'élément rapporté est choisi de longueur au moins égale à trois fois son diamètre, puis il est refoulé dans l'évidement de la monture, après quoi la partie de la monture non remplie par l'élément rapporté est découpée. Il est avantageux que la monture de l'électrode réfractaire soit en cuivre, et l'élément rapporté en zirconium. En outre, il est avantageux d'assurer simultanément au refoulement de l'élément rapporté, la compression de la monture sur ces surfaces extérieures, et de réaliser dans la partie frontale de l'élément rapporté un creux hémisphérique. La solution selon l'invention consiste, en outre, en ce que l'électrode réfractaire réalisée par le procédé indiqué ci-dessus est constituée d'une monture avec un évidement dans lequel est enchâssé un élément présentant dans sa partie frontale un creux hémisphérique. Le procédé proposé selon l'invention pour la fabrication d'une électrode réfractaire est technologiquement simple et économique. L'électrode réfractaire obtenue par ce procédé a une durée de vie plus longue, grâce à l'amélioration du contact thermique entre l'élément rapporté en zirconium et la monture en cuivre, ainsi qu'au serrage de la matière de l'élément en zirconium et de la monture. L'invention est expliquée en détail ci-après par un exemple de réalisation donné uniquement à titre d'illustration et en faisant référence aux dessins annexés qui représentent en figures 1 à 5, des phases susecessives de la fabrication d'une électrode réfractaire, selon l'invention; en figure 6, une électrode réfractaire, obtenue selon l'invention. On décrira donc maintenant un exemple de réalisation pratique du procédé de fabrication d'une électrode réfractaire pour un plasmotron destiné à la coupe au plasma d'air. Conformément au procédé, l'électrode réfractaire (figure 1) est constituée par une monture 1 en cuivre comportant un évidement central et par un élément rapporté 2 en zirconium, dont le diamètre est égal au diamètre de itévidement ménagé dans la monture 1 en cuivre ,et dont la longueur est au moins égale à trois fois son diamètre. L'élément rapporté 2 en zirconium, dégraissé au préalable, est engagée dans l'évidement de la monture 1 en cuivre, puis, à l'aide d'un poinçon 3, l'élément 2 en zirconium est refoulé dans l'évidement de la monture 1 en cuivre. La monture 1 en cuivre joue alors simultanément le rôle de matrice pour l'élément rapporté 2 en zirconium et de guide pour le poinçon 3. Un tel enchâssement assure non seulement un contact serré entre l'élément rapporté 2 en zirconium et la monture 1 en cuivre, sur toute la longueur, mais aussi un serrage de la matière de l'élément 2 en zirconium égal à 15-25% dans toute 1 masse. Simultanément à l'enchâssement de l'élément rapporté 2 (figure 2) en zirconium, par un des procédés connus (par exemple par matriçage) on comprime la monture 1 en cuivre sur ses surfaces extérieures 4, 5 et 6, de façon à compenser les déformations transversales se produisant lors du refoulement longitudinal de l'élément rapporté 2 en zirconium, déformations qui pourraient provoquer un certain changement du diamètre de la monture 1. De la sorte on provoque un écrouissage massique du zirconium et du cuivre, particulièrement intense dans la zone de contact de l'élément rapporté 2 en zirconium avec la monture 1 en cuivre. Par suite du serrage du zirconium et du cuivre, leur résistance à la chaleur et leur conductivité thermique augmentent; le contact thermique serré entre l'élément rapporté 2 en zirconium et la monture 1 en cuivre aélcre la transmission de chaleur du zirconium au cuivre. Dans la période initiale d'utilisation de l'électrode, la partie frontale de l'élément rapporté se creuse rapidement en cratère hémisphérique par brûlure, ce qui est dû à la formation de la zone d'émission cathodique. Afin de diminuer la brûlure initiale de l'élément rapporté 2 en zirconium, au cours de l'enchâssement, à l'aide d'un poinçon 7 (figures 3, 4) présentant un bord d'extremité hémisphérique, on forme dans la partie frontale de l'élément 2 un creux hémisphérique analogue au cratère de brûlure initiale de cet élément. Ceci fait, on fait disparaître la partie de la monture I en cuivre non remplie par la matière de ltélement rapporté 2 (au-delà de la partie frontale de l'élément 2, suivant le plan V-V figure 5) et l'on obtient ainsi une électrode réfractaire (figure 6) finie d'usinage, avec un élément rapporté 2 de longueur optimale. L'élément rapporté peut aussi être en d'autres matières par exemple en hafnium, ou alliages d'hafnium,en zirconium ou alliages de zirconium; quand à la monture elle peut être en n'importe quelle matière électroconductrice. On décrira maintenant quelques exemples de fabrication d'électrodes réfractaires pour le fonctionnement à diverses intensités. exemple 1 Pour une électrode réfractaire devant travailler sous une intensité de courant de 500 A,onchoisit pour l'élément rapporté en zirconium le diamètre optimal de 2 mm, sa longueur initiale étant de 7 mm (3,5 fois le diamètre). La pression unitaire de 2 compression est de 700 a 1000 kg/mm2. Exemple 2 Pur une électrode réfractaire devant travailler sous une intensité de courant de 400 A, le diamètre optimal de l'élément rapporté 2 en zirconium est de 2,5 mm; sa longueur initiale est de 9 mm; la pression unitaire de compression est 2 de 700 à 1000 kg/mm2. Exemple 3 Pour une électrode réfractaire devant travailler sous une intensité de courant de 500 A, le diamètre optimal de 11 élément rapporté 2 en zirconium est de 3 mm; sa longueur initiale est de 11 mm; la pression unitaire de compression est de 700 à 2 1000 kg/mm les résultats des essais du procédé proposé, tant en laboratoire qu'en usine, ont montré que le potentiel de vie d'une électrode réfractaire ainsi fabriquée est plus que doublé ( de 100-15C à 300-500 allumages pour une électrode). Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes et aux exemples de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre diillu tration. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon lte prit de l'invention. R E V E N D i C A T i 0 i; # 1. Un procédé de fabrication d'une électrode réfractaire, consistant à placer dans un évidement d'une monture en matière électroconductrice un élément rapporté en matière réfractaire caractérisé en ce que la longueur initiale de l'élément rapporté est choisie au moins égale à trois fois son diamètre et l'élément rapporté est refoulé et enchâssé dans l'évidement de la monture, après quoi la partie de la monture non remplie par l'élément rapporté est découpée. 2. Un procédé de fabrication d'une électrode réfractaire suivant la revendication 1,caractérisé en ce que, simultanément au refoulement de l'élément rapporté on assure la compression de la monture sur ses surfaces extérieures. 3. Une électrode réfractaire réalisée selon le procédé faisant l'objet des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la monture est en cuivre et l'élément rapporté en zirconium. 4. Une électrode réfractaire suivant la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle présente dans la partie frontale de l'élément rapporté un creux hémisphérique.