Brevet FR2231096A1 — publié le 19741220

L'invention concerne les techniques d'utilisation du plasma et peut être utiliséedans la métallurgie, le soudage, le rechargement par fusion, etc. te meilleur matériau constitutif des électrodes pour plasmatrons de polarité directe et inverse fonctionnant dans des atmosphères gazeuses inertes et neutres est le tungstène. Les valeurs maximales admises du courant sont alors déterminées par l'intensité de refroidissement de l'électrode. Pendant le fonctionnem,ent en polarité directe (l'électrode en tungstène constitue la cathode), les flux thermiques dans la cathode sont relativement faibles. C'est pourquoi, en présence de courants de l'ordre de plusieurs centaines d'ampères, il est même suffisant d'utiliser des brides à pince ordinaires fixées sur le porte-cathode refroidi à l'eau. C'est suivant ce principe qu'est conçue la plus grande partie des organes à électrode des plasmatrons. Lors de 11 utilisation de mélange d'azote et d'hsrdrogène et pendant le fonctionnement a' des intensités élevées, il est nécessaire d'assurer un refroidissement plus intense des électrodes, ce qui est obtenu par un procédé connu de fabrication des organes à électrode pour plasmatrons, en soudant l'électrode de tungstène au porte-électrode en cuivre refroidi à l'eau. Cependant une augmentation considérable des intensités de courant, même dans un tel procédé, n'est pas réalisable. Cela s'explique de la façon suivante. Pour intensifier l'évacuation des calories de la face de travail de 11 électrode en tungstène, il est nécessaire de réduire la longueur de sa portée. Mais quand on réduit la longueur de la portée, le point le plus faible dévient la jonction entre le tungstène et le porte-électrode en cuivre, et il se produit une fusion du métal suivant cette jonction. Si le tungstène est soudé, il se décolle alors du porte-électrode par suite de la fusion du métal de brasage. De cette façon, les procédés existants pour la fabrication des organes à électrode ne permettent pas d'accroire 'une façon sensible les valeurs admissibles des intensités. Si dans les plasmatrons de polarité directe ce phénomène provoque seulement une certamne réduction de l'efficacité d'utilisation des plasmatrons, dans les plasmatrais de polarité inverse les conditions défectueuses d'évacuation des calories ne permettent pas, en général, d'utiliser des électrodes en tungstène, car les flux thermiques aux électrodes, pendant le fonctionnement en polarité inverse, sont de 8 à 10 fois supérieurs à ceux de la polarité directe. On connaît également un procédé de fabrication des organes à électrode pour plasmatrons, fondé sur la fusion du métal prévu pour le porte-électrode, avec immersion de l'électrode en tungstène dans le bain de fusion obtenu. Cependant, la présence de pellicules d'oxydation à la surface de l'électrode de tungstène ne permet pas d'assurer un contact satisfaisant entre le tungstène et le métal du porte-électrode. te but de la présente invention est de remédier aux inconvénients mentinnnés ci-dessus. - A cette fin, l'invention vise un procédé de fabrication des organes à électrode pour plasmatrons, consistant à plonger une électrode en tungstène dans du métal en fusion destiné à constituer le porte-électrode, et assurant un contact satisfaisant entre le tungstène et ledit métal, ainsi qu'une simplification de l'opération de fusion du métal, tout en prévenant l'introduction d'impuretés indésirables dans le bain de fusion. Ce problème est résolu grâce à un procédé de fabrication des organes à électrode pour plasmatrons, du type consistant à faire fondre un métal destiné à constituer un porte-électrode, et à y plonger uneélectrode en tungstène, ledit procédé étant caractérisé, suivant l'invention, en ce qu'avant de plonger l'électrode dans le bain de fusion, on amorce entre ce dernier et lteUa#rode un arc à courant continu, en utilisant pour cela ladite électrode en tant que cathode, et on étaint l'arc quand l'électrode se trouve plongé dans la blain de fusion. Un tel procédé permet d'améliorer le contact entre le tungstène et le métal du porte-électrode. Afin de simplifier l'opération, on peut, toujours selon l'invention, utiliser ledit arc à courant continu paz Sire fondre le métal destiné à constituer le porte-électrode. Suivant une autre caractéristique de l'invention, on peut, avant de plonger l'électrode dans le bain de fusion, créer autour du bain de fusion un champ magnétique réglable indépendamment,coopérant avec le courant de l'arc et provoquant de, ce fait, une rotation du bain de fusion avec formation d'un cratère assurant l'amorçage de l'arc à partir de la surface cylindrique de l'électrode, une fois que l'électrode se trouve plongée dans le bain de fusion, l'inwensité du champ magnétique est progressivement réduite à zéro. Cela permet de procéder au nettoyage régulier de la face en bout ainsi que de la surface cylindrique de l'électrode en tungstène. Suivant l'invention, l'électrode peut être plongée dans le bain de fusion dans une atmosphère contrôlée de gaz inertes. Cela permet de prévenir l'introduction d'impuretés indésirables dans le bain de fusion. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, l'électrode peut être plongée dans le bain de fusion en présence d'une atmosphère contrôlée de gaz inertes sous basse pression. Cela permet de réduire 1'influence des impuretés contenues dans l'atmosphère inerte utilisée. Ci-dessous est décrit un exemple concret mais non limitatif de réalisation de l'invention, avec références aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente un creuset contenant le métal en fusion au-dessus duquel se trouve l'électrode, pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention; - la figure 2 représente le même creuset, logé dans une chambre étanche, pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention; - la figure 7 représente un creuset contenant le métal en fusion et se trouvant à l'intérieur d'un solénoïde, pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention; - les figures 4, 5, 6 illustrent des organes à électrode de différentes formes géométriques, obtenus suivant le procédé conforme à l'invention. te métal 1 (figure 1) destiné à constituer le porte-électrode (par exemple du cuivre, de l'argent ou un autre matériau thermoconducteur) est logé dans le creuset en graphite 2. Entre l'électrode en tungstène 3 et le métal 1 est amorcé l'arc 4 à courant continu. L'électrode en tungstène 3 constitue alors une cathode. te métal 1 est fondu sous l'effet de la chaleur se dégageant de l'arc 4, surtout dans sa zone anodique. Pendant ce temps, l'électrode en tungstène 3 formant la cathode est soumise à un nettoyage cathodique intensif. Pour prévenir l'oxydation, toute l'opération est réalisée dans une atmosphère contrée de gaz inerte. S'il est impossible de réaliser l'épurage nécessaire de l'atmosphère inerte, la pression dans l'espace de travail est abaissée. A cet effet, le creuset 2 contenant le métal en fusion 1 et l'électrode en tungstène 3 sont logés dans une chambre étanche 4' (figure 2) relise à une pompe à vide. Après la fusion du métal 1 (figure 1), sans désamorcer l'arc 4, on plonge l'électrode en tungstène 3 dans le bain de fusion, et seulement après cette opération on coupe le courant. Ces opérations permettent de réaliser un nettoyage cathodique aussi soigné que possible de la face a électrode en tungstène 3, tandis que la qualité du nettoyage de sa surface cylindrique est moins bonne. Afin d'assurer le nettoyage simultané de la face en bout et de la surface cylindrique, le creuset 2 (figure 3 ) est logé à l'intérieur d'un solénolde 5 à travers lequel passe un courant dont l'intensité est réglée indépendamment de l'intensité de l'arc 4. Par suite de l'interaction entre le courant de l'arc 4 et le champ du solénoïde 5, l'arc 4 commence à tourner. Simultanément se produit une rotation du métal en fusion 1, qui forme ainsi un cratère 6 (figure 3). il en résulte un nettoyage cathodique intensité de la surface cylindrique de l'élec- trode en tungstène 3, ce qui en définitive assure, lorsque l'électrode en tungstène est plongée dans le métal en fusion 1 (cuivre, argent), un contact parfait suivant toute la surface de contact entre le tungstène et le métal 1. Quand l'électrode de tungstène 3 se trouve plongée dans le métal en fusion 1 et quand le courant est coupé, le métal en fusion 1 continue de tourner par inertie, mais sa vitesse de rotation diminue progressivement. Avec la réduction de la vitesse de rotation du métal 1, la profondeur du cratère 6 autour de l'élec- trode 3 décroît progressivement, et le métal 1 enveloppe progressivement l'électrode en tungstène 3, ce qui favorise également l'obtention d'un contact régulier suivant toute la surface entre le tungstène et le métal 1. La possibilité de momifier le niveau du bain de fusion au centre grâce à la variation de la valeur du champ magnétique peut être utilisée de3a façon suivante. Après l'amorçage de l'arc 4 et la fusion du métal 1, on fait passer à travers l'enroulement du solénoïde 5 un courant dont l'intensité dépend de la profondeur nécessaire du cratère 6. Ensuite on abaisse l'électrode en tungstène 3 sans amorcer l'arc 4, de façon à maintenir un espacement entre le fond du cratère 6 et la face de l'électrode 3. Tout en maintenant fixe l'électrode en tungstène 3, on commence ensuite à réduire le courant dans l'enroulement du solénoïde 5. il en résulte une diminution progressive de la profondeur du cratère 6. Quand l'intensité du courant dans 1'en- roulement du solénoïde 5 atteint une valeur déterminée, on plonge l'électrode 3 dans le métal en fusion 1. Après refroidissement complet, on usine l'ébauche obtenue (figure 4) pour lui donner la forme géométrique désirée. Oncbtient ainsi, par exemple, l'organe à électrode représenté sur la figure 5. En cas d'utilisation dans un pEsmatron de polarité inverse, l'organe à électrode obtenue après usinage se présente sous la forme représentée sur la figure 6. De cette façon, l'avantage essentiel du procédé proposé pour la fabrication des organes à électrode réside dans le fåit qu'il assure un contact parfait entre le tungstène et le cuivre suivant toute la surface de jonction entre eux, indépendamment de la forme de l'électrode, ce qui permet d'utiliser des électrodes dont la configuration assure l'évacuation la plus intense des calories. La mise en oeuvre du procédéproposé pour la fabrication de l'organe à électrode d'une plasmatron permet d'assurer la densité la plus élevée des flux thermiques spécifiques dans le bain de soudage, en combinaison avec la désintégration intensive des pellicules d'oxyde, ce qui en définitive assure, au cours du soudage et du rechargement par fusion des structures en aluminium et en magnésium, ainsi que leurs alliages, la combinaison des vitesses maximales du processus avec une haute qualité de l'assemblage soudé. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemplé. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celleeci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'organes à électrode pour plasmatrons, du type consistant à faire fondre un métal destiné à constituer un porte-électrode, et à plonger dans le métal fondu une électrode en tungstène, caractérisé en ce qu'avant de#Longer ltélectrede dans le bain de fusion, on amorce entre ces derniers un arc à courant continu en utilisant ladite électrode en tant que cathode, et on n'éteint l'arc qu'après avoir plongé l'électrode dans le bain de fusion. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant de procéder à la fusion du métal destiné à constituer le porte-électrode, on place l'électrode au-dessus dudit métal, après quoi on amorce ledit arc à courant continu, qui réalise ainsi lui-m8me la fusion du métal. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant de plonger l'électrode dansle bain de fusion, on crée autour de ce dernier un champ magnétique réglable indépendamment et qui, en coopérant avec le courant de l'arc, provoque une rotation du bain de fusion, entraînant la formation dans celui-ci d'un cratère assurant l'amorçage de l'arc à partir de la surface cylindrique de l'électrode, après quoi on plonge l'élec- trode dans le bain de fusion et on réduit progressivement jusqu'à zéro l'intensité du champ magnétique. 4.- Procédé suivant l'une des revendications 1 à ), caractérisé en ce que ltélectrode est plongée dans le bain de fusion en présence d'une atmosphère contrôlée de gaz inertes. 5.- Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'électrode est plongée dans le bain de fusion en présence d'une faible pression desdits gaz inertes. 6.- tes organes à électrode pour plasmatrons, caractérisés en ce qu'ils sont obtenus par le procédé suivant l'une des revendications 1 à 5.