Brevet FR2487714A1 — publié le 19820205

La présente invention concerne une électrode multifilaire pouvant ser- vir non seulement d'électrode consumable mais aussi de fil d'apport dans la soudure à l'arc. Les électrodes connues de ce type se présentent, soit sous la forme d'un seul fil solide, soit sous la forme d'une électrode composite comprenant du flux dans les interstices, l'un et l'autre de ces deux types d'électrodes classiques ayant une section sensiblement circulaire de divers diamètres et étant d'une composition variable en fonction des propriétés et de l'épaisseur d'un métal à souder et en fonction de la position de soudage et/ou du procédé de soudure auquel ces électrodes sont destinées. Du fait que les fils d'apport classiques se présentent soit sous la forme d'un seul fil solide ou d'un fil composite et présentent une faible su- perficie extérieure par rapport à la surface de la section, la transmission de la chaleur se fait aisément dans un tel fil d'apport classique. Il en résulte que la chaleur nécessaire à la fusion du fil d'apport est prélevée du bain de soudure lors d'une alimentation continue du bain de soudure en fil d'apport au cours d'un procédé de soudage continu et provoque par conséquent une baisse indésirable de la température du bain de soudure. Pour cette raison, un fil d'apport classique est désavantageux en ce que la quantité de calories devant être fournie par l'arc doit être suffisante pour compenser une telle baisse de la température du"bain fondu ", c-à-d là o la soudure est localement fondue. Il est à noter à ce propos que les températures ne sont pas réparties uniformément dans le bain fondu. La partie centrale du bain fondu, située di- rectement au-dessous de l'arc, est à une température très élevée, mais les températures diminuent à mesure que l'on s'approche de la périphérie du bain fondu parce que les calories sont transmises depuis la zone périphérique du bain fondu vers le métal à souder. Afin de rendre uniforme la répartition de la température dans le bain fondu, par conséquent, il est souhaitable d'intro- duire le fil d'apport classique dans la partie centrale du bain fondu. Or, il est difficile d'introduire un fil d'apport dans un bain fondu sans que le bout du fil d'apport quitte sa place, parce qu'un déplacement ou une déviation in- volontaire du fil est inévitable que le procédé de soudure s'effectue manuel- lement ou automatiquement. Par conséquent, la quantité de calories devant être fournie par l'arc doit être suffisamment importante pour compenser l'effet défavorable d'une telle déviation du fil. Une telle situation, c'est-à-dire une quantité de calories excessivement grande devant être fournie par l'arc, pose plusieurs problèmes. Entre autres, 248 7 71 4 on peut observer une modification des propriétés du métal à souder, une dété- rioration des performances de la machine à souder, l'apparition de contraintes, la déviation de la position d'insertion du fil d'apport, la perforation par brûlure du métal par suite d'un angle de jonction non uniforme et la forme en zig-zag des cordons de soudure. Une solution de ces problèmes est d'utiliser un fil d'apport plus mince qui n'autorise la transmission que d'une plus fai- ble quantité de calories à la partie non fondue du fil d'apport et permet par conséquent de diminuer la baisse de température du bain fondu. 'Toutefois, afin d'obtenir la même quantité de fil d'apport fondu par unité de temps que pour un fil d'apport plus épais, il faut augmenter de manière importante la vitesse d'alimentation, c'est-à-dire la quantité de fil d'apport devant être intro- duits dans un bain fondu par unité de temps. Si l'on alimentait un bain fondu en fil d'apport mince, avec une vitesse élevée, le déplacement transversal du fil d'apport serait tellement intense que la quantité de calories devant être fournie par l'arc devrait être assez importante pour supporter un tel déplacement transversal intense. On se trouve, par conséquent, devant le même inconvénient que pour le cas d'un fil d'apport plus épais. Par contre, si l'on introduit un fil d'apport mince dans un bain fondu avec une faible vi- tesse, il sera fondu avant que son bout atteigne le bain fondu. Cela représen- terait un obstacle très grave à l'obtention d'une introduction stable et con- tinue du fil d'apport. Une électrode consumable, alimentée en courant par un porte-électrode, crée de la chaleur et un arc en raison de la résistance interne correspondant à la longueur de la partie sortant du porte-électrode. La chaleur ainsi pro- duite fond la piece en cours de soudage ainsi que l'électrode consumable elle- même. La puissance électrique P consommée pour produire des calories lorsqu'un courant I circule dans une résistance de valeur R, est exprimée comme suit P = 1Z p Q l o p = la résistivité de la résistance ú = sa longueur S = la surface de sa section transversale. Cette formule indique que la quantité d'une électrode consumable qui est fon- due par rapport à la puissance P est proportionnelle à la résistivité de l'électrode et du prolongement de l'électrode et est inversement proportion- nelle à la surface de la section transversale de l'électrode. Cela veut dire 248 771 4 que l'intensité d'un courant de soudage est déterminée par la position de soudage et par les propriétés d'un métal à souder et que la quantité d'une électrode consumable qui est fondue est déterminée pratiquement par le dia- mètre de l'électrode et du prolongement de l'électrode. Afin d'obtenir une augmentation de la vitesse de fusion pour un courant de soudage constant, il faut soit utiliser une électrode consumable moins épaisse soit augmeter le prolongement de l'électrode. Or, il faut introduire une électrode mince dans le bain fondu avec une vitesse élevée, ce qui aurait pour conséquence un dé- placement transversal de l'électrode. Par contre, un prolongement de l'électro- de trop long provoquerait également un déplacement transversal de l'électrode, ce qui rendrait impossible une opération de soudage stable. En ce qui concerne la soudure à l'arc en milieu gazeux inerte, l'intensi- té la plus faible d'un courant de soudage pour laquelle un transfert par pul- vérisation du métal aura lieu, varie en fonction des propriétés et des dimen- sions des électrodes consunrables. Au dessous de cette intensité critique, les électrodes donnent lieu à un transfert de métal par gouttelettesavec un taux de projections intolérables, le gaz inerte assure mal son r8le d'écran et les fluctuationsde l'intensité du courant sont trop abruptes pour assurer des sou- dures satisfaisantes. Bien qu'il soit possible de baisser l'intensité du cou- rant critique, en utilisant une électrode consumable moins épaisse, l'incon- vénient évoqué ci-dessus d'une électrode consumable moins épaisse s'oppose à l'utilisation d'une telle électrode. Un but de la présente invention est de réaliser une électrode multifi- laire se composant d'au moins 3 fils réunis enhélice par torsion. Pour ce faire, la présente invention a pour objet une électrode multifi- laire se composant d'au moins 3 fils réunis en hélice par torsion de façon que la section transversale de cette électrode soit constituée de cercles qui sont disposés par rapport aux cercles voisins de façon que les centres de ces cercles forment un polygone équilatéral. On peut envisager un fil formant noyau autour duquel sont enroulés en hélice une pluralité de fils. Du fait que la surface en section transversale de l'électrode multifilai- re conforme à la présente invention est inférieure à celle d'un seul fil solide qui présente un diamètre égal à celui d'un cercle fictif circonscrivant le faisceau de fils de la présente invention, l'intensité critique du courant de soudage à laquelle s'effectue un transfert de métal par pulvérisation est beau- coup plus basse. Par contre, bien que la surface en section de l'électrode multifilaire conforme à la présente invention soit plus faible, sa surface 2487 71 4 extérieure est plus importante. Cela permet de dissiper une plus grande quan- tité de calories par unité de temps, évitant ainsi un échauffement excessif de l'électrode multifilaire même pour les intensités élevées du courant de soudage. Grâce à cette dissipation et à la faible intensité critique, l'élec- trode multifilaire conforme à la présente invention peut couvrir un large domaine de courants de soudage. L'électrode multifilaire conforme à la présente invention est composée de fils solides. Les composants métalliques constituant chaque fil solide peuvent être différents de ceux constituant les autres fils solides. Une forme d'exécution de la présente invention est décrite ci-après à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: Les figures I à 4 sont des vues en coupe transversale d'électrodes de soudage selon les modes de réalisation préférés de l'invention. Sur la figure 1, on voit une électrode multifilaire I constituée de trois fils la, lb et Ic de même section transversale, qui sont réunis en hélice par torsion de façon que la section transversale de cette électrode se compose de trois cercles accolés aux cercles voisins de façon que les centres de ces cercles forment un triangle équilatéral. Sur la figure 2, on voit une électrode multifilaire 2 constituée de quatre fils 2a, 2b, 2c et 2d de même section transversale qui sont réunis en hélice par torsion de façon que la section transversale de cette électrode se compose de quatre cercles qui sont accolés aux cercles voisins de façon que les centres de ces cercles forment un carré régulier. Sur la figure 3, on voit une électrode multifilaire 3, constituée d'un fil 3a formant noyau et 6 fils 3b à 3g qui ont la même section transversale, les uns par rapport aux autres et par rapport aux fils 3a, qui sont enroulés en hélice autour du noyau de façon que la section transversale de cette élec- trode se compose de sept cercles qui sont accolés aux cercles voisins de façon que les centres des six cercles entourant le cercle central forment un hexagone équilatéral. Sur la figure 4, on voit une électrode multifilaire 4 constituée d'un fil 4a formant noyau et quatorze fils 4b à 4o, de même section transversale qui est plus petite que celle du noyau 4a, qui sont enroulés en hélice autour du noyau de façon que la section transversale de cette électrode se compose de quinze cercles accolés aux cercles voisins de façon que les centres des qua- torze cercles entourant le cercle central forment un polygone équilatéral. 248 7 7 1 4 Bien que l'on ne décrive et représente que quatre modes de réalisation de l'électrode multifilaire conforme à la présente invention, le nombre de fils extérieurs qui sont enroulés en hélice autour d'un noyau n'est pas limi- té, à condition que les fils extérieurs aient la même section transversale et que la section transversale de l'électrode multifilaire se compose de cercles qui sont accolés aux cercles voisins de façon que les centres des cercles ex- térieurs entourant le cercle central forment un polygone équilatéral. L'électrode multifilaire conforme à la présente invention présente les avantages suivants: (1) Du fait que les fils sont en contact entre eux selon une ligne, la conduction thermique entre un fil et un autre est pratiquement nulle. Lorsque l'électrode multifilaire conforme à la présente invention sert de fil d'apport, par conséquent, chaque fil est fondu pratiquement indépendamment des autres fils, ce qui évite une perte de calories par le bain fondu. De ce fait, on peut effectuer une soudure avec un apport de calories relativement faible. Lorsqu'on utilise l'électrode multifilaire conforme à la présente invention comme électrode consumable, la montée en température dûe à la résistance in- terne de chaque fil permet une plus grande vitesse de fusion et une plus faible intensité de courant critique. (2) Tant que l'électrode multifilaire conforme à la présente invention forme un angle par rapport à la surface du bain fondu, les bouts des fils qui sont réunis en hélice par torsion ou enroulés en hélice autour d'un noyau sont successivement mis en contact avec le bain fondu et écartés de lui de façon à éviter, d'une part, un échauffement des fils et, d'autre part, une perte exces- sive de calories du bain fondu. (3) La construction retorse donne auxfil une grande souplesse. Du fait qu'ils sont exempts de déformation plastique ou de gauchissement dû à leur stockage sur une bobine ou à leur distribution à travers un câble flexible, on peut supprimer un dispositif destiné à les redresser. Du fait que le bout de l'électrode ne quitte pratiquement pas sa position, l'électrode peut être in- troduite dans le bain fondu de manière stable. (4) Du fait que les composants constituant chaque fil peuvent être dif- férents de ceux constituant les autres fils, la présente invention permet un contrôle aisé et peu coûteux des composants alliés. (5) Lorsqu'il s'agit d'un seul fil solide, il se forme en général une gouttelette à son bout lorsque l'avancement du fil s'arrête. L'électrode multi- 24877 1 4 filaire conforme à la présente invention est pratiquement exempte de la forma- tion du telle gouttelette. (6) Des surfaces de contact beaucoup moins importantes entre l'électrode multifilaire conforme à l'invention et la surface interne du câble flexible en forme de conduite permettent un avancement stable de l'électrode. Lorsqu'on utilise l'électrode multifilaire conforme à la présente invention comme élec- trode consummable, les bords extérieurs des fils périphériques sont en contact ponctuel avec la surface interne du chalumeau de soudure ou du porte-électrode de façon à réduire sensiblement l'abrasion de celui-ci due au frottement des fils, tout en constituant des surfaces de contact électriquesstables afin de maintenir un arc continu. 248771 4 REVENDICATIONS 1. Electrode multifilaire pour soudure à l'arc, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins trois fils (la, lb, lc;2a,...2d;3a,... 3g;4a,... 4o) de même diamètre et réunis en hélice par torsion de façon que la section trans- versale de l'électrode (1; 2; 3; 4) se compose d'autant de cercles qu'il y a de fils, les cercles étant accolés aux cercles voisins de façon que les centres des cercles forment un polygone équilatéral. 2. Electrode multifilaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que tous les fils sont des fils solides. 3. Electrode multifilaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les composants métalliques constituant chacun des fils sont différents de ceux constituant les autres fils. 4. Electrode multifilaire selon la revendicaton 1, caractérisée ence qu'il comprend en outre un fil formant noyau (3a; 4a) autour duquel les autres fils sont enroulés en hélice. 5. Electrode multifilaire selon la revendication 4, caractérisée en ce que le fil formant noyau et les fils enroulés en hélice autour de celui- ci ont le même diamètre. 6. Electrode multifilaire selon la revendication 4, caractérisée en ce que le diamètre du fil formant noyau est différent de celui des fils enroulés en hélice autour de celui-ci. 7. Electrode multifilaire selon la revendication 4, caractérisée en ce que le fil formant noyau et les fils enroulés en hélice autour de lui sont des fils solides. 8. Electrode multifilaire selon la revendication 4, caractérisée en ce que les composants métalliques constituant le fil formant noyau et les fils enroulés en hélice sont différents de ceux des autres fils.