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EMI1.1
UNION CARBIDE AND CARBON CORPORATION, résidant à NEW YORK.
ELECTRODE EN METAL REFRACTAIRE POUR SOUDURE OU COUPAGE A L'ARC.
La présente invention concerne une électrode perfectionnée non consumable en métal réfractaire pour la soudure et le coupage à l'arc sous protection d'une couche de gaz inerte entretenue par un courant d'argon d'hélium ou d'un mélange approprié quelconque d'argon et. d'hélium.
On a utilisé jusqu'à présent comme électrodes pour ce type de soudure du tungstène de pureté commerciale, ou du tungstène thorié sous la forme de baguettes de 1/25 à 1/4 de pouce (1 mm à 6,4 mm) de diamètre; le tungstène thorié est préféré au tungstène pour ses meilleures proprié- tés aux points de vue perte par contamination, tension d'amorçage en cir- cuit ouvert, perte à la formation de l'arc et stabilisation de l'arc.
Toutefois, on a pensé récemment que ces électrodes en tungstène thorié peuvent être toxiques à cause de l'oxyde de thorium volatilisé et si l'on n'assure pas une protection supplémentaire peuvent être dangereuses pour la santé des personnes au voisinage des appareils, à cause du thorium in- géré et de ses radiations internes nocives de rayons alpha, bêta et gamma.
D'autre part, les électrodes en tungstène thorié sont un peu plus chères que les électrodes en tungstène.
Il existe donc un besoin d'une électrode en métal réfractaire pour soudure à l'arc sous couche protectrice de gaz inerte qui soit sans danger,non toxiques moins coûteuse et aussi meilleure encore que le tung- stène thorié aux points de vue perte par contamination, tension d'amorçage en circuit ouvert, tension de service et perte à 1' amorçage.
Le but principal de l'invention est de procurer une électrode' qui corresponde à ce besoin et qui soit en même temps de fabrication peu coûteuse et facile. Un autre but est de fournir une électrode pour cet u- sage qui soit plus légère que les électrodes en tungstène ou en tungstène thorié.
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Suivant l'invention, ces buts sont atteints en fournissant pour la soudure et le coupage à l'arc sous couche protectrice de gaz iner- te, une électrode en métal réfractaire composée de tungstène contenant en dispersion de 0,5 à 10%, et de préférence 2%, d'oxyde de calcium.
Des mélanges de tungstène et du composé chimique approprié, par exemple la poudre d'acétate de calcium, pour fournir l'oxyde métalli- que, sont utilisés pour préparer des lingots ayant approximativement 3/4 x 3/4 x 18 pouces (2 x 2 x 45 cm) par des procédés connus de métallurgie des poudres, c'est-à-dire mise en forme sous pression. Ces lingots sont frittés à 2000 C ou à une température supérieure en faisant passer un cou- rant électrique dans leur masse, puis étirés ou estampés aux dimensions voulues.
Tension d'amorcage.
La tension d'amorçage caractérisant une électrode dans des conditions d'amorçage données est un facteur important parce qu'il déter- mine l'emprunt en circuit ouvert à la source de courant de soudure. Les électrodes qui s'amorcent avec une tension en circuit ouvert relativement faible permettent d'établir presqu'instantanément un arc stable, rédui- sant la main d'oeuvre et la dépense de matière particulièrement dans la soudure à la machine. Les électrodes en tungstène, de pureté commerciale, et les électrodes en tungstène thorié ont été comparées à ce point de vue.
On ne disposait au moment des essais que d'électrodes en tungstène thorié de 3/32 de pouce (2,4 mm) de diamètre. Celles-ci furent montées dans un pistolet de modèle ordinaire. Une baguette de tungstène du commerce de 3/32 de pouce (2,4 mm) de diamètre fut essayée de la même façon.
Des essais préliminaires ont établi les conditions mettant en relief non seulement des différences dans les tensions d'amorçage mais permettant également d'obtenir des résultats avec une reproductibilité satisfaisante. Les conditions d'essais sont (1) un bout d'électrode hé- misphérique (2) une longueur de l'arc froid de 0,050 pouce (1,3 mm), (3) un arc établi de 80 ampères à courant continu et polarité simple, (4) une vitesse d'écoulement d'argon de 15 pieds cubes (424 litres) par heure et une pièce ou anode d'acier inoxydable relativement massive On utilise un groupe moteur-génératrice comme source d'énergie.
Une excitation par champ externe est employée pour étendre la gamme des tensions en circuit ouvert au-dessous de 40 volts. L'amorçage de l'arc est effectué par le courant fourni par un stabilisateur à haute fréquence. La tension d'amor- gage dans ces conditions est la tension minimum en circuit ouvert pour laquelle on obtient un amorçage certain et instantané dans au moins neuf essais sur dix essais consécutifs. Les chiffres indiqués ne sont pas tou- jours parfaitement reprcductibles parce qu'on n'a pas essayé de contrôler exactement certains facteurs comme l'état de la surface, mis à part un meulage initial, et particulièrement parce que l'instantanéité est question de jugement de la part de l'observateur. Ces chiffres doivent donc être considérés avec une limite d'erreur de + 5 volts.
Cette limite est choisie dans une grande mesure par intuition expérimentée, en insistant particu- lièrement sur les gammes observées de tension en circuit ouvert pour la transition entre 90% d'amorgage et le défaut d'amorcage.
EMI2.1
<tb>
Electrode <SEP> Volts
<tb>
<tb> 100% <SEP> W <SEP> (qualité <SEP> du <SEP> commerce) <SEP> > <SEP> 56
<tb>
<tb> 1% <SEP> ThO2-W <SEP> (qualité <SEP> du <SEP> commerce) <SEP> 38
<tb>
<tb> 2% <SEP> CaO-W <SEP> 28
<tb>
Perte des électrodesà l'amorcage.
La perte de poids d'une électrode pendant l'amorçage par un courant à haute fréquence a son importance en soudure par points et en sou- dure répétée à la machine de petites pièces ou de courts cordons. Les
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caractéristiques de perte à l'amorçage ont été établies en déterminant le changement de poids produit par 100 amorçages successifs.
On a cons- truit un appareil dans lequel des cames entraînées par un moteur agissent sur des contacts permettant l'exécution automatique d'un cycle d'opérations de 16,5 secondes, se déroulant comme suit : (1) le courant de la distribu- tion est fourni à une source de courant de soudure rectifié ayant une ten- sion en circuit ouvert d'environ 70 volts, (2) le courant de la distribu- tion est fourni à un stabilisateur à haute fréquence pendant 0,5 seconde environ, le courant de sortie pontant l'espace de l'arc et établissant un arc- de 110 ampères courant continu, polarité simple, protégé par une couche d'argon et (3) interruption de l'alimentation de la source de courant de soudure après fonctionnement de l'arc pendant environ 1,5 seconde.
Une courte durée de fonctionnement de l'arc a été choisie pour réduire la con- tribution de ce fonctionnement seul au changement de poids et on a utilisé une période de cycle importante par rapport à la durée de fonctionnement de l'arc pour assurer un intervalle raisonnable pour le refroidissement de la pièce afin d'éviter les problèmes provenant de la formation de lou- pes. La longueur de l'arc n'a pas été modifiée manuellement au cours de l'essai,après un premier réglage de cette longueur à 0,050 pouce (1,3 mm).
On a utilisé comme anode une pièce en acier inoxydable avec un courant d'arc de 110 ampères courant continu, polarité simple. La vitesse d'écou- lement de l'argon est 20 pieds cubes (566 litres) par heure.
EMI3.1
<tb>
Electrode <SEP> Changement <SEP> de <SEP> poids <SEP> après <SEP> 100 <SEP> amorçages
<tb> Essai <SEP> 1 <SEP> Essai <SEP> Moyenne.
<tb>
<tb>
<tb>
Mg. <SEP> Mg. <SEP> Mg.
<tb>
W <SEP> (qualité <SEP> du <SEP> commerce) <SEP> -6,7 <SEP> -4,1 <SEP> -5,4
<tb>
<tb> 2% <SEP> CaO-W <SEP> -0, <SEP> 6 <SEP> -0, <SEP> 6 <SEP> -0,6
<tb>
Bien que des différences dues au modèle de pistolet et/ou à la forme géométrique des électrodes influencent les chiffres indiqués pour les électrodes en tungstène du commerce, il semble toutefois que les nouvelles électrodes soient sensiblement supérieures aux électrodes en tungstène du commerce au point de vue perte à l'amorçage,
Tension de service.
La tension de service est intéressante parce qu'elle cons- titue une mesure de l'énergie fournie à l'arc. Comme la plupart des com- paraisons en soudure sont faites sur la base d'un courant égal et comme dans la soudure à l'arc sous couche protectrice de gaz inerte avec une é- lectrode réfractaire, le rapport entre l'énergie transmise à la pièce et l'énergie fournie est presque constant pour des conditions très variables, la tension d'arc est essentiellement une mesure directe de l'énergie trans- mise à la pièce. Par conséquent, pour de nombreuses applications, il est désirable d'avoir une tension d'arc relativement élevée. D'autre part, il y a lieu d'éviter dans la soudure de matières minces, les brûlures et autres effets thermiques indésirables. Une façon de l'éviter est de ré- duire la puissance de l'arc en diminuant la tension de l'arc.
Le tableau ci-dessous indique que les électrodes de l'invention assurent un abaisse- ment appréciable de la tension d'arc.
Une autre façon de réduire la puissance de l'arc consiste à réduire le courant d'arc. La mesure dans laquelle cette réduction peut être effectuée est déterminée par la limite inférieure du courant assurant un fonctionnement stable. Celle-ci à son tour est fonction de la composi- tion de l'électrode. On a trouvé qu'un fonctionnement stable peut être obtenu avec un courant plus faible pour des électrodes en tungstène thorié que pour des électrodes ordinaires en tungstène. Cette détermination n'a pas été faite pour les électrodes de l'invention.
Cependant, comme on pen- se qu'une tension d'amorçage plus faible est une indication d'une limite inférieure de courant plus basse pour un fonctionnement stable, on peut s'attendre à ce que les électrodes ayant une tension d'amorçage plus bas-
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se fonctionnent de façon stable avec des courants d'arc relativement fai- bles..
Les mesures suivantes ont été effectuées avec un arc à courant continu et polarité simple, protégé par une couche d'argon sur de l'acier inoxydable. La vitesse d'écoulement de l'argon est 20 pieds cubes (566 li- tres) par heure. Au moins cinq lectures ont été faites pour chaque régla- ge de la longueur, les moyennes étant indiquées dans le tableau ci-dessous.
Ces chiffres comprennent la chute IR d'un bout à l'autre de l'électrode.
EMI4.1
<tb>
Electrode <SEP> Tension <SEP> de <SEP> service <SEP> pour <SEP> une <SEP> longueur
<tb>
<tb> d'arc <SEP> de
<tb>
<tb> 0, <SEP> Où. <SEP> pouce <SEP> (1 <SEP> mm) <SEP> 0,16 <SEP> pouce <SEP> (4 <SEP> mm)
<tb>
<tb> W <SEP> (qualité <SEP> du <SEP> commerce) <SEP> 8,5 <SEP> 10,5
<tb>
<tb> 1% <SEP> ThO-W-qualité <SEP> du <SEP> commerce) <SEP> 8,2 <SEP> 10,5
<tb>
<tb> W <SEP> (qualité <SEP> du <SEP> commerce) <SEP> 8,4 <SEP> 10,7
<tb>
<tb> 2% <SEP> CaO-W <SEP> 8,3 <SEP> 10,5
<tb>
Rendement de l'électrode sur l'acier inoxydable.
Des cordons de soudure ont été exécutés pour comparer l'in- fluence de la composition de l'électrode sur la pénétration et la quantité de métal de base fondu. Ces cordons ont été exécutés à une vitesse de soudure de 40 pouces (100 cm) par minute sur de l'acier inoxydable de 0,055 pouce (1,4 mm) d'épaisseur avec des arcs de 150 ampères courant continu, @ polarité simple. La longueur de l'arc froid est 0,050 pouce (1,3 mm) et la vitesse d'écoulement de l'argon 20 pieds cubes (566 litres) par heure.
Les chiffres repris ci-dessous sont obtenus sur des sections transversa- les uniques. Le rapport existant entre la zone fondue et la tension de l'arc ressort de ces chiffres. La dernière colonne a été introduite pour fournir une comparaison approchée de la capacité de fusion du métal.
EMI4.2
<tb>
Electrode <SEP> Tension <SEP> d'arc <SEP> Caractéristiques <SEP> du <SEP> cordon <SEP> Rapport <SEP> entre
<tb>
<tb>
<tb> moyenne <SEP> Largeur <SEP> à <SEP> Largeur <SEP> Surface <SEP> là <SEP> surface
<tb>
<tb>
<tb> Observée <SEP> Calculée <SEP> la <SEP> partie <SEP> à <SEP> la <SEP> de <SEP> métal <SEP> fondue <SEP> et <SEP> la
<tb>
<tb>
<tb> supérieure <SEP> base <SEP> fondu <SEP> tension <SEP> d'arc
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (pouces) <SEP> (pouces) <SEP> (p.carrés) <SEP> (p.çarrés <SEP> x
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1-4 <SEP> par <SEP> volt)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> W <SEP> 8,1 <SEP> 8,3 <SEP> 0,112 <SEP> 0,074 <SEP> 0,0049 <SEP> 6,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1% <SEP> Th)2-W <SEP> 7,5 <SEP> 8,0 <SEP> 0,105 <SEP> 0,071 <SEP> 0,0046 <SEP> 6,1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> W <SEP> 8,8 <SEP> 8,5 <SEP> 0,118 <SEP> 0,098 <SEP> 0,0056 <SEP> 6,
4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2% <SEP> CaO-W <SEP> 7,2 <SEP> 7,1 <SEP> 0,112 <SEP> 0,046 <SEP> 0, <SEP> 0043 <SEP> 6,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (mm) <SEP> (mm) <SEP> (mm2) <SEP> (mm2 <SEP> par <SEP> volt)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> W <SEP> 8,1 <SEP> 8,3 <SEP> 2,8 <SEP> 1,9 <SEP> 3,1 <SEP> 0,39
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1% <SEP> ThO-W <SEP> 7,5 <SEP> 8,0 <SEP> 2,7 <SEP> 1,8 <SEP> 3,0 <SEP> 0,39
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> W <SEP> 8,8 <SEP> 8,5 <SEP> 3,0 <SEP> 2,5 <SEP> 3,6 <SEP> 0,41
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2% <SEP> CaO-W <SEP> 7,2 <SEP> 7,1 <SEP> 2,8 <SEP> 1,2 <SEP> 2,8 <SEP> 0,39
<tb>
A cause des différences de dilatation thermique des électro- des provenant de différences de la forme géométrique des électrodes et de la capacité de refroidissement du pistolet,
la dilatation de l'électrode expérimentale est environ six fois celle de l'électrode standard en tungstè- ne. En outre, l'expérience a montré que la longueur de l'arc en service peut être évaluée à environ 50% de la longueur à froid. Ces considérations ont permis de calculer la tension d'arc indiquée dans la colonne 3 sur la base des chiffres du tableau précédent. Dans la plupart des cas, la corres- pondance est satisfaisante.
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Parte par contamination.,
La perte de poids de l'électrode par formation d'alliages à bas poids de fusion à la suite d'un contact accidentel avec le métal fondu peut constituer un des facteurs les plus importants déterminant la durée de vie de l'électrode, en particulier dans la soudure manuelle.
Pour cette raison, des mesures ont été effectuées pour déterminer la ca- pacité de résistance de diverses électrodes à la contamination par l'acier inoxydable fondu. On a maintenu un arc de 200 ampères sur une anode en acier inoxydable pendant 2 minutes. L'électrode a été ensuite plongée dans la zone fondue de l'anode quatre fois de suite (l'arc se rétablissant de lui-même entre les immersions) et finalement mise en service pendant 2 minutes encore pour consumer les impuretés de l'électrode. Pendant tout ce processus, la vitesse d'écoulement de l'argon est 25 pieds cubes (707 litres) par heure.
EMI5.1
<tb>
Electrode <SEP> Perte <SEP> mesurée.
<tb>
<tb>
Mg.
<tb>
<tb>
W <SEP> (qualité <SEP> du <SEP> commerce) <SEP> 300-460
<tb>
<tb> 2% <SEP> ThO2-W <SEP> (qualité <SEP> du <SEP> commerce) <SEP> 106
<tb>
<tb> 1% <SEP> ThO2-W <SEP> (qualité <SEP> du <SEP> commerce) <SEP> 92
<tb>
EMI5.2
2% CaO-M 80
L'invention n'est pas limitée à la soudure mais comprend également le coupage de la pièce par un arc à l'aide de l'électrode en métal réfractaire.
REVENDICATIONS.
1. Electrode en métal réfractaire pour soudure ou coupage à l'arc sous protection d'une couche de gaz inerte, caractérisée en ce qu'elle est composée de tingstène contenant en dispersion de 0,5% à 10%, de préférence 2%, d'oxyde de calcium.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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UNION CARBIDE AND CARBON CORPORATION, residing in NEW YORK.
REFRACTORY METAL ELECTRODE FOR WELDING OR ARC CUTTING.
The present invention relates to an improved non-consumable refractory metal electrode for welding and arc cutting under the protection of a layer of inert gas maintained by a stream of helium argon or any suitable mixture of helium. argon and. helium.
Heretofore, commercial purity tungsten, or thoriated tungsten in the form of rods 1/25 to 1/4 inch (1 mm to 6.4 mm) in diameter has been used as electrodes for this type of welding. ; thoriated tungsten is preferred over tungsten for its better properties with respect to contamination loss, open circuit starting voltage, arc loss and arc stabilization.
However, it has recently been thought that these thoriated tungsten electrodes may be toxic due to the volatilized thorium oxide and if not provided additional protection may be hazardous to the health of persons in the vicinity of the apparatus. cause of ingested thorium and its harmful internal radiation of alpha, beta and gamma rays.
On the other hand, thoriated tungsten electrodes are a bit more expensive than tungsten electrodes.
There is therefore a need for a refractory metal electrode for arc welding under protective inert gas layer which is safe, non-toxic, less expensive and also better than thoriated tungsten in terms of loss through contamination. , open circuit starting voltage, operating voltage and starting loss.
The main object of the invention is to provide an electrode which meets this need and which is at the same time inexpensive and easy to manufacture. Another object is to provide an electrode for this use which is lighter than the tungsten or thoriated tungsten electrodes.
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According to the invention, these objects are achieved by providing for welding and arc cutting under a protective layer of inert gas, a refractory metal electrode composed of tungsten containing a dispersion of 0.5 to 10%, and preferably 2%, calcium oxide.
Mixtures of tungsten and the appropriate chemical compound, eg, calcium acetate powder, to provide the metal oxide, are used to prepare ingots having approximately 3/4 x 3/4 x 18 inches (2 x 2 x 45 cm) by known methods of powder metallurgy, that is to say forming under pressure. These ingots are sintered at 2000 C or higher by passing an electric current through their mass, then drawn or stamped to the desired dimensions.
Ignition voltage.
The starting voltage characterizing an electrode under given starting conditions is an important factor because it determines the open circuit borrowing from the source of solder current. Electrodes which ignite with a relatively low open circuit voltage allow a stable arc to be established almost instantaneously, reducing labor and material expenditure especially in machine welding. Commercial purity tungsten electrodes and thoriated tungsten electrodes were compared from this point of view.
Only 3/32 inch (2.4 mm) diameter thoriated tungsten electrodes were available at the time of testing. These were mounted in an ordinary model pistol. A 3/32 inch (2.4 mm) diameter commercial tungsten rod was tested in the same way.
Preliminary tests have established the conditions highlighting not only differences in the starting voltages but also allowing to obtain results with satisfactory reproducibility. The test conditions are (1) a hemispherical electrode tip (2) a cold arc length of 0.050 inch (1.3 mm), (3) an established arc of 80 amps DC, and single polarity, (4) an argon flow rate of 15 cubic feet (424 liters) per hour and a relatively massive stainless steel part or anode A motor-generator unit is used as the power source.
External field excitation is used to extend the range of open circuit voltages below 40 volts. Arc ignition is effected by the current supplied by a high frequency stabilizer. The starting voltage under these conditions is the minimum open circuit voltage for which a certain and instantaneous starting is obtained in at least nine tests out of ten consecutive tests. The figures given are not always perfectly reproducible because we have not tried to control exactly certain factors such as the state of the surface, apart from an initial grinding, and particularly because instantaneity is a question of judgment on the part of the observer. These figures must therefore be considered with an error limit of + 5 volts.
This limit is chosen to a large extent by experienced intuition, with particular emphasis on the observed open-circuit voltage ranges for the transition between 90% ignition and ignition failure.
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<tb>
Electrode <SEP> Volts
<tb>
<tb> 100% <SEP> W <SEP> (commercial <SEP> quality <SEP>) <SEP>> <SEP> 56
<tb>
<tb> 1% <SEP> ThO2-W <SEP> (commercial <SEP> quality <SEP>) <SEP> 38
<tb>
<tb> 2% <SEP> CaO-W <SEP> 28
<tb>
Loss of electrodes on ignition.
The loss of weight of an electrode during ignition by a high frequency current is important in spot welding and repeated machine welding of small parts or short seams. The
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Boot loss characteristics were established by determining the change in weight produced by 100 successive primings.
An apparatus has been constructed in which cams driven by a motor act on contacts allowing the automatic execution of a cycle of operations of 16.5 seconds, taking place as follows: (1) the current of the distributor. - tion is supplied to a source of rectified solder current having an open circuit voltage of about 70 volts, (2) the current for the distribution is supplied to a high frequency stabilizer for about 0.5 seconds , the output current bridging the arc space and establishing an arc of 110 amps direct current, single polarity, protected by an argon layer and (3) interrupting the power supply to the welding current source after operating the arc for about 1.5 seconds.
A short arc run time was chosen to reduce the contribution of this run alone to the change in weight, and a large cycle time relative to the arc run time was used to ensure an interval. reasonable for room cooling in order to avoid problems from the formation of loops. The arc length was not changed manually during the test, after first setting this length to 0.050 inch (1.3 mm).
A piece of stainless steel with an arc current of 110 amps direct current, single polarity was used as the anode. The flow rate of argon is 20 cubic feet (566 liters) per hour.
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<tb>
Electrode <SEP> Change <SEP> of <SEP> weight <SEP> after <SEP> 100 <SEP> primings
<tb> Test <SEP> 1 <SEP> Test <SEP> Average.
<tb>
<tb>
<tb>
Mg. <SEP> Mg. <SEP> Mg.
<tb>
W <SEP> (trade <SEP> quality <SEP>) <SEP> -6.7 <SEP> -4.1 <SEP> -5.4
<tb>
<tb> 2% <SEP> CaO-W <SEP> -0, <SEP> 6 <SEP> -0, <SEP> 6 <SEP> -0.6
<tb>
Although differences due to gun design and / or geometric shape of the electrodes influence the figures shown for commercial tungsten electrodes, however, it appears that the new electrodes are significantly superior to commercial tungsten electrodes in terms of starting loss,
Service voltage.
The operating voltage is interesting because it is a measure of the energy supplied to the arc. As most welding comparisons are made on the basis of equal current and as in inert gas protective arc welding with a refractory electrode, the ratio of the energy transmitted to the workpiece and the energy supplied is almost constant for widely varying conditions, the arc voltage is essentially a direct measure of the energy transmitted to the workpiece. Therefore, for many applications, it is desirable to have a relatively high arc voltage. On the other hand, in the welding of thin materials, burns and other undesirable thermal effects must be avoided. One way to avoid this is to reduce the power of the arc by decreasing the voltage of the arc.
The table below indicates that the electrodes of the invention provide an appreciable drop in the arc voltage.
Another way to reduce the power of the arc is to reduce the arc current. The extent to which this reduction can be effected is determined by the lower limit of the current ensuring stable operation. This in turn depends on the composition of the electrode. It has been found that stable operation can be obtained with a lower current for thoriated tungsten electrodes than for ordinary tungsten electrodes. This determination was not made for the electrodes of the invention.
However, since it is believed that a lower start voltage is an indication of a lower current limit for stable operation, it can be expected that electrodes having a higher start voltage. low-
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operate stably with relatively low arc currents.
The following measurements were made with a direct current arc, single polarity, protected by an argon layer on stainless steel. The flow rate of argon is 20 cubic feet (566 liters) per hour. At least five readings were taken for each length setting, the averages being shown in the table below.
These numbers include the IR drop across the electrode.
EMI4.1
<tb>
Electrode <SEP> Voltage <SEP> of <SEP> service <SEP> for <SEP> a <SEP> length
<tb>
<tb> arc <SEP> from
<tb>
<tb> 0, <SEP> Where. <SEP> inch <SEP> (1 <SEP> mm) <SEP> 0.16 <SEP> inch <SEP> (4 <SEP> mm)
<tb>
<tb> W <SEP> (commercial <SEP> quality <SEP>) <SEP> 8.5 <SEP> 10.5
<tb>
<tb> 1% <SEP> ThO-W-quality <SEP> of the <SEP> trade) <SEP> 8,2 <SEP> 10.5
<tb>
<tb> W <SEP> (commercial <SEP> quality <SEP>) <SEP> 8.4 <SEP> 10.7
<tb>
<tb> 2% <SEP> CaO-W <SEP> 8.3 <SEP> 10.5
<tb>
Electrode performance on stainless steel.
Weld beads were made to compare the influence of the electrode composition on the penetration and amount of molten base metal. These beads were run at a weld speed of 40 inches (100 cm) per minute on 0.055 inch (1.4 mm) thick stainless steel with 150 amp DC arcs, @ single polarity. The length of the cold arc is 0.050 inch (1.3 mm) and the flow rate of the argon is 20 cubic feet (566 liters) per hour.
The figures given below are obtained from single cross sections. The relationship between the melted zone and the arc tension is evident from these figures. The last column has been introduced to provide a rough comparison of the metal's melting capacity.
EMI4.2
<tb>
Electrode <SEP> Arc voltage <SEP> <SEP> Characteristics <SEP> of the <SEP> bead <SEP> Ratio <SEP> between
<tb>
<tb>
<tb> average <SEP> Width <SEP> to <SEP> Width <SEP> Surface <SEP> there <SEP> surface
<tb>
<tb>
<tb> Observed <SEP> Calculated <SEP> the <SEP> part <SEP> to <SEP> the <SEP> of <SEP> molten metal <SEP> <SEP> and <SEP> the
<tb>
<tb>
<tb> upper <SEP> base <SEP> fade <SEP> arc voltage <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (inches) <SEP> (inches) <SEP> (p.square) <SEP> (p.square <SEP> x
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1-4 <SEP> by <SEP> volt)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> W <SEP> 8.1 <SEP> 8.3 <SEP> 0.112 <SEP> 0.074 <SEP> 0.0049 <SEP> 6.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1% <SEP> Th) 2-W <SEP> 7.5 <SEP> 8.0 <SEP> 0.105 <SEP> 0.071 <SEP> 0.0046 <SEP> 6.1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> W <SEP> 8.8 <SEP> 8.5 <SEP> 0.118 <SEP> 0.098 <SEP> 0.0056 <SEP> 6,
4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2% <SEP> CaO-W <SEP> 7.2 <SEP> 7.1 <SEP> 0.112 <SEP> 0.046 <SEP> 0, <SEP> 0043 <SEP> 6.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (mm) <SEP> (mm) <SEP> (mm2) <SEP> (mm2 <SEP> by <SEP> volt)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> W <SEP> 8.1 <SEP> 8.3 <SEP> 2.8 <SEP> 1.9 <SEP> 3.1 <SEP> 0.39
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1% <SEP> ThO-W <SEP> 7.5 <SEP> 8.0 <SEP> 2.7 <SEP> 1.8 <SEP> 3.0 <SEP> 0.39
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> W <SEP> 8.8 <SEP> 8.5 <SEP> 3.0 <SEP> 2.5 <SEP> 3.6 <SEP> 0.41
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2% <SEP> CaO-W <SEP> 7.2 <SEP> 7.1 <SEP> 2.8 <SEP> 1.2 <SEP> 2.8 <SEP> 0.39
<tb>
Due to differences in thermal expansion of the electrodes resulting from differences in the geometrical shape of the electrodes and the cooling capacity of the gun,
the expansion of the experimental electrode is about six times that of the standard tungsten electrode. Furthermore, experience has shown that the length of the arc in service can be estimated to be about 50% of the length when cold. These considerations made it possible to calculate the arc voltage indicated in column 3 on the basis of the figures in the previous table. In most cases, the match is satisfactory.
<Desc / Clms Page number 5>
Leaves by contamination.,
The loss of electrode weight by formation of low melting weight alloys following accidental contact with molten metal can be one of the most important factors determining electrode life, in particular in manual welding.
For this reason, measurements were taken to determine the resistance capacity of various electrodes to contamination by molten stainless steel. A 200 amp arc was maintained on a stainless steel anode for 2 minutes. The electrode was then dipped into the molten area of the anode four times in a row (the arc re-establishing itself between dips) and finally put into service for another 2 minutes to consume the impurities from the electrode. . During this entire process, the argon flow rate is 25 cubic feet (707 liters) per hour.
EMI5.1
<tb>
Electrode <SEP> Loss <SEP> measured.
<tb>
<tb>
Mg.
<tb>
<tb>
W <SEP> (trade <SEP> quality <SEP>) <SEP> 300-460
<tb>
<tb> 2% <SEP> ThO2-W <SEP> (commercial <SEP> quality <SEP>) <SEP> 106
<tb>
<tb> 1% <SEP> ThO2-W <SEP> (commercial <SEP> quality <SEP>) <SEP> 92
<tb>
EMI5.2
2% CaO-M 80
The invention is not limited to welding but also comprises cutting the part by an arc using the refractory metal electrode.
CLAIMS.
1. Refractory metal electrode for welding or arc cutting under protection of a layer of inert gas, characterized in that it is composed of tingsten containing a dispersion of 0.5% to 10%, preferably 2% , calcium oxide.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.