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"Perfectionnements à. la soudure'
La présente invention est relative à la fabrication des pièces entrant dans les constructions en tôle ou en bandes d'acier et concerne, tout spécialement, la fabrication des pièces entrant dans la construction des aéronefs en tôle d'acier inoxydable/
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D'autres applications viendront avec le temps mais, pour l'instant, l'invention est surtout applicable à la fabrication des carcasses d'aéronefs en acier inoxydable.
L'un des buts principaux de l'invention consiste à rendre la tôle d'acier applicable, d'une manière générale, aux poutrelles armées utilisées dans l'industrie des aéronefs, quels que soient d'ail- leurs les types auxquels appartiennent ces derniers.
Jusqu'à ce jour, l'emploi de l'acier a été extrême- ment limité. L'acier ordinaire ae corrodait avec une facilité extrême et malgré les précautions prises contre cette corrosion, il n'a pas été possible de la supprimer complètement. L'emploi de l'acier dans les aéronefs s'en est trouvé relativement très limita, et limité spécialement à certaines catégories de pièces : l'acier a été exclu presque complètement des autres catégories de pièces, par exemple celles qui entrent dans la construction des hydravions pour lesquelles l'eau salée constitue une menace perpé- tuelle. De même, l'acier ne s'est pas révélé accep- table pour les pièces intérieures auxquelles il n'é- tait pas facile d'accéder pour l'inspection périodique des détériorations dues à la corrosion et la protec- tion contre cette dernière.
L'impraticabilité d'une protection complète contre la corrosion, pendant la fabrication des pièces de construction, entraîne l'introduction à l'intérieur de joints compliqués, de surfaces corrodées d'avance.
Une fois la corrosion introduite ainsi à l'intérieur des pièces, il est impossible de la sup- primer ou de ralentir convenablement le développement
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(qui se produit avec le temps/de la corrosion initiale. Les moyens utilisés jusqu'à. ce jour pour assembler des pièces d'acier comportaient des joints compliqués et relativement difficiles, un rivetage laborieux et une soudure au chalumeau oxyacétyl lénique @ou à Parc électrique. Ce dernier procédé exposa les pièces aux imperfections et faiblesses connues des souduxes elles-mêmes. Le perçage des trous de rivets affaiblit les corps des pièces à assembler et, dans ces conditions, le poids desdites pièces doit être augmenté pour faire compensation.
La soudure au chalumeau oxyacétyléni- que au 1 l'arc, si elle n'est pas bien faite ou si elle est imparfaitement recuite,, est la cause, spécialement dans certains aciers, de défauts ini- tiaux qui se développent avec le temps et d'autres affaiblissements des joints. En particulier, la tendance à la corrosion se trouve ainsi développée.
Il faut, pour la compensation, des pièces métalliques supplémentaires et du métal soudant supplémentaire.
Des traitements par la chaleur sont superposés pour supprimer, dans la mesure du possible, les efforts susceptibles de développer des défauts. Les rivets et la matière soudante utilisée ajoutent leur petit pourcentage propre de poids supplémentaire. Les défauts des rivets et de la matière qui forme la sou- dure sont très fréquemment internes et dissimulés à la vue. On fait usage de rivets et d'une substance soudante supplémentaire pour conserver les coefficients de sécurité désirés. Les joints soudés à l'arc sont relativement grands et coûteux, sans compter qu'ils sont d'un aspect déplaisant, et un petit défaut exis- tant dans une partie d'une soudure à l'arc arrive souvent, avec le temps, à tout gagner.
En même temps,
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les coefficients en question donnent très fréquem- ment des constructions d'aspect lourd.
Un second but de la présente invention (lequel a une importance capitale) consiste dans l'évolution de la construction et du procédé per- mettant d'appliquer, d'une manière générale, la soudure électrique par points, dans toutes les par- ties d'un aéronef métallique. Les aéronefs métal- liques ont, jusqu'à ce jour, été construits le plus ordinairement en duralumin et en d'autres alliages légers d'aluminium. Le duralumin ne se prête pas à une soudure par points efficace et sûre à cause, d'une part, de sa grande conductibilité et de la soudaineté avec laquelle ce métal, sous l'action de la chaleur, passa par ses états solide, plastique et liquide et, d'autre part, de son coefficient de dilatation relativement grand.
L'é- paisseur plus grande qu'il faut donner à ce métal pour obtenir des résistances déterlinées, restreint l'application de la soudure par points parce que l'augmentation considérable de la section transver- sale qu'il faut donner à la pièce augmente la conduc- tibilité totale ; la localisation du courant électri- que et la température qui en résulte pour la soudure sont extrêmement difficiles à obtenir. De plua, le duralumin doit sa plus forte résistance à un traitement thermique qui fait suite au travail à froid ou à. chaud. les effets de ce traitement sont par endroits détruits par la sou- dure, et ce d'une manière variable. Ils ne peuvent pas être rétablis localement.
Après la soudure, l'état de la matière est comparable à celui qu'elle
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présentait après la fonte et dans lequel ses qualités sont bien inférieures à celles qu'elle possède quand elle a été travaillée à chaud ou à froid.
Des colonnes et des poutrelles en duralu- min ont souvent reçu une forme tubulaire qui ne se prête pas à la soudure par points. L'emploi, dans les constructions d'aéronefs, d'un métal autre que le duralumin s'est trouvé presque complètement limité à celui de l'acier au carbone employé sous la forme tubu- laire. L'acier tubulaire est en raison de sa forme aussi mal approprié à la soudure par points que le duralumin tubulaire. La pratique courante consistait à souder ensemble les joints, au chalumeau oxyacéty- lénique ou à l'arc électrique; Ce procédé exigeait non seulement les joints grossiers dont il a été parlé déjà, mais encore des gabarits coûteux pour diminuer le gauchissement et des opérations de re- dressage et de traitement thermique d'un coût élevé.
Les propriétés physiques de l'acier ordinaire (dans les sections tubulaires en usage) et les joints particulièrement grossiers exigés, apportent aux constructions d'aéronefs beaucoup de poids intempes- tif.
Les aciers au carbone présentent ordinai- rement des surfaces très oxydées quand on les reçoit des laminoirs. Comme on le sait, les oxydes de fer constituent les isolants les plus efficaces pour les faibles voltage de l'ordre de ceux que l'on emploie dane la soudure par points. On obtient des soudures par points imparfaites partout où l'oxyde s'interpose entre l'électrode et le corps principal de la matière à sou- der. On ne peut généralement pas faire usage de vol- tages plus élevés à cause du danger qu'ils présentent de brûler ou de surchauffer le point de soudure.
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Toute corrosion et toutes graissas, huiles, ou autres enduits destinés à empêcher la corrosion diminuent de même Inefficacité et empêchent l'uni- formité des soudures: par points. De même, l'irré- gularité des points de soudure due aux conditions précitées ainsi qu'à d'autres conditions, varie tellement qu'il a été', jusque présent, impossible d'imaginer un dispositif pour y remédier communément.
Dans ces conditions, on peut presque dire que chaque point de soudure différait des autres et que l'uniformité dans la soudure a été, jusqu'à ce jour, d'une réalisation impossible.
Cette raison a suffi pour rendre à elle seule impraticable l'application générale de la soudure par points aux constructions d'aéronefs. Son application générale aux constructions d'autres véhicules, tels que les carrosseries d'automobiles. et les cars de tramways, a été parfaitement possible parce que, d'une part, une protection adéquate contre les influences les moins corrosives pouvait être obtenue au moyen de lourds revêtements de surface et parce due, d'autre part, de tels véhicules (tout au contraire de l'aéronef) n'exigent pas un poids minimum absolu. Les constructeurs de voitures de tramways et d'automobiles ont pu librement augmenter suffisamment les dimensions et les formes des pièces desdits véhicules, ainsi que les dimensions et le nombre des soudures sans sacrifier, en échange,
la capacité de transport des véhicules. De plus, les pièces entrant dans la construction des carrosseries en question ne sont ordinairement pas celles qui, dans les véhicules, supportent la charge principale. Ces dernières sont généralement constituées par le châssis dont les pièces sont extrêmement massives et solide-
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dément rivéeset pou@onnees ensemble. Dans un aéronef, ce sont les pièces soudées qui supportent la charge principale.
Dans un aéronef, chaque kilogramme que l'on ajoute au poids mort oblige à sacrifier un kilo- gramme de charge utile et à réduire d'une manière correspondante le rendement de l'aéronef. La fai- blesse du rapport actuel de la charge utile (c'est- à-dire de celle qui est transportée) au ppids mort (c'est-à-dire au poids de l'aéronef moteur compris) constitue l'un des obstacles qui, pendant longtemps, ont entravé le succès commercial le plus complet.
Le deuxième but de la présente invention, c'est-à- dire l'utilisation générale de la soudure électrique par points, a trait en grande partie à la suppres- sion de l'obstacle précité, par un allègement général marqué du travail de construction dans tout l'aéronef.
Un troisième but de l'invention consiste à simplifier les pièces métalliques entrant dans la construction de l'aéronef. La faible résistance mé- canique relative de l'aluminium et du duralumin et la nécessité de les river ont conduit à un profil complexe, à des opérations coûteuses d'étirage et d'emboutissage et à des joints saignés. La nécessita de donner de la rigidité aux pièces fait adopter de foftes sections transversales et de nombreux expé- dients, par exemple d'innombrables trous pour alléger les éléments présentant des sections transversales ainsi étendues. La travail de perforation par poin- çonnage, de perçage et de rivetage était pénible et relativement important.
Dans les constructions en acier
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tubulaire la complication a été provoquée principa- lement par la limitation des formes à la forme tubulaire qui a donné naissance à un très grand nom- bre de modes de réalisatioh différents des éléments et des joints, et a toujours donné.lieu aux difficul- tés inhérentes aux joints dont il a été parlé jusqu'à présent. On se propose, au moyen du procédé et à. la construction de la présente invention, de surmonter les difficultés précitées. de simplifier considéra- blement l'utilisation du métal et d'améliorer gran- dement lea possibilités d'application du métal, en général, à l'industrie aéronautique.
Un quatrième but de l'invention consiste dans un perfectionnement général notable apporté à la sécurité et à la durée de l'aéronef. On se propo- sa de perfectionner celui-ci grâce à une résistance notablement plus grande par unité de poids, à une diminution générale du poids et, par suite, à un ren- dement généralement amélioré car, avec un poids réduit, le poids par cheval se trouve considérable- ment diminué. On se propose également d'améliorer la sécurité en diminuant les risques d'incendie.
Des navires en aluminium et en duralumin une fois enduits d'huile et d'essence ont été détruits pres- que aussi rapidement et aussi complètement, qu'un aéronef en bois et en toile. L'emploi de la construc- tion en acier tubulaire a été limité en gros au fuse- lage et l'on a diminué ainsi dans une certaine mesure les risques d'incendie mais, en raison de la grossièreté de la fabrication, en particulier dans les ailes et dians les petits plans, on a le plus souvent réalisé un aéronef avec corps en acier et ailes en bois et en toile. En particulier,
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les alliais d'aliminium de résistance améliorée renfermaient des substances(telles que le magné- sium) qui provoquaient une destruction plus facile sous l'effet d'une forte chaleur.
L'emploi de l'acier dans toutes les parties de l'aéronef réduit au minimum les risques d'incendie et constitue une garantie contre la destruction par le feu. On sait que cet acier est plus durable que les alliages d'aluminium dans les conditions rencontrées dans la construction des aéronefs. Les alliages d'alumi- nium sont particulièrement exposés à se détériorer en vieillissant et à se fatiguer sous l'effet du genre de vibrations auxquelles est soumis le corps d'un aéronef à tel point que, quoi qu'ils soient tout à fait bons pour le service pendant des périodes de temps limitées, leur durée est considérée comme limitée-. Ils sont. particulièrement susceptibles de se détériorer dans une atmosphère d'élan salée, L'acier (et, en particulier, l'acier inoxydable) n'est pas d'une durée aussi limitée.
Bien entendu, un prolongement de durée ne peut qu'assurer davan- tage la sécurité du vol.
Les buts de la présente invention sont, en partie, atteints en construisant l'aéronef ou toute autre construction, avec de l'acier inoxydable soudé par points à l'arc électrique. En particulier, l'acier inoxydable renferme sensiblement 6 à 12 % de nickel et sensiblement 16 à 20 % de chrome. les soudures en particulier ont sensiblement la même qualité et la même résistance pour des constructions de grosseur sensiblement égale. Plus particulière- ment encore, l'acier (que ce soit de l'acier inoxy- dable ou de l'acier au carbone ordinaire) possède, dans les zones qui entourent immédiatement les
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soudures, dans la construction achevée, des proprié- tés de résistance aux efforts et à la corrosion sensi- blement équivalente à celles de l'acier des régions éloignées de la soudure.
Les diamètres et les surfa- ces des points de soudure sont relativement très sensi- blement inférieurs aux diamètres et aux surfaces des points de soudure employés dans la soudure de l'acier au carbone ordinaire d'échantillon correspondant à celui de l'acier inoxydable. Les soudures ont la for- me de doublescônes et, de préférence, n'arrivent pas jusqu'à la surface extérieure.
D'autres partiesdes buts de l'invention sont atteintes grâce au procédé de cette dernière, le- quel est intimement lié à la construction elle-même.
Le procédé vise la construction des poutrelles armées d'aéronef assemblées ou d'autres pièces de construction formées d'éléments d'acier dont certaines parties se re- couvrent. Les joints sont obtenus en soudant par points à l'électricité ces parties qui se recouvrent, de manié re à assurer la jonction tout en limitant dans les ré- gions immédiatement voisines des joints la température de l'acier à un niveau inférieur à ceux pour lesquels il se produit, dans les régions en question, des ef- fets corona sensiblement nuisibles à la résistance et aux qualités que possède l'acier de résister aux ef- forts et à la corrosion.
En particulier, les cou- rants électriques utilisés pour faite les soudures et les périodes d'application desdits courants ont des va- leurs limites inférieures à celles pour lesquelles les températures nuisibles précitées sont atteintes dans leszones qui entourent immédiatement la soudure, Le nombre de calories appliqus est sensiblement limité au minimum.. nécessaire pour porter les surfaces de contact internes à la température de soudure.
Comparées
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aux pressions, courants et périodes d'application des courants utilisés dans la pratique pour souder l'acier au carbone ordinaire d'un échantillon corres- pondant à celui de l'acier inoxydable à souder, les pressions utilisées dans le procédé de l'inven- tion sont relativement plus élevées, les courants sensiblement plus forts et les périodes d'applica- tion très sensiblement plus courtes. Plus particu- lièrement encorc, les diamètres et les surfaces des points de soudure utilisés sont, relativement, très sensiblement plus petits que les diamètres et les surfaces des,points de soudure employés dans la soudure de l'acier ordinaire au carbone d'échantil- lon correspondant à celui de l'acier inoxydable utilisé conformément à la présente invention.
Dans l'invention, l'acier inoxydable est d'abord mis par laminage à chaud sous la forme de bandes d'une très grande longueur convenant à la manipulation en masse dans les laminoirs ou en tôles extrêmement longues. Ensuite toutes les qualités de l'acier, en particulier la résistance exigée dans la construction une fois qu'il est prêt à être employé, sont développées en laminant à froid la bande formée au début par laminage à chaud.
On étire ensuite par laminage la bande(qui vient d'être laminée à froid) sans modification sensible de ses propriétés physiques pour lui donner le profil angu- laire que doivent présenter les éléments de la cons- truction à établir; on façonne les extrémités des élé- ments de manière à former les parties qui se recou- vrent dans les joints de la construction et on les
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assemble les éléments en superposant leurs extrémités dans les joints. On soude ensuite par points, à l'électricité, les parties qui se recouvrent, en adoptant les pressions, courants, périodes d'appli- cation de courant et température de l'acier dans les zones entourant immédiatement les soudures de la ma- nière qui a été indiquée plus haut.
Dans un acier inoxydable de nature austénitique, cette température est limitée à des valeurs inférieures à la valeur critique pour laquelle ses propriétés de résis- tance à la corrosion se trouvent sensiblement ré- duites. Dans certains aciers cette température descend jusqu'à 800* C.
L'acier inoxydable a été, jusqu'à ce jour, utilisé, dans l'industrie chimique et son emploi dans la construction des aéronefs a été essayé et peut être admis dans une faible mesure. La soudure de l'acier inoxydable a également été de pratique cou- rante. Une grande partie de ces essais ont été com- plètement expliqués dans le rapport n 532 du Comité National Consultatif de l'Aéronautique publié à Washington, en septembre 1929, sous le titre "Soudage des fers inoxydables" et reproduisant un article, por- tant le même titre, de H. BULL et LA@RENCE JOHNSON publié dans le journal "Industrial Gases", en mars et juin 1928. Il existe de nombreuses marques d'a- ciers dits inoxydables qui par leur nature diffèrent beaucoup les uns des autres.
Certains renferment du nickel en quantité, variable et pas de chrome. D'autres renferment du chrome en quantité variable et pas de nickel. Il existe des combinaisons extrêmement variées de
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nickel et de chrome. Elles présentent des proprié- tés extrêmement variables et, en particulier, leur résistance aux efforts et à la corrosion varie largement quand on les a travaillées à froid et qu'on leur a appliqué la chaleur de différentes manières, D'une façon générale, l'application d'une température dépassent un certain degré., détériore très radicalement l'acier soumis à l'action de la chaleur, au point de vue de la résistance aux efforts et à la corrosion,
et né- thermiques cessite des traitements / soignés pour obtenir une restauration même approximative des heurté à de nombreuses difficultés quand on a essayé d'appliquer l'acier aux constructions d'aé- ronefs, Les soudures employées jusqu'à présent, dans ce but ont été à peu près exclusivement, des soudures au chalumeau oxyacétylénique et à l'arc électrique; cependant on a appliqué la soudure électrique à des joints plats et d'une ma- nière limitée, des soudures par résistance elec- trique,à la coutellerie, à l'industrie chimique et aux ustensiles de cuisine.
Les soudures obtenues par l'un des procédés précités et, en particulier, au chalumeau oxyacétylénique et à l'arc ont varié très largement au point de vue de la qualité et de la résistance et ont nécessité des traitement ]sa, spéciaux successifs pour compenser, dans une certaine mesure, le dommage causé à la substance par la soudure. Pour fixer les propriétés physiques des pièces a utiliser, on a généralement eu recours au traitement, par la chaleurdu bloc des cons-
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tructions d'aéronefs terinés. La précision obte- nue a été si faible que les éléments de construction tels que les colonnes, les poutrelles,. les nervu- res ont été constitués avec un grand profil d'une seule pièce, de manière à. réduire la soudure et l'assemblage au minimum pratique.
Ces construc- tions d'une seule pièce ont conduit à, adopter des sections étirés compliquées et des formes anormales pour obtenir la rigidité et la résistance nécessaires. De telles sections compliquées exi- geaient de leur côté un acier suffisamment ductile au début pour pouvoir être 4' et recevoir ainsi les formes en question.Les propriétés physiques de cet acier n'ont pas répondu à ce que réclamaient la, construction achevée et l'usage.
Une fois encore, il a fallu faire appel au traite- ment en bloc par la chaleur pour restituer à l'acier ses propriétés après la fabrication. C'etait là un cercle vicieux:, En outre le soudage à. l'arc au chalumeau acétylénique utilisés exclusive- ment dans les constructions en question pour aéro- nefs donnait des soudures relativement très larges et la chaleur dégagée dans la.. formation desdites soudures était à peu près incontrôlable et exerçait un effet nuisible sur l'acier dans des zones d'une étendue relativement considérable. La profondeur desdites soudures, avec l'étendue et la complexité des joints, donne des effets réfrigérants qui va- rient largement.
Les propriétés de résistance aux efforts et à la corrosion primitivement inhérentes à l'acier inoxydable se trouvent réduites considé- rablement et d'une manière très variable. Des
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traitements thermiques localisés sont plus cpue jamais nécessaires pour remédier à cet état de choses, mais, à cause des changements extrêmes de conditions, par exemple d'une soudure à l'autre, on obtient, dans le rétablissement des propriétés, des résultats tout à fait irréguliers et relative- ment peu concluants. A la vérité, certains aciers inoxydables sont incomplètement ou pas du tout influencés par les traitements thermiques.
La proportion de travail satisfaisant est positive- ment inférieur au chiffra exigé pour donner une sécurité complète dans le travail de l'aéronef.
Tout cela, joint à d'autres choses qu'il n'est pas indispensable de mentionner ici, a, jusqu'à ce jour, rendu l'acier inoxydable presque complète- ment inapplicable à la masse des pièces à profil d'échantillon relativement faible, que l'on rencon- tre dans les nervures et dans les plans de com- mande, plus spécialement dans le plus petit aéro- nef. L'utilisation de l'acier inoxydable a été, en grande partie, réduite à la construction des plus grands éléments tels que les poutrelles et les colonnes et même, dans ce champ d'action, cette utilisation a été très limitée.
Bien qu'ils n'aient que quelques mois d'existence, la construction et le procédé objets de la présente invention ont été uniformément employés avec succès, en remplissant tous les buts de l'invention et en satisfaisant à toutes les épreuves imposés par une grande compagnie de constructeurs d'aéronefs et par divers départe- ments du Gouvernement des Etats-Unis s'occupant
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des aéronefs.
Presse chacune des catégories de construction-- que l'on rencontre dans un aéronef a été réalisée, conformément à la présente invention, y compris., entre autres, une variété considérable de nervures, de poutrelles, de poutres transversales, de colonnes-, de jambes de force et même de flotteurs et de fuselages:. Chaque mode de réalisation a plus que répondu à toutes les attentes Il en est résulté une opinion unanime d'après laquelle la construction aéronautique de l'avenir est basée sur la présente invention-
Sur le dessin annexé, on a représenté, uni- quement à titre d'exemple, deux constructions seule- ment, réalisées conformément à l'invention :
La fig. 1 est une vue en élévation latérale d'une nervure d'aile d'aéroplane entretoisée,
La fig. 2 est une vue de détail, en pers- pective, avec coupe partielle de l'un des joints de la construction précédente;
La fig. 3 est une section transversale d'un corps de fuselage;
Les fig. 4,5 et 6 sont des vues de soudures montrant certaines phases du procédé de l'invention: la fig. 4 est une section, par l'axe, d'un certain nombre de soudures montrant la disposition de ces dernières par rapport au corps de matière environ- nante et aux électrodes qui ont permis de les obtenir. la fige 5 est une vue, en plan, montrant la disposi- tion des soudures dans la matière;
la fige 6 est une vue, en plan, montrant les soudures telles qu'on les obtenait d'après la pratique antérieure dans
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1 acier (ahon&b rd inà ire/ La fig(/ 7 est une ection axiale schématique d'une soudure unique montrant sa courbe de tempérai
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La poutrelle ou nervure de la fig. 1 est constituée par un fer supérieur 10 et un fer inférieur 11 dont le profil est en forme d'U et par un entretoisement WARREN 12 dont la partie prin- cipale a également un profil en forme d'U. A l'en- droit des joints 13 de la construction, les éléments présentent des parties aplaties 14 qui se recou- vrent de manière à former les joints. Ce sont ces parties superposées que l'on soude entre allés par points comme le montre clairement la fig. 2.
Le corps du fuselage dont la section transversale est représentée sur la fig. 3, comprend des cornières angulaires 15 disposées par inter- valles le long de l'axe du corps cette disposition est tellement bien connue dans la pratique courante qu'il n'est pas utile de la représenter. Des tôles de recouvrement 16 de largeur variable sont pour- vues sur l'un de leurs bords de parties 17 en forme d'U. Ces dernières ont leur fond 18 soudé électriquement par points aux cornières annulaires 15 et les rebords 19 des parties 17 sont soudés l'un à l'autre de la même manière que celle indiquée en 20.
Les éléments de construction qui en- trent dans.les dispositifs précités sont formés de plaques d'abord laminées à chaud. D'après le pro- cédé, ces bandes sont ensuites soumises à un lamina- ge à froid sous leur forme de bandes, ce qui dévelop- pe les propriétés physiques et en particulier la résistance exigée pour l'ensemble dans la construc- tion une fois quelle est complètement soudée et prête à servir. Sur cette bande ou sur cette tôle, les profils angulaires ou autres exigés pour les
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diverses pièces 10, 11, 12, 15, 16 de la construction ou pour des pièces analogues, sont obtenus de préférence par étirage de la lame travaillée à froid.
Alors Que les bandes peuvent être manipulées "en bloc" dans les laminoirs, les éléments profilés obtenus par étirage sont coupés en morceaux très longs pour la manipulation. On y découpe ensuite des pièces de longueur convenable pour les divers éléments constructifs individuels. Bans ces pièces, les extrémités ou les parties intermédiaires, comme dans lecas de @ WARREN 12 et les @ 10 et 11 de la poutrellereprésentée, sont, si on le désire, pourvues de parties aplaties qui peuvent se recouvrir comme le montrent les fig, 1 et 2, de manière à former les joints de la construction as- semblée.
L'élément à profil angulaire lui-même, quand il a été laminé au début, peut présenter de telles parties aplaties, ou bien celles-ci peuvent être obtenues, par un emboutissage approprié Qui leur donne un profil différent de celui qui a été obtenu par le premier laminage. L'assemblage s'ef- fectue commodément dans un gabarit ou sur une forme comme on le pratique communément dans l'assemblage.
On soude ensuite, électriquement par points, les parties aplaties, comme on l'a indiqué dans les ré- gions 13 et 20.
Dans la soudure par points, la température del'acier dans les régions quientourent immédia- tement le métal fondu des soudures ne doit pas dépas- ser le niveau correspondant à la production des effets corona, les-quels sont notablement nuisibles aux propriétés physiques des aciers. On obtient ainsi une soudure du genre représenté sur les fig.
4, 6 et 7. On voit sur le dessin les soudures 21
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qui réunissent les tôles d'acie inoxydable 22 et 23. Ces soudures ont la forme d'un double cône. L'application d'une chaleur suffisamment forte pour obtenir la soudure est limitée aux surfaces elles-mêmes qui sont soudées ensemble, c'est-à-dire à la région 24 de la, plus grande sec- tion transversale de la soudure située immédiate- ment. entre les tôles. 22 et 23. De préférence, cet- te température n'a été atteinte ni latéralement au-delà du diamètre des électrodes, ni sur les. surfaces externes avec lesquelles les électrodes sont en contact.
La fusion est, dans la mesure du possible,, limitée à l'intérieur. La tempéra- ture de l'acier dans la région qui entoure immé- diatement celle de la soudure n'a pas atteint le niveau pour lequel il y aurait altération sensible des propriétés qu'a la soudure de résister aux efforts et à la corrosion, La nombre de calories utilisé dans la soudure a été limité sensiblement au minimum nécessaire à ladite soudure.
Dans la pratique ordinaire, la soudure s'accompagne ordinairement d'un échauffement très général de la matière dans la zone qui entoure immédiatement le point de soudure, zone qui est portée à une température relativement élevée.
Ce fait peut être observé (quand on fait usage d'une machine à souder ordinaire pour souder de l'acier ordinaire au carbone) sous la forme d'une couronne coloriée (fig. 5) qui entoure la tête du cylindre habituel de la soudure. La déco- loration est la plus marquée dans la partie la plus voisine de la soudure et s'atténue en s'éloi-
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gnant. La couronne est produite principalement par l'oxydation, mais aussi ar une modification réelle de la structure granulaire de l'acier.
L'oxydation est un signe indiquant qu'une tempéra- ture élevée a été atteinte. Le changement dans la structure granulaire a pour résultat, dans certains cas, de diminuer la résistance de l'acier aux efforts et (d'une manière notable) particulièrement dans les aciers inoxydables, la résistance à la corrosion. En fait, une oxydation étendue consti- tue par elle-même le commencement d'une tendance à. la corrosion. Ces phénomènes ainsi que d'autres phénomènes @uisibles de surchauffage du métal avoisinant la soudure sont dénommés "effets corona".
La couronne dont s'agit est représentée sur la fig. 5 (autant qu'il a été possible de le faire avec une plume et @ par la partie sombre et annulaire extrême 25 qui entoure les soudures 26 obtenues par les premiers procédés.
Avec la présente invention, les. effets corona qui nuisent notablement aux propriétés physiques de l'acier se trouvent complètement éli- minés. Bien entendu, l'acier inoxydable, en pre- nier lieu (ce que l'on savait jusqu'à ce jour d'une manière extrêmement vague) est caractérisé principa- lement par une inhérente résistance à la corrosion.
Dans ces conditions, il présente, au début,des surfaces parfaitement propres et idéalement préparées pour réaliser un contact uniforme parfait sur toute la surface d'un point de soudure . Il est probable qu'il est complètement dépourvu d'oxydation et, par suite, il n'est pas nécessaire d'employer des revê- tements protecteurs tels que les diverses graisses.
En l'absence de cette graisse et des matières
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étrangères que l'acier peut ramasser, les surfaces de la soudure sont non seulement dépourvues d'oxyde, mais encore de substances étrangères susceptibles de gêner la soudure par points. C'est là cependant l'une des raisons qui Militent très fortement con- tre la soudure par points telle qu'on la pratique @ l'acier ordinaire ou carbone. En effet, le contact des surfaces est si complet et si uniforme qu'il élimine, dans une grande mesure, le facteur très important jusqu'à ce jour du chauffage de la résistance, bien connue sous le nom de résistance de contact.
Mais, dans la présente invention, une autre propriété de certains aciers inoxydable---, en particulier de l'acier employé, c'est-à-dire de l'alliage d'acier inoxydable avec sensiblement 8 de nickel et 18 % de chrome, est utilisée gour faire plus que compenser les pertes dues à la ré- sistance de contact : c'est la résistance électri- que relativement très grande de ce genre d'acier.
En faisant usage d'une matière ayant une résistance relativement forte, il est possible de dégager toute la chaleur nécessaire à la soudure à l'inté- rieur de la masse de la matière elle-même et, s'il le faut, suffisamment pour supprimer tout à fait la résistance au contact.
Grâce à leur éloi- gnement relatif de l'atmère et des parties voisines de la matière, les portions de la soudure en question qui se trouvent le plus en dedans sur son axe atteignent le plus rapidement la tempéra- ture de la soudureo Ce résultat est indiqué sur la fige 7 qui représente à une échelle relativement grande une soudure 21, de la forme représentée sur la fige 4 et une courbe de température 27 sur
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laquelle les températures sont représentées, par les ordonnées rapportées à un axe 28 qui représente le plan compris entre les parties à souder Z2 et 23.
Comme on le voit, la pointe 29 se trouve sur l'axe 3 0 de la soudure. La chaleur dégagée uniformément grâ- ce à la résistance de l'acier au nickel et au chrome se trouve ainsi concentrée au centre du point de soudure. Dans ces conditions, si la période d'appli- cation du courant de soudure est limitée juste ce qu'il faut pour obtenir dans la pointe 29, le nombre de calories nécessaires pour produire la soudure (en l'absence substantielle des plus sensibles résistan- ces au contact des surfacez, en particulier entre les pièces 22 et 23 de la construction et entre ces piè- ces et les électrodes lesquelles résistances au contact des surfaces constituent un moyen extrêmement efficaces pour propager dans les zones voisines la chaleur dégagée),
l'application de cette chaleur peut être sensiblement limitée à la surface prescrite 24 du point de soudure. On peut, tout au moins, em- pêcher la température d'atteindre un niveau Que l'on a trouvé sensiblement nuisible aux propriétés physi- ques de la matière qui avoisine la soudure. De plus, dans les régions qui entourent les points de soudure, les températures peuvent être maintenues suffisamment basses pour Que la soudure soit le plus brusquement et le plus efficacement dans la masse de ma- tière oui l'entoure.
On a découvert Que c rtaines espèces d'acier inoxydable;!, particulièrement les aciers du genre in- diqué, permettaient d'obtenir le résultat précité.
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Certains de ces aciers, en particulier ceux qui ont été spécifiés, non seulement possèdent une résistance électrique très forte, mais encore pas- sent pour avoir un point de fusion relativement bas et pour atteindre au point de fusion un état extrêmement fluide par comparaison avec ce qui se passe pour les aciers ordinaires au carbone et pour les qualités inférieures d'aciers dits ino- xydables. Dans la présente invention, les quali- tés de résistance électrique relativement grande, jointes au point de fusion relativement bas, et à l'état extrêmement fluide qui se produit dès que le point de fusion a été atteint, sont utilisées pour limiter l'élévation de la température de l'acier dans les zones qui entourent immédiatement les sou- dures.
Si l'on compare les pressions existant entre les électrodes soudantes (et par suite sur les pièces à souder) les courants utilisés dans la soudure et les périodes d'application desdits courants (tels qu'on les utilise pour souder l'acier ordinaire au carbone et tels qu'on les a utilisés jusqu'à ce jour dans la soudure de l'acier inoxydable du genre de ceux qui ont été soudés par points d'une manière limitée) aux pressions courantes et pério- des du présent procédé, on voit que ce dernier fait appel à des pressions très sensiblement supérieures, de l'ordre de 246 kilogrammes par centimètre carré de la pointe de l'électrode, des courants beaucoup plus forts de l'ordre de 465 ampères par millimètre carré de la pointe de l'électrodemais les périodes d'appli-
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cation du courant sont considérablement plus courtes,
soit de l'ordre de 1/25 à 1/64 de seconde et même moins. Les effets du courant de soudure sont ceux de l'éclair et la soudure produit une détonation. Il devient possible d'adopter des pé- riodes inférieures même à 1/64 de seconde. Pour régler les facteurs en question, on a imaginé des appareils très précis dont les effets sur la soudu- re peuvent être efficacement contrôlés. Par suite de la résistance relativement forte de la masse de la matière, la pointe 29 (fig. 7) correspondant la température intérieure, juste à la surface 24 à souder, se trouve atteinte à peu près instantanément.
Grâce au point de fusion relativement bas de la matière en question, cotte pointe est limitée à une valeur très sensiblement inférieure à. celles que l'on rencontrait jusqu'à ce jour dans la soudure des aciers d'un type quelconque, limitées à une série peu importante au-delà du point de fusion.
Grâce à l'état extrêmement fluide du métal à cette phase, sous la pression très sensiblement accrue, la coulée intérieure de métal fondu nécessaire pour achever la soudure a lieu au même instant et l'ap- plication du courant se trouve supprimée précisé- ment à la fin de cet instant, ce qui se traduit par une trempe instantanée de la soudure dans la matière qui l'environne. Les aciers inoxydables de la com- position utilisée sont des aciers qui trempent à l'air. La. trempe constitue par suite le moyen le plus rapide et le plus efficace pour conférer à la soudure toute sa résistance.
Dans ces conditions, l'invention tend, autant que la chose est pratique- ment possible, à limiter la quantité de chaleur totale dégagée, à celle qui est précisément néces-
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saire pour pbtenir la jonctio des faces de la soudure à l'état fondu sur toute la surface, et éviter toute soudure en excès.
Le dégagement de la chaleur de la soudure dans la haute résistance électrique de la masse de la matière elle-même, la limitation de sa quantité totale sensiblement au minimum nécessaire pour produire la soudure, avec la limitation de la durée de l'application à l'instant extrêmement bref nécessaire pour dévelop- per ce total minimum, non seulement assurent dans la zona qui entoure immédiatement la soudure une température assez basse pour qu'il s'y effectue une trempe sensiblement instantanée et hautement effi- e cae de la soudure à l'intérieur de la masse de matière elle-même et qui ne dépend ni de l'électro- de, ni de la conductibilité atmosphérique, ni du rayonnement,
mais encore d'une part maintiennent la température au-dessus des valeurs pour lesquelles il se produit les effets corona dont l'influence est très pernicieuse pour la matière elle-même et, d'autre part, empêche même cette température d'atteindre les surfaces. externes.
Grâce à la combinaison de la construction dans laquelle cet acier au chrome et au nickel se combine avec les soudures, les zones qui entou- rent celle-ci et qui possèdent les qualités de résistance aux efforts et à la corrosion sont sensi- blement équivalentes à celles de la matière éloignée de la soudure; grâce à l'utilisation combinée de la construction et du procédé de la présente in- vention, tous les inconvénients rencontrés jusqu'à ce jour, en particulier dans l'emploi de l'acier inoxydable, se trouvent supprimés. Les. essais de
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résistance et de corrosion prouvent que les qua- lités en question ne sont pas sensiblement altérées par la soudure et que toutes les soudures sont uni- formes au point de vue de la qualité et de la résis- tance.
La mise en oeuvre complète de l'invention permet d'utiliser une matière dont les qualités phy- siques de résistance et la limite d'élasticité sont accrues de bien des manières, par comparaison avec celles de l'acier ordinaire au carbone et avec celles des qualités très variées d'acier inoxydable.
Des résistances limites'de 14060 Kgs et davantage par centimètre carré peuvent être atteintes dans la matière répondant sensiblement à la spécification donnée ici. Cette phase du procédé exigeant un lami- nage à froid sous la forme de bandes rend la matière moins sensible à l'emboutissage qui suit. La simpli- cité (Ses profils est encore rendue possible par l'ap- plication générale de la soudure par points, dans toute la construction, et la résistance considérable et les rapports considérablement améliorés de la résis- tance au poids donnent une ample compensation.
T'out à fait incidemment, des aciers du genre de ceux qui sont utilisables, grâce au caractère de la présente invention, se trouvent être presque com- plètement non magnétiques et ainsi se trouve sup- primé l'un des plus gros inconvénients rencontrés dans les aéronefs construits en acier. Si l'on compare une construction comportant une multiplicité de soudures par points extrêmement petites avec celle que l'on utilise habituellement dans la soudure d'acier ordinaire au carbone de même échantillon, on constate qu'une multiplicité de telles soudures de qualité et de résistance de
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soudure l'une à l'autre sensiblement uniformes: ne présente pas de défauts de jonction.
Il n'y a pas même brûlage ni surchauffage d'une soudure simple quelconque. On peut obtenir une sécurité de 100 % même dama les profils les plus minces et les plus légers des pièces. La perfection des soudures: par points relativement petites., échantillon pour échantillon, permet de fabriquer par ce procédé le profil de plus faible échantil- lon et les pièces d'échantillon les plus légères utilisées dans l'industrie. Des joints tout à fait inaccessibles pour un rivetage sérieux de- viennent librement accessibles pour la soudure.
Ces. joints sont formés aussi bien dans les gran- des que dans les petites pièces. Aucun traitement par la chaleur n'est nécessaire soit pour amélio- rer la soudure ou pour élever la résistance géné- rale de la pièce ou pour la prémunir contre la corrosion. Les Qualités complètes de résistance du métal se trouvent développées à un moment où il est possible de les développer dans la masse et ces qualités de résistance aux efforts et à la corrosion sont conservées complètement pendant la fabrication. L'application de renforts locaux rendus possibles par la soudure par points exé- cutée à chaque endroit de la pièce,augmente la résistance de cette pièce dans son ensemble. Les surfaces de la construction obtenue sont uniformé- ment lisses et non ternies et présentent l'aspect le plus agréable. Le travail laisse en général peu de traces-.
Des joints présentent, après cela, un aspect propre et plaisant sous toutes leurs faces. Des joints si parfaits n'ajoutent pas un
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iota au poids de la construction soit par l'augmentation de la résistance de la masse des éléments, soit par accroissement du poids de la matière soudante, et peuvent être multipliés impunément. Les- grandes, irrégularités et les emboutis--ages soignés- des profils dans des piè- ces uniques coûteuses peuvent être complètement supprimes. Le procédé donne des résultats également parfaits dans des joints: comportant des soudures faites en une seule opération à travers plusieurs épaisseurs de métal superposées.
Chaque épaisseur de la soudure multiple est parfait te. Chacune des simplifications de l'industrie de la construction peut être librement utilisée par le constructeur d'aéronef,--. Ces simplifica- tions deviennent immédiatement susceptibles de recevoir les perfectionnement-- ingénieux nécessai- res pour pouvoir être adaptées plus spécialement à l'aéronef et tout ce qui peut d'une manière quelconque ajouter aux facteurs légèreté, résistan- ce et sécurité de l'aéronef.
On a ainsi réalisé complètement les buts de l'invention et l'acier(grâce à ses. propriétés. exceptionnelles)et la soudure électrique (en raison des grandes facilités qu'elle donne) deviennent généralement applicables à toute la construction de l'aéronef avec, comme résultat, une augmentation de la simplicité et de la sécurité. On a ainsi inauguré- une ère nouvelle dans la construction aéronautique.
Cette inauguration appelle des modifications
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On peut s'attendre à un nombre extraordinaire de ces modifications, particulièrement au point de vue de la variété extrêmement grande d'aciers inoxydables et du nombre extrêmement important de procédés différents de soudure électrique et de contrôle de soudure électrique. Seul l'esprit général de la présente invention permet de contrô- ler d'une manière adéquate une telle situation dans le réglage des divers facteurs qui apparat- tront au cours du développement de 1"invention.
REVENDICATIONS
1. Un article (ou une construction) en acier soudé par points,caractérisé par le fait que les propriétés de l'acier, au voisinage des soudures, sont sensiblement les mêmes que celles de l'acier qui se trouve loin des soudures.
2. Un article (ou une construction) en acier soudé par points, conformément à la revendica- tion 1, caractérisé par le fait que toutes les soudures sont sensiblement de qualité égale et possèdent la même résistance.,
3. Un article (ou une construction) en acier soudé par points, conformément à la revendi- cation 1, caractérisé par le fait que la fusion des soudures est projetée vers les surfaces exté- rieures des éléments réunis, à la plus faible distance compatible avec une soudure efficace.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.