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"Perfectionnements aux procédés pour réunir des pièces ensemble".
La présente invention est relative à la fabri- cation de pièces tubulaires, et particulièrement à un procédé de formation de joints soudés entre des tron- çons de tube.
L' invention a pour but d'augmenter l'utilité de tubes de construction dans la fabrication de divers articles, à l'aide d'un procédésimple etpeu coûteux de formation de joints efficaces entre les tronçons de tubes de ce genre, et de permettre de réduire le poids de 1'article fabriqué en renforçant de préfé- renoe ces joints de façon qu'une résistance appropriée puisse être obtenue avec des tubes plus légers.
L'in-
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vention a plus spécialement pour objet un procédé de for- mation, par soudure électrique par résistance, de joints entre une extrémité d'un 'cube et une autre partie, parti- culièrement le côté d'un autre tube, procédé qui est rapide, propre à être réalisé industriellement et qui réduit au minimum, pendant la soudure, le changement dans les carac-
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éristiques et l'aspect du métal à l'endroit de la soudure et près de celle-ci;
ce procédé permet en outre de conserver aux tubes leur solidité, de leur donner leur fini définitif avant que les joints soient faits, et de renforcer les tu- bes, de préférence en utilisant des pièces tubulaires que l'on y insère, de manière que ces pièces coopèrent à la formation des joints pour la faciliter, renforcent les joints obtenus et repartissent les efforts pour les éloigner de la soudure afin de donner de l'élasticité aux joints, L'invention a également pour but d'assurer la formation de joints efficaces ayant la résistance voulue en soudant principalement à l'aide du métal despièces de renforcement insérées, de façon que des joints puissent âtre formés en- tre des tubes faits d'une matière difficilement soudable en employant des pièces de renforcement insérées formées d'une matière appropriée.
Le présent procédé peut être utilise avec de nombreux genres de tubes formés de nombreuses matières différentes, y compris toute matière métallique qui est susceptible d' être soudée électriquement par résistance. Par exemple, les tubes employés peuvent avoir une section transversale circulaire, élliptique, ou carrée, et ils peuvent être formés d'acier ayant une teneur faible, moyenne ou élevée en carbone, d'acier spécial ou d'aoier inoxydable, d'alu-
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minium, ou d'alliages d'aluminium.
Ces tubes peuvent être bien des tubes sans soudure, ou des tubes soudés à l'autogène ou électriquement. vans sa forme de réalisation préférée, leprésent procédé de formation de joints entre une extrémité d'un tronçon de tube et une autre partie comprend trois opéra- tions principales.
Dans la première opération, qui peut parfois être omise, on rend le corps du tube plus épais aux endroits où les joints seront formés, avantageusement en y insérant des pièces tubulaires, ou par refoulement; dans la seconde opération, on oonforme convenablement une ex- trémité de tube, et dans le troisième opération on soude cette extrémité conformée du tube à une autre partie,
L'épaississement du corps du tube peut être effec- tué par tout procédé convenable, par exemple par refoule- ment, ou, de préférence, en y insérant des pièces de ren- forcement tubulaires.
On rend lecorps destubes plus épais afin d'obtenir une extrémité- de tube ayant une aire, en section transver- sale,suffisante pour effectuer l'opération de soudure ulté- rieure, et pour augmenter la résistance des tubes à l'en- droit des joints. On préfère effectuer cette opération en renforçant les tubes,aux endroits désirés,à l'aide d'une pièce que l'on y insère et qui présente une surface ru- gueuse dont les parties en saillie sont noyées dansla surface des tubes.
Cette façon d'opérer préférée est avan- tageuse pour la raison qu'elle permet d'obtenir une extré- mité de tube formée de feuillets concentriques, qui sont reliés ensemble par un bon lien physique et électrique
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mais n'assurent qu'une conductibilité électrique relative- ment faible, de faqon que les feuillets ne glissent pas, qu'ils assurent facilement le passage de l'électricité de l'un à l'autre, mais qu'ilsretardent le passage de la chaleur de l'un à l'autre,
Quelle que soit la façon dont le corps du tube est rendu plus épais, il est également désirable d'éviter de localiser les efforts aux extrémités des parties qui sont rendues plus épaisses;
ce résultat peut être obtenu, dans le procédé d'épaississement par refoulement, en diminuant graduellement l'épaississement à l'extrémité de la partie épaissie, ou, dans leprocédé qui utilise des pièces de renforoement tubulaires, endiminuant graduellement le ren- forcement aux extrémités des pièces insérées, par exemple en fendant ou en effilant les extrémités de ces pièces insérées. Lorsque les pièces insérées sont situées en des points intermédiaires dans le tube, le tube renformé peut alors être coupé à l'endroit des centres de certaines des pièces insérées ou de toutes ces pièces, de manière à obtenir des éléments de construction de longueur convena- ble, avec des renforcements à une extrémité ou aux deux, et en tous autres points désirés.
Les extrémités des tubes rendues plus épaisses, sont alors convenablement conformées de joints pour être utilisées dans l'opération de soudure ultérieure.
L'opération de conformation des extrémités des tubes peutêtre effectuée soit par refoulement, soit par usinage.
L'opération de conformation a pour but d'obtenir une extrémité conformée fournissant une quantité donnée de mé- tal convenablement conformé et situé à l'endroit voulu pour erre utilisé dans l'opération de soudure, ce métal présen-
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tant une surface qui s'adapte sur la surface à laquelle l'extrémité du tube doit être soudée.
Ces quantifies de métal sont conformées pour former entre l'extrémité du tube et la partie à laquelle elle doit être soudée, une zone de contact initial qui est de préférence étroite et, en tout cas, bien moindre que l'aire, en section trans- versale, de l'extrémité du tube, et qui s'étend radiale- ment vers l'intérieur à partir de la surface extérieure de l'extrémité du tube, pour éviter tout déplacement de cette surface extérieure et réduire au minimum le refoule- ment du métal de soudure au delà du bord de la surface de base pendant la soudure.
Le métal de soudure affecte la forme générale d'un biseau ou rebord annulaire continu présenté par la surface de base de l'extrémité du tube, de préférence pour former une zone de contact linéaire cirocnférentielleininterrompue, mais la continuité de ce rebord peut être interrompue, de façon que ce métal de soudure affecte la forme d'une série de segments angulaire- ment espacés !{un de l'autre, avec des parties de la sur- à découvert face de base antre les dits segments.
Les partiess non en contact de la surface d'extrémité sont conformées de façon à être espacées d'une courte dis- tanoe de la surface opposée lorsque les parties sont ini- tialement en contact. Cette distance est si faible que les parties peuvent se rapprocher l'une de l'autre et ob- turer sensiblement l'espace ou vide existant entre elles pendant l'opération de soudure.
Dans l'opération de soudure, une extrémité conformée du tube et le tube transversal ou autre élément auquel elle doit être soudée sont disposés de façon à être en
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contact l'un a'veo l'autre sur la petite zone de contact obtenue par la conformation, et ils sont foetement pressés l'un contre l'autre de telle manière que, lorsque le métal rassemblé, qui sépare initialement la surface de base de l'extrémité du tube et l'autre élément, est fondu, la pres- sion oblige les parties à suivre rapidement la fusion de ce métal rassemblé et rapproche les dites parties l'une de 1 autre, On fait alors passer un courant de soud.ure pratiquement instantané entre les parties.
La soudure se produit pratiquement instantanément, et, généralement, avec une très grande vitesse et décharge de petites par- ticules de métal fondu sous la forme d'étincelles.
De bonnes soudures peuvent être tonnées par ce pro- cédé sans changer sensiblement l'aspect ou la fonne des surfaces extérieures du joint, de sorte qu'on peut donner aux tubes leur fini définitif avant que les pièces soient réunies. En outre, ce procédé evite le refoulement par pression de la matière de soudure autour des bords de la soudure, et limite le refoulement qui peut se produire à une mince couche qui peut être facilement enlevée.
Dans les joints obtenus par ce procédé, la surfaoe extérieure de l'extrémité du tube s'étend uniformément jusqu'à la surface de la partie à laquelle cette extrémité est soudée, de sorte que les joints auront normalement un aspect fini aprèsavoir été soudés,
Pour la commodité, l'invention est décrite dans toute la spécification et est représentée dans le dessin comme étant appliquée à des tubes ayant une section transversale circulaire, mais elle est également applicable, d'une ma- nière générale, à des tubes ayant une autre forme en seo- tion transversale.
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L'invention est représentée dans le dessin annexé, dans 1 equel :
La fig. 1 est une vue de côté partielle d'un tronçon de tube, aveo des parties arrachées pour montrer deux pièces de renforcement insérées en position, les parties supérieure et inférieure respectivement de la figure mon- trant les conditions qui existent en différents points dans une forme de renforcement.
Les figs. 2 et 3 montrent d'une manière quelque peu schématique une série de matrices de refoulement, dans les positions ouverte et fermée, respectivement, pour refouler ou forger des extrémités de tube afin de leur donner la conformation désirée.
La fig. 4 montre un ensemble soudé, avec deux joints soudés obtenus avec des extrémités feuilletées de tube qui ont été conformées par refoulement, le joint supérieur étant arraché pour montrer ce joint en coupe.
La fig. 5 est une vue en bout d'une extrémité de tube conformée par refoulement et prête à être soudée à un au- tre tube, avec deux pattes de métal de soudure rassemblé.
La fig. 6 est une vue de côté de l'extrémité de tube représentée fig. 5, avec des parties arrachées pour mon- trer une paroi en coupe.
La fig. 7 est une vue analogue à la fig. 5, mais montrant une extrémité dé tube avec quatre pattes.
La fig. 8 est une vue de coté de l'extrémité de tube montrée fig. 7.
La fig. 9 est une vue de côté d'un joint en T entre des tubes feuilletés de même diamètre, des partie s étant arrachées et représentées en coupe.
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La fig. 10 est une coupe faite suivant la ligne 10- 10 de la fig. 9.
La fig. 11 est une élévation de l'extrémité refoulée de tube utilisée dans le joint de la fig. 10.
La fig, 12 est une vue de côté d'une forme de pièce de renforcement insérée,'montrant une surface extérieure molettée, et des dispositions modifiées des fentes aux extrémités de la dite pièce.
La fig. 13 est une coupe, à plus grande échelle, d'une tube renforcé, montrant l'extrémité d'une pièce in- sérée et comment les fentes permettent de réduire la di- mension de cette pièce dans la partie fendue de sa longueur pour diminuer progresivement à l'extrémité de la dite pièce le renforcement assuré par cette dernière.
La fig, 14 est une vue de côté d'une extrémité de tube qui a été conformée par usinage, et elle montre en coupe un tube plus grand auquel cette extrémité de tube doit être soudée, les deux tubes étant représentés dans les positions relatives qu'ils prennent avant d'être rap- prochés l'un de l'autre pour être soudés.
La fig. 15 montre les mêmes tubes que dans la fig, 14, mais dans les positions qu'ilsprennent justeavant que l'opération de soudure commence.
La fig. 16 est une vue analogue aux figs. 14 et 15 mais montre les deux tubes après que la soudure est ter- minée ,
Les figs. 17, 18 et 19 sont trois vues d'une paire de tubes de même dimension dons les positions qu'ils pren- nent avant soudure et après avoir été soudée la fig. 17 étant une coupe faite suivant la ligne 17-17 de la fig,18,
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la fig. 18 étant une coupe faite suivant la ligne 18-18 de la fig, 17, ces deux vues montrant les tubes dans les positions qu'ils prennent juste avant que l'opération de soudure commence, et la fig. 19 étant une coupe analogue à la fig. 17, maismontrant les tubes après soudure.
La fig, 20 représente schématiquement la forme géné- rale d'une fraise utilisée pour conformer les extrémités des tabès.
La fig. 21 montre une paire de tubes dans la position avant soudur pour un joint à angle aigu, des parties étant arrachées pour montrer en coupe les parois de l' extrémité du tube .
Les figs. 22, 23, 26 et 28 représentent diverses opé- rations dans un procédé de formation d'un outil coupant pour l'obtention d'un joint à angle droit.
Les figs. 4, 25, 27 et 29 des opérations analogues dans un procédé de formation d'un outil coupant pour l'obtention d'un joint à angle aigu.
La fig. 30 montre le mode d'emploi d'un outil cou- pant, et représente également une forme d'organes de ser- rage utilisés dans ce mode d'emploi.
Les figs. 31 et 32 représentent respectivement, dans les positions avant etaprès soudure, une série d'électro- des pour l'obtention d'une soudure dans laquelle lejoint est fait entre une extrémité renforcée de tube qui a été conformée par refoulement, et un tubeplus grand de dia- mètre suffisant pour permettre l'emploi d'une électrode à l'intérieur de ce tube plus grand, la fig. 32 étant une coupe faite suivant la ligne 32-32 de la fig. 31.
La fig. 33 est une coupe d'une séried'électrodes
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dans la position qu'elles occupent après soudure et qui peuvent être utilisées pour soud-er un joint entre des tubes de même diamètre, et dans laquelle l'extrémité des tubes est conformée par usinage .
Le présent procédé de construction tubulaire peut être utilisé avec des tubes non renforcés si ceux-ci ont des parois d'une épaisseur suffisante, mais il est avan- - tageusement utilisé avec des tubes dont les parois ont une épaisseur plus faible et dont le corps est convenable- ment épaissi soit par refoulement, soit par feuilletage, Par conséquent, l'obtention d'une extrémité de tube épais- sie constitue avantageusement la première opération prin- oipale du présent procédé, et on préfère 1'effectuer en insérant dans les tubes des pièces tubulaires, un mode de réalisation approprié étant représentéfig. 1.
Comme montré dans la partie supérieure de la fig. 1, à l'inté- rieur d'un tube 10 ayant une dimension légèrement plus grande que celledésirée dansl'élément fini, on peut in- sérer une ou plusieurs pièces de renforcement Tabulaires 11. Au moins une des surfaces en contact, entre la pièce de renforcement insérée 11 et le tube 10, et avantagease- menu la surface extérieure de cette pièce 11, est molettée ou rendue rugueuse d'une autre manière, de préférence de façon à obtenir des nervures ou saillies 12.
Les pièces insérées 11 peuvent présenter des fentes 13 à leurs ex- trémités . Plusieurs de ces pièces insérées 11 peuvent être placées dans un seul tronçon de tube 10, et elles sont disposées en des points où on désire obtenir une résistan- ce supplémentaire, par exemple aux extrémités, ou aux points où, on a l'intention de couper le tube 10 pour obtenir des
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éléments de construction de la longueur voulue et présen- tant des extrémités renforcées.
Ces diverses pièces in- sérées sont convenablement maintenues dans les positions désirées, et l'ensembledu tube 10 est martelé ou pressé pour le réduire à la dimension désirée (représentée dans la partie inférieure de la fig. 1) et pour former un lien physique satisfaisant et un bon contact électrique entre le tube et la pièce insérée en noyant les saillies 12, présentées par cette dernière, dans la surface intérieure du tube 10. Cette opération peut même réduire la dimen- sion de la pièce insérée elle-même. ;toutefois, les sail- lies ou pointes 12 peuvent ne pas être complètement enfon- oées, car la présence d'un petit espace d'air à la base de ces pointes ou saillies 12, comme montré fig. 13, est désirablepour réduire la transmission de chaleur de la pièce insérée au tube.
Les surfaces adjacentes du tube et de la pièce insérée devront être propres et exemptes de battitures ou autre substance mauvaise conductrice, afin de permettre que l'enfoncement des pointes ou saillies 12 établisse un bon contact électrique entre le tube et la pièce insérée.
Ce mode de renforcement assure une liaison ou lien satisfaisant entre le tube et la pièce insérée sur la plus grande partie de la longueur de cette dernière, mais, aux extrémités de oelle-oi, comme montré fig. 13, à l'endroit où. les fentes 13 permettent à la pièce insérée de céder ou fléchir légèrement, la liaison ou lien devient progres- sivement moins étroit, et la pénétration des pointes ou saillies 12 dans la surface du tube 10 est progressivement moindre jusqu'à ce qu'à l'extrémité de la pièce insérée
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les pointes ou saillies 12 pénétreront très peu ou pas du tout.
La liaison devenant progressivement moins étroite ainsi produite aux extrémités des pièces de renforce- ment, ainsi que la présence des fentes elles-mêmes répar- tiront les efforts à ces extrémités et empêcheront que oes derniers soient localisés à l'endroit du joint dans le tube 10 .
Lorsque la dimension du tube a été réduite, on le coupe en tronçons de la longueur désirée, comme indiqué par exemple par la ligne A-A Les lignes de coupe peuvent être courbes ou rectilignes, et elles peuvent être perpen- dieulaires à l'axe du tube 10, ou former un angle par rap- port à cet axe, suivant les caractéristiques du joint qui sera formé par les extrémités obtenues en coupant le tube 10.
Les extrémités de tube d'épaisseur convenable peuvent également être obtenues par une opération de refoulement ou de forgeage analogue au procédé décrit ci-dessous pour obtenir une conformation par refoulement, et; lorsque l' épaississement et la conformation dont effectués tous deux par refoulement, ils peuvent être réalisés en une seule opération. Des extrémités de tube rendues plus épaisses par feuilletage peuvent également être obtenues par des procédés autres que celui qui vient d'être décrit. Par exemple des pièces tubulaires insérées et rendues rugueuses peuvent être glissées dans un tube et épanouies ou pressées dans l'extrémité d'un tube, pour renforcer cette extrémité; bien oU/l'intérieur du tube peut être rendu rugueux, et des piè- ces lisses peuvent y être insérées.
La seconde opération principale du présent procédé
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consiste à conformer convenablement les extrémités des tubes pour obtenir la conformation désirée pour l'opéra- tion de soudure. Bien que de nombreuses figures du des- sin représentent cet'ce opération comme étant réalisée en utilisant des extrémités de tube rendues plus épaisses par l'emploi de pièces tubulaires insérées, il est enten- du que la description s'appliquera d'une manière générale à toutes extrémités de tube d'épaisseur convenable.
La conformation peut être effectuée soit par une opé- ration de refoulement, soit par une opération d'usinage.
L'opération de refoulement peut être effectuée en forgeant l'extrémité du tube pour lui donner la oonforma- tion désirée, de préférence dans des matrices constituant électrodes, Dans cette opération, on a employé une machine à souder par résistance de type courant, qui comporte un porte-électrode inférieur fixe, et un porte-électrode su- périeur qui peut être déplacé vers le porte-électrode fixe à l'aide d'un mécanisme comprenant un moyen quelconque, tel qu'un ressort, pour presser le porte-électrode supé- rieur vers l'électrode inférieure avec une pression élevée.
En utilisant cette maohine pour l'opération de refou- lement de l'extrémité d'un tube, ainsi qu'il est montré figs. 2 et 3, une extrémité d'un tube est placée entre des mors 15 et 16, qui forment conjointement l'électrode infé-
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rieure e sont portés par le porte-6lectrode inférieur et se rejoignent sur les cotés du tube avec un vide entre eux qui n'est pas supérieur à quelques centièmes de centimètre, Les deux mors 15 et 16 sont connectés électriquement ensemble et leurs surfaces supérieures sont entaillées autout du tube pour former une cavité de matrice 18. Au-dessus de
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ces mors formant matrice 15 et 16, est disposée une matrice- électrode mobile 17 portée par le porte-électrode supérieur et présentant une cavité de matrice 19.
Les mors 15 et 16 et la matrice-électrode supérieure 17 sont faits de cuivre, ou d'alliages de cuivre, tels que ceux utilisés pour les électrodes à souder, et ils peuvent âtre combinés avec des moyens pour les refroidir, par exemple en y formant des pas- sages pour de l'eau de refroidissement.
La position de l'extrémité du tube dans les mors for- mant matrice est telle qu'une quantité suffisante de métal est présente au-dessus des mors pour remplir les cavités de matrice 18 et 19 lorsque ce métal est refoulé et que les. matrices sont fermées. Pour effectuer l'opération de refou- lement, la matrice 17 est abaissée oontre l'extrémité du tube 10 avec une pression assez élevée, et on fait passer un courant de soudage entre les électrodes et à travers la matière du tube et de la pièce de renforcement combinés.
Ce courant amollit l'extrémité du tube à un point tel que la pression exercée sur la matrice 17 permet d'appliquer cette dernière contre la matrice formée par les mors 15 et 16, et de forger l'extrémité du tube pour lui donner la forme des cavités de matrice 18 et 19. Lorsqu'on emploie des'extrémi- tés feuilletées de tube, le courant de refoulement soude également au moins partiellement ensemble les extrémités du tube et de la pièce de renforcement insérée. Le courant est soigneusement réglé de façon que son application se produise dans une courte période de temps qui peut se ter- miner avant que la matrice 17 achève sa course descendante.
Ses caractéristiques, la durée et l'étendue de son applica- tion, ainsi que la pression exercée sur la matrice-électrode
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supérieure17 ont une relation entre elles, pour donner à l'extrémité du tube la configuration lisse et l'épaisseur de paroi désirées, et varient aveo les caractéristiques et la dimension du tube et de la pièce de renforcement insérée.
Le courant et la pression employés, et leur mode d'applica- tion seront nécessairement déterminés en effectuant des es- sais, mais ils peuvent, en général, être conformes aux con- ditions indiquées ci-après.
L'opération de refoulement permet d'obtenir un certain nombre de formes différentes d'extrémité, telles que celles comprenant des bourrelets 21 de formes diverses, destinés à être utilisés soit seuls, soit autour dejoints. Toutefois, essentiellement, cette conformation par refoulement permet d'obtenir une extrémité qui convient pour l'opération de soudure, et présente une surface d'extrémité 23 conformée pour s'adapter sur la partie ou élément auquel l'extrémité du tube doit être soudée aveo une quantité de métal de sou- dure sur cette surface d'extrémité 23 et faisant saillie au- dessus de celle-ci.
Ce métal de soudure peut affecter la forme de deux ou d'un plus grand nombre de pattes 22 qui laissent des segments sur la surface d'extrémité 23 exposée; aussi /. la couronne de pattes 22 peutêtre continue de façon que le métal de soudure affecte la forme d'un rebord analogue à celui formé par l'opération d'usinage décrite plus loin. Le dit métal de soudure doit être conformé pour venir en con- tact avec l'élément auquel l'extrémité du tube doit être soudée sur une zone de contact qui est relativement petite.
Il est préférable d'avoir seulement une zone de contact étroite, mais, lorsqu'une très forte soudure est désirée, on peut avoir recours à une zone de contact un peu plus gran-
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de, telle que celle assurée par les pattes 22 des figs. 5 et 6, L'aire en section transversale du métal de soudure, celle qu'il affecte la forme de pattes ou. d'un rebord, avantageu- sement augmente progressivement vers la surface d'extrémité 23, et la zone de contact assurée par ce métal de soudure devra, de préférence s'étendre vers l'intérieur à partir du bord circonférentiel extérieur de la surface d'extrémité 23.
Le bourrelet 21, tout en étant très décoratif, sert égale- ment à élargir la surface de base de l'extrémité du tube, pour permettre à la soudure de s'étendre sur une aire plus grande, et, lorsqu'un fort tube est employé, il peut être employé seul pour rendre plus-épaisse l'extrémité du tube et assurer une large aire de soudure, de façon que la sou- durepuisse être proportionnée à la résistance du tube.
Comme montré fig. 8, dans laquelle le métal refoulé affecte la forme de quatre pattes 22, à la fois la zone de contact aux extrémités du métal de soudure refoulé et la surfaoe de base 23 sont conformées pour épouser sensiblement la, surface (représentée par une ligne ponctuée) du tube ou autre élé- ment auquel l'extrémité du tube doit être soudée, et la pe- tite zone de contact entre les extrémités des pattes 22 et la dite surface (indiquée par une ligne ponctuée) s'étend vers l'intérieur à partir des bords extérieurs de la surfa- ce de base 23.
Par l'utilisation de pattes 22, le métal de soudure refoulé peut être disposé circonférentiellement par rapport au tube dans toute position désirée, pour que la soudure ul- térieurement formée soit placée dans une position désirée analogue . Ainsi, comme montré fig. 11, dans laquelle la surface de base 41 est formée pour épouser un tube trans-
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versal 40 de la même dimension que le tube 10, les deux pat- tes 22 peuvent être situées au fond de la surface d'extrémi- té oonoave 41, de faqon que la soudure soit effectuée prin- cipalement dans ce voisinage et soit évitée à l'endroit des minces bords supérieurs du tube 10.
On remarquera également dans la fig. 11 qu'on peut former un bourrelet 42 qui a l' épaisseur maximum seulement au fond de la surface d'extrémi- té concave 41 et qui diminue d'épaisseur jusqu'à disparaître complètement à l'extrémité du tube.
Le procédé de conformation par usinage des extrémités des tubes est d'une utilité particulière lorsqu'on désire conformer l'extrémité du tube pour qu'elle présente un re- bord circonférentiellement continu de métal de soudure et pour obtenir une zone de contact initial étroite entre les éléments, ainsi que cela est représenté pour des joints à angle droit entre des tubes de dimensions différentes sur les figs. 14 et 15, entre des tubes de la même dimension sur les figs. 17 et 18, et pour du joint à angle aigu entre des tubes de la même dimension sur la' fig. 21.
Dans une conformation désirable de ce genre des.extrémités des tubes, la surface de base est en principe complètement couverte, et l'a zone de contact est étroite, étant avantageusement située à l'endroit du bord oiroonférentiel intérieur de l' extrémité du tube.
Comme montré figs. 17 à 19, à la fois cette zone de contact 62 et le bord circonférentiel exté- rieur 63 de la face d'extrémité sont conformés pour épouser la surface sur laquelle l'extrémité du tube doit être soudée, et le rebord 62 est en saillie, par rapport au bord oircon- férentiel extérieur 63, généralement d'une distance égale à environ un quart de l'épaisseur de la paroi de l'extrémité
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du tube. Lorsqu'on emploie un tube No 19 avec une pièce de renforcemen insérée N 14, de façon que l'épaisseur to- tale soit d'environ 3 millimètres, on a trouvé judicieux de repousser la zone de contact 62 d'une distance de l'or- dre de Om/m 75 à lm/m.
Dans la surface d'extrémité préfé- rée, il existe un espace un vide constant, mesuré dans le sens vertical dans la position des tubes des figs. 14 à 19 inclusivement et 21, entre le bord circonférentiel extérieur de la face d'extrémité et la surface du tube transversal.
On réalise de préférence empiriquement une forme d' outil coupant, en formant tout d'abord un modèle d'outil ayant cette forme, et on apporta à cette forme une ou plu- sieurs variantes ou modifications.
Sous ce rapport, il est entendu que le problème est un problème d'ordre pratique, et, étant donné que dans l' opération de soudure décrite ci-dessous les éléments sont appliqués l'un contre l'autre sous une pression élevée, le contact linéaire initial désiré qui est complet sur toute la circonférence sera obtenu même si la zone de contact initial n'est pas conformée pour épouser exactement l'élé- ment auquel l'extrémité du tube doit être soudée, car les parties hautes auront tendance à être aplaties par la pres- sion élevée.
En outre, l'espace ou vide constant prévu à pour but de permettre que le bord oirconférentiel extérieur s'applique contre la surface du tube transversal, pour don- ner à la soudure un bel aspect et éviter la présence de lé- gères fissures entre les deux parties ou éléments à l'en- droit de la soudure. Etant donné que les parties hautes du bord cirocnférentiel extérieur peuvent être aplaties pendant qu'élles l'opération de soudure etforment un léger bourrelet à l'en-
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droit de la ligne de joint ou de rencontre des surfaces des tubes, de légères erreurs peuvent également être présentes à l'endroit du bord oiroonférentiel extérieur.
Une forme appropriée d'outil coupant est représentée fig. 20, dans laquelle u est le rayon du faux outil 80, x la distance axiale par rapport au tube transversal 24 à partir d'un point zéro à l'intersection des axes des deux tubes, R le rayon de la surface extérieure du tube trans- versal 64, r le rayon de la surface intérieure de l'eg- trémité de tube 61, A l'angle entre les tubes, et t est l'épaisseur de paroi du tube 61.
Les figs, 22 à 29 représentent un mode préféré de fabrication de faux outils 80 et 90 qui ont la forme des outils coupants à utiliser, Dans ces représentations, on a choisi, dansun exemple, le cas d'un joint à 90 , tel que celui montré figs, 17 à 19, et, dans un second exemple, le cas d'un joint à 70 , tel que celui montré fig.
21, ces deux joints étant .formés entre des tubes de même diamètre, et, pour la commodité de la description, on supposera que ces tubes ont un diamètre extérieur de 25 millimètres et que l' épaisseur de la paroi de l'extrémité des tubes est de 3 millimètres
Dansle cas du joint à 90 , on fait tout d'abord un modèle 81 qui présente une grande extrémité cylindrique dont le diamètre est égal au diamètre extérieur de l'extré- mité de tube 61, et une petite extrémité cylindrique ayant un diamètre égal au diamètre intérieur de l'extrémité de tube 61,
et on coupe les deux extrémités de ce modèle à l' aide d'une fraise cylindrique qui fait les entailles sui- vant un rayon égal au rayon de la surface extérieure du tu-
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be transversal 64. Ceci donne à la petite extrémité du modèle 81 un bord circonférentiel qui a la forme de l'inter- section entre la surface intérieure du tube 61 et la surfa- ce extérieure du tube 64, et à la grande extrémité un bord qui a la forme de l'intersection entre les surfaces extéri- eures des tubes 61 et 64, 'Ensuite, comme montré fig. 26, on coupe une barre de métal sur un tour jusque ce qu'on ait obtenu une surface 82 qui vient en contact avec le bord de la petite extrémité du modèle 81.
Le plus petit diamètre de cette surface est toujours plus grand que lediamètre 2R (fig. 20) du tube transversal 64, et sa dimension détermine en partie la somme de jeu ou vide produit. On a trouvé convenable dans ce oas d'avoir comme plus petit diamètre 29 millimètres.
Le procédé de conformation par usinage tend à produire les erreurs les plus grandes dans la surface d'extrémité dé- sirée sur les côtés élevés de l'extrémité conformée du tube.
Pour assurer une compensation sur ces cotés élevés, par exem- ple de la face d'extrémité 60 présentée par l'extrémité 61 du tube, on enlève lesbiseaux 83 de la grande extrémité du modèle 81 pour abaisser les cotés élevés et obtenir un bord d'extrémité plus émoussé et plus arrondi, comme montré en traits pleins figs. 22 et 23. La quantité de matière enle- vée est déterminée par la forme de la surface 82 qui a été taillée par l'emploi de la petite extrémité du modèle 81, car on enlève de la matière du modèle 81, à l'endroit des biseaux 83 et du faux outil 80, principalement aux coins 84 (fig. 26), jusqu'à, ce que le bord circonférentiel de la grande extrémité du modèle 81 et la surface du faux outil sensiblement s'adaptent l'un sur l'autre.
Sur lefaux outil,
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oeoi entraîne principalement l'enlèvement des coins 84 pour former des surfaces de flanquement 85, mais peut légèrement changer la surface 82 sur les cotés pour obtenir des courbes lisses entre la surface 82 et les dites surfaces 85. Dans le présent cas spécifique, on a trouvé que les biseaux doi- vent être enlevés suivant une profondeur radiale plus grande d'environ 0 m/m 78.
En faisant varier leplus petit diamètre de l'outil coupant 80, que l'on suppose être supérieur à 29 millimètres on peut obtenir un jeu ou espace plus ou moins grand entre les bord circonférentiel 63 et la surface extérieure du tube
64, ce jeu ou espace étant mesuré, dans le cas d'un joint à angledroit, dans un sens parallèle à l'axe de l'extrémité
61 du tube. On réserve avantageusement un jeu ou espace égal à environ un quart de l'épaisseur de la paroi de l'ex- trémité 61 du tube, qui, dans ce cas, est d'environ 0 m/m
75 ou 1 m/m.
En utilisant un outil coupant conformé comme le faux outil 80 qui vient d'être décrit, et pour réaliser sur l'ex- trémité 61 du tube la compensation faite en enlevant les biseaux 83, l'extrémité du tube que l'on conforme est de préférence maintenue dans une paire d'organes de serrage 88 (montrés fig. 30) qui, sur la majeure partie de leur longueur s'adaptent sur la surface extérieure cylindrique de l'extré- mité 61 du tube, mais présentent, à leurs extrémités anté- rieures, une surface intérieure 89 qui épouse sensiblement la forme produite en enlevant les biseaux 83.
Les organes de serrage sont entaillés sur les côtés du tube 61, afin de réserver un espace pour le dit outil coupant, de faqon cime, lorsque les dite organes de serrage sont appliqués sur une
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extrémité non conformée 87 d'un tube, ils viennent en prise avec la surface extérieure de cette extrémité 87, seulement en des zones diamétralement opposées.
Lorsque ces organes de serrage sont appliqués, les parties 89 cintrent l'extrémité du tube 87 suivant une for- me quelque peu elliptique qui s'étend axialement par rapport au tube sur une distance relativement courte, et, avantageu- sement, pas au delà du fond de l'entaille qui doit être fai- te. L'extrémité 87 du tube étant ainsi maintenue dans les or- ganes de serrage 88, elle est amenée contre l'outil coupant (montré schématiquement en 86), qui forme une surface d' extrémité, telle que la surface d'extrémité 60 des figs. 17 et 18.
Lorsqu'on le désire, au lieu d'utiliser les organes de serrage 88, on peut tailler une surface d'extrémité sur l'extrémité du tuba sans la déformer, et meuler ensuite les biseaux produits, par exemple à l'aide d'un dispositif à meuler à courroie.
La même façon générale d'opérer qui vient d'être dé- crite dans le cas d'un joint à 90 entre des tubes de la même dimension, peut également être utilisée lorsqu'un joint doit être fait suivant un autre angle quelconque. Pour un joint à 70 , tel que celui montré fig, 21, on a représenté cette faqon d'opérer sur les figs.24, 25, 27et 29. Dans ce cas, on forme un modèle 91 de la même manière que précédem- ment, mais on dispose l'axe de l'outil coupant, cylindrique suivant un angle de 70 par rapport à l'axe du modèle 91.
On utilise alors la petite extrémité du modèle 91 pour for- mer une surface 92 sur un faux outil 90, en maintenant le modèle avec son axe approximativement à 70 par rapport à
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l'axe de révolution du faux outil 90, comme montré en lignes ponctuées sur la fig. 27. Une surface 92 est ainsi formée, qui suit la surface définie.
Pour enlever les biseaux 95 de la grande extrémité du modèle 91, on adopte la même façon générale d'opérer que précédemment, et on utilise le bord de cette grande extrémi- té pour poursuivre la formation du faux outil. Dans ce cas, il est également judicieux d'avoir comme plus petit diamètre 29 millimètres.
Dans lecas d'un joint presque à angle droit entre un tube transversal de 37 millimètres et une extrémité de tube de 25 millimètres, un plus petit diamètre égal à 55 m/m 5 convient parfaitement,
Le faux outil décrit ci-dessus pour le joint à 70 est utilisé comme guide pour la fabrication d'un outil coupant qui taillera une surface analogue à celle du faux outil, et cet outil coupant peut µtre employé pour fraiser des extré- mités de tube en vue de la formation de joints analogues à celui de lafig21. Comme dans lecas précédent, on préfè- re utiliser des organes de serrage correspondant aux organes de serrage 88 pour maintenir les extrémités des tubes à l' état légèrement déformé pendant l'opération de fraisage, mais on peut tailler ces extrémités de tube sans utiliser les dits organes de serrage,
et meuler ensuite les biseaux produits.
La troisième et dernière opération principale du pré- sent procédé est la soudure, Cette opération est réalisée dans une m,aohine à souder par résistance appropriée, aveo laquelle doivent être ordinairement combinés des moyens pour quantité régler la de courant de soudure appliquée, et notamment
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pour régler exactement la durée d'application de ce courant de soudure;
pour réaliser une opération satisfaisante, il est nécessaire d'appliquer le courant pendant des périodes de temps relativement courtes, ce qui ne peut être obtenu que par des moyens de contrôle sûrs et positifs.. Diverses dispositions mécaniques et électriques pour obtenir ce ré- glage de la durée d'application du courantde soudureexis- tent dans l'industrie et n'ont pas besoin d'être décrites ici. Parmi cessystèmes on peut mentionner lesystème
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"ihyratron" de la General Alectrie Company, ou le système "Ignitron" de la Westinghouse Electric Co.
En outre, une des électrodes de la machine à souder, avantageusement l'électrode supérieure, doit être mobile et être combinée avec des moyens par lesquelselle peut être pressée vers l'autre électrode fixe avec une pression consi- dérable, appliquée d'une manière telle que, pendant l'opéra- tion de soudure, elle oblige une des parties qui est soudée à suivre immédiatement la fusion du métal, qui sépare initi- alement cette partie de son siège final contre l'autre par- tie ou élément que l'on soude, par un mouvement vers ce siè- ge, et de façon que l'application de la pression suive elle- même ce mouvement et soit maintenue en principe constamment entre les éléments que l'on soude,
afin de réduire au mini- mum les risques de production d'étincelles ou d'un arc élec- trique qui peut résulter du fait que l'on ne maintient pas un contact constant entre les éléments à souder ensemble, Cette pression peut être obtenue en utilisant des organes élastiques, tels que des ressorts, dans le mécanisme par le- quel la pression est appliquée, et en disposant de préféren- ce ces ressorts près de l'extrémité du mécanisme par
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lequel la pression est exercée sur les éléments à souder, afin deréduire au minimum le;.,nombre desorganes dont l' inertie tend à retarder l'action immédiate de la pression qui suit la fusion du métal.
Des électrodes de soudure qui peuvent être utilisées avec une extrémité de tube qui a été conformée par refoule- ment pour former des pattes 22, sont représentées figs, 31 et 32, et des électrodes qui peuvent être employées aveo des extrémités de tube usinées, telles que l'extrémité de tube 61 des figs. 17 et18, sont représentées fig. 33.
Dans ces deux cas, l'électrode inférieure est oonsti- tuée par deux mors (30 et 31'sur les fig. 31 et 32) oonve- nablement conformés pour enserrer l'extrémité du tube et établir un bon contact électrique avec celle-ci sur une zone qui s'étend tout autour de sa circonférence et jusqu'à pro- ximité du bord périphérique de la surface d'extrémité 23.
Dans la disposition des figs. 31 et 32, dans laquelle le joint doit être fait près de l'extrémité d'un tube qui est assez grande on emploie de préférence une électrode su- périeure 34 pourvue d'un patin 33 qui s'étend à l'intérieur du grand tube. Des électrodes de soudure de ce type général peuvent être utilisées pour souder des joints avec des ex- trémités de tube refoulées, comme représenté, ou avec des extrémités de tube usinées.
Dans l'opération de soudure, comme dans la disposition des figs. 31 et 32, l'extrémité du tube est placée dans les mors 30 et 31, le tube 29 le plus grand est glissé sur le patin 33 de l'électrode 34, et cotte dernière est abaissée pour presser ce tube 29 contre l'extrémité saillante des pattes 22 qui fournissent le métal de soudure. La zone de
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contact entre ces pattes 22 et le tube 29 est relativement petite, et l'aire, en section transversale, du métal des pattes transversalement au sens suivi par le courant augmen- te progressivement aveo la distance, le long de ce chemin suivi par le courant, en s'éloignant de cette zone de con- tact, de sorte que la plus grande restriction dans le chemin du courant de soudure se trouve sensiblement à l'endroit de cette zone de contact.
La pression avec laquelle les élé- ments à souder sont pressés l'un contre l'autre sera oon- centrée à l'endroit de la zone de contact et facilitera l' obtention d'un contact complet sur la zone de contact dési- rée en aplatissant les irrégularités sur cette zone. Les éléments à souder étant ainsi pressés l'un contre l'autre, on fait passer dans les électrodes, pendant une courte pé- l'iode de temps, un puissant oourant de soudure, pour souder pratiquement instantanément les deux éléments,
Dans l'obtention des résultats les plu.s désirables par le présent procédé de formation de joints, l'action de soudage a lieu si rapidement que l'on n'a pu déterminer directement ce qui se produit.
Toutefois, des expériences prolongées faites avec le présent procéda conduisent la Demanderesse a croire que l'action de soudage peut à'expli- quer comme suit :
On a jugé qu'il est désirable d'employer une quantité importante de courant, pour la rais on que ce courant doit être suffisant pour faire fondre instantanément le métal à l'endroit de la zone de contact, notamment le métal rassem- blésur la surface de base del'extrémité conformée. En même temps que la fusion se produit, les deux éléments sont immédiatement rapprochés l'un de l'autre par la pression qui
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fusion suit la fusion, de façon qu'il y ait un contact oontinu entre eux, ce qui réduit au minimum les risques de produc- tion d'un .arc électrique.
A mesure que les éléments se rapprochent l'un de l'autre, une aire, en section transver- sale, progressivement plus grande du métal de soudure ras- semblé séparant la surface de base de l'extrémité de tube de la surface du tube transversal est amenée sur la zone de contact entre ces éléments, Ceci augmente la résistance méoanique au mouvement provoqué par la pression qui suit la fusion, diminue la résistance électrique à l'endroit de la zone de contact, et diminue ainsi l'effet de chauffage, de sorte que lorsque la fusion a commencé, il existe deux for- ces qui coopèrent pour ralentir le mouvement rapprochant les deux éléments l'un de l'autre, c'est-à-dire une augmentation de la résistance mécanique, et une diminution de l'effet de chauffage.
En outre, le courant ne passe que pendant une fraction de seconde, et il est avantageusement interrompu avant que la surface de base de l'extrémité du tubé affleure la surface sur laquelle la soudure est effectuée, car la chaleur est tout d'abord produite si rapidement que le chauffage n'a pas besoin d'être poursuivi pendant .toute la durée du mouvement des éléments à souder.
La dite augmentation progressive de l'aire, en section transversale, du métal rassemblé sur l'extrémité du tube sert également à empêcher la perforation de la paroi de l' élément sur lequel la soudure est effectuée, afin d'éviter de pousser simplement l'extrémité du tube à travers cette paroi au lieu de former une soudure aveo celle-ci, ainsi que cela s'est produit dans des tentatives antérieures fai- tes pour former des joints soudés entre une extrémité de tu-
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be et le côté d'un autre tube. Par suite, des joints sa- tisfaisants peuvent être formés sans supporter la parai du tube transversal, bien que des pièces puissent être insérées dans ce dernier pour donner de la résistance au joint.
Comme on le verra d'après l'explication donnée au, quantité sujet de ce qui se produit pendant la soudure, la de courant de soudure employée et la durée de son application ont une relation avec la dimension et la conformation de l'extrémité du tube, la pression qui suit la fusion, et elles peuvent son mode d'application, et elles peuvent varier avec letype de machine à souder utilisé.
Lorsque l'extrémité du tube un diamètre extérieur de 2.5',millimètres, la pression
900 à 1800 qui suit la fusion du métal peut être de 900 à 1800 kgs ,
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xx-rgtrxtcr,rC et le courant peut être de l'ordre de cent à plusieurs centaines de kilovolts-ampères appli- sous qués sous une sension inférieure à environ huit volts pendant une période d'un demi-cycle d'un courant à soixante cycles à une demi-seconde. Généralement, l'intensité du courant employé variera inversement avec la durée de son applica- tion.
Les conditions désirables pour Goule opération par- ticulière de soudage d'un joint peuvent être déterminées par expériences en tenant compte des principes et de l'ex- plication de l'aotion qui se produit, comme spécifié ioi, et elles seront indiquées par les exemples décrits ci- après .
Ainsi qu'il a été mentionné, un joint, tel que celui représenté figs. 14,15 et 16, entre une extrémité de tube 50 qui a été conformée par usinage, et un tube transver- sal plus grand 54, peut être soudé à l'aide d'électrodes
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analogues à oelles montrées figs. 31 et 32. Dans ce cas, l'extrémité de tube 50 est maintenue dans les mors 30 et 31 de l'électrode inférieure, qui s'adapteront avantageuse- ment oontre les cotés du tube jusqu'à environ 1 m/m 5 du bord extérieur 52, pour amener le courant à l'extrémité du tube, près de la partie à souder. En outre, cette dis- tanoe du bord 52 aux bords supérieurs des mors sera avanta- geusement la même tout autour du tube, afin d'éviter qu'une quantité plus grande de courant soit appliquée en une par- tie de la circonférence qu'en une autre.
L'électrode su- périeure 34 est alors abaissée pour presser le tube 54 contre l'extrémitéde tube 50 dans la position relative montrée fig. 15 Les deux éléments viendront en contact suivant une ligne qui coïncide aveo le bord intérieur 51 de l'extrémité de tube 50, et il existera un espace ou vide d'environ 0 m/m 75 ou @ m/m entre le bord extérieur 52 de cette extrémité de tube 50 et letube transversal 54. La soudure est alors effectuée de la manière déjà décrite, pour fomer un joint ayant l'aspect montré fig. 16, dans laquelle leséléments sont soudés ensemble autour de la circonférence entière de l'extrémité de tube 50.
Dans un joint satisfaisant obtenu par leprésent procédé, la surface extérieure de l'extrémité du tube s' étendra en principe jusqu'à la surface du tube transver- sal, et la soudure s'étendra sensiblement suivant leplan de la surface de base de cette extrémité de tube,
Les figs. 17, 18, 19 et 33 représentent la formatiDn d'un joint entre des tubes de même diamètre, avec l'extré- mité de tube 61 conformée par usinage, le tube transver- sal 64 étant renforcé conformément au procédé préféré.
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Les figs. 17 et 18 montrent les positions relatives des deux tubes avant soudure, et elles représentent également comment la surface du tube transversal 64 vient, en prise avec la face d'extrémité conformée 60 de l'extrémité de tube 61 à l'endroit de son bord circonférentiel intérieur 62,pour assurer un contact linéaire entre ces éléments;
les dites figures 17 et 18 montrent encore, à une échelle légèrement exagérée, comment le bord extérieur 63 de cette extrémité de tube 61 eau espacé de la dite surface du tube transversal 64, La fig. 33 montre une série d'électrodes qui conviennent pour souder des joints, tels que ceux re- présentés figs.17 à 19, entre des tubes de même diamètre, Comme dans la variante de la fig.
32, l'electrode infé- rieure 45 est avantageusement constituée par deux mors connectés électriquement, ensemble, conformés pour enserrer l'extrémité de tube 61 et assurer un bon contact électri- que avec cette extrémité sur une zone qui s'étend vers le haut jusqu'à proximité du bord de la face d'extrémité et est espacée de ce bord d'une distance sensiblement égale bout autour de l'extrémité de tube 61, L'électrode sapé- rieure 48 est formée pour s'adapter étroitement sur le tube transversal 64 sur une zone qui s'étend jusqu'à pro- ximité de l'endroit où la soudure doit être effectuée.
Dans ce cas également, la soudure est effectuée en
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u'ûilis.no un courant pra-ciquemenu instantané de fort am- pèrage, généralement de la manière précédemment décrite.
Pour souder avec des extrémités de tube usinées, uelles par exemple que celle montrée figs. 17, 18 et 19, l'expérience a démontré à la Demanderesse que la forme en coin à ground angle du métal rassemblé sur la surface de
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base de l'extrémité de tube 61, comme montré en coupe sur la partie droite des figs. 17 et 18, avec contact /linéaire entre les deux éléments sur lesquel on exerce une pression, a pour effet de placer la plus grande résis- tance dans lechemin suivi par lecourant à l'endroit de ce contact linéaire, de sorte que le passage initial du courant produis instantanément une grande quantité de cha- leur à l'endroit de ce contact linéaire.
Cette grande chaleur fait fondre le métal à l'endroit de la ligne de contact, notammen le métal du bord 62 plutôt que celui du tube transversal, etla pression qui suit la fusion a pour effet de forger lemétal des deux éléments. Etant donné que, lorsque ceci se produit, l'aire, en section transversale, du métal, à l'endroit de la soudure, augmen- te rapidement, en raison de la masse de métal beaucoup plus grande existant près de la base du métal en fonne de coin, et étant donné que la durée d'application du cou- rant est extrêmement ooarce, la plus grande masse de métal vers et à la base de la partie endorme de coin est chauf- fée à un degré relativement moindre,
et le mouvement des deux éléments l'un vers l'autre est arrêté avant que le bord extérieur 63 à la base du métal en forme de coin soit déformé d'une manière appréciable. En outre, l'emplacement du bord 62 de la partie en forme de coin près de l'inté- rieur de l'extrémité du tube, de façon que le chauffage se produise principalement en cet emplacement, tend à éviter tout refoulement vers l'extérieur de la matière de soudure pendant leforgeage, de sorte qu'il est inutile d'enlever cette matière au-cour du bord extérieur 63 de l'extrémité du tube après que la soudure est terminée . Cette même con-
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dition tend à éviter le surchauffage des surfaces exté- rieures contigues au joint, et tend ainsi à éviter d'abimer ces surfaces et d'avoir à effectuer des opérations de fi- nissage après soudure.
La protection de la surface extérieure de 1'extrémité de tube sembleÊtre sensiblement facilitée dans les extré- mités de tube renforcées que l'on emploie de préférence, notamment lorsquecette extrémité de tubeest conformée par usinage, du fait que la zone de contact où, la plus grande partie de la chaleur de soudure est produite, est formée par le métal de la pièce insérée, car la transmis- sion de la chaleur de cette pièce insérée au tube extérieur est en partie gênée par les petits espaces d'air existant aux bases des parties molettées ou autres Saillies présen- tées par la surface de la pièce insérée.
On a donné ci-dessous quelques exemples d'applica- tion du présent procédé dans la formation de joints : Exemple 1 : Joints entre des tubes renforcés ayant un dia- mètre de 5 m/m.
Dans un tube en acier doux ? 19, ayant un diamètre extérieur de 27,m/m ., on Introduit des pièces de renfor- cement ayant une longueur de 114 m/m et faites d'un tube N 16 ayantun diamètre extérieur de 24 m/m et présen- tant une surface extérieure molettée formant des saillies à facettes de 1 m/m 5. Ces pièces insérées -tant mainte- nues en place, le tube a été réduit par matriçage à un diamètre extérieur de 25 m/m. Ceci a eu pour effet d'en- foncer les saillies présentées par la surface extérieure molettée des pièces de renforcement dans la surface inté- téieure du tube extérieur, et d'assujettir solidement en
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position les di-ces pièces de renforcement.
Le tube a été ensuite coupé transversalement à travers la partie cen- trale de certainesdes pièces de renforcement insérées.
Les extrémités de tube produites par ce découpage ont été ensuite usinées à l'aide d'une fraise conformée comme le faux outil 80 représenté fig. 28, afin de produire sur ces extrémités de tube des faces d'extrémité analogues à celle montrée figs. 17 et 18. Plusieurs joints furent faits à l'aide de ces extrémités de tube conformées.
Dans cette opération(qui, pour la clarté, sera décrite en réfé- rence aux figs. 17, 18,19 et 33), une extrémité de tube 61 a été placée dans les mors de l'électrode inférieure 45, et un tube transversal 64 a été disposé transversale- ment à l'extrémité de tube conformée 61, avec la pièce de renforcement du tube 64 recouvrant cette extrémité de tube conformée, et l'électrode supérieure 48 a été abaissée contre ce tube transversal 64,
Le tube transversal 64 était perpendiculaire à l' extrémité de tube 61, il était en prise avec la face d' extrémité60 à l'endroit deson bord intérieur 62, et sa surface était située, axialement par rapport à l'extrémité de tube 61, à une distance d'environ 0 m/m 75 ou 1 m/m du bord périphérique extérieur 63 de cette face d'extrémité 60.
Dans la machine à souder utilisée, l'électrode su- périeure 48 était disposée pour être abaissée avec une force
900
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d'environ MiS kgs. ,KXXKKK6ta&&xa:XB:xxE: et cette force était appliquée d'une manière constante par la réaction d'un étaient élastique sous tension, tel qu'un groupe de ressorts. Cette pression élevée était destinée à aplatir toutes les saillies présentes par le bord 62 ou par le
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tube Transversal 64 et à assurer un contact complet au- tour de ce bord 62.
Dans la formation des divers joints, les caractéris- tiques du courant et la durée d'application de ce courant ont été modifiées, mais les autres conditions ont été main- tenues approximativement les mêmes. Les données en ce qui concerne certaines de ces opérations, aussi précises qu'elles ont pu être déterminées. sont indiquées dans le tableau ci-dessous :
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<tb> Primaire <SEP> Secondaire
<tb> Temps <SEP> en <SEP> Courant <SEP> lension <SEP> Courant <SEP> ïension <SEP> K.V.A.
<tb> cycles <SEP> d' <SEP> I <SEP> E <SEP> I <SEP> E <SEP> (kilovoltsun <SEP> courant <SEP> p <SEP> p <SEP> s <SEP> s <SEP> ampères)
<tb> à <SEP> 60 <SEP> cycles
<tb>
<tb> 8 <SEP> 1/2 <SEP> 595 <SEP> 196 <SEP> 40500 <SEP> 2.88 <SEP> 116
<tb>
<tb> 8 <SEP> 1/2 <SEP> 825 <SEP> 189 <SEP> 46000 <SEP> 3.26 <SEP> 156
<tb>
<tb> 7 <SEP> 1020 <SEP> 180 <SEP> 53000 <SEP> 3.46 <SEP> 184
<tb>
<tb> 7 <SEP> 910 <SEP> 186 <SEP> 50000 <SEP> 3.4 <SEP> 169
<tb>
<tb> 6 <SEP> 1150 <SEP> 176 <SEP> 56000 <SEP> 3.59 <SEP> 202
<tb>
<tb> 5 <SEP> 895 <SEP> 297 <SEP> 60000 <SEP> 4.36 <SEP> 266
<tb>
<tb> 4 <SEP> 895 <SEP> 297 <SEP> 60000 <SEP> 4.36 <SEP> 266
<tb>
<tb> 3 <SEP> 990 <SEP> 294 <SEP> 64000 <SEP> 4.52 <SEP> 291
<tb>
<tb> 2 <SEP> 1530 <SEP> 271 <SEP> 79500
<SEP> 5.2 <SEP> 415
<tb>
<tb> 1 <SEP> 1/2 <SEP> 1190 <SEP> 396 <SEP> 80000 <SEP> 5.83 <SEP> 470
<tb>
Les joints produits dans cette série d'opérations étaient tous satisfaisants, mais ceux formés avec une durée d'application plus courte du courant avaient une apparence un peu meilleure que ceux formés avec des durées d'application plus longues du courant. Avec les durées d'application plus longues du courant la surface du joint avait un aspect plus coloré, et un petit bourrelet était formé à l'endroit de la ligne de joint, ou de rencontre des
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surfaces extérieures des deux tubes.
Dans des joints tels que ceux de l'exemple 1, où le tube transversaL est renforcé et où, une électrode in- térieure peut être utilisée, la soudure peut s'étendre jasqu'à la pièce insérée dans ce tube transversal et peut former un joint; dans lequel les deux pièces insérées et les deux tubes sont tous soudés ensemble , car le courant est alors appliqué plus directement à la pièce insérée dans le tube 'crans versai, Exemple 2 : Tube de 25 m/m conformé par refoulement en un tube de 37 m/m,
Un tube renforcé a été formé et coupé pour produire des extrémités de tube, comme dans l'exemple 1.
Une ex- trémité de cube ainsi produite a alors été placée dans une paire de mors analogues à ceux des fig. 2 et 3, avec une longueur d'environ 4 m/m 5 de tube au-dessus de la surface supérieure de ces mors, et avec les deux fentes formées dans la pièce insérée disposées sensiblement dans un plan axial perpendiculaire au plan axial des deux cavités for- mant pattes de l'électrode-matrice supérieure. L'électro- de-matrice supérieure a été ensuite abaissée contre l'ex- trémité du tube et pressée contre celle-ci avec une force
1800
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d'environ o kgs,.x:x Un courant alter- natif de soudure d'environ 115 kilovolts-ampères fourni par une machine de 150 kilovolts-ampères, a été alors en- voyé dans les électrodes pendant une durée d'environ une demi-seconde.
Ce courant a chauffé le métal à l'extrémité du tube et l'aamolli suffisamment pouf permettre que la pression exercée sur la matrice supérieure ferme les ma- trices et forge l'extrémité du tube pour lui donner la for-
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me des cavités de la matrice, qui ont été conformées pour produire une extrémité de tube analogue à celle des figs.
5 et 6.
Le tube a été ensuite enlevé, et placé dans les mors 30 et 31 d'une électrode à souder, telle que cellemontrée figs.31 et 32. Un tube plus grand, ? 11, ayant un dia- mètre extérieur de 37 m/m, a été alors glissé sur le pa- tin 33 de l' électrode supérieure 34, et cette électrode a été abaissée pour presser les deux éléments l'un contre l'autre avec une force de 1800 kgs.
Un courant de soudure ayant les mêmes caractéristiques que dans l'opération de refoulement, a été envoyé dans les électrodes pendant une même période de temps, pour faire fondre les pattes présentées par l'extrémité de tube et permettre que les deux pièces s'appliquent l'une contre l'autre et qu'elles soient soudées ensemble dans levoi- sinage des pattes.
Dans la description qui précède, l'invention a été décrire comme étant appliquée à un tube en acier doux, mais elle est également applicable à des tubes faits de nombreux autres moraux. Certains métaux qui jusqu'ici ont été extrêmement difficiles à souder peuvent être sou- dés grâce au présent procédé, et avec des tubes formes de tout métal pouvant être ainsi soudé, il suffira d'apporter les modifications qui son nécessaires pour satisfaire EUX caractéristiques de soudure du métal particulier utilisé.
Avec des tubes formés de matières qui sont diffici- les ou mêmes impossibles à souder par soudure par résis- tance à 1aide du présent procédé, comme par exemple cer- tains genres d'aciers spéciaux ou à teneur élevée en car-
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bone, la présente invention peut encore être employée, car des pièces de renforcement choisies pour satisfaire à des caractéristiquesde soudure données peuvent être so- lidement unies au tube et-ces pièces de renforcement peu;- vent être ensuite soudées à un tube transversal.
Il esu donc possible, grâce à la présente invention, de former des éléments de construction constitués par des tubes choisis principalement au point de vue de leur as- pect ou de leurs qualités en ce qui ooncerne la construc- tion, et seulement incidemment au point de vue de leurs caractéristiquede soudure, et de fabriquer à l'aide de ces éléments des articles en utilisant des pièces de ren- forcement insérées choisies pour leur bonne qualité en ce qui concerne la soudure.
On retrouve un cas de ce genre en utilisant cer- -Gaines qualités de tubes en aoier inoxydable. Dans ce cas, on peut utiliser des pièces de renforcement 11 en acier doux, et lorsque le cube en acier inoxydable est plus dur que la pièce de renforcement, ces pièces sont trempées en surface, par exemple par cyanuration, avant de les introduire dans le tube plus dur. Ceci a pour ef- fet de tremper les pointes ou saillies 12 présentées par la pièce de renforcement, de sorte que lorsque le tube est réduit à la dimension voulu, les dites pointes pu saillies 12 s'enfoncent dans le tube extérieur.
On a donné ci-dessous un exemple d'application de la présente invention avec un élément tubulaire en acier inoxydable, dans le cas où. les deux .tubes à réunir ont la même dimension.
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Exemple 3.
Des pièces de renforcement découpées dans un tube en acier doux, ayant un diamètre de 24 m/m et une longueur de 114 millimètres, ont été molettées sur leur surface ex- térieure de façon à présenter des saillies à facettes de 1 m/m 5, et ont été oyanurées pour tremper les dites saillies, Ces pièces de renforcement ont été ensuite introduites dans un tube en acier inoxydable "18-8", (dest-à-dire un acier inoxydable contenant du chrome et du nickel, de préférence environ 18 pour cent de chrome et environ 8 pour cent de nickel), ayant un diamètre extérieur de 27 m/m , et le tube a été réduit à un diamètre extérieur de 25 m/m,
pour enfon- cer les dites saillies dans l'acier inoxydable et réunir solidement le tube et les pièces de renforcement introduites dans ce dernier. Le tube a alors été coupé environ au cen- tre d'une des pièces de renforcement.
Une extrémitéde tube ainsi produite a étéensuite conformée par refoule,ment, en la plaçant entre des électro- des-matrices conformées pour former une face d'extrémité analogue à celle de la fig. 11, dans une machine à souder de 150 kilovolts ampères, et la refouler de la manière spé- cifiée dans l'Exemple 2, en utilisant environ 15 oycles d' un courant à 60 oycles et la totalité des kilovolts ampères de la machine.
On a ainsi obtenu une extrémité de tube conformée comme celle montrée fig. 11, qui a été alors utilisée avec un autre tronçon renforcé du même tube pour former le joint soudé représenté figs. 9 et 10.
En formant ce joint soudé, les électrodes utilisées ont été, d'une manière générale, analogues à celles de la
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fig. 33, et le courant de soudure a été approximativement le même que celui employé dans l'opération de refoulement.
La soudure a été effectuée principalement dans le voisinage des deux pattes 22, et la pénétration de la soudure en ces points a été suffisante pour souder la pièce de renforce- ment,introduite dans le tube transversal, à ce dernier et relier ainsi ensemble les deux tubes et les deux pièces de renforcement.
D'autres extrémités de tube en acier inoxydable, pro- duites d'une manière analogue, avec des pièces de renforce- ment en acier inoxydable, ont été conformées par usinage, comme dans l'Exemple 1, et des joints ont été faits entre elles et d'autres tubes en acier inoxydable. Dans ces opé- rations, les conditions étaient les mêmes que celles spéci- fiées dans l'exemple 1, mais avec des périodes d'application du courant plus courues et une pression environ deux fois plus grande.
Les joints formés à l'aide d'extrémités de tube usinées utilisant ces conditions étaient plus satis- faisant$ que ceux formés avec des extrémités de tube oonfor-' mées par refoulement, notamment pour la raison que les sur- inoxydable faces en acier inoxydable étaient moins colorées, et du fait que les durées d'application plus courtes du courant rédui- sent au minimum les changements produits par le chauffage dans le grain et la résistance de la soudure.
Un examen microscopique des soudures décrites ci-des- sus et obtenues par le procéda qui précède, montre que la soudure a été effectuée sur les parties superficielles des éléments métalliques opposés et a été limitée en principe aux parties superficielles de ces éléments, et, en outre, que les "lignes de chaleur", c'est à dire les lignes entre
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les grains qui ont été influencés et.- ceux qui n'ont pas été influencés par la température de soudure, sont si- tuées dans le corps des deux éléments métalliques à une dis- tance de quelques fractions de centimètre, par exemple 0 m/m 75 à 1 m/m 25, des surfaces opposées.
Ainsi, il s' agit d'une soudure "superficielle" et, étant donné qu'elle a été effectuée par résistance, il s'agit d'une "soudure superficielle par résistance".
Le terme "annulaire" tel qu'il a été employé dans cet- te spécification, au sujet de la surface d'extrémité d'un élément tubulaire, est destiné à comprendre une figure fer- mée, belle qu'un cercle, un rectangle ou un polygone.
Dtaprès ce qui précède, on voit qu'à l'aide de la pré- sente invention des joints soudés par résistance peuvent être formés directement entre une extrémité de tube et la surface d'un autre élément, particulièrement le coté d'un que l'on ait autre tube, sans beosin d'effectuer des opérations préliminaires sur cet autre élément ou tube, - que les joints produits sont résistants et élastiques et qu'ils sont obtenus sans formation d'une matière de soudure préju- diciable autour des bords du joint, 4e sorte qu'il n'y a pas besoin d'avoir recours à des opérations de finissage, et que la dite invention permet de former des joints de ce genre entre des tubes qui ont été jusqu'ici difficiles ou impossibles à souder.
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"Improvements to the processes to join parts together".
The present invention relates to the manufacture of tubular parts, and particularly to a process for forming welded joints between sections of tubing.
It is the object of the invention to increase the utility of building tubes in the manufacture of various articles, using a simple and inexpensive process of forming effective joints between sections of such tubes, and to enable to reduce the weight of the manufactured article by preferably reinforcing these joints so that adequate strength can be obtained with lighter tubes.
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The invention relates more especially to a method of forming, by electrical resistance welding, joints between one end of a cube and another part, particularly the side of another tube, which process is rapid, suitable for being produced industrially and which minimizes, during welding, the change in characteristics
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eristics and appearance of the metal at and near the weld;
this process also makes it possible to preserve the strength of the tubes, to give them their final finish before the joints are made, and to reinforce the tubes, preferably by using tubular pieces which are inserted into them, so that these parts cooperate in the formation of the joints to facilitate it, reinforce the joints obtained and distribute the efforts to move them away from the weld in order to give elasticity to the joints. The invention also aims to ensure the formation of joints effective having the desired strength by welding mainly with metal inserted reinforcement pieces, so that joints can be formed between tubes made of difficult to weld material by employing inserted reinforcement pieces formed from a appropriate material.
The present method can be used with many kinds of tubes formed of many different materials, including any metallic material which is capable of being electrically resistance welded. For example, the tubes employed may have a circular, elliptical, or square cross section, and they may be formed of steel having a low, medium or high carbon content, special steel or stainless steel, aluminum. -
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minium, or aluminum alloys.
These tubes can be seamless tubes, or autogenous or electrically welded tubes. In its preferred embodiment, the present method of forming joints between one end of a section of tubing and another part comprises three main operations.
In the first operation, which can sometimes be omitted, the body of the tube is made thicker at the places where the joints will be formed, advantageously by inserting tubular parts therein, or by upsetting; in the second operation, one end of the tube is suitably shaped, and in the third operation this shaped end of the tube is welded to another part,
The thickening of the body of the tube can be effected by any suitable method, for example by upsetting, or, preferably, by inserting tubular reinforcements therein.
The tube body is made thicker in order to obtain a tube end having an area, in cross section, sufficient to perform the subsequent welding operation, and to increase the resistance of the tubes at the location. joints. It is preferred to carry out this operation by reinforcing the tubes, in the desired places, with the aid of a piece which is inserted therein and which has a rough surface the protruding parts of which are embedded in the surface of the tubes.
This preferred way of operating is advantageous for the reason that it allows to obtain a tube end formed of concentric sheets, which are connected together by a good physical and electrical connection.
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but only ensure a relatively weak electrical conductivity, so that the sheets do not slip, that they easily ensure the passage of electricity from one to the other, but that they delay the passage of the warmth of one to the other,
Regardless of how the body of the tube is made thicker, it is also desirable to avoid localizing forces at the ends of the parts which are made thicker;
this can be achieved, in the upset thickening process, by gradually decreasing the thickening at the end of the thickened part, or, in the process which uses tubular reinforcements, gradually decreasing the reinforcement at the ends. inserted parts, for example by slitting or tapering the ends of these inserted parts. When the inserted parts are located at intermediate points in the tube, then the reformed tube can be cut at the location of the centers of some or all of the inserted parts, so as to obtain construction elements of suitable length. ble, with reinforcements at one or both ends, and at any other desired point.
The ends of the tubes, made thicker, are then suitably shaped with joints to be used in the subsequent welding operation.
The operation of shaping the ends of the tubes can be carried out either by upsetting or by machining.
The purpose of the shaping operation is to obtain a shaped end providing a given quantity of metal suitably shaped and located at the desired place for the wandering used in the welding operation, this metal present.
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as a surface that fits over the surface to which the end of the tube is to be welded.
These quantities of metal are shaped to form between the end of the tube and the part to which it is to be welded, an initial contact zone which is preferably narrow and, in any case, much less than the area, in cross section. - versal, from the end of the tube, and which extends radially inwardly from the outer surface of the end of the tube, to avoid any displacement of this outer surface and to minimize back-flow - welding metal beyond the edge of the base surface during welding.
The weld metal has the general shape of a continuous annular bevel or rim presented by the base surface of the end of the tube, preferably to form an uninterrupted cirocnferential linear contact area, but the continuity of this rim may be interrupted, so that this weld metal takes the form of a series of angularly spaced segments from one another, with portions of the overlying base face exposed between said segments.
The non-contacting parts of the end surface are shaped so as to be spaced a short distance from the opposite surface when the parts are initially in contact. This distance is so small that the parts can move closer to each other and substantially close the space or void existing between them during the welding operation.
In the welding operation, a shaped end of the tube and the cross tube or other member to which it is to be welded are arranged so as to be in
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contact each other on the small contact zone obtained by the conformation, and they are strongly pressed against each other in such a way that when the metal gathered, which initially separates the base surface the end of the tube and the other element is melted, the pressure forces the parts to follow rapidly the melting of this collected metal and brings the said parts closer to one another. A current of practically instantaneous welding between the parts.
Welding occurs almost instantaneously, and usually with very high speed, discharging small particles of molten metal in the form of sparks.
Good welds can be made by this process without substantially changing the appearance or shape of the outer surfaces of the joint, so that the tubes can be given their final finish before the parts are joined. Further, this method avoids pressure backing of the solder material around the edges of the weld, and limits the backflow which may occur to a thin layer which can be easily removed.
In joints obtained by this process, the outer surface of the end of the tube extends evenly to the surface of the part to which that end is welded, so that the joints will normally have a finished appearance after being welded,
For convenience, the invention is described throughout the specification and is shown in the drawing as being applied to tubes having a circular cross section, but it is also generally applicable to tubes having a circular cross section. another form in transverse section.
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The invention is shown in the accompanying drawing, in 1 equel:
Fig. 1 is a partial side view of a section of tube, with parts broken away to show two reinforcing pieces inserted in position, the upper and lower parts respectively of the figure showing the conditions which exist at different points in a shape. reinforcement.
Figs. 2 and 3 show somewhat schematically a series of upsetting dies, in the open and closed positions, respectively, for upsetting or forging tube ends to give them the desired conformation.
Fig. 4 shows a welded assembly, with two welded joints obtained with laminated tube ends which have been shaped by upsetting, the upper joint being torn off to show this joint in section.
Fig. 5 is an end view of a tube end formed by upsetting and ready to be welded to another tube, with two tabs of weld metal joined together.
Fig. 6 is a side view of the end of the tube shown in FIG. 5, with parts broken away to show a sectional wall.
Fig. 7 is a view similar to FIG. 5, but showing one end of a tube with four legs.
Fig. 8 is a side view of the end of the tube shown in FIG. 7.
Fig. 9 is a side view of a T-joint between laminated tubes of the same diameter, with parts broken away and shown in section.
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Fig. 10 is a section taken along line 10-10 of FIG. 9.
Fig. 11 is an elevation of the upset end of tube used in the joint of FIG. 10.
Fig, 12 is a side view of one form of inserted reinforcement piece, showing a knurled outer surface, and modified arrangements of the slots at the ends of said piece.
Fig. 13 is a section, on a larger scale, of a reinforced tube, showing the end of an inserted part and how the slits make it possible to reduce the dimension of this part in the slit part of its length to decrease gradually at the end of said part the reinforcement provided by the latter.
Fig. 14 is a side view of a tube end which has been shaped by machining, and it shows in section a larger tube to which this tube end is to be welded, the two tubes being shown in the relative positions as 'they take before being brought together to be welded.
Fig. 15 shows the same tubes as in fig, 14, but in the positions they take just before the welding operation begins.
Fig. 16 is a view similar to FIGS. 14 and 15 but shows the two tubes after the weld is complete,
Figs. 17, 18 and 19 are three views of a pair of tubes of the same size in the positions they take before welding and after being welded; FIG. 17 being a section taken along line 17-17 of fig, 18,
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fig. 18 being a section taken along line 18-18 of FIG. 17, these two views showing the tubes in the positions which they take just before the welding operation begins, and FIG. 19 being a section similar to FIG. 17, but showing the tubes after welding.
Fig. 20 schematically shows the general shape of a cutter used to shape the ends of tabes.
Fig. 21 shows a pair of tubes in the forward welded position for an acute angle joint, parts being broken away to show in section the walls of the end of the tube.
Figs. 22, 23, 26 and 28 show various operations in a method of forming a cutting tool to obtain a right angle joint.
Figs. 4, 25, 27 and 29 analogous operations in a method of forming a cutting tool for obtaining an acute angle joint.
Fig. 30 shows the instructions for using a cutting tool, and also shows one form of clamps used in this manual.
Figs. 31 and 32 show respectively, in the positions before and after welding, a series of electrodes for obtaining a weld in which the joint is made between a reinforced end of tube which has been shaped by upsetting, and a larger tube of sufficient diameter to allow the use of an electrode inside this larger tube, fig. 32 being a section taken along line 32-32 of FIG. 31.
Fig. 33 is a section of a series of electrodes
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in the position they occupy after welding and which can be used to weld a joint between tubes of the same diameter, and in which the end of the tubes is shaped by machining.
The present method of tubular construction can be used with unreinforced tubes if these have walls of sufficient thickness, but it is advantageously used with tubes whose walls have a smaller thickness and whose body. is suitably thickened either by upsetting or by lamination. Therefore, obtaining a thickened tube end is advantageously the first major operation of the present process, and it is preferred to be carried out by inserting into the tubes. tubes of the tubular parts, a suitable embodiment being shown in fig. 1.
As shown in the upper part of fig. 1, inside a tube 10 having a dimension slightly larger than that desired in the finished element, one or more tabular reinforcing pieces 11 can be inserted. At least one of the contacting surfaces between the inserted reinforcement piece 11 and tube 10, and advantageously the outer surface of this piece 11, is knurled or roughened in some other way, preferably so as to obtain ribs or projections 12.
The inserted parts 11 may have slits 13 at their ends. Several of these inserts 11 can be placed in a single section of tube 10, and they are arranged at points where it is desired to obtain additional resistance, for example at the ends, or at the points where it is intended to. cut tube 10 to obtain
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components of the desired length and with reinforced ends.
These various inserts are properly held in the desired positions, and the entire tube 10 is hammered or squeezed to reduce it to the desired size (shown in the lower part of Fig. 1) and to form a satisfactory physical bond. and good electrical contact between the tube and the insert by embedding the projections 12, presented by the latter, in the interior surface of the tube 10. This operation can even reduce the size of the insert itself. however, the protrusions or protrusions 12 may not be fully sunk, since the presence of a small air space at the base of these protrusions or protrusions 12, as shown in fig. 13, is desirable to reduce heat transmission from the inserted part to the tube.
Adjacent surfaces of the tube and the insert should be clean and free from scale or other poor conductive substance, to allow the depression of the spikes or protrusions 12 to establish good electrical contact between the tube and the insert.
This method of reinforcement ensures a satisfactory connection or link between the tube and the part inserted over the greater part of the length of the latter, but, at the ends of oelle-oi, as shown in fig. 13, where. the slots 13 allow the inserted part to give way or flex slightly, the link or tie gradually becomes less narrow, and the penetration of the spikes or protrusions 12 into the surface of the tube 10 is progressively less until at end of the inserted part
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the tips or projections 12 will penetrate very little or not at all.
The connection becoming progressively less narrow thus produced at the ends of the reinforcing pieces, as well as the presence of the slots themselves will distribute the forces at these ends and prevent these latter from being located at the place of the joint in the tube. 10.
When the size of the tube has been reduced, it is cut into sections of the desired length, as indicated for example by line AA The cutting lines can be curved or straight, and they can be perpendicular to the axis of the tube 10, or form an angle with respect to this axis, depending on the characteristics of the joint which will be formed by the ends obtained by cutting the tube 10.
The tube ends of suitable thickness can also be obtained by an upsetting or forging operation analogous to the process described below to obtain a shaping by upsetting, and; when both thickening and shaping are effected by upsetting, they can be achieved in one operation. Tube ends made thicker by lamination can also be obtained by methods other than that which has just been described. For example, tubular parts inserted and roughened can be slipped into a tube and spread or pressed into the end of a tube, to reinforce this end; although the inside of the tube may be roughened, and smooth pieces may be inserted therein.
The second main operation of the present process
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consists of suitably shaping the ends of the tubes to obtain the desired conformation for the welding operation. Although many figures of the drawing show this operation as being carried out using tube ends made thicker by the use of inserted tubular pieces, it is understood that the description will apply in a way. general at all ends of tube of suitable thickness.
The shaping can be carried out either by an upsetting operation or by a machining operation.
The upsetting operation can be carried out by forging the end of the tube to give it the desired shape, preferably in matrices constituting electrodes. In this operation, a common type resistance welding machine was employed, which comprises a fixed lower electrode holder, and an upper electrode holder which can be moved towards the fixed electrode holder by means of a mechanism comprising some means, such as a spring, for pressing the holder. upper electrode to lower electrode with high pressure.
Using this machine for the operation of pushing back the end of a tube, as shown in figs. 2 and 3, one end of a tube is placed between jaws 15 and 16, which together form the lower electrode.
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are carried by the lower electrode holder and meet on the sides of the tube with a gap between them which is not greater than a few hundredths of a centimeter, The two jaws 15 and 16 are electrically connected together and their upper surfaces are notched all the way through the tube to form a die cavity 18. Above
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these jaws forming a matrix 15 and 16, there is disposed a mobile electrode-matrix 17 carried by the upper electrode holder and having a matrix cavity 19.
The jaws 15 and 16 and the upper matrix-electrode 17 are made of copper, or copper alloys, such as those used for soldering electrodes, and they can be combined with means to cool them, for example by y forming passages for cooling water.
The position of the end of the tube in the die forming jaws is such that sufficient metal is present above the jaws to fill die cavities 18 and 19 as this metal is forced up and down. matrices are closed. To perform the upsetting operation, die 17 is lowered against the end of tube 10 with a fairly high pressure, and a welding current is passed between the electrodes and through the material of the tube and workpiece. combined reinforcement.
This current softens the end of the tube to such an extent that the pressure exerted on the die 17 makes it possible to apply the latter against the die formed by the jaws 15 and 16, and to forge the end of the tube to give it the shape die cavities 18 and 19. When using laminated tube ends, the discharge stream also at least partially welds the ends of the tube and the insert reinforcement together. The current is carefully controlled so that its application occurs in a short period of time which may end before die 17 completes its downstroke.
Its characteristics, duration and extent of its application, as well as the pressure exerted on the matrix-electrode
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top 17 are interrelated to give the end of the tube the desired smooth configuration and wall thickness, and vary with the characteristics and size of the tube and the inserted reinforcement piece.
The current and the pressure employed, and their mode of application will necessarily be determined by carrying out tests, but they can, in general, conform to the conditions given below.
The upsetting operation makes it possible to obtain a number of different end shapes, such as those comprising beads 21 of various shapes, intended to be used either alone or around joints. Essentially, however, this upset conformation provides an end which is suitable for the welding operation, and has an end surface 23 shaped to fit over the part or element to which the end of the tube is to be welded. with a quantity of weld metal on and protruding above this end surface 23.
This weld metal may take the form of two or more tabs 22 which leave segments on the exposed end surface 23; as well /. the ring of tabs 22 may be continuous so that the weld metal takes the shape of a rim similar to that formed by the machining operation described later. Said weld metal must be shaped to come into contact with the member to which the end of the tube is to be welded over a contact area which is relatively small.
It is preferable to have only a narrow contact area, but where a very strong weld is desired, a somewhat larger contact area may be used.
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of, such as that provided by the legs 22 of FIGS. 5 and 6, The cross-sectional area of the weld metal, that it affects the form of legs or. of a rim, advantageously increases progressively towards the end surface 23, and the contact zone provided by this weld metal should preferably extend inwardly from the outer circumferential edge of the surface d 'end 23.
The bead 21, while being very decorative, also serves to widen the base surface of the end of the tube, to allow the weld to extend over a larger area, and, when a strong tube is employed, it may be employed alone to make the end of the tube thicker and ensure a large weld area, so that the weld may be in proportion to the strength of the tube.
As shown in fig. 8, wherein the upset metal takes the form of four legs 22, both the contact area at the ends of the upset weld metal and the base surface 23 are shaped to substantially conform to the surface (shown by a dotted line) of the tube or other element to which the end of the tube is to be welded, and the small area of contact between the ends of the tabs 22 and said surface (indicated by a dotted line) extends inwards at from the outer edges of the base surface 23.
By the use of tabs 22, the upset weld metal can be disposed circumferentially with respect to the tube in any desired position, so that the subsequently formed weld is placed in a similar desired position. Thus, as shown in fig. 11, wherein the base surface 41 is formed to conform to a trans-
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versal 40 of the same dimension as the tube 10, the two tabs 22 can be located at the bottom of the oonoave end surface 41, so that the welding is carried out mainly in this vicinity and is avoided at the location of the thin top edges of the tube 10.
It will also be noted in FIG. 11 that a bead 42 can be formed which has the maximum thickness only at the bottom of the concave end surface 41 and which decreases in thickness until it disappears completely at the end of the tube.
The method of machining tube ends is of particular utility when it is desired to shape the end of the tube to have a circumferentially continuous rim of weld metal and to achieve a narrow initial contact area. between the elements, as is shown for joints at right angles between tubes of different dimensions in figs. 14 and 15, between tubes of the same dimension in figs. 17 and 18, and for the acute angle joint between tubes of the same dimension in 'fig. 21.
In such a desirable conformation of the tube ends, the base surface is in principle completely covered, and the contact area is narrow, being advantageously located at the inner oroonferential edge of the tube end. .
As shown in figs. 17-19, both this contact area 62 and the outer circumferential edge 63 of the end face are shaped to conform to the surface to which the end of the tube is to be welded, and the flange 62 protrudes , relative to the outer oircon- ferential edge 63, generally a distance equal to about a quarter of the wall thickness of the end
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of the tube. When a No. 19 tube is used with a No. 14 reinforcing piece inserted, so that the total thickness is about 3 millimeters, it has been found advisable to push the contact area 62 back a distance of 1. Order from Om / m 75 to lm / m.
In the preferred end surface there is a constant vacuum space, measured vertically in the position of the tubes of Figs. 14 to 19 inclusive and 21, between the outer circumferential edge of the end face and the surface of the cross tube.
One form of cutting tool is preferably made empirically, by first forming a model of a tool having that form, and one or more variations or modifications made to this form.
In this connection, it is understood that the problem is a practical one, and since in the welding operation described below the elements are pressed against each other under high pressure, the desired initial linear contact which is complete over the entire circumference will be obtained even if the initial contact area is not shaped to exactly match the element to which the end of the tube is to be welded, as the upper parts will tend to be flattened by high pressure.
In addition, the constant space or void provided for the purpose of allowing the outer orconferential edge to be applied against the surface of the cross tube, to give the weld a good appearance and to avoid the presence of slight cracks between. the two parts or elements at the place of the weld. Since the upper parts of the outer cirocnferential edge can be flattened during the welding operation and form a slight bead at the end.
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right of the joint line or meeting of the surfaces of the tubes, slight errors may also be present at the location of the outer oroonferential edge.
A suitable form of cutting tool is shown in fig. 20, where u is the radius of the dummy tool 80, x the axial distance to the cross tube 24 from a zero point at the intersection of the axes of the two tubes, R the radius of the outer surface of the trans tube - versal 64, r the radius of the inner surface of the tube end 61, at the angle between the tubes, and t is the wall thickness of the tube 61.
Figs, 22 to 29 show a preferred method of manufacturing false tools 80 and 90 which have the shape of the cutting tools to be used. In these representations, we have chosen, in an example, the case of a joint at 90, such as that shown in figs, 17 to 19, and, in a second example, the case of a joint at 70, such as that shown in fig.
21, these two joints being formed between tubes of the same diameter, and for convenience of description it will be assumed that these tubes have an outside diameter of 25 millimeters and that the wall thickness of the end of the tubes is is 3 millimeters
In the case of the 90 joint, a model 81 is first made which has a large cylindrical end whose diameter is equal to the outside diameter of the tube end 61, and a small cylindrical end having a diameter equal to the diameter of the tube end 61. internal diameter of the tube end 61,
and the two ends of this model are cut with the aid of a cylindrical milling cutter which makes the notches along a radius equal to the radius of the outer surface of the tube.
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be transverse 64. This gives the small end of pattern 81 a circumferential edge which is shaped as the intersection between the inner surface of tube 61 and the outer surface of tube 64, and at the large end an edge. which has the shape of the intersection between the outer surfaces of tubes 61 and 64, 'Then, as shown in fig. 26, a metal bar is cut on a lathe until a surface 82 has been obtained which contacts the edge of the small end of the pattern 81.
The smallest diameter of this surface is always greater than the diameter 2R (Fig. 20) of the cross tube 64, and its size partly determines the amount of clearance or void produced. It has been found suitable in this oas to have as the smallest diameter 29 millimeters.
The machining shaping process tends to produce the largest errors in the desired end area on the high sides of the shaped end of the tube.
To ensure compensation on these high sides, for example of the end face 60 presented by the end 61 of the tube, the scissors 83 are removed from the large end of the model 81 to lower the high sides and obtain a d edge. 'end more blunt and more rounded, as shown in solid lines in figs. 22 and 23. The amount of material removed is determined by the shape of surface 82 which has been cut by use of the small end of pattern 81, as material is removed from pattern 81, right side up. bevels 83 and the dummy tool 80, mainly at the corners 84 (fig. 26), until the circumferential edge of the large end of the pattern 81 and the surface of the dummy tool substantially match each other. 'other.
On the wrong tool,
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oeoi mainly causes the removal of the corners 84 to form flanking surfaces 85, but can slightly change the surface 82 on the sides to obtain smooth curves between the surface 82 and said surfaces 85. In the present specific case, we have found that the bevels need to be removed at a greater radial depth of about 0 m / m 78.
By varying the smaller diameter of the cutting tool 80, which is assumed to be greater than 29 millimeters, a more or less clearance or space can be obtained between the circumferential edges 63 and the outer surface of the tube.
64, this clearance or space being measured, in the case of a right-angled joint, in a direction parallel to the axis of the end
61 of the tube. Advantageously, a clearance or space equal to about a quarter of the thickness of the wall of the end 61 of the tube is reserved, which, in this case, is about 0 m / m.
75 or 1 m / m.
Using a cutting tool shaped like the dummy tool 80 which has just been described, and in order to make the compensation on the end 61 of the tube made by removing the bevels 83, the end of the tube which is conformed is preferably held in a pair of clamps 88 (shown in fig. 30) which for the major part of their length fit on the cylindrical outer surface of the end 61 of the tube, but present at their front ends, an interior surface 89 which substantially conforms to the shape produced by removing the bevels 83.
The clamps are notched on the sides of the tube 61, in order to reserve a space for said cutting tool, in a crown fashion, when said clamping members are applied to a
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non-conformed end 87 of a tube, they come into engagement with the outer surface of this end 87, only in diametrically opposed zones.
When these clamps are applied, the portions 89 bend the end of the tube 87 into a somewhat elliptical shape which extends axially of the tube for a relatively short distance, and advantageously not beyond. from the bottom of the notch which must be made. The end 87 of the tube being thus held in the clamping members 88, it is brought against the cutting tool (shown schematically at 86), which forms an end surface, such as the end surface 60 of the tubes. figs. 17 and 18.
When desired, instead of using the clamps 88, one can cut an end surface on the end of the tuba without deforming it, and then grind the bevels produced, for example using a belt grinding device.
The same general way of operating which has just been described in the case of a 90 ° joint between tubes of the same dimension can also be used when a joint has to be made at any other angle. For a joint at 70, such as that shown in fig, 21, this way of operating has been shown in figs. 24, 25, 27 and 29. In this case, a model 91 is formed in the same way as previously. , but we have the axis of the cutting tool, cylindrical at an angle of 70 with respect to the axis of the model 91.
The small end of the pattern 91 is then used to form a surface 92 on a dummy tool 90, keeping the pattern with its axis approximately 70 to
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the axis of revolution of the false tool 90, as shown in dotted lines in FIG. 27. A surface 92 is thus formed, which follows the defined surface.
To remove the bevels 95 from the large end of the pattern 91, the same general procedure is adopted as before, and the edge of this large end is used to continue forming the dummy tool. In this case, it also makes sense to have 29 millimeters as the smallest diameter.
In the case of an almost right-angled joint between a 37-millimeter cross tube and a 25-millimeter tube end, a smaller diameter equal to 55 m / m 5 is suitable,
The dummy tool described above for the 70 joint is used as a guide to fabricate a cutting tool which will cut a surface similar to that of the dummy tool, and this cutting tool can be used to mill pipe ends. with a view to forming joints similar to that of fig21. As in the previous case, it is preferred to use clamps corresponding to the clamps 88 to maintain the ends of the tubes in a slightly deformed state during the milling operation, but these tube ends can be cut without using the tube ends. so-called clamping members,
and then grind the bevels produced.
The third and last main operation of the present process is welding. This operation is carried out in a suitable resistance welding machine, with which usually means to regulate the amount of welding current applied, and in particular, must be combined.
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to set exactly the duration of application of this welding current;
to achieve a satisfactory operation it is necessary to apply the current for relatively short periods of time, which can only be obtained by safe and positive control means. Various mechanical and electrical arrangements to achieve this setting welding current application times exist in industry and need not be described here. Among these systems we can mention the
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General Alectrie Company's "ihyratron", or Westinghouse Electric Co.'s "Ignitron" system.
Furthermore, one of the electrodes of the welding machine, advantageously the upper electrode, must be movable and be combined with means by which it can be pressed towards the other fixed electrode with considerable pressure, applied in such a manner. such that, during the welding operation, it forces one of the parts which is welded to immediately follow the melting of the metal, which initially separates this part from its final seat against the other part or element that the 'we weld, by a movement towards this seat, and in such a way that the application of the pressure itself follows this movement and is maintained in principle constantly between the elements that we weld,
in order to minimize the risks of the production of sparks or of an electric arc which may result from the fact that constant contact is not maintained between the elements to be welded together, This pressure can be obtained by using resilient members, such as springs, in the mechanism by which pressure is applied, and preferably disposing these springs near the end of the mechanism by
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in which the pressure is exerted on the elements to be welded, in order to reduce to a minimum the number of members whose inertia tends to delay the immediate action of the pressure which follows the melting of the metal.
Welding electrodes which can be used with a tube end which has been upsetting to form tabs 22 are shown in Figs, 31 and 32, and electrodes which can be used with machined tube ends, such as that the tube end 61 of figs. 17 and 18, are shown in fig. 33.
In these two cases, the lower electrode is formed by two jaws (30 and 31 'on figs. 31 and 32) suitably shaped to grip the end of the tube and establish good electrical contact with it. over an area which extends all around its circumference and to the proximity of the peripheral edge of the end surface 23.
In the arrangement of figs. 31 and 32, in which the joint is to be made near the end of a tube which is large enough, preferably an upper electrode 34 is used provided with a pad 33 which extends inside the large one. tube. Welding electrodes of this general type can be used to weld joints with upset tube ends, as shown, or with machined tube ends.
In the welding operation, as in the arrangement of figs. 31 and 32, the end of the tube is placed in the jaws 30 and 31, the larger tube 29 is slid on the pad 33 of the electrode 34, and the last side is lowered to press this tube 29 against the end protruding tabs 22 which provide the weld metal. The area of
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contact between these tabs 22 and the tube 29 is relatively small, and the cross-sectional area of the metal of the tabs transversely to the direction of the current increases progressively with distance along this path followed by the current , moving away from this contact zone, so that the greatest restriction in the path of the solder current is found substantially at the location of this contact zone.
The pressure with which the elements to be welded are pressed against each other will be centered at the location of the contact area and will facilitate obtaining full contact on the desired contact area. by flattening the irregularities in this area. The elements to be welded thus being pressed against each other, a powerful welding current is passed through the electrodes for a short period of time, in order to weld the two elements practically instantaneously,
In obtaining the most desirable results from the present seam forming process, the welding action takes place so quickly that it could not be directly determined what is happening.
However, prolonged experiences with the present process lead Applicants to believe that the welding action can be explained as follows:
It has been found desirable to employ a large amount of current, for the reason that this current must be sufficient to instantaneously melt the metal at the location of the contact zone, especially the metal gathered on the contact zone. shaped end base surface. At the same time as the fusion takes place, the two elements are immediately brought closer to each other by the pressure which
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Melting follows melting, so that there is continuous contact between them, which minimizes the risk of arcing.
As the elements approach each other, a progressively larger cross-sectional area of the welded metal separating the base surface of the tube end from the surface of the tube transverse is brought to the contact zone between these elements, This increases the mechanical resistance to the movement caused by the pressure which follows the fusion, decreases the electrical resistance at the location of the contact zone, and thus decreases the heating effect , so that when the fusion has started, there are two forces which cooperate to slow down the movement bringing the two elements closer to each other, i.e. an increase in mechanical resistance, and a decrease in heating effect.
In addition, the current only passes for a fraction of a second, and it is advantageously interrupted before the base surface of the end of the casing is flush with the surface on which the weld is made, as heat is first produced. so quickly that the heating does not need to be continued for the entire duration of the movement of the elements to be welded.
The so-called gradual increase in the cross-sectional area of the metal collected on the end of the tube also serves to prevent perforation of the wall of the element to which the weld is made, in order to avoid simply pushing the tube. end of the tube through this wall instead of forming a weld therewith, as has happened in previous attempts to form welded joints between one end of the tube.
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be and the side of another tube. As a result, satisfactory joints can be formed without supporting the side of the cross tube, although parts may be inserted into the latter to give strength to the joint.
As will be seen from the explanation given in the subject amount of what occurs during soldering, the amount of solder current employed and the duration of its application has a relation to the size and conformation of the tip of the solder. tube, the pressure which follows the fusion, and they can its mode of application, and they can vary with the type of welding machine used.
When the end of the tube an outer diameter of 2.5 ', millimeters, the pressure
900 to 1800 following the melting of the metal can be 900 to 1800 kgs,
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xx-rgtrxtcr, rC and the current can be in the range of one hundred to several hundred kilovolts-amperes applied under a voltage less than about eight volts for a period of half a cycle from a current to sixty cycles to half a second. Generally, the intensity of the current employed will vary inversely with the duration of its application.
The conditions desirable for a particular operation of welding a joint can be determined by experimentation taking into account the principles and explanation of the emotion which occurs, as specified ioi, and they will be indicated by the examples described below.
As has been mentioned, a seal, such as that shown in figs. 14, 15 and 16, between an end of tube 50 which has been formed by machining, and a larger transverse tube 54, can be welded with the aid of electrodes
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analogous to those shown in figs. 31 and 32. In this case, the end of the tube 50 is held in the jaws 30 and 31 of the lower electrode, which will suitably fit against the sides of the tube up to about 1 m / m 5 of the tube. outer edge 52, to bring the current to the end of the tube, near the part to be welded. Furthermore, this distance from edge 52 to the upper edges of the jaws will advantageously be the same all around the tube, in order to avoid that a greater amount of current is applied at part of the circumference than. into another.
The upper electrode 34 is then lowered to press the tube 54 against the tube end 50 in the relative position shown in FIG. The two elements will come into contact along a line which coincides with the inner edge 51 of the tube end 50, and there will be a space or void of about 0 m / m 75 or @ m / m between the outer edge 52 of this tube end 50 and the transverse tube 54. The welding is then carried out in the manner already described, to form a joint having the appearance shown in FIG. 16, in which the elements are welded together around the entire circumference of the tube end 50.
In a satisfactory joint obtained by the present method, the outer surface of the end of the tube will in principle extend to the surface of the transverse tube, and the weld will extend substantially along the plane of the base surface of this. tube end,
Figs. 17, 18, 19 and 33 show the format of a joint between tubes of the same diameter, with the tube end 61 formed by machining, the transverse tube 64 being reinforced in accordance with the preferred method.
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Figs. 17 and 18 show the relative positions of the two tubes prior to welding, and they also show how the surface of the cross tube 64 engages the shaped end face 60 of the tube end 61 at its edge. inner circumferential 62, to ensure linear contact between these elements;
said figures 17 and 18 again show, on a slightly exaggerated scale, how the outer edge 63 of this end of the water tube 61 spaced from the said surface of the transverse tube 64, FIG. 33 shows a series of electrodes which are suitable for welding joints, such as those shown in figs. 17 to 19, between tubes of the same diameter. As in the variant of fig.
32, the lower electrode 45 is advantageously constituted by two jaws electrically connected together, shaped to grip the end of the tube 61 and ensure good electrical contact with this end over a zone which extends upwards. up to near the edge of the end face and is spaced from that edge a substantially equal distance around the end of the tube 61. The saphenous electrode 48 is formed to fit tightly over the tube. cross tube 64 over an area which extends to the vicinity of where the weld is to be made.
In this case also, the welding is carried out by
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u'ûilis.no a pra-ciquemenu instantaneous high amperage current, generally in the manner previously described.
For welding with machined tube ends, such as the one shown in figs. 17, 18 and 19, experience has shown the Applicant that the wedge shape at ground angle of the metal collected on the surface of
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base of the tube end 61, as shown in section on the right part of figs. 17 and 18, with linear contact between the two elements on which pressure is exerted, has the effect of placing the greatest resistance in the path followed by the current at the location of this linear contact, so that the initial passage of current instantly produces a large quantity of heat at the location of this linear contact.
This great heat melts the metal at the point of the contact line, especially the metal at the edge 62 rather than that of the cross tube, and the pressure following the fusion has the effect of forging the metal of the two elements. Since, when this occurs, the cross-sectional area of the metal at the weld area increases rapidly, due to the much larger mass of metal existing near the base of the metal in a wedge shape, and since the duration of current application is extremely low, the greater mass of metal to and at the base of the sleeping wedge portion is heated to a relatively lesser degree,
and the movement of the two members towards each other is stopped before the outer edge 63 at the base of the wedge-shaped metal is deformed appreciably. Further, the location of the edge 62 of the wedge-shaped portion near the inside of the end of the tube, so that the heating occurs primarily at that location, tends to avoid backflow. outside of the weld material during forging, so that it is unnecessary to remove this material over the outer edge 63 of the end of the tube after the weld is complete. This same con-
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This tends to avoid overheating of the exterior surfaces contiguous to the joint, and thus tends to avoid damaging these surfaces and having to carry out post-weld finishing operations.
The protection of the outer surface of the tube end appears to be substantially facilitated in the reinforced tube ends which are preferably employed, especially where this tube end is machined, since the contact area where the most of the welding heat is produced, is formed by the metal of the inserted part, since the transmission of heat from this inserted part to the outer tube is partly hampered by the small air spaces existing at the bases knurled parts or other protrusions presented by the surface of the inserted part.
Some examples of the application of the present process in forming joints are given below: Example 1: Joints between reinforced tubes having a diameter of 5 m / m.
In a mild steel tube? 19, having an external diameter of 27 m / m., We Introduce reinforcing pieces having a length of 114 m / m and made of an N pipe 16 having an external diameter of 24 m / m and having a knurled outer surface forming faceted protrusions of 1 m / m 5. These inserts being held in place, the tube was punched down to an outer diameter of 25 m / m. This had the effect of embedding the protrusions presented by the knurled outer surface of the reinforcing pieces into the inner surface of the outer tube, and securely securing in
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position the di-these reinforcement pieces.
The tube was then cut crosswise through the center portion of some of the inserted reinforcement pieces.
The tube ends produced by this cutting were then machined using a milling cutter shaped like the false tool 80 shown in FIG. 28, in order to produce on these tube ends end faces similar to that shown in figs. 17 and 18. Several joints were made using these shaped tube ends.
In this operation (which, for clarity, will be described with reference to Figs. 17, 18, 19 and 33), one end of tube 61 has been placed in the jaws of lower electrode 45, and a transverse tube 64 has been disposed transversely to the shaped tube end 61, with the tube reinforcement part 64 covering this shaped tube end, and the upper electrode 48 has been lowered against this cross tube 64,
The cross tube 64 was perpendicular to the tube end 61, it engaged with the end face 60 at the location of its inner edge 62, and its surface was located, axially to the tube end 61, at a distance of approximately 0 m / m 75 or 1 m / m from the outer peripheral edge 63 of this end face 60.
In the welding machine used, the upper electrode 48 was arranged to be lowered with force.
900
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of about MiS kgs. , KXXKKK6ta && xa: XB: xxE: and this force was applied in a constant manner by the reaction of an elastic under tension, such as a group of springs. This high pressure was intended to flatten any protrusions present by the edge 62 or by the
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Transversal tube 64 and to ensure complete contact around this edge 62.
In forming the various seals, the characteristics of the current and the duration of application of that current were changed, but the other conditions were kept approximately the same. The data with regard to some of these operations, as precise as they could be determined. are shown in the table below:
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<tb> Primary <SEP> Secondary
<tb> Time <SEP> in <SEP> Current <SEP> lension <SEP> Current <SEP> ïension <SEP> K.V.A.
<tb> <SEP> cycles of <SEP> I <SEP> E <SEP> I <SEP> E <SEP> (kilovoltsun <SEP> current <SEP> p <SEP> p <SEP> s <SEP> s <SEP> amps)
<tb> to <SEP> 60 <SEP> cycles
<tb>
<tb> 8 <SEP> 1/2 <SEP> 595 <SEP> 196 <SEP> 40500 <SEP> 2.88 <SEP> 116
<tb>
<tb> 8 <SEP> 1/2 <SEP> 825 <SEP> 189 <SEP> 46000 <SEP> 3.26 <SEP> 156
<tb>
<tb> 7 <SEP> 1020 <SEP> 180 <SEP> 53000 <SEP> 3.46 <SEP> 184
<tb>
<tb> 7 <SEP> 910 <SEP> 186 <SEP> 50000 <SEP> 3.4 <SEP> 169
<tb>
<tb> 6 <SEP> 1150 <SEP> 176 <SEP> 56000 <SEP> 3.59 <SEP> 202
<tb>
<tb> 5 <SEP> 895 <SEP> 297 <SEP> 60000 <SEP> 4.36 <SEP> 266
<tb>
<tb> 4 <SEP> 895 <SEP> 297 <SEP> 60000 <SEP> 4.36 <SEP> 266
<tb>
<tb> 3 <SEP> 990 <SEP> 294 <SEP> 64000 <SEP> 4.52 <SEP> 291
<tb>
<tb> 2 <SEP> 1530 <SEP> 271 <SEP> 79500
<SEP> 5.2 <SEP> 415
<tb>
<tb> 1 <SEP> 1/2 <SEP> 1190 <SEP> 396 <SEP> 80000 <SEP> 5.83 <SEP> 470
<tb>
The seals produced in this series of operations were all satisfactory, but those formed with a shorter current application time looked somewhat better than those formed with longer current application times. With the longer application times of the current the surface of the joint had a more colored appearance, and a small bead was formed at the place of the joint line, or where the joints meet.
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outer surfaces of the two tubes.
In joints such as those of Example 1, where the cross tube is reinforced and where an inner electrode can be used, the weld may extend to the part inserted in this cross tube and may form a weld. seal; in which the two inserted parts and the two tubes are all welded together, because the current is then applied more directly to the part inserted in the tube 'notches versai, Example 2: 25 m / m tube shaped by discharge into a tube of 37 m / m,
A reinforced tube was formed and cut to produce tube ends, as in Example 1.
A cube end thus produced was then placed in a pair of jaws similar to those of FIGS. 2 and 3, with a length of about 4 m / m 5 of tube above the upper surface of these jaws, and with the two slots formed in the insert arranged substantially in an axial plane perpendicular to the axial plane of the two cavities forming tabs of the upper matrix electrode. The upper die-electro was then lowered against the end of the tube and pressed against it with force.
1800
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of about o kgs, .x: x An alternating welding current of about 115 kilovolt-amperes, supplied by a 150 kilovolt-amperes machine, was then sent through the electrodes for a period of about one half a second.
This current heated the metal at the end of the tube and softened it enough to allow the pressure on the upper die to close the dies and forge the end of the tube to give it strength.
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me of the die cavities, which have been shaped to produce a tube end similar to that of Figs.
5 and 6.
The tube was then removed, and placed in the jaws 30 and 31 of a solder electrode, such as that shown in figs.31 and 32. A larger tube,? 11, having an outer diameter of 37 m / m, was then slid on the plate 33 of the upper electrode 34, and this electrode was lowered to press the two elements against each other with a force of 1800 kgs.
A solder current having the same characteristics as in the upsetting operation, was sent through the electrodes for the same period of time, to melt the tabs presented by the end of the tube and allow the two parts to apply against each other and that they are welded together in the lugging of the legs.
In the foregoing description, the invention has been described as being applied to a mild steel tube, but it is also applicable to tubes made of many other types. Certain metals which heretofore have been extremely difficult to weld can be welded by the present process, and with any metal formed tubes so weldable, it will suffice to make the modifications which are necessary to meet THEM characteristics of the weld. welding of the particular metal used.
With tubes formed from materials which are difficult or even impossible to weld by resistance welding using the present process, such as for example certain kinds of special or high carbon steels.
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However, the present invention can still be employed, since reinforcing pieces chosen to meet given weld characteristics can be firmly joined to the tube and these reinforcing pieces may then be welded to a transverse tube.
It is therefore possible, by virtue of the present invention, to form building elements consisting of tubes chosen mainly from the point of view of their appearance or of their qualities as regards the construction, and only incidentally in point of view. in view of their weld characteristics, and to fabricate articles using these elements using insert reinforcements chosen for their good weld quality.
We find a case of this kind by using certain qualities of stainless steel tubes. In this case, one can use reinforcing pieces 11 made of mild steel, and when the stainless steel cube is harder than the reinforcing piece, these pieces are hardened on the surface, for example by cyanidation, before introducing them into the harder tube. This has the effect of quenching the spikes or protrusions 12 presented by the reinforcing piece, so that when the tube is reduced to the desired size, said spikes or protrusions 12 are pushed into the outer tube.
An example of application of the present invention with a tubular member of stainless steel has been given below, in the case where. the two tubes to be joined have the same dimension.
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Example 3.
Reinforcement pieces cut from a mild steel tube, having a diameter of 24 m / m and a length of 114 mm, were knurled on their outer surface so as to present faceted protrusions of 1 m / m 5 , and were oiled to quench said protrusions. These reinforcing pieces were then introduced into an "18-8" stainless steel tube, (ie stainless steel containing chromium and nickel, preferably about 18 percent chromium and about 8 percent nickel), having an outside diameter of 27 m / m, and the tube was reduced to an outside diameter of 25 m / m,
in order to embed the said projections into the stainless steel and firmly join the tube and the reinforcing pieces introduced into the latter. The tube was then cut approximately in the center of one of the reinforcement pieces.
A tube end thus produced was then shaped by upsetting, placing it between electro-dies shaped to form an end face similar to that of FIG. 11, in a 150 kilovolt ampere welder, and discharge it in the manner specified in Example 2, using about 15 rings of 60 oycles current and all of the machine's kilovolts amps.
There was thus obtained a tube end shaped like that shown in FIG. 11, which was then used with another reinforced section of the same tube to form the welded joint shown in figs. 9 and 10.
In forming this welded joint, the electrodes used were, in general, similar to those of the
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fig. 33, and the solder current was approximately the same as that employed in the upsetting operation.
The welding was carried out mainly in the vicinity of the two tabs 22, and the penetration of the weld at these points was sufficient to weld the reinforcing part, introduced into the transverse tube, to the latter and thus connect the two together. tubes and the two reinforcement pieces.
Other stainless steel tube ends, produced in a similar manner, with stainless steel reinforcements, were formed by machining, as in Example 1, and joints were made between. them and other stainless steel tubes. In these operations the conditions were the same as those specified in Example 1, but with longer current application periods and approximately twice the pressure.
Seals formed using tube ends machined using these conditions were more satisfactory than those formed with upset tube ends, particularly for the reason that stainless steel surfaces. were less colored, and because the shorter current application times minimized the changes produced by heating in the grain and weld strength.
A microscopic examination of the welds described above and obtained by the foregoing procedure, shows that the welding has been carried out on the surface parts of the opposing metallic elements and has been limited in principle to the surface parts of these elements, and, in besides, that the "heat lines", that is to say the lines between
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the grains which have been influenced and - those which have not been influenced by the soldering temperature, are located in the body of the two metallic elements at a distance of a few fractions of a centimeter, for example 0 m / m 75 to 1 m / m 25, opposite surfaces.
Thus, it is a "surface" weld and, since it was made by resistance, it is a "surface resistance weld".
The term "annular" as used in this specification, in connection with the end surface of a tubular member, is intended to include a closed figure, beautiful as a circle, a rectangle. or a polygon.
From the foregoing, it will be seen that with the aid of the present invention resistance welded joints can be formed directly between one end of a pipe and the surface of another member, particularly the side of a pipe. 'there is another tube, without having to carry out preliminary operations on this other element or tube, - that the joints produced are strong and elastic and that they are obtained without formation of a damaging solder material around the edges of the joint, so that there is no need to resort to finishing operations, and that the said invention makes it possible to form joints of this kind between tubes which have heretofore been difficult or impossible to solder.
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