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"PROCEDE DE SOUDURE ELECTRIQUE*
Avec l'importance croissante des applications de la soudure, on a observé sans cesse davantage qu'il n'est pas suffisant de chauffer les métaux jusqu'à ce qu'il se produise un assemblage intime de ces derniers. Il faut, au contraire, tenir compte de la constitution des matières dont l'assemblage soudé est constitué et compenser les modifications indésirables éventuelles de cette constitution causées par l'intervention thermique. On connaît de nombreuses mesures de précaution tendant à ce but, notamment en combinaison avec les soudures
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électriques à l'arc. Les limites mêmes de ce que permet d'exécuter actuellement la soudure sont déterminées précisément par la possibilité où l'on se trouve d'appliquer ces masurea de precaution.
La présente invention concerne das mesures de précaution particulièrement efficaces à l'égard du but ci-dessus défini et susceptibles d'être dosées avec précision.
Lorsque l'intervention thermique nécessaire à la soudure n'est accomplie qu'en vue d'obtenir une liquéfaction des parties métalliques à assembler, il se produit des modifications de la composition de la matière de la pièce ou da la. texture ou structure physique et métallurgique de cette pièce, de telle sorte qu'en général les qualités techniques de la. matière soudée, par exemple sa dureté, sa résistance à. l'usure, sa charge de rupture à la traction et sa résistance de flexion, sa ductilité et sa résistance à la corrosion, ne répondent pas aux conditions imposées. C'est pour cette raison que, pour obtenir des assemblages soudés, présentant au point de vue da la.
matiè- re dont ils sont constitués, une constitution correspondant aux conditions imposées, il faut éviter ou compenser dans toute la- mesure possible les modifications indésirables de ce genre. Un exemple pratique important est constitué par le cas où des oxydes ou des scories se trouvent ou pénètrent dans la matière de soudure et diminuent ainsi la résistance à la. traction de l'assemblage soudé.
Un autre exemple est constitué par le cas où les alliages riches en carbone ou en silicium perdent une partie de leur carbone ou de leur silicium pendant la soudure et où il se produit de ce fait une modification des qualités initiales. la présente invention a pour objet un procédé de soudure électrique suivant lequel, au moyen d'une électrode chaude, constituée sous la forme d'une pièce à résistance venant au contact dé la pièce à souder pendant l'opération de soudure,
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on exerce, en dehors du pur effet de fusion, une action ther- mique ou chimique qui influe d'une manière prédéterminée sur la constitution matérielle du produit de soudure.
Ia demanderesse a observé en effet qu'on peut augmenter l'influence d'une façon beaucoup plus efficace par un contact intime que lorsqu'en est obligé, comme dans le procédé de soudure à l'arc, de faire agir sur le produit de soudure les substances entrant en réaction, à l'état de vapeur et par conséquent sous une densité faible, ou par le moyen d'une goutte fondue coulant de l'électrode et par conséquent d'une façon discontinue.
On a également été obligé jusqu'ici de renoncer à l'utilisation de réactions et d'autres actions nécessitant pour leur accomplissement une température nuisible au métal. C'est ainsi qu'il étaitimpossible de supprimer les oxydes et scories d'une réduction difficile en appliquant une température plus élevée, et en particulier de les fondre et de les écarter mécaniquement, quand, à la température de fusion de l'oxyde, le métal pur s'oxyde déjà si rapidement qu'il se reforme sans cesse davantage d'oxyde qu'on n'en enlève.
Ia présente invention supprime ces inconvénients et difficultés et permet de nouvelles applications. Le contact entre l'électrode et la pièce à souder permet notamment de faire parvenir les substances agissantes dans un état instable d'une efficacité particulière de l'électrode sur la pièce à souder avant qu'elles passent de l'état instable à un état moins actif.
Il est vrai qu'il est connu de faire l'apport de la chaleur nécessaire à la fusion du métal de jonction au moyen d'une électrode de contact, en vue d'obtenir une liaison intime des métaux. Il est connu.d'autre part, dans d'autres procédés de soudure, de procéder à la suppression des scories à l'en-
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droit de la soudure par un contact avec une pièce solide agissant mécaniquement, eventuellement chauffant en combinaison avec une action électrolytique, mais ne donnant pas la chaleur nécessaire pour la soudure.
La procédé objet de la présente invention diffère de ces procédés connus par le fait qu'on exerce une action chimique ou une intervention thermique qui dépasse la simple fusion, au moyen de l'électrode de soudure qui est au contact et qu'il ne faut pas que cette, électrode exerce une pression notable sur la matière de soudure. Le procédé objet de la présente invention, utilise, comme source principale de la chaleur de fusion, une électrode constituée par une pièce à résistance, disposée de préférence en série avec la pièce à souder et avec une source d'énergie électrique, et fermant constamment le circuit par contact avec la pièce à souder. On donne de préférence à la tension de la source d'énergie électrique une valeur si faible qu'il-,-- ne puis pas se produire d'arc à l'endroit de la soudure.
Cette forme d'exécution brièvement désignée ci-après sous le nom de procédé de soudure par contact, n'a été connue jusqu'ici que pour autant qu'elle suffit pour assembler des métaux par leur fusion.
Comme, pour de nombreux métaux, alliages métalliques ou substances de liaison, la fusion des métaux ne suffit pas à elle seule pour réaliser la. liaison intime, le procédé de soudure par contact n'a trouvé jusqu'ici qu'une a.pplication restreinte. Ce procédé présentait aussi jusqu'ici l'inconvénient grave que les oxydes, scories et autres impuretés qui se trouvent à l'endroit du contact entre l'électrode et la pièce à souder gênaient le passage du courant et que les électrodes connues jusqu'ici s'usaient fortement.
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Par application des mesures de précaution ci-dessus définies, la demanderesse est parvenue à supprimer tous ces inconvénients, ainsi qu'à obtenir des résultats tout à fait surprenants en ce qui concerne la soudure obtenue. Elle a observé en particulier que, par ce moyen, il devient possible de réaliser des soudures à fusion de coutures de tôle, d'acier ou d'aluminium d'une épaisseur inférieure à 1 millimètre,qui satisfont à toutes les conditions au point de vue technique. Naturellement, il faut tenir compte, dans le choix des mesures à appliquer, des conditions particulières qui résultant du contact de l'électrode et de la matière à souder. Il faut, d'autre partf utiliser des électrodes dont l'usure se maintient dans des limites acceptables.
Comme les modifications à l'endroit de la soudure peuvent porter sur la constitution chimique, le caractère de l'alliage, la grosseur des cristaux et la constitution cristalline de :la. matière à souder, ainsi que sur la constitution des produits d'addition éventuellement mis en oeuvre ou, enfin, sur une combinaison de ces caractéristiques, la réalisation du procédé, le choix de la matière des électrodes, etc..., s'effectuent d'une façon différente suivant le cas particulier envisagé, et suivant des points de vue différents, mais toujours par une application judicieuse du principe général de la présente invention. Quelques exemples qui vont suivre tout faire ressortir ces conditions.
S'il s'agit par exemple de supprimer les scories par leur fusion, il suffit déjà de chauffer l'électrode à une température supérieure à la température de fusion des scories à éliminer. A cet effet, on choisit de préférence les électrodes de telle manière que leur usure se maintienne dans des limites pratiquement acceptables aux températures élevées qui doivent
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être appliquées. C'est ainsi que, pour la fusion de l'alumine, qui se produit au-dessus de 2000 , on peut utiliser, comme matière convenant pour les électrodes, des charbons ou graphites recuits au four electrique.
S'il s'agit de faire fondre ensemble ou de souder des métaux qui s'oxydent à l'air ou qui sont susceptibles de former d'une autre façon des couches assurant une protection contre les agents chimiques ou des alliages et mélanges de ces métaux, on peut, avec avantage, dans le cadre de la présente invention, faire appel à la pellicule d'oxyde ou à toute autre couche protectrice qui, une fois formée, empêche la substance d'attaque de pénétrer davantage dans des couches plus profondes du métal, pour maintenir l'air à l'écart d'une manière favorable à la soudure, pourvu qu'on prenne les précautions nécessaires pour assurer d'une autre manière, à l'endroit où il n'est pas possible d'empêcher la destruction de cette pellicule ou couche, c'est-à-dire à l'endroit de la soudure, une protection éliminant l'air et en contact pratiquement étroit, sur tout son pourtour,
avec la pellicule ou couche détruite en cet endroit, de telle façon que la suppression générale et l' éloignement de l'air se maintiennent dans les zones exposées par l'échauffement.
On peut obtenir ce résultat d'une manière simple, selon la présente invention, en utilisant, pour constituer une protection supplémentaire, un corps solide, à savoir l'électrode même de soudure, et en portant alors cette électrode à la température qui suffit encore juste pour faire fondre les parties de pellicule atteinte, sans toutefois que la distribution de température puisse provoquer la fusion de parties de la pellicule plus éloignées, ce qui permet d'obtenir un raccord suent pratiquement serré avec la pellicule ou couche
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non détruite qui entoure l'endroit de l'électrode et par consé- quent une protection d'ensemble suffisante des zones exposées, sans qu'on soit obligé de faire appel à des gaz de protection ou à d'autres mesures. compliquées.
Dans le cadre de la présente invention, on peut également obtenir la destruction locale de la couche, de protection non pas par liquéfaction, mais d'une autre manière, par exemple par réduction locale, laquelle garantit également le maintien de la protection d'ensemble, pourvu qu'elle soit réglable avec une précision suffisante pour empêcher d'une façon certaine une destruction de parties plus éloignées de la. pellicule.
Dans la mesure où elle est de caractère. thermique, cette possibilité d'assurer le dosage avec précision est donnée d'une manière particulièrement avantageuse par l'application du procédé de soudure par contact dans lequel la puissance de soudure peut être réglée avec précision, suivant la loi simple d'Ohm, et dans la mesure où elle est de caractère chimique, elle est donnée d'une manière particulièrement avantageuse, comme il est indiqué plus loin, par la composition de l'élec- trode.
Par ce moyen, on peut, par exemple, exécuter d'une façon techniquement parfaite, c'est-à-dire surtout sans alté- ration sensible de la résistance à la traction, une soudure de coutures de tôles d'aluminium de faible épaisseur, sans uti- liser de fondant quand on prépare d'une manière appropriée les bords à souder, par exemple en les pliant vers le haut le long de la couture et en faisant passer le long de ces bords une électrode de soudure en un charbon comprimé aussi résistant que possible à la chaleur, quand la température et la vitesse relatives de l'électrode de soudure par rapport à la pièce à souder, correspondent aux conditions précitées.
S'il s'agit d'enrichir la matière à souder, par exemple en carbone ou en silicium, l'utilisation d'une électrode de
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laquelle ces substances passent à la température de fusion et par solution dans la matière à souder, constitue une mesure à appliquer conformément à la présente invention. Inversement, on peut retirer de la même manière, à la matière de soudure, un constituant indésirable, par exemple du carbone, en mélangeant à la matière des électrodes des substances qui fixent le carbone aux températures de la soudure.
S'il s'agit de supprimer des composés chimiques secondaires indésirables (scories), par transformation chimique, on peut avec avantage ajouter par mélange à la matière des électrodes des substances qui précipitent le métal pur à partir des composés secondaires, par exemple réduire des oxydes ayant pris naissance. Il faut veiller dans ce cas à ce que les produits qui prennent finalement naissance au cours de laréduction ou transformation chimique et dont on veut se dé- barrassor, présentent un point d'ébullition qui soit inférieur à la température qui règne à l'endroit de soudure, de façon à ce que ces produits s'échappent sous forme de gaz ou de vapeur. L'élimination par transformation chimique présente, par rapport à l'élimination par fusion, l'avantage qu'on peut se contenter de températures plus basses.
S'il s'agit en particulier d'éliminer des oxydes d'une reduction difficile, il faut utiliser en totalité ou en partie, pour la constitution de l'électrode, des substances ayant un effet réducteur dans les limites de température, définies chaque fois à l'avance par l'opération de soudure. Conformément à l'invention, on utilise des substances dont les oxydes ont une chaleur de formation supérieure à celle des oxydes à réduire. Parmi les matières qui conviennent, figurent par exemple les carbures, les siliciures, les nitrures. et les borures du titane, des métaux du groupe du chroma, des métaux du groupe alcalino-terreux, etc...
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Les carbures et siliciures peuvent être utilisés seuls ou en combinaison avec du charbon et du graphite. Par ailleurs, le choix, des quantités de carbure et siliciure, d'une part, et du charbon et du graphite, d'autre part, utilisées pour la constitution des électrodes, est commandé par la fait que la. vitesse de; la réduction est déterminée principalement par la teneur de l'électrode en carbure et en siliciure, mais la résistance électrique principalement par la teneur en charbon et en graphita. Par ce moyen, on peut influencer ces deug propriétés. dans de larges limites, et on est ainsi en mesure, en particulier, d'adapter la résistance de l'électrode à la puissance thermique qu'il faut apporter dans chaque cas à la matière de soudure.
Pour la soudure des alliages d'aluminium, on a obtenu de bons résultats surtout avec du graphite contenant de 10 à
20% de carbure de silicium. Avec les alliages contenant du chrome, on peut obtenir des résultats remarquables, ainsi que l'ont montré les résultats d'un certain nombre d'essais, avec les électrodes de soudure constituées par du charbon et principalement par du carbure de titane. Les carbures de man- ganèse, de molybdène et de tungstène ont également donné de très bons résultats, en combinaison avec le graphita, pour la soudure d'alliages métalliques qui s'oxydent.
La. présente invention comprend/egalement un mode de réa- lisation suivant lequel on ne laisse les carbures ou siliciures se former que pendant l'opération de soudure, de façon à pouvoir aussi utiliser par exemple les métaux des carbures à former en présence d'un excès de carbone. On peut, par exemple, cons- tituer une électrode en recouvrant d'une couche de charbon une âme métallique ou de carbure, ou inversement en habillant une âme de charbon d'une enveloppe métallique ou de carbures ou siliciures métalliques, ou en exécutant l'électrode par cuisson d'un mélange de poudre de molybdène ou de tungstène
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ou de leurs carbures.
S'il s'agit de maintenir la dimension des cristaux qui se forment dans la structura du métal, pendant le refroidissement consécutif à la soudure, au-dessous d'une valeur critique pour les propriétés de la matière, on peut limiter la quantité de chaleur totale apportée à l'endroit de la soudure de telle façon que le refroidissement rapide obtenu de cette façon ne permette pas la formation, après la soudure, de grains d'une grosseur dépassant la dimension critique. On peut par exemple obtenir ces résultats en faisant l'apport, en un temps relativement court, d'une puissance de soudure relativement grande, donc par exemple en faisant passer relativement vite le long de la soudure, une électrode très chaude.
S'il s'agit d'obtenir des soudures ne se corrodant pas, sur des aciers inoxydables, en particulier sur des aciers au chrome-nickel, contenant par exemple 8% de nickel, 18% de chrome, jusqu'à 15% de carbone, le reste étant du fer, on observe qu'il est également important de refroidir la soudure rapidement de 11000 C. ou davantage, jusqu'à la température ordinaire. En effet, avec les aciers ainsi constitués, présentant une teneur en carbone relativement élevée, le risque est particulièrement grand d'éliminer le carbone sous la forme de carbures aux limites des grains de la structure des cristaux mixtes, ce qui crée des points d'attaque pour la corrosion intercristalline.
En outre, la diminution de la teneur en chrome, qui est provoquée principalement par la précipitation de carbures de chrome, peut conduire, dans certains cas, à une modification du caractère austénitique initial de l'acier.
La région des températures dangereuses est comprise, dans ce cas, entre 500 et 9000 C. environ.
Or, la demanderesse a observé que l'apparition de la.
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corrosion intercristalline est inséparable d'une certaine durée d'action, da sorte qu'on évite toute corrosion intercristalli- ne et que, par conséquent, on conserve à l'endroit de la soudure une structure semblable à celle de la matière non soudée quand. on exécute toute l'opération de chauffage et de refroidissement nécessaire à la soudure, en un temps inférieur à cette durée minimum.
Conformément à la présente invention, on obtient ce résultat en appliquant un courant d'une intensité très élevée, une durée d'application très courte et un refroidissement rapide.
Par conséquent, on utilisa des puissances de soudure relativement grandes, durant des intervalles de temps relativement courts, ce qu'on obtient par exemple par l'utilisation d'électrodes chaudes et d'une vitesse élevée de soudure, tandis que, de préférence immédiatement à l'arrière de. l'électrode de soudure, on refroidit la soudure par de l'air comprimé, de l'eau, de l'air liquide ou d'autres agents de refroidissement connus analogues.
S'il s'agit de fixer par soudure, sur la. surface d'un métal, des substances mécaniquement résistantes, par exemple d'introduire par soudure des constituants dits de métaux durs sous forme pulvérulente, il est indispensable, pour éviter des modifications de la constitution de la matière de soudure, de procéder à l'opération de soudure dans une zone d'échauffement toujours étroitement limitée. Par conséquent, conformément à la présente invention, on fait l'apport de la partie. pulvérulente de la matière de soudure par la woie de l'électrode à l'endroit où celle-ci produit précisément à l'instant considéré, la température correcte.
On peut par exemple souffler les matières dures broyées au moyen d'un courant de gaz indifférent, à travers un trou ou une gouttière de. l'élec-
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trode, sur la surface du métal de support, ce qui permet d'obtenir, d'une façon très simple, la coïncidence automatique de la zone d'échauffement et de l'emplacement où se fait l'apport. Suivant la constitution du métal de support, il est avantageux., dans ce cas également, de compenser par le choix de la matière de l'électrode, une modification inévitable du métal de support due à l'intervention thermique.
S'il s'agit de faire l'apport de substances qui sont particulièrement efficaces dans un etat d'instabilité de courte durée, on se sert d'électrodes contenant des constituants qui déterminent cet état d'instabilité. On ajoute, par exemple par mélange aux électrodes, du platine ou du palladium, et on fait en même temps sortir des électrodes de l'hydrogène à l'état atomique. L'hydrogène atomique exerce alors son action réductrice sur l'oxyde à éliminer, avant que cet hydrogène revienne de l'état atomique à l'état molé- culaire chimiquement inefficace.
Pour obtenir les cordons de soudure lisses, ne demandant aucune reprise d'usinage mécanique consécutif, comme on le désire fréquement pour des raisons techniques ou esthétiques, il est particulièrement avantageux d'utiliser alors un dispositif conforme à la présente invention, appliquant le procédé de soudage par contact et dans lequel l'électrode de soudure est profilée de telle façon que la matière de soudure qui glisse le long de cette électrode se solidifie à l'état li&se. Suivant les conditions particulières données, ce profil peut consister en une surface oblique ou en un biseau ou être en forme de lame ou encore adapté à la forme des lignes de courant des fluides, etc..
D'autre part, le profil est déterminé chaque fois par la condition d'un contact intime avec la pièce à, souder, c'est-à-dire qu'on l'adapte de préfé-
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rence au profil des arêtes. Pour obtenir ce résultat, on peut aussi donner à l'électrode la forme d'un galet ou d'un cylindre ou rouleau.
On peut aussi procéder comme suit lorsqu'on applique le procédé de soudure électrique à l'assemblage de pièces présentant à l'endroit de la soudure une accumulation. de matière, par exemple à l'assemblage de tôles qui sont bordées ou roulées à l'endroit de la soudure, ou lorsqu'on fait usage de matière additionnelle : on choisit une électrode de soudure qui est amenée, par le passage du courant, à une température si élevée que non seulement elle fait fondre la. matière au point de contact, mais qu'elle produit également devant l'électrode, à partir de la matière accumulée, une goutte fondue qui produit un chauffage préliminaire de la pièce, chauffage qui peut mène aller jusqu'à la fusion de la matière.
Par l'application des. mesures ci-dessus décrites et de mesures analogues conformes à la présente invention, il devient possible d'exécuter des assemblages soudés de métaux déterminés d'une épaisseur déterminée, qui donnent satisfaction au point de vue technique,et d'une qualité qu'il était impossible d'obtenir jusqu'ici. Il en est ainsi aussi bien pour les métaux que pour les combinaisons de métaux, les alliages et les pièces composites.
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"ELECTRICAL WELDING PROCESS *
With the increasing importance of welding applications, it has been observed over and over again that it is not enough to heat metals until an intimate bonding occurs. On the contrary, it is necessary to take into account the constitution of the materials of which the welded assembly is made and to compensate for any undesirable modifications of this constitution caused by thermal intervention. Numerous precautionary measures are known for this purpose, in particular in combination with welds
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electric arc. The very limits of what welding can be done at present is determined precisely by the possibility of applying these precautionary masurea.
The present invention relates to precautionary measures which are particularly effective with regard to the aim defined above and which can be measured with precision.
When the thermal intervention required for welding is accomplished only in order to obtain a liquefaction of the metal parts to be assembled, changes occur in the composition of the material of the part or of the. texture or physical and metallurgical structure of this part, so that in general the technical qualities of the. welded material, for example its hardness, its resistance to. the wear, its tensile breaking load and its bending strength, its ductility and its resistance to corrosion, do not meet the conditions imposed. It is for this reason that, in order to obtain welded assemblies, presenting from the point of view of the.
material of which they are constituted, a constitution corresponding to the imposed conditions, it is necessary to avoid or compensate as far as possible the undesirable modifications of this kind. An important practical example is the case where oxides or slag are present or penetrate into the solder material and thus decrease the resistance to. traction of the welded assembly.
Another example is constituted by the case where the alloys rich in carbon or in silicon lose part of their carbon or of their silicon during welding and where there is therefore a modification of the initial qualities. the present invention relates to an electric welding process according to which, by means of a hot electrode, formed in the form of a resistance part coming into contact with the part to be welded during the welding operation,
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apart from the pure melting effect, a thermal or chemical action is exerted which influences in a predetermined manner the material constitution of the solder product.
The Applicant has observed in fact that the influence can be increased in a much more efficient manner by intimate contact than when it is necessary, as in the arc welding process, to make the product act. welding the substances entering into reaction, in the vapor state and therefore at a low density, or by means of a molten drop flowing from the electrode and therefore in a discontinuous fashion.
It has also heretofore been obliged to dispense with the use of reactions and other actions requiring for their accomplishment a temperature detrimental to the metal. Thus it was impossible to eliminate the oxides and slags of difficult reduction by applying a higher temperature, and in particular to melt them and remove them mechanically, when, at the melting temperature of the oxide, the pure metal is already oxidized so rapidly that it is constantly reforming more oxide than is removed.
Ia present invention eliminates these drawbacks and difficulties and allows new applications. The contact between the electrode and the part to be welded makes it possible in particular to send the substances acting in an unstable state of a particular efficiency of the electrode on the part to be welded before they pass from the unstable state to a state less active.
It is true that it is known to provide the heat necessary for the fusion of the junction metal by means of a contact electrode, in order to obtain an intimate bond between the metals. On the other hand, in other welding processes, it is known to proceed with the removal of slag at the end.
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right of the weld by contact with a solid part acting mechanically, possibly heating in combination with an electrolytic action, but not giving the heat necessary for the weld.
The method which is the subject of the present invention differs from these known methods by the fact that a chemical action or a thermal intervention which goes beyond simple melting is exerted by means of the welding electrode which is in contact and which is not necessary not that this electrode exerts significant pressure on the solder material. The method which is the subject of the present invention uses, as the main source of the heat of fusion, an electrode constituted by a resistance part, preferably arranged in series with the part to be welded and with a source of electrical energy, and constantly closing the circuit by contact with the workpiece. The voltage of the source of electrical energy is preferably given a value so low that -, - no arc can be produced at the place of the weld.
This embodiment, briefly referred to below under the name of the contact welding process, has hitherto been known only to the extent that it is sufficient for joining metals by melting them.
As with many metals, metal alloys or bonding substances, melting the metals alone is not sufficient to achieve the. intimate bond, the contact welding process has so far found only a limited application. Until now, this process also had the serious drawback that the oxides, slag and other impurities which are found at the point of contact between the electrode and the workpiece hamper the flow of current and that the electrodes known hitherto wore heavily.
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By applying the precautionary measures defined above, the applicant has succeeded in eliminating all these drawbacks, as well as in obtaining completely surprising results with regard to the weld obtained. It has observed in particular that, by this means, it becomes possible to achieve fusion welds of seams of sheet, steel or aluminum with a thickness less than 1 millimeter, which satisfy all the conditions at the point of technical view. Naturally, when choosing the measures to be applied, account must be taken of the special conditions resulting from contact between the electrode and the material to be welded. It is necessary, on the other hand, to use electrodes whose wear is kept within acceptable limits.
As changes in the weld may affect the chemical constitution, character of the alloy, crystal size and crystalline constitution of: the. material to be welded, as well as on the constitution of the adducts possibly used or, finally, on a combination of these characteristics, the carrying out of the process, the choice of the material of the electrodes, etc ..., are carried out in a different way according to the particular case considered, and according to different points of view, but always by a judicious application of the general principle of the present invention. A few examples which will follow all bring out these conditions.
If, for example, it is a question of removing the slag by melting it, it is already sufficient to heat the electrode to a temperature above the melting temperature of the slag to be removed. For this purpose, the electrodes are preferably chosen so that their wear is maintained within practically acceptable limits at the high temperatures which must
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be applied. Thus, for the melting of alumina, which occurs above 2000, it is possible to use, as a suitable material for the electrodes, charcoals or graphites annealed in an electric furnace.
If it is a question of melting together or welding metals which oxidize in air or which are liable to form in some other way layers providing protection against chemical agents or alloys and mixtures of these metals, it is advantageously possible in the context of the present invention to use the oxide film or any other protective layer which, once formed, prevents the etchant from penetrating further into deeper layers metal, to keep the air away in a manner favorable to welding, provided that the necessary precautions are taken to ensure otherwise, at the place where it is not possible to prevent the destruction of this film or layer, that is to say at the place of the weld, a protection eliminating air and in practically close contact, all around its perimeter,
with the film or layer destroyed in this place, in such a way that the general suppression and the removal of the air is maintained in the zones exposed by the heating.
This result can be obtained in a simple manner, according to the present invention, by using, to constitute additional protection, a solid body, namely the welding electrode itself, and then by bringing this electrode to the temperature which is still sufficient. just to melt the affected parts of the film, but the temperature distribution can not cause the more distant parts of the film to merge, resulting in a practically tight connection with the film or layer
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not destroyed which surrounds the location of the electrode and therefore provides sufficient overall protection of the exposed areas, without the need for shielding gases or other measures. complicated.
In the context of the present invention, it is also possible to obtain the local destruction of the protective layer, not by liquefaction, but in another way, for example by local reduction, which also guarantees the maintenance of the overall protection. , provided that it is adjustable with sufficient precision to definitively prevent destruction of parts further away from the. film.
As far as it is of character. thermal, this possibility of ensuring the metering with precision is given in a particularly advantageous manner by the application of the contact welding process in which the welding power can be regulated with precision, according to Ohm's simple law, and insofar as it is of a chemical character, it is given in a particularly advantageous manner, as will be indicated below, by the composition of the electrode.
By this means it is possible, for example, to carry out in a technically perfect manner, that is to say above all without appreciable deterioration of the tensile strength, a welding of seams of thin aluminum sheets. , without using flux when preparing the edges to be welded in a suitable manner, for example by folding them upwards along the seam and passing along these edges a welding electrode of compressed carbon as heat resistant as possible, when the relative temperature and speed of the welding electrode with respect to the workpiece, correspond to the above conditions.
If it is a question of enriching the material to be welded, for example with carbon or silicon, the use of a
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which these substances pass at the melting temperature and by solution in the material to be welded, constitutes a measure to be applied in accordance with the present invention. Conversely, an undesirable constituent, for example carbon, can be removed in the same way from the solder material by mixing with the material of the electrodes substances which bind the carbon at the temperatures of the solder.
If it is a question of removing unwanted secondary chemical compounds (slag), by chemical transformation, it is advantageously possible to add by mixing to the material of the electrodes substances which precipitate the pure metal from the secondary compounds, for example to reduce oxides having arisen. In this case, care must be taken to ensure that the products which finally arise during the reduction or chemical transformation and from which one wishes to get rid of them have a boiling point which is lower than the temperature prevailing at the point of. welding, so that these products escape in the form of gas or vapor. Removal by chemical transformation has the advantage over removal by melting that it is possible to be satisfied with lower temperatures.
If it is in particular a question of eliminating oxides of difficult reduction, it is necessary to use in whole or in part, for the constitution of the electrode, substances having a reducing effect within the temperature limits, defined each. times in advance by the welding operation. According to the invention, use is made of substances whose oxides have a heat of formation greater than that of the oxides to be reduced. Suitable materials include, for example, carbides, silicides, nitrides. and borides of titanium, metals of the chroma group, metals of the alkaline earth group, etc.
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Carbides and silicides can be used alone or in combination with carbon and graphite. Moreover, the choice of the quantities of carbide and silicide, on the one hand, and of the carbon and graphite, on the other hand, used for the constitution of the electrodes, is controlled by the fact that the. speed of; the reduction is determined mainly by the content of the electrode of carbide and silicide, but the electrical resistance mainly by the content of carbon and graphite. By this means, one can influence these two properties. within wide limits, and we are thus able, in particular, to adapt the resistance of the electrode to the thermal power which must be provided in each case to the solder material.
For the welding of aluminum alloys, good results have been obtained especially with graphite containing from 10 to
20% silicon carbide. With alloys containing chromium, remarkable results can be obtained, as the results of a number of tests have shown, with welding electrodes consisting of carbon and mainly of titanium carbide. Manganese, molybdenum and tungsten carbides have also given very good results, in combination with graphita, for the welding of metal alloys which oxidize.
The present invention also comprises an embodiment in which the carbides or silicides are only allowed to form during the welding operation, so that the metals of the carbides to be formed in the presence of welding can also be used, for example. excess carbon. It is possible, for example, to constitute an electrode by covering a layer of carbon a metal or carbide core, or conversely by coating a carbon core with a metallic envelope or of metal carbides or silicides, or by carrying out the process. 'electrode by firing a mixture of molybdenum or tungsten powder
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or their carbides.
If it is a question of maintaining the dimension of the crystals which form in the structure of the metal, during the cooling subsequent to the welding, below a critical value for the properties of the material, the quantity of total heat applied to the place of the weld in such a way that the rapid cooling obtained in this way does not allow the formation, after welding, of grains of a size exceeding the critical dimension. One can for example obtain these results by making the contribution, in a relatively short time, of a relatively large welding power, therefore for example by making pass relatively quickly along the weld, a very hot electrode.
If it is a question of obtaining welds which do not corrode, on stainless steels, in particular on chromium-nickel steels, containing for example 8% nickel, 18% chromium, up to 15% of carbon, the rest being iron, it is also observed that it is important to cool the solder quickly by 11000 ° C. or more, to room temperature. Indeed, with the steels thus formed, having a relatively high carbon content, the risk is particularly great of eliminating the carbon in the form of carbides at the limits of the grains of the structure of the mixed crystals, which creates points of attack for intercrystalline corrosion.
In addition, the decrease in the chromium content, which is caused mainly by the precipitation of chromium carbides, can lead, in certain cases, to a modification of the initial austenitic character of the steel.
The region of dangerous temperatures is, in this case, between 500 and 9000 C. approximately.
However, the Applicant has observed that the appearance of the.
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intercrystalline corrosion is inseparable from a certain duration of action, so that any intercrystalline corrosion is avoided and, consequently, a structure similar to that of the unwelded material is retained at the place of the weld. . the entire heating and cooling operation necessary for welding is carried out in a time less than this minimum time.
According to the present invention, this result is obtained by applying a current of very high intensity, a very short application time and rapid cooling.
Therefore, relatively high welding powers were used, during relatively short time intervals, which is achieved for example by the use of hot electrodes and a high welding speed, while, preferably immediately behind. the welding electrode, the weld is cooled with compressed air, water, liquid air or other similar known cooling agents.
If it is to fix by welding, on the. surface of a metal, mechanically resistant substances, for example to introduce by welding so-called hard metal constituents in powder form, it is essential, to avoid changes in the constitution of the welding material, to proceed with the welding operation in an always tightly limited heating zone. Therefore, according to the present invention, the contribution is made. powder of the solder material by the woie of the electrode at the place where the latter produces precisely at the moment considered, the correct temperature.
For example, the crushed hard materials can be blown by means of an indifferent gas stream, through a hole or a gutter. the elec-
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trode, on the surface of the support metal, which makes it possible to obtain, in a very simple way, the automatic coincidence of the heating zone and the location where the supply is made. Depending on the constitution of the support metal, it is advantageous, in this case also, to compensate by the choice of the material of the electrode, an inevitable modification of the support metal due to the thermal intervention.
If it is a question of making the contribution of substances which are particularly effective in a state of instability of short duration, one uses electrodes containing constituents which determine this state of instability. Platinum or palladium is added, for example by mixing to the electrodes, and at the same time hydrogen in the atomic state is released from the electrodes. The atomic hydrogen then exerts its reducing action on the oxide to be eliminated, before this hydrogen returns from the atomic state to the chemically inefficient molecular state.
To obtain smooth weld beads, requiring no subsequent mechanical machining resumption, as is often desired for technical or aesthetic reasons, it is particularly advantageous then to use a device in accordance with the present invention, applying the process of contact welding and in which the welding electrode is shaped such that the welding material which slides along this electrode solidifies in the solid state. Depending on the particular conditions given, this profile may consist of an oblique surface or of a bevel or be in the form of a blade or else adapted to the shape of the lines of flow of the fluids, etc.
On the other hand, the profile is determined each time by the condition of an intimate contact with the part to be welded, that is to say that it is preferably adapted.
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rence to the profile of the edges. To obtain this result, it is also possible to give the electrode the shape of a roller or of a cylinder or roller.
One can also proceed as follows when applying the electric welding process to the assembly of parts exhibiting an accumulation at the place of the weld. of material, for example in the assembly of sheets which are edged or rolled at the place of the weld, or when additional material is used: a welding electrode is chosen which is brought, by the passage of the current, at such a high temperature that it not only melts the. material at the point of contact, but that it also produces in front of the electrode, from the accumulated material, a molten drop which produces a preliminary heating of the part, heating which can lead to the melting of the material.
By the application of. measures described above and similar measures in accordance with the present invention, it becomes possible to carry out welded assemblies of determined metals of a determined thickness, which are satisfactory from a technical point of view, and of a quality that was impossible to get so far. This is the case for metals as well as for combinations of metals, alloys and composite parts.