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Procédé de soudure électrique.
Dans tous les procédés de soudure électriques dans lesquels par l'action du courant électrique, le métal de l'é- lectrode est fondu et transporté comme matière de soudure sur l'endroit à. souder, on s'efforce d'augmenter autant que pos- sible la puissance de soudure. Des limites sensiblement étroi- tes ont toutefois été imposées jusqu'à présent à cette ten- dance, de sorte qu'on s'est vu obligé pour les fortes soudu- res, par exemple pour les soudures en V de tôles de plus de 5 mm. d'épaisseur, d'effectuer des soudures en plusieurs cou- ches, c'est-à-dire de déposer sur la première chenille de sou- dure une autre et ainsi de suite, jusqu'à ce que la rigole de @
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soudure soit remplie.
La présente invention permet d'effectuer en une seu- le opération des soudures jusqu'à, des épaisseurs de tôle con- sidérables, pour lesquelles dans le procédé actuel il fallait toujours produire plusieurs couches de soudure successivement.
On réalise ainsi une économie d'énergie de travail, ce qui résulte déjà de ce que chaque point de soudure doit être chauf- fé seulement une fois ou dans le cas de soudures tout particu- lièrement épaisses, en tout cas beaucoup moins souvent que jus- qu'à présent, de sorte que les pertes de chaleur par rayonne- ment et conduction deviennent donc plus petites. En second lieu on réduit considérablement par la présente.invention le temps de travail à employer vu que par unité de temps on peut appliquer une quantité beaucoup plus grande de matière de soudure que jusqu'à présent.
L'invention se rapporte principalement aux installa- tions de soudure fonctionnant automatiquement.
La puissance de soudure de semblables installations est limitée par l'échauffement, admissible seulement dans une mesure limitée, de l'électrode entre l'endroit d'amenée du courant et l'endroit de soudure, car d'une part l'électrode ne doit pas devenir incandescente déjà sur le trajet vers l'endroit de soudure ni fondre, d'autre part le fontact à l'endroit d'amenée du courant doit rester suffisamment froid pour qu'il ne se produise pas par exemple d'oxydation de l'électrode de soudure à l'intérieur du contact et qu'on em- pêche un collage à l'amenée de courant. Plus la densité de courant dans l'électrode de soudure doit être maintenue petite en considération de ces conditions, plus devient petite éga- lement naturellement la puissance de soudure.
On constatait également jusqu'à présent le préjugé qu'à partir de l'endroit de soudure incandescent, des quan- tités de chaleur considérable sont apportées à l'électrode de soudure. Pour cette raison le point de contact de l'amenée
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de courant à l'électrode de soudure a été disposé à une dis- tance relativement grande de l'endroit de soudure. En cas de distances relativement grandes entre l'endroit de contact et l'endroit de soudure, la durée du séjour du fil de soudure à l'intérieur de cette région parcourue par le courant est éga- lement relativement grande et par conséquent aussi la chaleur d'effet Joule produite dans le fil.
La présente invention part de la constatation que d'une part l'échauffement de la partie parcourue par le cou- rant de l'électrode est d'autant plus petit, pour une distance donnée entre le contact et l'endroit de soudure, que la vites- se du fil est plus élevée, et que d'autre part la densité de courant peut être élevée d'autant plus, sans élévation de la température du fil, que la distance est plus petite entre l'endroit de contact et l'endroit de soudure et que la vitesse du fil est plus élevée.
Lorsqu'on fait varier fortement ces deux facteurs, savoir: qu'on augmente d'abord considérablement la vitesse du fil, par exemple jusqu'à 1,5 m/minute, et qu'on diminue en second lieu notablement la distance du contact à l'endroit de soudure, par exemple jusqu'à 50 mm., il est pos- sible d'obtenir dès temps de séjour tellement courts de cha- que élément individuel de fil dans la région parcourue par le courant que l'on peut employer des densités de courant nota- blement plus élevées que précédemment sans que le fil s'échauf- fe de façon inadmissible. En outre, la vitesse élevée du fil et la grande intensité du courant doivent naturellement être accordées l'une par rapport à l'autre de telle manière que la vitesse du fil soit égale à la vitesse de combustion à l'en- droit de soudure.
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En cas d'utilisation des enseignements suivant la présente invention, on peut produire les valeurs sui- vantes obtenues en pratique :
Vitesse du fil : 0,7 à. 1,5 m/minute
Distance entre l'endroit de contact et l'endroit de soudure:
50 à 80 mm.
On a observé que l'influence de la conduction de chaleur à partir de l'endroit de soudure le long de l'électrode de soudure est seulement minime par rapport à l'influence de la chaleur due au courant. De même l'in- fluence des variations de la température du local ainsi que dé la perte de chaleur par convexion et rayonnement sur la température du fil de soudure est assez minime par suite du temps de séjour réduit de celui-ci dans la région parcourue par le courant. Par conséquent le rap- port de la surface de l'électrode au diamètre de l'élec- trode n'est pas non plus d'une influence décisive. On peut établir maintenant une relation mathématique qui exprime d'une manière relativement simple de quelle ma- nière les grandeurs influençant la température du fil coopèrent.
On obtient ainsi - en tenaht compte de ce qui a été dit plus haut - une équation pour une grandeur caractéristique sans dimension, qui est de son côté une fonction de la température du fil.
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6 . L¯¯¯ 'yrr"7;'v 2. BNn ---¯:¯.: Résistance spécifique fin sou.- #####= Résistance spécifique du fil de sou- m dure à la température de référence, i #### = Densité de courant mm Densi courant L [cm = Distance entre l'endroit d'amemée de courant et l'endroit de soudure. joule = Chaleur spécifique de l'unité de vo- om . 0 lume à la température de référence, To = 43aK = tel1lperÇlture de référence, w I cm/sec.J = Vitesse du fil On a en outre: To -¯¯..T¯ ¯ f (), To équation dans laquelle T est la température du fil de sou- dure en première approximation à l'endroit de la fusion, en réalité toutefois tout près avant l'endroit de la fusion, ce qui revient pratiquement au même.
On a représenté graphiquement au dessin annexé la relation entre cette température T et la grandeur ca- ractéristique # sans dimension, et cela pour un fil de soudure en fer pur, pour lequel les valeurs de 5 et [gamma]. C pour diverses températures sont les suivantes:
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<tb> Température <SEP> Résistance <SEP> spéci- <SEP> Chaleur <SEP> spécifi-
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<tb> 1000 <SEP> 1,2 <SEP> 6,
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On peut supposer que les propriétés du fil de sou- dure usuel ne s'écartent pas beaucoup des valeurs données ci- dessus, connues pour le fer pur, de sorte que pour une tempé- rature maxima déterminée admissible des électrodes de soudure à proximité de l'endroit de soudure, on peut tirer sans diffi- culté de la courbe la valeur correspondante du chiffre carac- téristique # et obtenir ensuite d'après l'équation pour # des valeurs utilisables pour i, w et 1. Ici également il faut naturellement supposer de nouveau que w est égal à la vitesse de combustion de l'électrode. L'équation n'indique rien con- cernant la grandeur de celle-ci en réalité.
Cela signifie toutefois seulement que lorsque quelques valeurs correspondan- tes entre i, w et 1 ont été obtenues par le calcul, ces trois valeurs doivent être réglées par un essai pratique ultérieur de façon que pour une distance donnée 1, les valeurs pour i et w doivent être réglées correctement en tenant compte de1
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vitesse de combustion, ce qui est possible sans difficulté.
Comme température maxima admissible à l'endroit le plus chaud de l'électrode, on se limitera en général à des températures comprises entre 150 et 4000 C. Ceci donne toute- fois pour une minime distance entre l'endroit de contact et l'endroit de soudure et pour une vitesse élevée du fil sui- vant la présente invention, des intensités de courant telle- ment élevées que les puissances de soudure élevées inaccou- tumées, indiquées au début, s'établissent effectivement.
Par exemple suivant le procédé de la présente inven- tion, un fil de soudure de 6,35 mm. de diamètre, qui est trans- porté avec une vitesse de 2 cm/seconde vers l'endroit de sou- dure, pourrait être chargé d'une intensité de courant de 1200 ampères - correspondant à une densité de courant de 38 amp./mm2.
La température du fil à proximité de l'endroit de soudure vaut alors 200 C et la distance de l'endroit de contact à l'endroit de soudure vaut seulement 8,4 cm. Comme les mâchoires d'amenée de courant à travers lesquelles le fil de soudure glisse doi- vent avoir une certaine longueur - un endroit de contact en forme de point n'étant pratiquement pas à envisager-, l'arê- te inférieure des mâchoires est écartée de beaucoup moins que 8 cm de l'endroit de soudure. Un échauffement perturbateur des mâchoires ou du fil de soudure se produit alors tellement peu que le refroidissement par eau, usuel auttement dans les ins- tallations analogues, devient inutile. Ceci également constitue un résultat technique. Conformément aux données qui précèdent, on transporte, dans le cas de cet exemple, plus de 0,6 cm3 de matière à souder par seconde dans le joint de soudure.
A la place de la courbe représentée au dessin, on peut établir des courbes analogues également pour d'autres ma- tières, par exemple le cuivre, l'aluminium, etc. Le procédé suivant la présente invention peut s'employer par conséquent éventuellement pour n'importe quelle matière de soudure. Il suffit d'introduire dans certaines circonstances dans lqua-
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tion de la grandeur caractéristique t) le facteur #o [gamma]o. Co pour le métal ou l'alliage considéré et d'employer la courbe ci-jointe pour la détermination de i et w. L'emploi de courbes de ce genre n'est finalement pas une condition indispens able.
Des essais en pratique faits sur la base des enseignements de la présente invention peuvent suffire également pour ac- corder l'une par rapport à l'autre en cas de minime distance entre l'endroit d'amenée du courant et l'endroit de soudure, des intensités de courant et des vitesses du fil suffisamment élevées de telle manière que pour la plus grande puissance de soudure, la vitesse du fil et la combustion se correspondent.
Revendications.
I/ Procédé pour la soudure électrique, dans lequel la chaleur nécessaire à l'endroit de soudure est produite par le courant parcourant l'électrode à fondre, caractérisé en ce que des intensités de courant particulièrement, élevées (par exemple, dans le cas du fer, plus de 25 amp./mm, dans le cas d'autres métaux ou alliages des intensités plus ou moins éle- vées en concordance avec leur conductibilité) et des vitesses du fil tellement élevées (par exemple, en cas de fer, plus de 0,5 m/minute) sont employées qu'il ne se produit pas de températures du fil ayant une élévation inadmissible.
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Electric welding process.
In all electrical welding processes in which by the action of electric current the metal of the electrode is melted and transported as welding material to the location. welding, an effort is made to increase the welding power as much as possible. Substantially narrow limits have, however, been imposed on this trend so far, so that it has been necessary for heavy welds, for example for V-welds of sheets larger than 5. mm. thick, to carry out welds in several layers, that is to say to deposit on the first weld track another and so on, until the channel of @
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weld is filled.
The present invention makes it possible to carry out welds up to considerable sheet thicknesses in a single operation, for which in the current process it is always necessary to produce several layers of weld successively.
This saves working energy, which already results from the fact that each welding point has to be heated only once or in the case of particularly thick welds, at least much less often than before. - that now, so that the heat losses by radiation and conduction therefore become smaller. Secondly, the working time to be employed is considerably reduced by the present invention, since per unit of time a much larger quantity of solder material can be applied than hitherto.
The invention relates mainly to welding installations operating automatically.
The welding power of such installations is limited by the heating, which is only permissible to a limited extent, of the electrode between the current supply point and the welding point, because on the one hand the electrode cannot must not become incandescent already on the path to the weld place or melt, on the other hand the fontact at the point of supply of the current must remain sufficiently cold so that no oxidation of the welding electrode inside the contact and prevent sticking to the current supply. The smaller the current density in the welding electrode must be kept in view of these conditions, the smaller the welding power naturally also becomes.
It has also hitherto been the prejudice that from the glowing solder spot considerable amounts of heat are supplied to the solder electrode. For this reason the point of contact of the supply
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current to the weld electrode was disposed a relatively large distance from the weld location. In the case of relatively large distances between the contact point and the weld place, the duration of the stay of the welding wire within this region traversed by the current is also relatively large and therefore also the heat. Joule effect produced in the yarn.
The present invention starts from the observation that, on the one hand, the heating of the part traversed by the current of the electrode is all the smaller, for a given distance between the contact and the place of welding, as the speed of the wire is higher, and that on the other hand the current density can be higher all the more, without raising the temperature of the wire, as the distance is smaller between the place of contact and the weld place and the wire speed is higher.
When these two factors are strongly varied, namely: that we first considerably increase the speed of the wire, for example up to 1.5 m / minute, and that we then notably decrease the distance of the contact at the place of welding, for example up to 50 mm., it is possible to obtain with such short residence times of each individual wire element in the region traversed by the current that it is possible to use significantly higher current densities than before without causing the wire to heat up impermissibly. In addition, the high wire speed and the high current intensity must of course be matched to each other in such a way that the wire speed equals the burn rate at the weld spot. .
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When using the teachings of the present invention, the following values obtained in practice can be produced:
Wire speed: 0.7 to. 1.5 m / minute
Distance between the place of contact and the place of welding:
50 to 80 mm.
It has been observed that the influence of heat conduction from the weld location along the weld electrode is only minimal compared to the influence of heat due to current. Likewise, the influence of variations in the temperature of the room as well as of the loss of heat by convection and radiation on the temperature of the welding wire is fairly minimal due to the reduced residence time of the latter in the region traversed. by the current. Therefore the ratio of the electrode area to the electrode diameter is not of decisive influence either. We can now establish a mathematical relation which expresses in a relatively simple way how the quantities influencing the temperature of the wire cooperate.
We thus obtain - taking into account what has been said above - an equation for a dimensionless characteristic quantity, which is in turn a function of the temperature of the wire.
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6. L¯¯¯ 'yrr "7;' v 2. BNn --- ¯: ¯ .: Specific resistance end sou.- ##### = Specific resistance of the welding wire at the reference temperature, i #### = Current density mm Current density L [cm = Distance between the place of current supply and the place of welding. Joule = Specific heat of the unit of volume. 0 lume at temperature reference, To = 43aK = tel1lperÇlture of reference, w I cm / sec. J = wire speed We also have: To -¯¯..T¯ ¯ f (), To equation in which T is the temperature of the wire weld as a first approximation at the place of fusion, in reality however very close before the place of fusion, which amounts to practically the same thing.
The relationship between this temperature T and the characteristic quantity # without dimension has been graphically represented in the accompanying drawing, and that for a pure iron solder wire, for which the values of 5 and [gamma]. C for various temperatures are as follows:
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<tb> Temperature <SEP> Resistance <SEP> speci- <SEP> Heat <SEP> speci-
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It can be assumed that the properties of the usual welding wire do not deviate much from the values given above, known for pure iron, so that for a determined maximum allowable temperature of the welding electrodes near at the weld point, the corresponding value of the characteristic number # can be drawn without difficulty from the curve and then obtained from the equation for # usable values for i, w and 1. Here also it is necessary to naturally assume again that w is equal to the burning rate of the electrode. The equation does not indicate anything about the magnitude of it in reality.
This only means, however, that when a few corresponding values between i, w and 1 have been obtained by the calculation, these three values must be adjusted by a subsequent practical test so that for a given distance 1, the values for i and w must be set correctly taking into account1
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burning rate, which is possible without difficulty.
As the maximum admissible temperature at the hottest point of the electrode, we will generally limit ourselves to temperatures of between 150 and 4000 C. This gives, however, for a minimum distance between the point of contact and the place. solder and for high wire speed according to the present invention, current intensities so high that the unexpected high soldering powers, indicated at the beginning, do indeed establish.
For example according to the method of the present invention, a 6.35 mm solder wire. diameter, which is transported at a speed of 2 cm / second to the place of weld, could be charged with a current of 1200 amps - corresponding to a current density of 38 amps./mm2 .
The temperature of the wire near the place of welding is then 200 C and the distance from the point of contact to the place of welding is only 8.4 cm. As the current supply jaws through which the solder wire slides must be of a certain length - a point-shaped contact point is hardly to be considered - the lower edge of the jaws is spaced much less than 8 cm from the weld area. There is then so little disruptive heating of the jaws or of the solder wire that the water cooling, otherwise customary in similar installations, becomes unnecessary. This too constitutes a technical result. In accordance with the above data, in the case of this example, more than 0.6 cm3 of material to be welded per second is transported into the weld joint.
Instead of the curve shown in the drawing, similar curves can also be established for other materials, for example copper, aluminum, etc. The process according to the present invention can therefore optionally be employed for any solder material. It suffices to introduce in certain circumstances in the qua-
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tion of the characteristic quantity t) the factor #o [gamma] o. Co for the metal or alloy considered and to use the attached curve for the determination of i and w. The use of curves of this kind is ultimately not an indispensable condition.
Practical tests carried out on the basis of the teachings of the present invention may also suffice to match with respect to each other in the event of a small distance between the place of supply of the current and the place of welding. , current intensities and wire speeds high enough so that for the greatest welding power, the wire speed and combustion match.
Claims.
I / Method for electric welding, in which the heat required at the place of welding is produced by the current flowing through the electrode to be melted, characterized in that particularly high current intensities (for example, in the case of iron, more than 25 amp./mm, in the case of other metals or alloys more or less high intensities in accordance with their conductivity) and such high wire speeds (for example, in the case of iron, more 0.5 m / minute) are used that wire temperatures do not occur with an inadmissible rise.