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Procédé de soudure électrique par fusion en profondeur.
On connaît un procédé de soudure électrique pour l'assemblage de pièces en fer ou acier, procédé qui, en raison de la fusion en profondeur du métal de base, est désigné sous le nom de "procédé de soudure par fusion en profondeur" et dans lequel le fil de soudure , servant d'é- lectrode, est plongé dans une couche de poudre 'de soudure, qui fond lors de la soudure et au sein de laquelle le fil de soudure, sans qu'il se produise un arc visible, est fondu pour former la "traînée de soudure".
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Comme, dans ce procédé de soudure, contrairement au procédé de soudure avec arc visible, il ne se produit pas de pertes par rayonnement, projections, oxydation, etc., l'uti- lisation d'énergie est, dans ce procédé, notablement pus favorable que dans la soudure avec arc visible, ce qui a pour résultat un fort surchauffage de la matière de soudure, la fusion profonde du métal de base et par conséquent une résistance et une ténacité à l'entaillage élevées de la sou- dure achevée.
L'invention concerne un procédé de soudure de ce gen- re et elle consiste en ce que plusieurs fils de soudure sont amenés en même temps à l'endroit de soudure, Il a été observé que, pour la même densité de courant dans les fils de soudure que celle qui a été autrement utilisée dans le procédé, on obtient une puissance de soudure plus grande que celle qui résulterait de la simple addition des puissances individuelles D'autre part, il est possible, en réduisant la densité de courant dans les fils de soudure, d'obtenir une puissance de soudure correspondant sensiblement à la somme des trois puis- sances individuelles avec une densité de courant plus grande.
Les fils de soudure individuels peuvent être chargés par les mêmes intensités de courant ou par des intensités de cou- rant différentes, ou bien des fils de soudure individuels peu- vent, dans certaines conditions, également être sans courant; les fils de soudure peuvent être disposés suivant des posi- tions et des inclinaisons différentes l'un par rapport à l'au- tre, et ils peuvent présenter des sections transversales de valeurs égales ou différentes.
L'utilisation d'un fil de sou- dure chargé plus fortement de courant électrique, tandis que les autres sont moins chargés ou même ne le sont pas du tout, est possible, car, dans la soudure sans arc visible, il exis- te, à l'endroit de soudure, une concentration d'énergie de valeur élevée telle qu'une partie importante du métal de base
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à souder est fondue et forme à l'endroit de soudure unbain métallique liquide. Lorsque d'autres fils de -soudure sont engagés dans ce bain métallique, une partie de la chaleur du bain produit la fusion des fils de soudure additionnels. Il suffit par suite d'amener à ceux-ci une puis,sance électri- que plus faible, par exemple de 25%.
En outre, le métal de base est, par le courant amené au premier fil de soudure, déjà fondu à une profondeur suffisante, de sorte qu'en géné- ral une fusion additionnelle du métal de base n'est pas du tout désirable. Si l'on répartit régulièrement la totalité de la puissance électrique sur tous les fils de soudure, on n'obtient pas du tout le même effet. L'énergie n'est alors notamment pas concentrée en un très petit endroit, mais se répartit sur une surface plus grande, de sorte que l'éva- cuation de chaleur s'accroît et que par conséquent la fusion en profondeur est notablement réduite. La répartition régu- lière de la puissance électrique sur tous les fils de soudu- re convient par exemple dans le cas de soudures avec apport de métal, soudures pour lesquelles une forte fusion en pro- fondeur n'est pas nécessaire.
On utilise de préférence au maximum trois fils de soudure en un endroit de soudure. Pour obtenir une ré- partition avantageuse du courant, aussi bien pour le réseau fournissant le courant que pour l'opération de soudure, on peut relier les trois fils de soudure aux trois phases d'un transformateur de soudure triphasé, ou, ce qui révient pra- tiquement au même, on peut utiliser, au lieu d'un transfor- mateur de courant triphasé, trois transformateurs de soudure monophasés.
Si l'on veut travailler avec deux fils de soudure seulement en un endroit de soudure, il est néanmoins avanta- geux d'utiliser un transformateur de soudure triphasé, ou, au lieu de celui-ci, à nouveau trois transformateurs de sou-
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dure monophasé, et de relier les deux fils de soudure à deux conducteurs du réseau de soudure triphasé, tandis que le troisième conducteur de celui-ci est relié conductivement à la pièce à traiter.
Pour la réalisation d'un joint de soudure normal entre des tôles relativement épaisses, les différents fils de soudure peuvent être disposés l'un derrière l'autre, de sorte qu'au sein de l'endroit de travail chauffé à la tem- pérature de soudure, le fil de soudure situé le plus en avant effectue en une certaine mesure la soudure de base, au cours de laquelle il se produit en même temps également la plus grande fusion en profondeur du métal de base, tandis que le ou les fils de soudure suivants fournissent aux endroits de soudure la matière de soudure additionnelle, qui est néces- saire pour le remplissage de l'intervalle de soudure.
Pour des soudures avec apport de matière, au con- traire, il convient de disposer les fils de soudure à côté l'un de l'autre. Chaque fil de soudure doit alors constituer dans une certaine mesure son propre bain de soudure, qui se réunit aux bains de soudure voisins. Nais l'action en pro- fondeur est alors naturellement plus faible.
On obtient une forme de réalisation intermédiaire entre ces deux dispositions lorsqu'on place trois fils de soudure en triangle l'un par rapport à l'autre, en plaçant par exemple un fil de soudure en avant et les deux autres fils de soudure à droite et à gauche derr/ière celui-ci.
Une disposition de ce genre peut être favorable, par exemple, dans le cas de soudures en V de tôles particulièrement épais- ses, car on peut ainsi obtenir une fusion régulière des faces d'about en V depuis le bas jusqu'en haut. Dans beaucoup de cas, il est avantageux d'.utiliser,aux endroits de la soudure où il se présente un plus grand besoin de matière de soudure, des fils de soudure de -plus grand diamètre .
Lorsqu'il s'agit
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de soudure seulement avec apport de matière, par exemple pour remplir des gorges qui sont profondes au milieu et plates sur les bords, il devient alors avantageux de pla- cer au milieu un fil de soudure plus épais que sur les bords, Mais également dans le cas de soudures d'assemblage, par exemple de soudures en V, il peut être avantageux de choisir l'électrode, située le plus en avant, plus épaisse et les électrodes suivantes plus minces, de sorte que l'é- lectrode située en avant produise essentiellement le bain de soudure et effectue la soudure de base, tandis que les électrodes suivantes ne forment plus que la couche supé- rieure de la soudure.
Il est en outre avantageux d'adapter la puissance électrique, c'est à dire la tension de sou- dure et l'intensité de courant, pour chacun des fils de smudure individuels, aux besoins, c'est à dire en particu- lier à l'épaisseur du fil de soudure, ce qu'on peut réali- ser très facilement, par exemple, par la manoeuvre d'inter- rupteurs à gradins de transf ormateurs. Dans le cas de trans- formateurs de soudure à courant triphasé ou dans le cas de l'utilisation de plusieurs transformateurs de soudure mono- phasés, chaque phase individuelle doit naturellement possé- der un interrupteur à gradins.
Il peut arriver que les quantités de matière, qui doivent être apportées par chacun des fils de soudure indi- viduels, varient plus ou moins, et comme il peut, aux dif- f érents fils de soudure, en particulier se produire des va- riations différentes, il est avantageux de régler la vitesse d'avance des différents fils de soudure indépendamment l'un de l'autre. Ceci peut être obtenu par le fait que chaque fil de soudure, qui se déroule d'un tambour, par exemple, est entraîné au moyen d'un moteur d'avance propre à l'en- droit de soudure, chaque moteur d'avance comportant alors un régulateur de son nombre de tours.
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La vitesse, avec laquelle chaque fil de soudure indi- viduel est entraîné vers la pièce à traiter, est avanta- geusement réglée automatiquement par une commande électri- que en fonction de la tension de soudure convenant pour chaque fil de soudure individuel, entre le fil de soudure et la pièce à traiter, c'est à dire¯par suite que l'on uti- lise les variations, se produisant en raison d'une usure irrégulière, de la tension de soudure, pour produire un réglage du nombre de tours, commandé par exemple par un tube, du moteur d'avance du fil de soudure.
On fait arri- ver à l'endroit de soudure des fils de soudure, soumis à une charge de courant plus faible, ou des fils de soudure à charge de courant nulle, de préférence avec une vitesse d'avance autre que des fils soumis à une charge plus forte, Suivant les conditions particulières et l'épaisseur des fils de soudure à faible charge ou à charge nulle, leur vi- tesse d'avance peut dans chaque cas être supérieure ou in- férieure à celle des fils se doudure à charge plus forte.
Dans un tel cas, il est avantageux de régler seu- lement la vitesse d'avance du ou des fils de soudure à char- ge électrique complète automatiquement en fonction de la tension de soudure. La vitesse d'avance du ou des fils de soudure additionnels,à charge électrique plus faible ou du ou des fils de soudure à charge électrique nulle, est avantageusement réglée séparément ou en commun à la main.
Lorsque, par exemple, on soude des alliages d'acier et qu'on utilise pour la soudure un fil de soudure d'un al- liage correspondant, la composition du fil de soudure et de la trainée de soudure change de façon extraordinairement facile,.par suite de réactions chimiques, en raison de la
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température élevée à l'endroit du passage.du courant. Dans de tels cas, il est avantageux d'utiliser un fil de soudure additionnel, à charge électrique faible ou à charge électri- que nulle ou également plusieurs de tels fils de soudure, qui sont en des alliages d'un titre plus élevé que le ou les fils de soudure à charge électrique complète, et on'doit choisir l'alliage de telle manière que le bain de soudure, qui se mêle automatiquement, présente la composition correcte dans le produit final.
L'invention concerne en outre un dispositif pour la réalisation du procédé. Ce dispositif comporte des sup- ports pour les différents fils de soudure, supports qui per- mettent de régler la position et l'inclinaison des différents fils de soudure l'un par rapport à l'autre et par rapport à la pièce à traiter.
Il est avantageux de monter les différents supports des fils de soudure dans une tête de soudure commune, pour pouvoir obtenir un mode de construction ramassé et pour pro- téger toutes les parties par un carter commun.
Pour que la tête de soudure puisse être disposée de manière à pouvoir être déplacée et à êtr-e de position ré- glable, il est avantageux de prévoir, pour tous les fils de soudure, un dispositif de réglage additionnel commun,qui permette, sans modifier la position des fils de soudure l'un par rapport à l'autre, de changer leur direction et leur po- sition par rapport à la pièce à traiter.
Il est décrit ci-après quelques exemples de réali- sation de l'invention en référence aux fig. 1,3 et 4 du des- sin ci-joint.
La fig. 1 représente le cas d'une soudure en V avec deux fils de soudure, qui sont raccordés aux conducteurs U et V d'un système triphasé, tandis que la pièce à traiter est reliée au troisième conducteur W du même système tri- phasé. Les fils de soudure se déplacent, alors que la pièce
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à traiter est immobile, dans la direction de la flèche en traits interrompus ; premier fil de soudure, comme le montre le dessin, assure la soudure de base, tandis que le second fil de soudure assure la soudure additionnelle, de sorte que, dans le cas d'une pièce à traiter d'une épais- seur désirée quelconque, le joint de soudure peut être réa- lisé en une seule opération.
Dans ce cas, par exemple, le second fil de soudure peut être chargé électriquement no- tablement moins que le premier fil de soudure.
La fig. 2 montre la soudure en V dans le procédé de soudure réalisé jusqu'ici, dans lequel le fil de soudure est plongé dans la masse fondue à l'état incandescent de la poudre de soudure. Avec cette disposition, les faces d'about de la soudure en V devaient être taillées en deux opérations, car la partie inférieure de la soudure en V exige, dans ce procédé,des faces d'about parallèles.
Dans le cas de la soudure correspondante avec plu- sieurs fils de soudure, l'usinage des faces d"about devient plus simple, comme le montre la fige 3, et peut être réalisé en une seule opération. Sur les deux figures 2 et 3, a et b désignent les tôles à assembler,par soudure, ± les fils de soudure, d la masse fondue incandescente formée d'une pou- dre de soudure, dans laquelle plongent les fils de soudure, e désigne un support en cuivre.
Dans le cas d'une soudure en V de ce genre, il peut dans certaines conditions également être avantageux de dis- poser les fils de soudure, non pas l'un derrière l'autre, mais à côté l'un de l'autre. On peut également, au lieu d'utiliser deux fils de soudure et de les relier à deux conducteurs du système triphasé et de relier la pièce à trai- ter au troisième conducteur de celui-ci, utiliser trois fils de soudure et relier ceux-ci aux trois conducteurs du sys- tème triphasé.
Un exemple pour la soudure par courant triphasé, avec des fils de soudure disposés l'un à côté de l'autre, est
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représenté sur la fig. 4. Pour de nombreuses applications, on a notamment besoin de réservoirs qui doivent être fabri- qués en plusieurs viroles ou tronçons et dans lesquels la surface intérieure doit être aussi lisse que possible sans trace de raccord. Les extrémités des endroits d'about sont par suite rabattues vers l'extérieur et sont ensuite en général assemblées par soudure avec interposition d'un fil métallique. Dans le procédé de soudure avec arc visible, on a, la plupart du temps, placé, de chaque côté du fil mé- tallique, une traînée de soudure, ce qui constitue un tra- vail de longue durée et compliqué.
Dans le procédé de sou- dure sans arc visible, avec fil de soudure plongeant dans une masse fondue incandescente, la soudurepou-vait, il est vrai, être achevée en une opération. La forte intensité de courant, se produisant entre la pièce à traiter et l'élec- trode a, précisément dans ce cas, en raison de l'épaisseur relativement faible de la tôle, facilement pour résultat une attaque trop profonde et même un brûlage complet. Les deux modes opératoires imposent des exigences particuliè- rement élevées à l'adresse de l'ouvrier soudeur, si l'on veut obtenir un joint de soudure satisfaisant et convien- nent moins pour des soudures automatiques.
La fig. 4 montre comment la soudure est effectuée, conformément à l'invention, en une opération en utilisant deux fils de soudure. un fil de soudure est disposé à droite et un autre à gauche du fil métallique interposé et chacun de ceux-ci est relié à un conducteur du système de courant triphasé, tandis que la pièce à traiter est reliée au troi- siéme conducteur. Le fil métallique, préalablement intercalé dans l'intervalle de soudure, est entouré également, des deux côtés, par le bain de soudure, est ainsi fondu, et on obtient une bonne soudure homogène, avec une grande vitesse
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de travail, l'opération de soudure se laissant effectuer automatiquement,de façon sûre.
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Deep fusion electric welding process.
There is known an electric welding process for the assembly of iron or steel parts, which process, due to the deep melting of the base metal, is referred to as the "deep fusion welding process" and in in which the solder wire, serving as an electrode, is immersed in a layer of solder powder, which melts during soldering and within which the solder wire, without producing a visible arc, is melted to form the "weld drag".
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As, in this welding process, unlike the visible arc welding process, no losses by radiation, spattering, oxidation, etc. occur, the use of energy is, in this process, considerably more. favorable than in visible arc welding, which results in a strong overheating of the weld material, deep melting of the base metal and therefore high notch strength and toughness of the finished weld.
The invention relates to a welding process of this kind and it consists in that several welding wires are brought at the same time to the welding place. It has been observed that, for the same current density in the wires welding power than that which has been otherwise used in the process, a greater welding power is obtained than that which would result from the simple addition of the individual powers On the other hand, it is possible, by reducing the current density in the wires welding power, to obtain a welding power substantially corresponding to the sum of the three individual powers with a greater current density.
Individual solder wires may be charged with the same current strengths or by different current strengths, or individual solder wires may under certain conditions also be currentless; the solder wires can be arranged in different positions and inclinations with respect to each other, and they can have cross sections of equal or different values.
The use of a welding wire loaded more strongly with electric current, while the others are less loaded or even not at all, is possible, because in welding without visible arc there is , at the weld location, a high value energy concentration such as a large part of the base metal
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solder is melted and forms a liquid metal foil at the solder point. When other solder wires are engaged in this metal bath, some of the heat from the bath produces the fusion of the additional solder wires. It is therefore sufficient to bring to them a lower electrical power, for example 25%.
Further, the parent metal is by the current fed to the first solder wire already melted to a sufficient depth so that in general further melting of the parent metal is not at all desirable. If we distribute all the electric power evenly over all the welding wires, we do not obtain the same effect at all. In particular, the energy is not concentrated in a very small place, but is distributed over a larger area, so that the heat dissipation increases and therefore the deep melting is considerably reduced. The even distribution of the electric power over all the welding wires is suitable, for example, in the case of welds with added metal, welds for which a strong melting in depth is not necessary.
Preferably, a maximum of three solder wires are used at one spot. To obtain an advantageous distribution of the current, both for the network supplying the current and for the welding operation, the three welding wires can be connected to the three phases of a three-phase welding transformer, or, which reverts to In practice, three single-phase welding transformers can be used instead of a three-phase current transformer.
If you want to work with only two solder wires at one spot, it is nevertheless advantageous to use a three-phase welding transformer, or, instead of this, again three power transformers.
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hard single-phase, and connect the two two-conductor solder wires of the three-phase solder network, while the third conductor thereof is conductively connected to the workpiece.
To achieve a normal solder joint between relatively thick sheets, the individual solder wires can be arranged one behind the other, so that within the working place heated to temperature welding wire, the most forward welding wire performs to a certain extent the base weld, during which at the same time the greatest deep melting of the base metal also occurs, while the wire (s) The following welds provide the weld locations with additional weld material, which is necessary for filling the weld gap.
On the other hand, for welds with material addition, the welding wires should be placed next to each other. Each solder wire must then constitute to a certain extent its own solder bath, which joins with neighboring solder baths. But the in-depth action is then naturally weaker.
An intermediate embodiment between these two arrangements is obtained when three welding wires are placed in a triangle with respect to each other, for example by placing a welding wire in front and the other two welding wires on the right. and to the left behind it.
An arrangement of this kind may be favorable, for example, in the case of V-welds of particularly thick sheets, since it is thus possible to obtain a regular fusion of the V-shaped end faces from the bottom to the top. In many cases, it is advantageous to use, at places of the weld where there is a greater need for welding material, welding wires of larger diameter.
As it's about
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welding only with addition of material, for example to fill grooves which are deep in the middle and flat on the edges, it then becomes advantageous to place in the middle a welding wire thicker than on the edges, But also in the In case of assembly welds, for example V-welds, it may be advantageous to choose the electrode, located furthest forward, thicker and the following electrodes thinner, so that the electrode located in front essentially produces the solder bath and performs the base solder, while the following electrodes only form the top layer of the solder.
It is also advantageous to adapt the electric power, that is to say the welding voltage and the current intensity, for each of the individual welding wires, to the needs, ie in particular. to the thickness of the welding wire, which can very easily be achieved, for example, by operating step switches of transformers. In the case of three-phase current welding transformers or in the case of the use of several single-phase welding transformers, each individual phase must naturally have a step switch.
It may happen that the quantities of material, which must be supplied by each of the individual solder wires, vary more or less, and as it may, with the different solder wires, in particular there may be variations. different, it is advantageous to adjust the speed of advance of the different solder wires independently of one another. This can be achieved by the fact that each welding wire, which unwinds from a drum, for example, is driven by means of a feed motor specific to the weld location, each feed motor then comprising a regulator of its number of turns.
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The speed with which each individual welding wire is driven towards the workpiece is advantageously automatically regulated by an electric control according to the welding voltage suitable for each individual welding wire, between the wire. of the weld and the part to be treated, it is as a result that one uses the variations, which occur due to irregular wear, of the welding tension, to produce an adjustment of the number of turns , controlled for example by a tube, of the welding wire feed motor.
Welding wires, subjected to a lower current load, or welding wires with zero current load, preferably with a feed speed other than wires subjected to the weld, are brought to the welding point. a higher load, Depending on the particular conditions and the thickness of the welding wires at low load or at zero load, their speed of advance may in each case be greater or less than that of the welded wires at load stronger.
In such a case, it is advantageous to adjust only the speed of advance of the fully electrically charged welding wire (s) automatically as a function of the welding voltage. The speed of advance of the additional welding wire (s), with a lower electric charge or of the welding wire (s) with zero electric charge, is advantageously adjusted separately or jointly by hand.
When, for example, steel alloys are welded and a weld wire of a corresponding alloy is used for the welding, the composition of the weld wire and the weld drag changes extraordinarily easily, .as a result of chemical reactions, due to the
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high temperature where the current passes. In such cases, it is advantageous to use an additional solder wire, low electric charge or zero electric charge or also several such solder wires, which are made of alloys of a higher count than or fully electrically charged solder wires, and the alloy must be chosen in such a way that the self-mingling solder bath has the correct composition in the final product.
The invention further relates to a device for carrying out the method. This device comprises supports for the various welding wires, supports which make it possible to adjust the position and the inclination of the different welding wires with respect to each other and with respect to the part to be treated.
It is advantageous to mount the various supports for the welding wires in a common welding head, in order to be able to obtain a compact construction method and to protect all the parts by a common housing.
So that the welding head can be arranged so as to be able to be moved and to be in an adjustable position, it is advantageous to provide, for all the welding wires, an additional common adjustment device, which allows, without modify the position of the welding wires relative to each other, change their direction and their position relative to the part to be treated.
A few exemplary embodiments of the invention are described below with reference to FIGS. 1, 3 and 4 of the attached drawing.
Fig. 1 represents the case of a V-shaped weld with two welding wires, which are connected to the U and V conductors of a three-phase system, while the part to be treated is connected to the third W conductor of the same three-phase system. The solder wires move while the workpiece
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to be processed is stationary, in the direction of the arrow in dashed lines; the first solder wire, as shown in the drawing, provides the basic solder, while the second solder wire provides the additional solder, so that in the case of a workpiece of any desired thickness , the solder joint can be made in a single operation.
In this case, for example, the second solder wire may be electrically charged significantly less than the first solder wire.
Fig. 2 shows the V-weld in the welding process carried out so far, in which the welding wire is immersed in the melt in the glowing state of the welding powder. With this arrangement, the butt faces of the V-weld had to be cut in two operations, since the lower part of the V-weld requires, in this process, parallel butt faces.
In the case of the corresponding weld with several welding wires, the machining of the end faces becomes simpler, as shown in fig 3, and can be carried out in a single operation. In both figures 2 and 3 , a and b denote the sheets to be assembled, by soldering, ± the solder wires, d the incandescent melt formed from a solder powder, in which the solder wires are immersed, e designates a copper support.
In the case of such a V-weld, it may also under certain conditions be advantageous to arrange the welding wires, not one behind the other, but next to each other. . It is also possible, instead of using two welding wires and connecting them to two conductors of the three-phase system and connecting the part to be treated to the third conductor of this one, use three welding wires and connect them. to the three conductors of the three-phase system.
An example for three-phase current welding, with welding wires arranged next to each other, is
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shown in fig. 4. For many applications there is a particular need for reservoirs which must be manufactured in several shells or sections and in which the interior surface must be as smooth as possible without a trace of connection. The ends of the end points are therefore folded outwards and are then generally assembled by welding with the interposition of a metal wire. In the visible arc welding process, most of the time, a weld drag has been placed on each side of the wire, which constitutes a long and complicated job.
In the process of welding without visible arc, with welding wire immersed in an incandescent melt, the welding could, it is true, be completed in one operation. The high current, occurring between the workpiece and the electrode has, precisely in this case, due to the relatively small thickness of the sheet, easily results in too deep attack and even complete burning. . Both procedures place particularly high demands on the welder, if a satisfactory weld joint is to be obtained, and are less suitable for automatic welds.
Fig. 4 shows how soldering is carried out, according to the invention, in one operation using two solder wires. a solder wire is arranged to the right and another to the left of the interposed metal wire and each of these is connected to a conductor of the three-phase current system, while the workpiece is connected to the third conductor. The metal wire, previously inserted in the solder gap, is also surrounded on both sides by the solder bath, is thus melted, and a good homogeneous solder is obtained, with a high speed
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work, the welding operation being carried out automatically, in a safe manner.