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Procède pour souder des pièces métalliques, en particulier en métaux légers.
La présente invention se rapporte à un procédé de sou- dage autogène dans lequel un mélange à. réaction fortement exo- thermique fournit la ohaleur nécessaire.
De tels procédés sont connus en diverses variantes sous la désignation de soudage aluminothermique. On les applique par exemple pour le soudage de rails de chemina de fer ; dansce cas, les extrémités à souder sont entourées d'un moule dans lequel on verse un mélange aluminothermique qu'on a fait réagir dans un creuset séparé. Le fer en fusion réalise la soudure, alors que la scorie fondue, composée surtout d'oxyde d'aluminium, se rassemble à la partie supérieure du moule. Ce procédé n'est naturellement applicable qu'au soudage de pièces en fer, oar le mélange aluminothermique fournit du fer fondu. On ne peut pas l'appliquer à d'autres métaux, surtout pas à des métaux légers.
On a également déjà soudé bout à bout des tuyaux en fer en ver- sant sur leurs extrémités rapprochées un mélange aluminothermi- que en fusion et en les pressant ensuite l'un contre l'autre : date ce cas, la soorie coule d'abord autour des extrémités à souder et forme une enveloppe autour de laquelle le fer du mélange alu- minothermique se solidifie, de sorte qu'on peut ensuite débar- rasser la soudure du fer produit par la réaction.
Selon la présente invention, on réunit par soudage des pièces métalliques, particulièrement en métaux légers, en réunissant les parties à souder et en les entourant d'une masse à forte réaction exothermique, après quoi on déclenche la réaction qui fournit la ohaleur nécessaire pour le soudage ; la masse est choisie de telle façon qu'elle ne laisse pas s'échapper de pro- duits fondus. A l'encontre d'un des procédés aluminothermiquea
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connus, on n'utilise pas pour la soudure le métal mis en liberté par la réaction, mais uniquement la chaleur libérée par celle-ci.
Il n'estpas nécessaire que les parties à réunir se touchent dans tous les cas. Un contact n'est notamment pas né- cessaire lorsque les parties à réunit sont refoulées l'une con- tre l'autre après ramollissement ou début de fusion. Ce dernier mode d'exécution est le plus indiqué, oar il garantit le mieux une bonne soudure. Il est évident qu'on peut introduire entre les parties à souder une ou plusieurs petites pièces de métal qui elles-mêmes se ramollissent ou fondent. Lorsqu'on introduit une telle pièce intermédiaire seulement après ramollissement ou fu- sion des parties à souder, on peut l'utiliser pour exercer une pression sur ces parties, ce qui est particulièrement avantageux lorsque les pièces à. réunir ne peuvent pas être elles-mêmes pres- sées l'une contre l'autre ; ceci peut être le cas par exemple pour des barres omnibus.
Il est également possible de placer la pièce intermédiaire à. côté ou au-dessus de l'endroit où les pièces à réunir se touchent et en contact étroit avec le mélan- ge exothermique, de sorte qu'elle fond et coule entre les parties a réunir.
Le procédé selon l'invention est particulièrement ap- plicableau soudage par rapprochement de barres, profilées, tubes ou câbles en aluminium (sous le terme aluminium il faut na- turellement aussé comprendre les alliages d'aluminium). On peut toutefois aussi souder des pièces en d'autres métaux, par exem- ple en magnésium, en laiton etc. On peut aussi souder ensemble des métaux différents, par exemple du cuivre avec de l'aluminium; dans ce cas, on opère de façon que le métal à point de fusion plus élevé reçoive plus de chaleur.
Dans l'exécution du procédé, il faut avoir soin que le métal qui est mis en liberté lors de la réaction du melange exothermique ne gêne pas le soudage. Ce métal, qui est prati- quement toujours le fer, doit rester dans le mélange réactif et ne pas s'écouler. A cet effet, on peut ajouter à la masse de réaction des substances qui retiennent le métal formé. Comme substance d'addition, on peut utiliser avant tout l'oxyde de ma- gnésium. Un excédent d'oxydes de fer est également utilisable.
Le mieux est toutefois de choisir lessubstances réagissantes de telle façon qu'elles fournissent elles-mêmes une scorie qui retient le métal formé. On y parvient par exemple au moyen d'un mélange de magnésium, d'aluminium et d'oxydes de fer, le magné- sium s'y trouvant en quantité beaucoup plus grande que l'alumi- nium. Un bon mélange est formé par exemple de 20 à 30 % de magnésium, de 2 à 7 % d'aluminiumet de 67 à 78 % de battitures de fer. Des résultats excellents ont été obtenus avec un mélange renfermant 34 à 26 % de magnésium, 3 à 5 % d'aliminium et 69 à 73 % de battitures. De bons résultats ont été obtenus également avec un mélange consistant seulement en magnésium,avec un excès d'oxydes de fer. Ces substances doivent naturellement être utilisées en un état de division suffisante.
En général la ré- gle suivante est valable : réaction est d'autant plus vio- lente que la poudre est plus fine. Il faut éviter aussi bien une réaction trop violente qu'une réaction trop lente.
Le mélange réactif est amorcé de façon connue,de pré- férence au moyen d'une amorce composée de chlorate de potassium, de poudre d'aluminium et de magnésium et de soufre. lorsqu'il s'agit particulièrement de souder bout à bout des pièces allongées en métal léger, on a trouvé qu'il est avanta- geux d'entourer les extrémités rapprochées d'un tube autour duquel est disposée la masse de réaction, de préférence sous . forme d'un comprimé. Pour le soudage d'aluminium, le tube peut"tre
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formd'aluminium. Il fond en même temps que les extrémités à. souder et peut fournir une partie dur métal nécessaire à la soudure. Un tube en matière céramique est aussi utilisable, mais moins avantageux.
En général, il est souhaitable, par exemple lors du soudage par rapprochement de câbles conducteurs en aluminium, que la soudure ne présente pas un diamètre nettement plus grand que le câble lui-même .Il peut être nécessaire d'enlever de la soudure l'excédent de métal, parexemple par limage. Si l'on travaille sans tube entourant les extrémités à souder, il n'est guère possible d'empêcher que le diamètre à la soudure ne devienne plus grand que celui des pièces soudées.
Afin d'éviter un trop grand diamètre à la soudure, ou pour donner à celle-ci une forme déterminée, il est avantageux de choisir pour le tube servant de moule un métal à, point de fusion nettement plus élevé que celui des pièces à souder, pour l'aluminium par exemple un tube de fer, qu'on munit avantageusement d'une rivure longitudinale ou d'un agrafage facile à ouvrir après l'exécution du soudage et l'élimination des résidus de la réaction. S'il ne s(agit pas de souder bout à bout des pièces allongées de section simple telles que barres, câbles et tubes, mais d'effectuer d'autres soudages tels que des soudages en T, on utilise naturellement à la place d'un,, tube une autre enveloppe servant de moule.
S'il s'agit du soudage bout à bout de tubes ou de câbles creux, par exemple en aluminium, dans lesquels la cavité ne doit pas être interrompue, en place un tube également à l'intérieur des extrémités à souder.
Le dessin montre un exemple d'exéoution du procédé. La figure 1 représente en coupe longitudinale deux extrémités de câbles en aluminium à, souder bout,% bout ainsi qu'un comprimé d'un mélange exothermique entourant oex deux extrémités, alors que la figure 2 représente une section transversale selon la ligne A-A de la figure 1. Les extrémités de câbles 1 et 2 sont introduites dans le comprimébylindrique 3.
Celui-ci renferme le tube de fer 4, qui empêche le métal mis en liberté par la réaction d'atteindre les parties à souder et s'o ppose également à un agrandissement notable du diamètre à la soudure. 5est une rivure longitudinale, qui facilite l'élimination du tube de fer après l'exécution du soudage. 6 est un arrêt (anneau en aluminium), qui permet le centrage de la soudure. 7 est un mélange de réaction com- posé de magnésium, d'aluminium et de battitures, qui a été comprimé sous une pression élevée. 8 désigne un mélange d'amorçage, auquel on met le feu au moyen du ruban d'arra- chage 9 et qui provoque alors la réaction du mélange exothermique. 10 est un tube en oarton muni de deux couvercles 11.
Les flèches indiquent la direction de la pression auquel est soumise la soudure.
Pour la sécurité du magasinage et du transport, il est recommandable de protéger les bandes d'arrachage et le comprimé au moyen d'une enveloppe, qui les protège également contre l'humidité. Les fentes à travers lesquelles l'humidité pourrait pénétrer peuvent être obturées au moyen de paraffine.
Comme il a été indiqué ci-dessus, on obtient la soudure la plus sûre lorsque les extrémités à. réunir sont refoulées l'une contre l'autre dès qu'elles sont ramollies ou qu'elles commencent à fondre. A cet effet, on utilise avantageusement un appareil de refoulement qui comprend
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deux paires de mâchoires dans lesquelles sont fixées les extrémités à souder et qui déjà avant l'amorçage du mélange exothermique se trouvent sous l'action d'une pression exercée par un ou plusieurs ressorts et tendant à se rapprocher l'une de l'autre. Dès que les extrémités à souder sont suffisamment ramollies, les paires de mâchoires exécutent automatiquement un refoulement.
On peut construire l'appareil de refoulement de telle façon qu'il est suffisamment léger pour qu'on puisse le suspendre à des câbles conducteurs aériens en alu:ninium en vue du soudage de ceux-ci.
Le procédé selon l'invention peut aussi être appliqué au ,soudage simultané de plus de deux pièces. On peut aussi exécuter des soudures en T, par exemple des dérivations sur des conducteurs électriques.
Le procédé selon l'invention présente des avantages en partie très importants par rapport aux procédés de soudage connus. Il n'estpas nécessaire de recourir à une petite installation de fonderie telle qu'elle est nécessaire pour l'exécution des autres procédés de soudage aluminothermique. Un domaine d'application très important est le soudage de conducteurs électriques à ciel ouvert, en particulier de lignes électriques aériennes, car il suffit d'emporter un appareil de refoulement très maniable et le nombre nécessaire de comprimés.
Les autres procédés au contraire ne sont guère applicables lorsqu'il s'agit d'exécuter des soudages sur des conduites déjà. suspendues aux pylônes.
Le procédé selon l'invention permet d'autre part le soudage de plèces à section relativement grande, avec lesquelles le soudage électrique 'car résistance ne serait possible qu'à l'aide de machines de'très grande puissance et où le soudage autogène au moyen du chalumeau n'est pas pratiquement réalisable.
Le procédé peut être exécuté par des manoeuvres ou des ouvriers non spécialisés.
REVENDICATIONS
1 ) Procédé de soudage de pièces métalliques, en particulier en métaux légers, caractérisé par le fait que les oarties à souder et rapprochées l'une de l'autre sont entorses d'un mélange à réaction fortement exothermique, qu'on fait réagir et qui fournit la chaleur nécessaire au soudage sans que des produits de réaction fusibles s'écoulent de la masse.
2 ) Procédé selon 10, caractérisé par le fait que les parties à réunir ramollies par la chaleur sont refoulées l'une contre l'autre.
3 ) Procédé selon 1 , caractérisé par le fait qu'au moins une pièce métallique est introduite entre les parties à réunir.
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Process for welding metal parts, in particular light metals.
The present invention relates to an autogenous soldering process in which a mixture with. strongly exothermic reaction provides the necessary heat.
Such processes are known in various variations under the designation of thermite welding. They are applied, for example, for the welding of railway tracks; in this case, the ends to be welded are surrounded by a mold into which an aluminothermic mixture is poured which has been reacted in a separate crucible. The molten iron makes the weld, while the molten slag, mostly aluminum oxide, collects at the top of the mold. This process is of course only applicable to the welding of iron parts, where the aluminothermic mixture provides molten iron. It cannot be applied to other metals, especially not to light metals.
Iron pipes have also already been butt-welded by pouring a molten aluminothermic mixture over their close ends and then pressing them against each other: in this case, the soorie first flows. around the ends to be soldered and forms a shell around which the iron in the alumino-thermal mixture solidifies, so that the solder can then be freed from the iron produced by the reaction.
According to the present invention, metal parts, particularly of light metals, are joined together by welding, bringing the parts to be welded together and surrounding them with a mass with a strong exothermic reaction, after which the reaction is started which provides the heat necessary for the welding. welding; the mass is chosen in such a way that it does not allow molten products to escape. Against one of the aluminothermic processesa
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Known, the metal released by the reaction is not used for welding, but only the heat released by the latter.
It is not necessary that the parts to be reunited touch each other in all cases. Contact is not necessary in particular when the parts to be joined are forced against each other after softening or the start of melting. This last embodiment is the most suitable, because it best guarantees a good weld. It is evident that one can introduce between the parts to be welded one or more small pieces of metal which themselves soften or melt. When such an intermediate piece is introduced only after the parts to be welded have softened or melted, it can be used to exert pressure on these parts, which is particularly advantageous when the parts have to. to unite cannot themselves be pressed against each other; this may be the case, for example, for bus bars.
It is also possible to place the intermediate piece at. side or above where the parts to be joined touch and in close contact with the exothermic mixture, so that it melts and flows between the parts to be joined.
The process according to the invention is particularly applicable to welding by bringing together aluminum bars, profiles, tubes or cables (the term aluminum should naturally also be understood to include aluminum alloys). However, it is also possible to weld parts made of other metals, eg magnesium, brass etc. It is also possible to weld together different metals, for example copper with aluminum; in this case, the procedure is such that the metal with a higher melting point receives more heat.
In carrying out the process, care must be taken that the metal which is released during the reaction of the exothermic mixture does not interfere with the welding. This metal, which is almost always iron, must remain in the reaction mixture and not flow out. For this purpose, substances which retain the metal formed can be added to the reaction mass. As an addition substance, it is above all possible to use magnesium oxide. An excess of iron oxides can also be used.
It is best, however, to choose the reactants in such a way that they themselves provide a slag which retains the metal formed. This is achieved, for example, by means of a mixture of magnesium, aluminum and iron oxides, the magnesium being there in a much larger quantity than aluminum. A good mixture is formed, for example, from 20 to 30% magnesium, 2 to 7% aluminum and 67 to 78% iron scale. Excellent results have been obtained with a mixture containing 34 to 26% magnesium, 3 to 5% aluminum and 69 to 73% scale. Good results have also been obtained with a mixture consisting only of magnesium, with an excess of iron oxides. These substances must of course be used in a state of sufficient division.
In general, the following rule applies: the reaction is all the more violent the finer the powder. Both too violent and too slow a reaction should be avoided.
The reaction mixture is primed in a known manner, preferably by means of a primer composed of potassium chlorate, aluminum powder and magnesium and sulfur. when it is particularly a question of butt welding elongated pieces of light metal, it has been found to be advantageous to surround the close ends of a tube around which the reaction mass is arranged, preferably under. tablet form. For aluminum welding, the tube can be
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aluminum form. It melts at the same time as the ends to. solder and can provide a hard metal part needed for soldering. A ceramic tube is also usable, but less advantageous.
In general, it is desirable, for example when bonding aluminum conductor cables, that the solder not have a significantly larger diameter than the cable itself. It may be necessary to remove the solder from the solder. excess metal, for example by filing. If one works without a tube surrounding the ends to be welded, it is hardly possible to prevent the diameter at the weld from becoming larger than that of the welded parts.
In order to avoid too large a diameter in the weld, or to give it a specific shape, it is advantageous to choose for the tube serving as a mold a metal with a melting point clearly higher than that of the parts to be welded , for aluminum, for example an iron tube, which is advantageously provided with a longitudinal rivet or an easy-to-open staple after the welding has been carried out and the reaction residues have been removed. If it is not a question of butt-welding elongated pieces of simple cross-section such as bars, cables and tubes, but of carrying out other welds such as T-welds, one naturally uses instead of a ,, tube another envelope serving as a mold.
In the case of butt welding of tubes or hollow cables, for example made of aluminum, in which the cavity must not be interrupted, place a tube also inside the ends to be welded.
The drawing shows an example of the execution of the method. Figure 1 shows in longitudinal section two ends of aluminum cables to, butt weld,% end as well as a tablet of an exothermic mixture surrounding oex two ends, while Figure 2 shows a cross section along line AA of the figure 1. The ends of cables 1 and 2 are inserted into the cylinder 3.
This contains the iron tube 4, which prevents the metal released by the reaction from reaching the parts to be welded and also opposes a notable enlargement of the diameter at the weld. 5 is a longitudinal seam, which makes it easier to remove the iron tube after welding. 6 is a stop (aluminum ring), which allows the centering of the weld. 7 is a reaction mixture composed of magnesium, aluminum and scale, which was compressed under high pressure. 8 denotes a starter mixture, which is ignited by means of the stripping tape 9 and which then causes the reaction of the exothermic mixture. 10 is an oarton tube provided with two lids 11.
The arrows indicate the direction of the pressure to which the weld is subjected.
For the safety of storage and transport, it is advisable to protect the tear strips and the tablet by means of an envelope, which also protects them against humidity. Cracks through which moisture could enter can be sealed with paraffin.
As stated above, the safest weld is obtained when the ends out. unite are pushed back against each other as soon as they soften or begin to melt. To this end, a delivery device is advantageously used which comprises
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two pairs of jaws in which the ends to be welded are fixed and which already before the initiation of the exothermic mixture are under the action of a pressure exerted by one or more springs and tending to approach one another . As soon as the ends to be welded are sufficiently softened, the pairs of jaws automatically perform upsetting.
The delivery device can be constructed in such a way that it is light enough so that it can be suspended from overhead conductor cables made of aluminum: ninium for the purpose of welding them.
The method according to the invention can also be applied to the simultaneous welding of more than two parts. It is also possible to perform T-welds, for example branches on electrical conductors.
The process according to the invention has advantages which are in part very important compared to known welding processes. It is not necessary to resort to a small foundry installation such as is necessary for the execution of other thermite welding processes. A very important field of application is the welding of electrical conductors in the open air, in particular overhead electrical lines, because it is sufficient to carry a very handy delivery device and the necessary number of tablets.
The other methods, on the contrary, are hardly applicable when it comes to carrying out welds on pipes already. suspended from pylons.
The method according to the invention allows on the other hand the welding of pieces of relatively large section, with which the electric welding 'because resistance would be possible only with the aid of machines of' very high power and where autogenous welding at using the torch is not practically feasible.
The process can be performed by laborers or unskilled workers.
CLAIMS
1) Welding process of metal parts, in particular of light metals, characterized in that the parts to be welded and brought closer to each other are twisted with a highly exothermic reaction mixture, which is made to react and which provides the heat required for welding without any fusible reaction products flowing from the mass.
2) Method according to 10, characterized in that the parts to be joined together softened by the heat are forced against one another.
3) Method according to 1, characterized in that at least one metal part is introduced between the parts to be joined.
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