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"PROCEDE ET INSTALLATION POUR L'APPLICATION DE METAL SUR AU
MOINS UNE PIECE METALLIQUE".
La présente invention est relative à un procédé d'applica- tion de métal sur au moins une pièce métallique appelée ci-après métal de base, avec soudure thermique du métal d'apport au métal de base, dans lequel ces métaux sont chauffés électriquement.
Dans tous les procédés connus de soudure ou de recharge- ment thermique de pièces métalliques avec métal d'apport, la souroe de chaleur est extérieure aux pièces à assembler ou à reoharger et au métal d'apport.
En particulier, dans le cas de la soudure à l'arc électri- que, le métal d'apport et le métal de base sont chauffés par l'arc qui éclate entre eux et qui dissipe une partie de l'éner- gie électrique fournie sous forme de ohaleur rayonnée et sous forme d'énergie lumineuse.
La présente invention a comme objet un procédé plus écono- mique grâce auquel l'énergie électrique fournie est transffrmée
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en énergie calorifique à l'intérieur du métal d'apport et du métal de base presque exclusivement aux endroits où le métal d'apport doit être fondu et où le métal de base doit être chauffé ou être fondu pour assurer une bonne soudure.
A cet effet, dans le procédé suivant l'invention, on soumet simultanément le métal d'apport et le métal de base à un champ électromagnétique alternatif d'une fréquence égale à au moins 500 périodes par seconde induisant dans ces métaux des courants de Foucault qui les portent simultanément à la température requi- se pour leur soudure.
En pratique, on peut créer facilement un champ magnétique alternatif capable de faire fondre le métal d'apport qui y est introduit et de porter le métal de base à la température requise pour sa soudure au métal d'apport qui tombe à son contact en faisant circuler un courant alternatif dans un conducteur placé au voisinage du métal de base, ce conducteur étant constitué, de préférence, par une bobine dont l'axe est perpendiculaire à la face des pièces à souder.
Comme on le sait, la chaleur engendrée par des courants de Feuoault prenant naissance au aein d'une pièce métallique soumi- se au champ électromagnétique créé par un courant alternatif circulant dans une bobine augmente notamment avec la racine car- rée du produit de la fréquence par le cube du nombre d'ampères- tours efficaces par centimètre de longueur de bobine.
Afin d'éviter l'emploi d'un courant trop intense dans la bobine engendrant le champ électromagnétique, on a donc intérêt à augmenter la fréquence du courant d'alimentation pour développer la chaleur nécessaire à la soudure ou au rechargement. Par contre, afin de déduire le coût du générateur de courant alternatif, on a intérêt à ne pas employer une trop haute fréquence.
Pour ces raisons, on préconise, suivant l'invention, d'uti- liser un champ électromagnétique alternatif dont la fréquence est comprise entre 25.000 et 50.000 périodes par seconde.
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Pour faciliter l'obtention de la température requise pour le métal de base lorsque le métal d'apport fondu est à son con- tact, on prévoit suivant l'invention de soumettre le métal de base à un champ électromagnétique alternatif avant de soumettre le métal d'apport à un tel ohamp et de soumettre ensuite le métal de base et le métal d'apport à un tel champ jusqu'à ce que la soudure doit effectuée* De cette façon, la masse de métal de base plus importante que celle du métal d'apport peut être portée à temps à la température requise sans qu'on doive employer un champ électromagnétique beaucoup plus intense que celui nécessaire pour effectuer la fusion du métal d'apport.
Le procédé suivant l'invention peut être avantageusement complété par un préchauffage du métal de base et/ou un postohauf- fage de ce métal et du métal d'apport après l'exécution de la soudure ou du rechargement.
Ce préchauffage et ce postchauffage peuvent être réalisés facilement en adaptant soit l'intensité du champ électromagnéti- que, soit la fréquence de ce champ aux conditions thermiques à réaliser. Eventuellement, on peut faire varier ces faoteurs au cours du préchauffage ou du postohauffage afin d'assurer la varia- tion de température désirée du métal de base respectivement avant ou après la soudure ou le rechargement.
L'invention a également comme objet une installation conve- nant pour la réalisation du procédé suivant l'invention.
L'installation suivant l'invention comprend un générateur de courant alternatif d'une fréquence supérieure à 500 périodes par seconde alimentant un conducteur pouvant être placé au voisi- nage d'une pièce métallique destinée à recevoir du métal d'apport amené près de ce conducteur.
De préférence, le conducteur susdit se présente sous la forme d'une bobine dans la partie centrale de laquelle on peut amener le métal d'apport.
Suivant une forme de réalisation avantageuse, la bobine sus-
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dite entoure un creuset destiné à recevoir le métal d'apport et d'autres produits intervenant dans le dépôt de ce métal.
D'autres particularités et détails de l'invention apparat- tront au cours de la description du dessin annexé au présent mémoire, qui représente shhématiquement, en perspective, après coupe partielle, une forme de réalisation d'une installation sui- vant l'invention.
Ce dessin représente un générateur de courant alternatif 2 dont la fréquence est, par exemple, de 50. 000 périodes par seconde. Ce générateur alimente une bobine 3 destinée à être pla- cée au voisinage de deux pièces métalliques 4 et 5 à souder entre elles. Etant donné leur épaisseur, ces pièces 4 et 5, parfois dénommées ci-après'métal de base" ont été taillées de façon que leurs lèvres en regard l'une de l'autre fassent entre elles, de manière connue en soi, un V dans lequel doit être déposé du métal d'apport. Celui-ci est amené, comme d'habitude, sous la forme d'u- ne baguette 6 représentée en traita mixte et introduite à l'inté- rieur d'un creuset 7 entouré par la bobine 3 ainsi que par une autre bobine 8 également alimentée par le générateur 2.
Le courant à haute fréquence circulant dans ces bobines a comme effet de créer dans la baguette métallique 6 des courants de Foucault engendrant de la chaleur au sein du métal.
En créant un champ électromagnétique suffisamment intense par le choix de l'intensité du courant, de la fréquence et du nombre d'ampères-tours efficaces par centrimètre de longueur de bobine, on peut arriver à faire fondre le métal d'apport 6. Le creuset 7 dans lequel ce métal fond est séparé des bobines 3 et 8 qui l'entourent par une couche d'isolant thermique 9.
Dans le creuset 7, on peut également faire tondre au con- tact du métal fondu provenant de la baguette 6, d'autres matiè- res destinées à former, par exemple, un laitier ou un flux, ou à conférer au cordon de soudure certaines propriétés mécaniques et chimiques particulières.
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Le métal et les autres matières fondes dans le oreuset 7 peuvent s'écouler de celui-ci par gravité à travers un orifice 10 ménagé à la partie inférieure et qui est déplacé au-dessus du joint en V formé entre les pièces 4 et 5.
La bobine 3, qui est disposée très près des pièces 4 et 5, engendre un champ électromagnétique qui pénètre superficielle- ment dans les lètres du V et y provoque des courants de Foucault engendrant suffisamment de chaleur pour porter à la température requise la partie des pièces 4 et 5 destinée à recevoir le métal d'apport.
En principe, on pourrait n'utiliser qu'une seule bobine au lieu des deux bobines 3 et 8. Cette bobine pourrait être réa- lisée et alimentée de façon telle qu'elle gasse fondre le métal d'apport emené dans sa partie centrale et qu'elle porte le métal de base à la température requise.
Le réglage de la température du métal de base peut être réalisé en faisant varier la distance entre la bobine en question et le métal de base. En disposant la bobine très près de celui- ci, on peut arriver facilement à faire fondre superficiellement le métal de base dans le cas où la partie destinée à recevoir le métal d'apport doit être fondue.
Dans le cas où le métal d'apport n'a pas la même composi- tion que le métal de base, ce métal d'apport est généralement plus fusible que le métal de base et il suffit alors de porter le métal de base à une température suffisante bien que sensiblement inférieure à sa température de fusion.
Lorsqu'on doit effectuer une soudure le long d'un joint allongé, par le procédé suivant l'invention, on peut soit dépla- cer les bobines 3 et 8 le long de ce joint, soit déplacer les pièoes 4 et 5 parallèlement au joint en dessous des bobines immo- biles. Dans le cas du déplacement des bobines, pour que le métal de base soit porté à la température requise lorsque le métal d'apport tient à son contact, on choisit pour la bobine 3 une
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plus grande surface que pour la bobine 8 et on s'arrange en outre pour que la partie du métal de base couverte par la bobine 3 sans l'être par la bobine 8, soit située en avant par rapport au sens de déplacement des deux bobines 3 et 8 le long du joint à souder.
Dans le ces du dessin, la bobine 3, de plus grande surface, a une forme allongée tandis que la bobine 8, de plus petite surfa- ce, est de forme circulaire. Le creuset 7 est en outre disposé à une des extrémités de la bobine allongée 3. La partie de celle- ci qui n'est pas couverte par le creuset est située en avant de celui-ci dans le sens de déplacement X des bobines 3 et 8 le long du joint entre les pièces 4 et 5. Si on déplaçait ces pièces en dessous des bobines 3 et 8 immobiles, ce déplacement devrait évi- demment avoir lieu en sens inverse de la flèche X pour la posi- tion des bobines représentée au dessin.
Les bobines 3 et 8 étant alimentées à partir du même généra- teur 2, on peut régler séparément pour chacune d'elles le courant qui les traverse en agissant, par exemple, sur une résistance ré- glable. Celle montée en série avec la bobine 3 est désignée par 11 tandis que celle montée en série avec la bobine 8 est désignée par 12. Un interrupteur permet de mettre séparément chacune de ces bobines hors circuit. Ces interrupteurs sont désignés par 13 et 14.
La résistance 11 peut être utilisée non seulement pour faire varier la température du métal de base mais également pour régler éventuellement le préchauffage du métal de base et le post-chauf- fage du métal de base ayant reçu le métal d'apport, au moyen de courant alternatif fourni par le générateur 2.
Comme nous l'avons déjà signalé plus haut, la quantité de chaleur engendrée dans le métal de base et le métal d'apport est fonction de la fréquence du courant alternatif donnant lieu au champ électromagnétique.
Bien qu'on utilise avantageusement des courants à moyenne et à haute fréquence, on utilise, de préférence, des courants dont
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la fréquence est comprise entre 25.000 et 50.000 périodes par seconde. Avec des courants de cette fréquence, on peut aisément chauffer le métal de base et le métal d'apport sans l'emploi de courant trop élevé et sans l'emploi de générateurs de construction trop coûteuse.
Si on suppose, par exemple, qu'on dispose sur du métal de base en acier une bobine d'une seule spire d'une hauteur de 1 cen- timètre, d'une épaisseur de 2 centimètres et d'un diamètre exté- rieur de 2,5 centimètres et qu'on alimente cette bobine au moyen de courant alternatif d'une fréquence de 50.000 périodes par se- conde et d'une intensité de 1.000 ampères, le calcul montre que la quantité de chaleur développée par les courants de Foucault dans le métal de base est, à froid, de 18.328 watts par centimètre carré et, à chaud, de 1.382 watts par centimètre carré,.tandis que la chaleur développée par les courants de Foucault dans l'extré- mité d'une baguette en acier 6 est, à froid, de 8.250 watts et, à chaud, de 294 watts.
Le calcul montre également que 500,2 watts sont suffisants pour maintenir en fusion une petite zone super- ficielle de métal de base de 1 centimètre carré. Il en résulte que ce métal peut effectivement être porté très rapidement à la tempé- rature correspondant à la perte du magnétisme et être très aisé- ment amené et maintenu à l'état fondu.
La vitesse de fusion du métal d'apport dépend entre autres choses de l'intensité et de la fréquence du courent d'alimenta- tion des bobines 3 et 8. La vitesse de fusion peut être réglée à volonté en ce qui concerne le métal d'apport par le réglage de l'intensité du courant fourni par le générateur et par le ré- glage de la fréquence de ce courant, ou par le réglage d'une seule de ces deux variables du circuit d'alimentation.
La vitesse d'échauffement di métal de base et la profondeur de la zone superficielle de ce métal qui participe à cet éohauf- fement, dépendent des mêmes variables ainsi que de la distance qui sépare du métal de base, la partie inférieure de la bobine 3.
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On peut donc régler à volonté la vitesse d'échauggement du mé- tal de base et la profondeur de la zone superficielle qui cor- respond à cet échauffement par le réglage de l'intensité du courant fourni par le générateur, par le réglage de la fréquen- ce de ce courant et par le réglage de la distance entre la bobi- ne 3 et le métal de base, ou par le réglage d'au moins une de ces variables.
L'opération de soudure et éventuellement de rechargement par le procédé suivant l'invention peut être manuelle, semi- automatique ou automatique, suivant que le déplacement des bobines 3 et 8, l'amenée du métal d'apport, du laitier, du flux ou des autres produits d'addition dans le champ électroma- gnétique, l'amenée de produits destinés à former laitier ou flux sur le métal de base ainsi que l'enlèvement de l'excès pos- sible de ces produits après soudage, sont manuels, semi-automa- tiques ou autmmatiques.
Les opérations de préchauffage et de post-chauffage peu- vent aussi être manuelles, semi-automatiques ou automatiques.
Au lieu d'une ou de plusieurs bobines telles que 3 et 8, on pourrait également utiliser pour réaliser le procédé suivant l'invention un conducteur se présentant sous une autre forme, posé sur le métal de base et faisant fondre du métal d'apport déposé dans le V entre les pièces 4 et 5, ce conducteur pouvant être déplacé le long du joint au fur et à mesure de la fusion du métal déposé dans ce joint.
Le procédé suivant l'invention ne présente aucun danger pour l'opérateur attendu que son exécution n'exige aucune dif- férence de potentiel entre l'appareil de chauffage et les piè- ces à chauffer.
Il est évident que l'invention n'est pas exclusivement li- mitée à la forme de réalisation représentée et que bien des modifications peuvent être apportées dans la forme, la disposition et la constitution de certains des éléments intervenant
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dans sa réalisation, sans sortir de la portée du présent bre- vet, à condition que ces modifications ne soient pas en contra- diction avec l'objet de chacune des revendications suivantes.
REVENDICATIONS
1. Procédé d'application de métal sur au moins une pièce métallique appelée ci-après métal de base, avec soudure thermi- que du métal d'apport au métal de base, dans lequel ces métaux sont ohauffés électriquement, caractérisé en ce qu'on soumet simultanément le métal d'apport et le métal de base à un champ électromagnétique alternatif d'une fréquence égale à au moins 500 périodes par seconde induisant dans ces métaux des courants de Foucault qui les portent simultanément à la tempéra- ture requise pour leur soudure.
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"PROCESS AND INSTALLATION FOR THE APPLICATION OF METAL ON AU
LESS ONE METAL PIECE ".
The present invention relates to a method of applying metal to at least one metal part called hereafter as the base metal, with thermal welding of the filler metal to the base metal, in which these metals are electrically heated.
In all the known methods of welding or thermal recharging of metal parts with filler metal, the source of heat is external to the parts to be assembled or to be recharged and to the filler metal.
In particular, in the case of electric arc welding, the filler metal and the base metal are heated by the arc which bursts between them and which dissipates part of the electric energy supplied. in the form of radiated heat and in the form of light energy.
The object of the present invention is a more economical method by which the supplied electrical energy is transmitted.
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into heat energy within the filler metal and parent metal almost exclusively where the filler metal must be melted and the base metal must be heated or melted to ensure a good weld.
To this end, in the process according to the invention, the filler metal and the base metal are simultaneously subjected to an alternating electromagnetic field with a frequency equal to at least 500 periods per second inducing eddy currents in these metals. which simultaneously bring them to the temperature required for their welding.
In practice, one can easily create an alternating magnetic field capable of melting the filler metal introduced into it and of bringing the base metal to the temperature required for its welding to the filler metal which falls in contact with it by making circulating an alternating current in a conductor placed in the vicinity of the base metal, this conductor preferably consisting of a coil whose axis is perpendicular to the face of the parts to be welded.
As we know, the heat generated by Feuoault currents originating in the heart of a metallic part subjected to the electromagnetic field created by an alternating current circulating in a coil increases in particular with the square root of the product of the frequency. by the cube of the number of effective amperes-turns per centimeter of coil length.
In order to avoid the use of an excessively intense current in the coil generating the electromagnetic field, it is therefore advantageous to increase the frequency of the supply current in order to develop the heat necessary for welding or recharging. On the other hand, in order to deduce the cost of the alternating current generator, it is in the interest of not using too high a frequency.
For these reasons, it is recommended, according to the invention, to use an alternating electromagnetic field, the frequency of which is between 25,000 and 50,000 periods per second.
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In order to facilitate obtaining the temperature required for the base metal when the molten filler metal is in contact with it, it is provided according to the invention to subject the base metal to an alternating electromagnetic field before subjecting the metal. to such a field and then subjecting the base metal and the filler metal to such a field until the weld is to be performed * In this way, the mass of the base metal greater than that of the filler metal can be brought to the required temperature in time without having to employ an electromagnetic field much more intense than that necessary to effect the fusion of the filler metal.
The process according to the invention can be advantageously completed by preheating the base metal and / or postheating this metal and the filler metal after the execution of the welding or the hardfacing.
This preheating and this postheating can be carried out easily by adapting either the intensity of the electromagnetic field or the frequency of this field to the thermal conditions to be achieved. Optionally, these factors can be varied during preheating or postheating in order to ensure the desired temperature variation of the base metal, respectively before or after welding or surfacing.
The subject of the invention is also a suitable installation for carrying out the process according to the invention.
The installation according to the invention comprises an alternating current generator with a frequency greater than 500 periods per second supplying a conductor which can be placed in the vicinity of a metal part intended to receive filler metal brought close to this. driver.
Preferably, the aforesaid conductor is in the form of a coil in the central part of which the filler metal can be brought.
According to an advantageous embodiment, the coil sus-
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said surrounds a crucible intended to receive the filler metal and other products involved in the deposition of this metal.
Other features and details of the invention will become apparent from the description of the drawing appended hereto, which schematically shows, in perspective, after partial section, an embodiment of an installation according to the invention. .
This drawing shows an alternating current generator 2, the frequency of which is, for example, 50,000 periods per second. This generator supplies a coil 3 intended to be placed in the vicinity of two metal parts 4 and 5 to be welded together. Given their thickness, these parts 4 and 5, sometimes referred to hereinafter as 'base metal' were cut so that their lips facing each other form between them, in a manner known per se, a V in which filler metal is to be deposited, which is brought, as usual, in the form of a rod 6 shown in mixed process and introduced into a crucible 7 surrounded by by coil 3 as well as by another coil 8 also supplied by generator 2.
The high frequency current flowing in these coils has the effect of creating eddy currents in the metal rod 6 which generate heat within the metal.
By creating a sufficiently intense electromagnetic field by the choice of the intensity of the current, the frequency and the number of effective ampere-turns per centrimeter of coil length, it is possible to melt the filler metal 6. crucible 7 in which this molten metal is separated from the coils 3 and 8 which surround it by a layer of thermal insulation 9.
In the crucible 7, it is also possible to shear on contact with the molten metal coming from the rod 6, other materials intended to form, for example, a slag or a flux, or to give the weld bead certain characteristics. special mechanical and chemical properties.
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Metal and other molten material in oreuset 7 can flow therefrom by gravity through an orifice 10 provided in the lower part and which is moved above the V-joint formed between parts 4 and 5.
Coil 3, which is placed very close to parts 4 and 5, generates an electromagnetic field which penetrates superficially into the meters of the V and causes eddy currents there, generating enough heat to bring the part of the parts to the required temperature. 4 and 5 intended to receive the filler metal.
In principle, one could only use a single coil instead of the two coils 3 and 8. This coil could be made and fed in such a way that it would melt the filler metal brought into its central part and that it brings the base metal to the required temperature.
The temperature control of the base metal can be achieved by varying the distance between the coil in question and the base metal. By placing the coil very close to the latter, it is easily possible to superficially melt the base metal in the event that the part intended to receive the filler metal must be melted.
In the case where the filler metal does not have the same composition as the base metal, this filler metal is generally more fusible than the base metal and it is then sufficient to bring the base metal to a sufficient temperature although substantially lower than its melting point.
When a weld has to be made along an elongated joint, by the method according to the invention, it is possible either to move the coils 3 and 8 along this joint, or to move the parts 4 and 5 parallel to the joint. below the stationary coils. In the case of the displacement of the coils, so that the base metal is brought to the required temperature when the filler metal is in contact with it, one chooses for the coil 3 a
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larger area than for the coil 8 and it is also arranged so that the part of the base metal covered by the coil 3 without being covered by the coil 8, is located forward with respect to the direction of movement of the two coils 3 and 8 along the joint to be welded.
In the case of the drawing, the coil 3, of larger area, has an elongated shape while the coil 8, of smaller area, is circular in shape. The crucible 7 is furthermore arranged at one of the ends of the elongated coil 3. The part of the latter which is not covered by the crucible is situated in front of the latter in the direction of movement X of the coils 3 and 8 along the joint between parts 4 and 5. If these parts were moved below the stationary coils 3 and 8, this movement should obviously take place in the opposite direction to the arrow X for the position of the coils shown in drawing.
Since coils 3 and 8 are supplied from the same generator 2, the current flowing through them can be adjusted separately for each of them by acting, for example, on an adjustable resistor. The one mounted in series with coil 3 is designated by 11 while that mounted in series with coil 8 is designated by 12. A switch enables each of these coils to be switched off separately. These switches are designated by 13 and 14.
The resistor 11 can be used not only to vary the temperature of the base metal but also to possibly adjust the preheating of the base metal and the post-heating of the base metal having received the filler metal, by means of alternating current supplied by generator 2.
As we have already pointed out above, the quantity of heat generated in the base metal and the filler metal is a function of the frequency of the alternating current giving rise to the electromagnetic field.
Although medium and high frequency currents are advantageously used, preferably currents of which
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the frequency is between 25,000 and 50,000 periods per second. With currents of this frequency, the base metal and the filler metal can easily be heated without the use of too high a current and without the use of generators of too expensive construction.
Suppose, for example, that a single-turn coil with a height of 1 centimeter, a thickness of 2 centimeters and an outer diameter is placed on the base metal steel. of 2.5 centimeters and that this coil is fed by means of alternating current with a frequency of 50,000 periods per second and an intensity of 1,000 amperes, the calculation shows that the quantity of heat developed by the currents of Foucault in the base metal is, when cold, 18,328 watts per square centimeter and, when hot, 1,382 watts per square centimeter, while the heat developed by eddy currents in the end of a rod steel 6 is, when cold, 8,250 watts and, when hot, 294 watts.
Calculation also shows that 500.2 watts are sufficient to keep a small 1 square centimeter base metal surface area molten. As a result, this metal can indeed be brought very quickly to the temperature corresponding to the loss of magnetism and be very easily brought and maintained in the molten state.
The rate of melting of the filler metal depends among other things on the intensity and frequency of the current supplied to coils 3 and 8. The rate of melting can be adjusted as desired with respect to the metal d. contribution by adjusting the intensity of the current supplied by the generator and by adjusting the frequency of this current, or by adjusting only one of these two variables of the supply circuit.
The rate of heating of the base metal and the depth of the surface zone of this metal which participates in this heating, depend on the same variables as well as on the distance which separates the lower part of the coil 3 from the base metal. .
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It is therefore possible to adjust at will the rate of heating of the base metal and the depth of the surface zone which corresponds to this heating by adjusting the intensity of the current supplied by the generator, by adjusting the temperature. frequency of this current and by adjusting the distance between coil 3 and the base metal, or by adjusting at least one of these variables.
The welding operation and possibly recharging by the method according to the invention can be manual, semi-automatic or automatic, depending on whether the movement of the coils 3 and 8, the supply of the filler metal, the slag, the flux or other additives in the electromagnetic field, the supply of products intended to form slag or flux on the base metal as well as the removal of the possible excess of these products after welding, are manual , semi-automatic or automatic.
The preheating and post-heating operations can also be manual, semi-automatic or automatic.
Instead of one or more coils such as 3 and 8, one could also use to carry out the method according to the invention a conductor in another form, placed on the base metal and melting the filler metal. deposited in the V between parts 4 and 5, this conductor being able to be moved along the joint as the metal deposited in this joint melts.
The process according to the invention presents no danger to the operator, since its execution does not require any difference in potential between the heating apparatus and the parts to be heated.
It is obvious that the invention is not exclusively limited to the embodiment shown and that many modifications can be made in the form, arrangement and constitution of some of the elements involved.
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in its implementation, without departing from the scope of the present patent, provided that these modifications do not contradict the object of each of the following claims.
CLAIMS
1. A method of applying metal to at least one metal part hereinafter called the base metal, with thermal welding of the filler metal to the base metal, in which these metals are electrically heated, characterized in that ' the filler metal and the base metal are simultaneously subjected to an alternating electromagnetic field with a frequency equal to at least 500 periods per second inducing in these metals eddy currents which simultaneously bring them to the temperature required for their welding.