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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.