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Appareil de soudure et procédé pour la production de tles "clad" ou de revêtement.
Cette invention a pour but la soudure de tbles clads et plus particulièrement un procédé perfectionné de soudure de tôles clads suivant lequel une feuille d'alliage relative- ment mince est soudée à une tôle de base relativement épaisse par la formation de lignes successives de soudures par points unissant la feuille et la tôle, et une machine de soudure à résistance perfectionnée à courant alternatif convenant à ce procédé perfectionné.
L'invention comprend une machine à souder possédant une série d'électrodes à rouleaux isolés électriquement ve- nant en contact avec l'ouvrage, ces électrodes étant montées de manière à parcourir l'ouvrage en tournant le long de 1lig@@
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parallèles, un transformateur séparé pour chaque électrode, chaque transformateur formamnt avec son électrode une unité étroitement accouplée et faisant corps avec l'électrode cons- tituant une borne du circuit secondaire, des organes de mon- tage de ces unités permettant leurs mouvements indépendants dans le sens vertical, et des organes contenant des conduc- teurs flexibles reliant les secondaires de ces unités et fai- sant partie du circuit secondaire de la paire d'unités et disposés de manière à fonctionner entre les électrodes.
L'invention comprend également un procédé de produc- tion de tôles clads dans lequel une feuille formamnt clad, en alliage résistant à la corrosion, est unie par sa surface à une tôle métallique de base beaucoup plus épaisse par union de la feuille clad à la tôle de base par une série de rangées parallèles de soudures à résistance se recouvrant formées suc- cessivement ; l'opération initiale d'union comprenant l'appli- cation d'une impulsion initiale de courant électrique et d'une pression initiale d'électrodes suffisamment élevée pour ré- duire la résistance électrique de contact de la surface entre la feuille et la tôle à une valeur telle que l'impulsion ini- tiale n'abîme pas la surface de la feuille; 1'intercalation d'une période de refroidissement de quelques cycles après l'ar- rêt du courant électrique;
puis l'application d'une pression d'électrodes plus élevée en même temps qu'un passage plus in- tense du courant pour acheter la soudure de la feuille et de la tôle à l'endroit de l'opération initiale ; la répétition de la série d'opérations ci-dessus dans des zones de soudure se recouvrant successivement pour former finalement une rangée de soudures en travers de l'assemblage de la tôle clad; et la formation semblable de rangées semblables et étroitement espécées de soudures à des positions successives.
Dans ce procédé de fabrication de tôles clads, un
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nombre suffisamment grand de soudures par point test néces- saire pour unir la feuille et la plaque, tellement grand qu'au point de vue du prix de revient seul, il est important de ré- duire le nombre des soudures dans une mesure correspondant à la formation cune bonne union entre la feuille et la tôle.
Il est également important que la durée utilisée à l'opération de soudure soit réduite à un minimum correspondant de même à la production d'une union efficace entre la feuille et la tôle. Ces facteurs ont abouti à l'emploi d'une électrode ro- tative par laquelle le courant et la pression sont appliqués- sur la face d'alliage de l'assemblage de la feuille et de la tôle, les électrodes possédant un contact de roulement avec la feuille clad pendant la production des lignes de soudures d'union.
Dans ce procédé de fabrication de tôles clads en alliages, le but est de maintenir une union aussi complète que possible des feuilles d'alliage à l'acier de base et en môme temps d'obtenir des soudures de bonnes qualités sur la plus grande surface possible. L'emploi d'électrodes tournant continuellement telles qu'utilisées d'ordinaire aux opérations de soudure en lignes de résistance a été trouvée, grâce à des modifications électriques et mécaniques décrites dans ce qui suit, produire une tôle clad soudée par résistance ayant une surface totale d'union notablement supérieure à ce qui était possible jusqu'à présent et ayant une résistance d'union no- tablement supérieure à l'effort minimum de cisaillement de 20. 000 psi reconnu par les auteurs du code comme nécessaire pour une tôle intégralement unie.
Les perfectionnements de la présente invention, ayant pour résultat l'obtention de soudures d'une résistance unifor- mément plus intense sur des centres rapprochés, proviennent de mises au point tenant compte des actions des circuits élec-
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triques considérés, de l'application d'une pression aux élec- trodes continuellement en mouvement, et des résistances de contact des surfaces développées. Chacun de ces facteurs a . été trouver exercer une influence importante sur les problè- mes de courants de dérivation qui, à leur tour, déterminent dans une large mesure le caractère et la résistance des sou- dures successives entrant en jeu.
Lors de la soudure industrielle d'une feuille de face d'alliage à une tôle de base, les résultats les meilleurs correspondent à: (a) une union thermique entre la pièce de face d'al- liage et la tôle de base pour atteindre des conditions de faibles différences de températures lors du transfert de cha- leur; (b) une union résistante uniformément distribuée entre la feuille et la tôle dans le but de maintenir la struc- ture soudée d'origine et les propriétés de conductibilité de la chaleur.
Il a été proposée qu'une telle soudure soit effectuée par de courtes impulsions initiales de courant, suivies d'une impulsion de courant finale plus longue, ce soudage à impul- sions multiples étant effectué sans modifier la pression de contact des électrodes contre l'ouvrage. Dans ce procédé proposé, les électrodes roulantes sont pressées contre l'en et semble des feuilles/ des tôles par une pression maintenue cons- tamment, et l'espacement de recouvrement des soudures dans la rangée est obtenu.par la période d'espacement des impulsions.
La présente invention perfectionne ce procédé par la variation contrôlée du courant et des pressions d'électro- des lors des impulsions successives de soudure pour chaque soudure, le nouveau procédé arrivant à vaincre les troubles résultant de problèmes de courants de dérivation inhérents
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à la production de soudures lors de la préparation de soudures en des centres aussi rapprochés.
Un autre problème a été la tendance des électrodes de s'accrocher et de provoquer ainsi un mouvement de glisse- ment entre les électrodeset l'ouvrage. Ceci est résolu en réduisant notablement, ou en supprimant la pression de l'élec- trode sur la feuille à la suite de chaque soudure et avant le début du cycle d'impulsions de la soudure suivante dans une rangée correspondant à la position suivante de l'électrode.
Lors de cette suppression de pression, l'invention envisage également le contrebalancement sensible du poids des électro- des.
L'invention comprend également une modification du caractère du cycle de soudure consistant en ce que l'opération initiale de soudure est effectuée par une impulsion de courant sous une pression initiale, tandis que la seconde opération s'effectue un court intervalle de temps après pendant que l'électrode est encore sensiblement à la même place par rap- port à l'ouvrage, mais avec une pression notablement plus for- te exercée par l'électrode contre l'ouvrage, et avec une intensité de courant plus élevée que dans la phase initiale.
Une telle série d' opération est efficace pour la réalisation de soudures ayant une conductibilité calorifique élevée et une structure r és is tante dans la tôle terminée par- ce que les courants de dérivation, particulièrement dans la phase finale à température élevée du cycle de soudure sont réduits à un minimum et qu'ainsi le chauffage du métal est localisé de façon plus effective à la zone de soudure, et la tendance de surchauffe da contact de l'électrode est également réduite à un minimum.
Pour effectuer une telle soudure, la machine corres- pondant à cette invention comprend une série d'unités de sou- dure capables de tourner, comprenant chacune un rouleau de
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soudure avec un transformateur intégralement associé à lui.
Avec cette machine, la production d'éhergie est transmise à l'ouvrage avec un minimum de pertes et la consommation totale de KVA est réduite matériellement comparativement à celle de machines antérieures utilisant des transformateurs fixes d'où partent de grandes barres conductrides secondaires devant laisser passer des courants aussi élevés que 40.000 à 50.000 ampères. De telles machines donnaient lieu à de grandes per- tes de réactance secondaire et à de faibles facteurs de puis- s ance .
Dans la machine correspondant à cette invention, deux transformateurs rotatifs ont leurs primaires raccordés en parallèle à la môme source de courant alternatif au moyen de bagues de glissement. Le secondaire de chaque transforma- teur consiste en une spire unique autour du primaire, les secondaires étant reliés en série. le primaire de chaque transformateur consiste en un grand nombre de bobines plates comprenant chacune quatre tours de tubes de cuivre de section carrée. Ces bobines sont raccordées en série pour former le primaire complet de chaque transformateur.
Le primaire de chaque transformateur de la machine es maintenu dans l'intervalle désiré de température par l'écou- lement d'un liquide refroidisseur à travers les tubes de cui- vre qui sont placés de manière à ce que la sortie du liquide réfrigérant de chaque primaire soit raccordée à un passage traversant le centre du transformateur, ce qui rend possible le refroidissement de l'axe intérieur du secondaire. La boîte,. ou- le côté, extérieur du secondire de chaque transfor- mateur, est refroidi par l'eau déchargée sur lui. Tournant avec les transformateurs et disposés entre eux se trouvent deux rouleaux de soudure entre lesquels le réfrigérant est déchargé de l'axe du secondaire sur la zone de soudure.
Chaque élément de transformateur, avec son rouleau
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de soudure, est supporté par une glissière verticale séparée, la pression de soudure étant transmise à ces montages par l'intermédiaire de cylindres de pression séparés.
La machine de soudure possède de faibles caradtéris- tiques de réactance qui fonctionnent de manière à fournir une tension de soudure plus constante pendant l'opération de sou- dure. La machine effectue également des économies notables d'énergie et permet le passage d'intensités de courant plus élevées dans l'ouvrage pendant des temps plus courts. Ceci constitue une aide notable pour vaincre les effets des cou- rants de dérivation qui tendent à rendre la soudure difficile.
Les électrodes roulantes espacées de la machine sont supportées par un pont mobile, chaque électrode possédant son propre support constitué par un cylindre à air. Grâce à cette disposition, chaque électrode et les pièces rotatives entras- être nées avec elle autour du même axe de rotation peuvent/réglées de manière à assurer les mêmes conditions de pression,déter- minées d'avance, des électrodes sur les tôles et les électro- des peuvent avoir de légers mouvements relatifs dus,par exem- jple, aux variations d'épaisseur de la feuille d'alliage.
Un courant secondaire ou de soudure intense est four- ni aux électrodes par une paire de transformateurs compactes et symétriques qui sont munis d'un refroidissement par un li- quide, et sont montés de façon à tourner avec les électrodes qu'ils desservent. Chaque transformateur a son enroulement primaire raccordé à sa propre paire de bagues de glissement rotatives et aux balais qui y sont associés vers uhe source de courant alternatif contrôlée automatiquement. Les secondaires des transformateurs d'une paire de transformateurs sont rac- cordés en série dans un circuit comprenant les électrodes ro- tatives, les feuilles métalliques et les tôles étant soudées, et des conducteurs flexibles rotatifs disposés de façon symé- trique, tournant avec les ensembles transformateurs-électrodes.
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Le. dispositif comprenant les transformateurs rotatifs ,fai- sant chacun corps avec son électrode, réduit l'impédance dans les conducteurs secondaires et améliore les caractéristiques électrisques du système, tout en obtenant l' intensité de cou- rant de soudure le meilleur. Les conducteurs flexibles, en favorisant ce déplacement vertical indépendant des ensembles électron-transformateur suivant les besoins pour obtenir des pressions appropriées entre électrodes et tale; ont une con- formation, longueur et disposition telles qu'une impédance minimum est introduite dans le circuit de soudure.
La machine comprend un système de refroidissement dans lequel le liquide réfrigérant utilisé au début pour re- froidir les transformateurs, est ensuite utilisé au refroi- dissement des électrodes et de la zne de contact de soudure.
La disposition des pièces de la machine est telle que les poids des transformateurs et les champs magnétiques déve- loppés par le passage du courant électrique sont équilibrés par rapport aux électrodes ce qui facilite l'uniformité de la pression des électrodes et favorise la réalisation d'un poids léger. le procédé et l'appareil correspondant à l'invention vont être décri ta en se référant aux dessins en annexe repré- sentant un procédé et une réalisation préférée.
Sur les dessins:
La figure 1 est une vue en partie schématique repré- sentant la machine à souder en coupe verticale et le système de régularisation de la pression et du mouvement des électro- des;
La figure 2 est une vue en élévation latérale de la machine représentant l'ouvrage et le support de l'oivrage en section verticale;
La figure 3 est une vue en plan de la machine à sou- der et de son chariot;
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La figure 4 est une vue en coupe verticale longitu- dinale à travers une des unités électrode-transformateur;
La figure 5 est une vue en coupe verticale transver- sale agrandie à travers le transformateur suivant la ligne 5-5 de la figure 4;
Les figures 6, 7 et 8 sont des vues détaillées d'une paire de bobines du transformateur;
La figure 9 est une vue en plan de la tale clad for- mée par le procédé décrit;
La figure 10 est une vue schématique de la nature d'une section verticale à travers la tôle clad montrant les relations existant entre les feuilles clads avant la soudure et la disposition des soudures successives par points dans une même rangée;
La figure 11 est une figure schématique indiquant la suite des opérations effectuées par l'horloge et son système de réglage de pression qui y est associé et les connexions électriques appropriées.
Dans le but de fournir une compréhension claire de de l'invention,la machine à souder des figures 1 à 8 sera d'a- bord décrite en détail et telle qu'elle fonctionne dans le cas général de soudure d'une feuille métallique à une tôle métallique de base plus épaisse. Le procédé perfectionné de soudure de tôles clads sera ensuite décrit en se référant plus particulièrement aux figures 9, 10 et 11.
La machine à spuder représentée fonctionne par l'a- vance des électrodes rotatives 10 et 12 sur la feuille d'acier spécial 14 pour produire des rangées de soudures par points se recouvrant unissant la feuille d'alliage à une tôle d'acier de base plus épaisse 16. Les électrodes 10 et 12 sont utili- sées au point de vue électrique comme bornes d'un secondaire de transformateur et, lors de la formation des soudures, le
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courant passe de l'électrode 10 à travers la feuille 14 dans la plaque 16 puis à travers la tôle jusqu'à un endroit situé en dessous de l'électrode 12, et de là à travers la tôle 16 et la feuille 14 jusqu'à l'électrode 12,
l'alimentation de courant étant réglée dans le temps sous forme d'impulsions électriques et les électrodes étant en même temps comprimées contre l'ouvrage pour produire des soudures par points, unis- sant la tôle 16 et la feuille 14. L'électrode 10 fait partie d'une unité rotative 20 comprenant le transformateur 22, cette unité étant supportée de manière à tourner dans les paliers 24 et 26 montés sur un châssis 28 fixé au piston d'un cylin- dre à air 30. Ce cylindre est fixé à un chariot 32 monté de manière à se déplacer par glissement translationnel le long d'un point 34 s'étendant au dessus de l'ouvrage comme il est indiqué sur les dessins de la figure 2.
Ce pont est supporté par ses colonnes terminales 36 et 38 qui, à leur tour, sont supportées par des rouleaux tels que 40 et 42 pouvant se dé- placer le long des voies horizontales 44 et 46.
L'autre électrode rotative 12 est combinée de la même manière au transformateur 50 dans une unité rotative montée sur les paliers 52 et 54 qui sont supportés par un châssis de suspension 56. Ce châssis est supporté par le piston d'un cylindre vertical opposé 58 monté sur le chariot 33 permettant le mouvement de glissement vertical et l'application de la pression aux électrodes.
Les mouvements verticaux des unités transformateur- électrode 20 et 50 sont produits par les cylindres de pression 60 et 62 et les pistons 64 et 66, contrôlés et actionnés par le système de réglage de pression 68 qui est décrit plus loin.
L'unité combinée électrode et transformateur est re- présentée en détails dans les figures 4 à 8 inclus. L'élément central de cette unité est un arbre 70 d'acier stainless for- mant barre d'attelage. A son extrémité gauche,il est percé
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d'une ouverture pour créer une conduite d'entrée de l'eau 72 à travers laquelle de l'eau s'écoule normalement d'un raccord d'entrée 74 fixé à l'arbre 70 de la façon représentée. Du coté droit de la conduite d'entrée 72, l'arbre est muni d'un passage radial 76 à travers lequel l'eau s'écoule pour péné- trer dans la conduite périphérique 78. L'eau s'écoule de cette conduite à travers une conduite radiale 80 dans le premier arbre en acier creux 82, par le raccord 84, puis à travers un tube flexible 86 non-conducteur de l'électricité vers l'entrée d'un tube 88.
Ce-tube est de préférence en métal et forme contact conducteur de l'électricité avec la bague 90 par l'in- termédiaire du manchon 92. De cette manière, le tube 88 agit comme borne électrique pour les bobines primaires du trans- formateur et également comme entrée d'eau pour ces bobines.
Il existe dans l'unité représentée, deux de ces tubes de con- nexion tel que représentés sur les figures 4 en 88.
Le tube de raccord 88 est raccordé à son extrémité intérieure à la boîte ou tubulure 94 et le raccord qui l'ac- compagne a une construction semblable et est raccordé à une boîte ou tubulure 96. Ces tubulures ou boites sont représen- tées par des lignes pointillées sur la figure 5 des dessins.
De chacune des tubulures 94 et 96, l'eau s'écoule à travers les différentes bobines du primaire du transformateur vers une tubulure de sortie 98 représentée en lignes pointil- lées sur la partie centrale de droite de la figure 5 et repré- sentée en élévation sur la partie inférieure gauche de la fi- gure 4. La tubulure 98 est en communication avec un raccord de sortiemétallique 100 qui sert également de borne électri- que du primaire du transformateur par la pièce de contact mé- tallique ou manchon 102. Par ce raccord électrique, la borne du primaire du transformateur est raccordée à la bague de glissement 104 et de là par des balais 106 à une borne de li- gne, l'autre borne du primaire étant raccordée par des balais 108 et la bague de glissement 90 à l'autre borne de la ligner.
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Le premier tube de raccord 88 est isolé électrique- ment de la bague de glissement 104 par un manchon isolant 110, et de môme le raccord de sortie de l'eau 100 est isolé de la bague de glissement 90 par le manchon isolant 112. L'eau s'écoule de l'extrémité gauche du raccord tubulaire 100 par le tube flexible non conducteur de l'électricité 114, par un raccord 116, fixé par un pas de vis au premier arbre creux 82 de manière à communiquer avec la conduite 117 dans l'arbre 82 et de là par les conduites 118 et 121 formées dans l'arbre central 70 vers un endroit situé à l'intérieur des bobines du primaire. De cet endroit, l'eau s'écoule à l'extérieur des arbres 70 et 82 par des conduites radiales telles que 122 et 123 et dans une chambre annulaire telle que représentée en 126 et 128.
Celle-ci est disposée de manière à ce que le cou- rant d'eau de refroidissement passe entre l'arbre 82 et la partie métallique creuse 130 du secondaire du transformateur, et agisse ainsi pour refroidir ce dernier.
De l'extrémité droite de la chambre annulaire 126 - 128, l'eau de refroidissement s'écoule radialement vers l'in- térieur à travers des conduites telles que 132 - 135 et de là par une ouverture longitudinale 138 dans l'arbre 70. L'extré- mité droite de la conduite 138 est ouverte de manière que l'eau tombe sur la feuille d'acier spécial 14 à la zone de soudure, ou à l'endroit de contact entre l'électrode 10 et l'ouvrage.
Cet effet de refroidissement sur les électrodes et le métal à la zone de soudure peut être augmenté par d'autres courants de liquide refroidisseur dirigés vers la zone de soudure.
L'arbre central formant barre d'attelage 70 est une pièce sur laquelle les parties restantes de l'unité transfor- mateur-électrode peuvent être considérées comme étant assemblées.
Pour faciliter cet assemblage, l'arbre 70 porte une tubulure élargie 142 à son extrémité gauche, et l'arbre creux
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82 est télescopé au dessus de l'arbre 70 et déplacé le long de lui jusqu'à ce que son extrémité gauche vienne en contact avec la rondelle métallique 144 qui, de l'autre côté, s'appuie contre la tubulure 142. De même, la partie tubulaire 130 de la construction de l'axe du secondaire du transformateur por- te une ouverture pour lui permettre de glisser à frottement doux extérieurement au dessus de la partie de droite de l'ar- bre 82.
La pièce 130 forme corps avec la bride 146 pour for- mer l'axe intérieur du secondaire du transformateur. le res- tant du secondaire comprend une pièce annulaire en cuivre 148 qui vient en contact intime d'un côté avec la périphérie de la bride 146 et de l'autre côté, vient en contact semblable avec la périphérie d'une bride semblable 150 d'un axe exté- rieur ou axe de droite du secondaire du transformateur. Cet axe porte une pièce semblable à un manchon 152 qui s'adapte autour du manchon 130 de l'axe intérieur du transformateur.
De cette manière, le secondaire du transformateur consiste en une bobine unique et forme une enveloppe pour le primaire du transformateur.
L'électrode 10, constituée d'une pièce annulaire en alliage de cuivre, est fixée à l'extrémité du bout droit de l'axe 152 par le collier 156 et ses vis de fixation, pour for- mer une borne du secondaire du transformateur. L'autre borne du secondaire du transformateur pour l'unité 20 est formée par un disque de cuivre 158 ayant un axe 160 fixé à l'extré- mité de droite de l'arbre 70 par un collier 162 qui est vissé à l'extrémité de l'arbre 70 comme il est représenté sur les figures. Des vis à chapeaux 164 fixent le disque 158 dans sa position de marche, dans laquelle il est isolé électriquement de l'électrode 10 par le disque 166.
A l'intérieur de la botte annulaire formée par le secondaire du transformateur se trouvent les bobines plates du primaire du transformateur. Le primaire embrasse un noyau
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annulaire métallique feuilleté 170 construit pour marcher à 12.400 lignes par cm2 (80.000 lignes par pouce carré).
L'enroulement à "haute tension est placé autour du noyau en consiste en bobines plates de 4 spires chacune, en tubes de cuivre de section carrée. Chaque bobine est raccordée en série de manière à ce que le primaire comprenne 144 spires.
Les bobines successives sont numérotées consécutivement en sens inverse des aiguilles d'une montre en sections 1 et la, 2 et 2a, etc.. sur la figure 5,et les bobines individuelles sont enroulées dans le sens des aiguilles d'une montre. Les spires consécutives sont isolées électriquement les unes des autres .
Avant l'assemblage du transformateur, les bobines sont formées en paires comme il est indiqué sur les figures 6, 7 et 8. La figure 6 par exemple, montre deux bobines telles que 2 et 2a où le tube pour la spire intérieure de la bobine 2 s'étend latéralement en dehors du plan de la bobine en un raccord oblique 172 vers la spire intérieure de la bobine 2a.
La spire extérieure de la bobine 2 sur la figure 8 potte une partie verticale 176 à son extrémité extérieure dis- posée à peu près tangentiellement à l'extrémité de la spire intérieure voisine pour la raccorder à l'extrémité intérieure du raccord transversal ou de la tubulure 178, ce raccord ayant une ouverture latérale 180 pour recevoir une portion horizon- tale de la spire extérieure de la spire suivante, c'est-à-dire la, semblable à la pièce 182 de la bobine 2a. Le raccord tu- bulaire de la bobine 2a s'effectue par un prolongement 182 vers une tubulure 179 munie de ses ouvertures de circulation 181 et 183 placées à 90 l'une de l'autre et disposées en sens inverse de la disposition des ouvertures dans la tubulure 178.
La figure 7 représente la manière dont les bobines successives telles que 2a et 3 sont jointes par des raccords transversaux tels que 184 de manière que les plans, des bobines convergent
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intérieurement vers le centre du transformateur (comme on le voit également sur la figure 5). les bobines sont assemblées en deux Segments semi- circulaires dont l'un, par exemple, comprend les bobines 13 et 13a à 3 et 3a incluses, avec un segment semi-circulaire semblable du noyau 170 s'étendant à travers les spires inté- rieures des bobines. A l'intérieur de ce segment de noyau, les bobines successives sont isolées électriquement l'une de l'autre et espacées uniformément sur la circonférence par des pièces d'espacement coniques intérieurs 186. Ces pièces d'es- pacement sont construites de préférence en bois dur.
Des piè- ces d'espacement semblables en bois dur 188 isolent et espa- cent les bobines successives extérieurement suivant la cir- conférence du noyau 170.
Un second segment complémentaire des bobines raccor- dées peut être construit de façon semblable à celle indiquée plus haut, comprenant les bobines 4 et 4a (en sens inverse des aiguilles d'une montre) à 12 et 12a inclus, vissées au dessus de l'autre segment semi-circulaire du noyau.
Les blocs de serrage des pièces d'espacement 192, 204 et 210 sont alors mis en place et les segments composés de noyau et de primaire sont placés dans leur position de mar- che avec les extrémités des segments de noyau dans des con- ditions et positions correspondant à un bon contact électrique.
Des rubans. d'acier stainless sont alors serrés au- tour des segments du noyau pour les maintenir ainsi que les segments des primaires dans leurs positions de marche. Puis les becs saisissant les pièces d'espacement en bois dur 194, 205 et 212 sont fixées dans leursspositions de marche par les boulons 196, 211 et 206 qui passent à travers des trous percés dans les blocs intérieurs saisissant les pièces d'espacement et ont leurs extrémités intérieures vissées dans des soquets dans le manchon de l'axe 130 comme on le voit en 200. tes
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écrous aux extrémités extérieures de ces boulons sont placés dans des encoches telles que 202.
les pièces d'espacement de bobines en bois dur et leur blocs de fixation ont de préférence sensiblement la môme longueur que les bobines et portent des encoches sur leurs bords extérieurs pour recevoir des rubans de serrage en acier serrés suivant la circonférence pour pousser vers l'intérieur toutes les pièces d'espacement et leurs blocs de fixation pour former le primaire serré et compact du transformateur.
Ces pièces d'espacement et blocs de fixation sont serrés dans les positions où ils sept représentés sur la figure 5 par le serrage des boulons 196,206 et 211. Lorsque cette construc- tion de bobines est achevée de cette façon, l'enveloppe cylin- drique 148 du secondaire est glissée au dessus des pièces d'espacement extérieurs 188 pour prendre la position indiquée.
Le courant d'eau à travers les bobines du primaire du transformateur et le passage du courant à fhaute tension peuvent être placés à partir des mêmes bornes. Utilisant la tubulure ou botte 94 (figure 4 et partie centrale supérieure de la figure 5 en lignes pointillées) comme une de ses bornes, ce courant passe de la tubulure 94 à travers le raccord tu- bulaire 220(représenté en traits pleins sur la figure 4, mais en traits pointillés sur la figure 5) vers la tubulure courte 224. De cette tubulure le courant passe vers l'intérieur à travers les spires successives de la bobine 18a, jusqu'à un raccord oblique 226, à la spire intérieure de la bobine 18 et de là par les spires extérieures successives de cette bo- bine vers un raccord transversal 228.
De ce raccord trans- versal, le courant passe de façon semblable à travers les bobines successives jusqu'à ce qu'il atteigne la tubulure courte 230 au voisinage du bloc de fixation des pièces d'es- pacement extérieures 194 (partie supérieure droite de la fi- gure 5). De cette .tubulure 230, le courant continue à tra-
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vers le court raccord transversal tubulaire 232 vers une peti- te tubulure 234 et de là vers les bobines successives 12a, 12, 11a, 11, 10a et 10 jusqu'à la tubulure extérieure 98. De là, le courant d'eau de refroidissement est dirigé à travers le raccord tubulaire 100 vers le raccord flexible 114 et vers l'ouverture de sortie 132 de l'arbre formant barre d'attelage 70.
Le courant électrique passe de la tubulure de sortie 98 par le raccord 100 à la bague de glissement 194 et de là à la borne de la ligne 106.
Le courant de liquide de refroidissement et le coura@@ électrique de l'autre borneou tubulure d'entrée 96 (lignes pointillées, partie centrale inférieure de la figure 5) passe à travers le raccord tubulaire 240 dans la tubulure d'entrée courte 242 et de là à travers les bobines successives 1, la à 9, 9a incluses, vers la tubulure de sortie 98. Ce courant est indiqué par les différentes flèches appliquées aux bobines et les raccords transversaux obliques entre la tubulure d'en- trée 96 et la tubulure de sortie 94.
L'élément de droite comprenant le transformateur 50 et l'électrode 12 (figure 1) est construit de manière sembla- ble à celle décrite en détails en se référant à l'unité 20, et disposé en sens opposé par rapport à lui comme indiqué sur les figures 1 des dessins. Le disque -formant borne du secon- daire 158 de l'élément de gauche est relié au disque semblable 310 de l'autre unité par les raccords flexibles 312 de telle sorte que les secondaires des deux transformateurs soient re- liés en série tandis@que les primaires des transformateurs des différentes unités sont raccordés en parallèle par leurs con- nexions propres formées-par les bagues de glissement.
Il exis- te 46 de ces raccords flexibles, consistant chacun en une lon- gueur de câble isolé formant cordon, en cuivre ou autre bon conducteur de l'électricité, et pour assurer l'union de ces conducteurs avec les disques 310 et 158, chacun de ces der-
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niers est muni d'un dispositif de trous disposés sur la cir- conférence. Les sections de câbles constituant les conducteurs flexibles possèdent de bonnes liaisons électriques avec les disques 158 et 310 à travers ces trous, chaque section du rac- cord ayant environ 40cms (16 pouces) de long, pour assurer les mouvements relatifs des électrodes 10 et 12 et de leurs assem- blages aux transformateurs.
Ces mouvements sont effectués par ajustage des assemblages de manière à ce que les électro- des puisent être espacées, par exemple à un intervalle de 12,5 à 25 cms (5 à 10 pouces). Ce mouvements relatifs peuvent avoir lieu sans raccourcir notablement les spires ou modifier les caractéristiques des raccords flexibles.
Avec cette dis- position d'une série.'circulaire de raccords flexibles entre lessecondaires symétriques du transformateur, l'impédance du secondaire est maintenue à une valeur constante indépendante de la position de rotation des électrodes, et les électrodes peuvent encore se déplacer légèrement l'une par rapport à l'au- tre dans le sens vertical à l'intérieur de petits intervalles correspondants aux variations des épaisseurs des tôles et feuilles, et les électrodes peuvent avantageusement être main- tenues individuellement contre l'ouvrage par leurs cylindres à air respectifs.
De plus, en plaçant une série de raccords flexibles espacés suivant la circonférence, elles offrent l'a- vantage au point de vue chimique que les raccords individuels peuvent être construits en matériaux de diamètre relativement faible, tout en maintenant dans l'ensemble une capacité de conductibilité optimum. Grâce à cette disposition, il ne se produit aucune concentration de force non équilibrée comme celle pouvant être exercée par un gros raccord flexible unique.
Comme éléments, transformateurs, conducteurs secon- daires, électrodes,etc... de la machine représentée sont dis- posés symétriquement par rapport aux plans des électrodes et l'axe de rotation au double point de vue électrique et méca- nique.
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La figure 3 représente la disposition du chariot 32 sur le pont 34, et, avec la figure 2, elle représente égaleme' la disposition des supports latéraux 36 et 38 montés sur les rouleaux 42, 40, 320 et 322 pour le déplacement du pont le long des rails 44 et 46. Un tel déplacement s'effectue par l'action du moteur 324 avec ses liaisons par arbre et engre- nages 326 - 336 inclus coopérant avec les crémaillères fixes 338 et 340 qui sont fixées respectivement par rapport aux rails 44 et 46. Un réglage plus précis à la main du mouve- ment de ce type peut avoir lieu en faisant usage de volant à main 341 fixe par rapport au pignon 326.
Ce mouvement se produit dans une direction perpendiculaire à celle du mouve- ment des électrodes et à la direction des lignes de soudure résultant du mouvement des électrodes.
Les mouvemants de translation du pont pour déplacer la paire d'électrodes progressivement à travers l'ouvrage dans la direction représentée par la flèche 350 sur la figure 2 est réalisé par le moteur 332 par ses commandes à arbres et engrenages 354 - 359en coopération avec la crémaillère 360 fixée sur le côté de la charpente du longeron transversal 34 dans une position représentée sur les figures 2 et 3.
La distance entre les électrodes respectives 10 et 12 peut être réglée par le mouvement de glissement des support.. de glissement 361 et 364 entre les guides parallèles 370-373 du chariot. (figure 3). Ce réglage des deux glissières pen- dantes ou pistons 30 et 58 peut avoir lieu simultanément par une torsion sur l'axe 450 de l'engrenage 453 qui engrène avec les engrenages droits 454 et 456 faisant tourner les vis de réglage 458 et 460 s'introduisant dans le pont 32 et se rac- cordant par des vis aux parties fixées aux glissières comme c'est le cas en 364 et 363 se déplaçant avec les unités de transformateur et électrodes.
Par exemple, la vis de régla- ge 458 est raccordée de telle manière qu'elle déplace l'assem-
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blage 20 et l'autre vis porte un raccord analogue pour dépla- cer l'autre assemblage comprenant le transformateur 50 et l'électrode 12.
La figure 2 représente une cuve ou auge 380 pour recevoir le trop-plein de liquide refroidisseur de la machine à souder, l'ouvrage comprenant la tôle de base 16 et la feuil- le d'alliage 14 supportées dans cette auge sur les pièces de charpente telles que 381-389 inclus.
Comme il est indiqué sur la figure 4 des dessins, l'arbre creux 82 a une section 400 de diamètre accru, formant un épaulement 402 à son côté droit pour agir, par la pièce d'espacement 404, comme arrêt du mouvement de glissement du manchon de l'axe 130 le long de l'arbre creux 82 dans son as@@ blage avec la machine à souder. De l'autre côté de cette sec- tion de diamètre accru, se trouve un épaulement 406 contre lequel s'appuie la bride 408 d'un manchon d'acier ayant une partie cylindrique 410. Sur cette partie est fixé le manchon isolant 412 portant des encoches pour recevoir et supporter les bagues de glissement 90 et 104.
Ces pièces sont mainte- nues en position par un écrou 414 vissé sur l'arbre creux 82 avec des pièces d'espacement 416 et 418 intercalées, comme il est indiqué sur la figure.
Les balais 106 et 108 sont tenus dans les porte-balais 420 et 422 qui, à leur tour, sont raccordés à des montants fixes 424 et 426. Ces montants sont fixés les uns aux autres, mais isolés les uns des autres par les éléments isolants 428- 432. Le montant 426 est fixé au châssis par les éléments 440- 442 comme on le voit sur la partie supérieure gauche de la figure 4.
La méthode représentée de soudure produit des tôles clads de surfaces notables. A titre d'exemple, la tôle de base 16 en acier riche en carbone porte immédiatement au dessus d'elle une feuille de nickel 15 (figure 10) et au dessus de
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la feuille de nickel se trouvent une série de feuilles d'aciers spéciaux 17 et 19. Ces éléments sont disposés sur les supports fixes 381-389 qui sont normalement placés dans la cuve ou ré- servoir 380 et les électrodes roulantes 10 et 12 sont mues transversalement sur l'ensemble de la tôle clad d'une extré- mité à l'autre puis alors en sens inverse en formant des sou- dures à résistance se recouvrant telles que celles indiquées dans les rangées séparées de soudures A,B,C,D et E sur la figure 9.
Les électrodes roulantes, après exécution de deux rangées de soudures de résistance transversalement sur l'en- semble de tôle clad sont déplacées hors de contact de l'ouvra- ge puis transversalement pour former d'autres rangées de sou- dures pendant le trajet en sens inverse transversalement sur 1* ensemble de tôle clad. Par exemple, les rangées de soudure de résistance A et D peuvent être formées pendant un premier trajet transversal des rouleaux de soudure dans le sens indi- qué par les flèches 21 et 23 (figure 9) et les rangées B et E formées pendant le trajet en sens inverse à travers l'ensemble de tôles clads.
Si on considère l'opération de soudure en débutant par les soudures 25 et 27 des rangées A et D, les électrodes 10 et 12 sont d'abord placées sur ces positions en contact avec la feuille supérieure 17 de l'assemblage de tôles clads.
Puis une pression initiale de l'électrode est exer- cée vers le bas, et simultanément, on fait passer le courant initial d'électrode de l'électrode 10 à travers les feuilles 16,17 et 19 et dans la tôle de base vers l'autre électrode 12.
Ces électrodes sont les bornes des secondaires à ampérage élevé et basse tension, et le courant pour la première opération de soudure est introduit en fonction du temps sous forme d'impul- sions d'un nombre déterminé de cycles de courant. Une telle application de courant est réglée par une horloge d'électrode raccordée par interruption à ignition appliqués aux bornes des
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primaires des transformateurs dont les électrodes 10 et 12 sont les bornes dessecondaires.
Pendant l'impulsion initiale de soudure, la pression de l'électrode sur l'ouvrage, réglée par le système de réglage de pression représenté de façon générale en 68 (figure 1) est réduite à une valeur minimum pour la-quelle la résistance de contact de la surface dans la zone de soudure n'a pas d'ac- tion sur la surface de la feuille d'alliage 17. après une courte période (c'est-à-dire 10-55 cycles), de passage du cou- rant initial et un court intervalle de refroidissement, (c'est à-dire de 25-20 cycles) immédiatement après, une seconde im- pulsion de courant accompagnée d'une pression plus élevée des électrodes est appliquée. Pendant cette seconde opération dans le procédé décrit, la pression est sensiblement plus élevée (par exemple 25-27 de jauge) que dans la première opération.
Pendant la seconde opération, la densité de cou- rant de la soudure est également augmentée (par exemple de 350-500 ampères primaires, de la première opération à la se- conde). L'impulsion de courant de la seconde opération et l'augmentation de la pression qui l'accompagne, donnent une plus grande profondeur -de pénétration, augmente'la surface de la soudure et permet de faire- passer des courants plus in- tenses pendant des périodes plus courtes, (par exemple 10-55 cycles).
Ceci est un facteur important pour l'obtention de soudure satisfaisante d'alliages tels que des aciers austéni- tiques parce que des densités de courut plus élevées sont né- cessaires pour produire des soudures effectives et d'autre part, si des densités de courant plus élevées sont utilisées pendant des périodes de temps exagérées, les propriétés des alliages peuvent être influencées de façon notable.
Fendant les opérations de soudure, la zone de soudure entière est soumise à un arrosage en cascade des électrodes par un liquide refroidissant.
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Dans le dispositif représenté, le contrôle de la pression, comprenant la suppression de la pression, est effec- tué par l'intermédiaire du système de réglage de la pression 68 agissant par l'intermédiaire des cylindres sous pression 60 et 62 sur les cylindres verticaux fixes ou curseurs 30 et 58. Lors de la suppression de la pression après la seconde opération de soudure, on peut dire que la pression inverse est appliquée, contrebalançant sensiblement les unités de sou- dure composées 20 et 50 avec leurs électrodes 10 et 12 et au- tres composants se déplaçant verticalement avec elles. Ceci rétablit les conditions d'origine pour le cycle suivant des opérations de soudure et donne des soudures de meilleures qualités sur toute la longueur de chaque rangée.
Bien que les cylindres ou curseurs 30 et 58 soient calés pour éviter un mouvement tournant notable par des bar- res parallèles fixées aux châssis d'où les glissières s'éten- dent verticalement, et introduites dans des orifices séparés dans le chariot, il existe une tendance des électrodes à dis- ques 10 et 12 à s'accrocher lorsqu'elles fonctionnent pour produire des soudures. Cette tendance, si elle n'est pas com- battue ou supprimée, aurait pour résultat des soudures non- uniformes. Dans le fonctionnement de l'appareil décrit, on évite cette tendance à produire un tel résultat nuisible,par la suppression de la pression sur toutes les électrodes et le contrebalancement sensible du poids des pièces se déplaçant verticalement en marne temps que chaque curseur 30 et 38, après chaque soudure.
En supposant que les rangées A et D de soudureq (fi- gure 9) aient été complétées, les électrodes de soudure avec leurs transformateurs sont alors soulévées par le levier mo bile 270 jusqu'à leurs positions supérieures 272. Elles sont alors déplacées le long du pont 34 (figure 1) vers les posi- tions suivantes des rangées de soudure telles que -B et'E-
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sur la figure 9, où les opérations de soudure telles que dé- crites plus haut sent répétées, en produisant par exemple des soudures telles que celles indiquées en 85 et 69 (figure 9).
La soudure 35 est représentée comme recouvrant la soudure 31 dans la zone d'intersection indiquée en 37. De façon sembla- ble, la soudure 27 est représentée comme ayant sa zone de fu- sion recouvrant la zone de fdsion de la soudure 31 comme on le voit en 33.
Sur la figure 9, les soudures restantes des lignes de soudures A et D sont indiquées en 39-83 inclus, et les sou- dures de recouvrement des lignes de soudures suivantes B et D sont indiquées en 59-85 inclus.
Il est à remarquer sur la figure 9 qu'il y est re- présenté un espacement notable de rangées successives ou ad- jacentes de soudures se recouvrant. Dans une opération re- présentative de l'appareil, cet espacement rend moins diffi- cile la solution du problème de formation de soudures effec- tives en une série de ligne voisine de la ligne complétée précédemment. L'utilisation de soudures sur des centres rap- prochés sur une surface étendue rend difficile la solution du problème des courants de dérivation.
Le courant de déri- vation consiste en un passage d'une partie ou de la totalité du courant de soudure à travers des soudures terminées, plû tôt qu'à travers les surfaces de contact aux endroits de pres- sion des électrodes. 'Quand les courants de dérivation sont exagérés, il existe la possibilité de production de soudures de mauvaise qualité ou interrompues, en même temps que d'une surchauffe de la surface de contact des électrodes.
Pour vain cre les effets de ces courants de dérivation, l'espace Eté cen- tre-à-centre entre des soudures individuelles peut être aug- menté dans une proportion telle que le passage du courant formé parla soudure voisine achevée forme un passage de ré- sistance plus élevée, supérieure à celle formée sous l'élec-
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trode par le contact sous pression de la matière clad au rou- leau de l'électrode et à la tôle de base.
Bien que les effets de ces courants de dérivation doivent être évités dans le cas de soudures à centres rapprochés telles que les soudures des lignes de soudure séparées indiquées plus haut, la résistance de contact entre l'éledtrode et la feuille d'alliage, et entre cette dernière et la tôle de base doit être réduite à une valeur suffisamment faible pour produire une chute de tension moindre suivant ce passage que celle correspondant au passage par la soudure achevée. Ceci est réalisé en utilisant une forte pression de l'électrode (par exemple de 40 de j auge sur les cylindres 60 et 62).
Lorsque la distance entre les lignes de soudures voisines ou entre les soudures individuel- les est faible, la force nécessaire au placement des feuilles d'alliage en contact suffisant avec la tôle de base pour évi- ter des courants de dérivation excessifs est élevée. Les cou- ches clads peuvent être considérées comme formant une poutre supportée à la soudure 35 (figure 10) et libre à l'autre ex- trémité ou à l'extrémité opposée.La force nécessaire pour la fléchir peut alors être proportionnelle au carré de l'é- paisseur de l'alliage.
Par conséquent, une augmentation du nombre de feuilles ou de couches utilisées pour préparer les tôles clads rendront la pression de l'électrode plus efficace pour obtenir un passage de résistance suffisamment faible pour que le courant passe par cette voie plutôt que par le passage complet de la série soudure terminée.
La couche de nickel telle que 15 (figure 10) est utilisée pour deux raisons principales. Tout d'abord, elle agit comme auxiliaire pour éviter la migration du carbone de la tôle de base 16 vers les feuilles d'alliages telles que 17 et 19. Deuxièmement, cette couche de nickel favorise nota- blement l'augmentation de la surface totale unie à la tôle de base. La flexibilité des feuilles 15, 17 et 19 permet à
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la pression de soudure d'être effectivement transmise à la surface à j oindre. Le nickel s'unira à la tôle de base en acier à une température relativement basse, et l'utilisation de feuilles de nickel aura pour résultat des propriétés amé- liorées au point de vue de la transmission de chaleur de la plaque clad résultante.
Le réglage en fonction du temps des impulsions élec- triques fournies au transformateur, et par conséquent à l'ou- vrage, peut être effectué par une horloge électrique appro- priée. Ce système comprend une horloge connue sous le nom d'horloge du type N.E.M.A. 5-B. C'est une horloge à répéti- tion automatique et un instrument standard.
L'alimentation de la pression et le système de con- trôle 68 indiqué sur la figure 1 des dessins est mise en rela- tion avec un système d'horloge électrique pour produire une pression électrode-ouvrage initiale relativement faible telle que de 25 psi, pendant l'impulsion électrique initiale pour chaque soudure, et ensuite une pression plus élevée pendant la seconde partie ou partie finale de la formation de chaque oudure par point, pour laquelle un aourant beaucoup plus élevé (350-500 ampères primaires) est introduit par le fonctionnement du système d'horloge électrique.
L'alimentation de la pres- sion et le système d'horloge (figure 1) comprend une horloge en 250, un relais d'inversion de la pressionnen 252, un relais de pression secondaire en 254, un relais de pression primaire en 256, et un circuit d'alimentaiton d'énergie électrique 258.
11 comprend également, de la façon indiquée, un régulateur 260 à air comprimé de faible pression et un régulateur 262 à air comprimé de pression élevée, et un régulateur de pression in- versée 264. Ces régulateurs sont raccordés, de la manière indiquée, à une conduite d'alimentation d'air 266. Une vanne de réglage de l'air manoeuvrée à la main 277 porte un levier de manoeuvre 268 ayant un point mort 270, une position supé-
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rieure 272 et une position inférieure 274. Le système de régla- ge comprend également une vanne à deux voies 276 normalement fermée.
Avec ses raccords, elle fonctionne pour supprimer la pression d'air élevée des cylindres de pression de l'élec- trode 60 et 62, puis introduit une contrepression en dessous des têtes de piston 64 et 66 pour supprimer momentanément toute pression sur l'ouvrage et équilibrer sensiblement les ensembles transformateur-électrode et les pièces se déplaçant verticalement avec eux. Cette vanne porte une conduite d'é- chappement 278, une conduite d'entrée 280 et une conduite de sortie 282. Cette dernière est reliée par les conduites 284- 288 aux parties inférieures des cylindres de pression 60 et 62.
Une soupape normalement ouverte 290 ayant une condui- te d'échappement 292, une conduite de sortie 294 et une con- duite d'entrée 296 est raccordée par les conduites 298-302 inclus aux extrémités supérieures des cylindres de pression 60 et 62. Cette vanne avec ses conduites, fonctionne pour transmettre une basse pression d'air réglée de la conduite 260 vers les parties supérieures des cylindres 60 et 62. Une vanne de contrôle 304 est placée entre la conduite d'entrée 296 et les raccords au régulateur de pression 260 pour maintenir la pression élevée venant de la conduite voisine du régulateur.
Immédiatement en dessous de la vanne 290 est repré- sentée une vanne à haute pression 281 manoeuvrée par le solé- noïde 285, fonctionnant pour admettre de l'air sous pression élevée aux cylindres de pression des électrodes à partir du régulateur pendant un temps déterminé d'avance. Cette vanne est réglée par un relais de temps de refroidissement de l'hor- loge, et elle est raccordée au système par les conduites à air comprimé 283, 285, 300, 301 et 302. Les conduites 301, 302, 287 et 288, possèdent, comme on le voit, des boucles de dilata -
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tion pour permettre aux pistons 30 et 58 d'être rapprochés ou éloignés l'un de l'autre.
Lorsque le levier 268 est dans sa position supérieu- re la pression complète de la conduite se transmet à travers les conduites 271 et 273, la vanne 277, la vanne de contrôle 279 et les conduites composantes 285-288 pour soulever les assemblages électrodes-transformateurs de leur position de marche. L'ouvrage peut alors être mis en place.
Lorsqu'il est déplacé à sa position inférieure 274, il actionne un com- mutateur limite qui, à son tour, ferme un circuit pour mettre sous tension le solénoïde 267 pour ouvrir l'ouverture d'échap- pement 278 de la vanne 276 et supprimer la contre-pression des cymindres 60 et 62 et permettre au cycle d'opération de l'appareil de débuter en mettant sous tension le solénoïûe 295 et ouvrant l'ouverture 296 pour transmettre la basse pression par la vanne 290 et les conduites composantes 298-302 aux ex- trémités supérieures des cylindres 60 et 62. Pour exécuter cette opération, la conduite composante 298 est mise en com- munication avec l'ouverture 296 de la vanne 290.
Pendant que la basse pression est appliquée aux en- sembles électrodes-transformateurs, l'horloge électrique appli- que la première impulsion de courant électrique à la zone de soudure. Il existe un intervalle de temps de refroidissement avant que le solénoïde 285 ne manoeuvre la vanne 281 pour admettre la pression élevée de l'air du régulateur 262 aux par- ties supérieures des cylindres 60 et 62. Ensuite, l'horloge électrique provoque l'application de la seconde impulsion de courant aux zones de soudure par les électrodes.
Ensuite, la soupape d'échappement 292 de la vanne 290 s'ouvre pour laisser échapper l'air des extrémités supérieures des cylindres 60 et 62, puis le solénoïde 267 est mis sous tension pour ouvrir les vannes d'inversion de pression 266, 264,
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280, 284, 285, 286, 287, 288 vers les parties inférieures des cylindres pour équilibrer sensiblement le poids des ensembles transformateurs-électrodes. Cette opération a lieu automati- quement pehdant un intervalle de temps déterminé d'avance par le mécanisme d'horloge, et, à la fin de cet intervalle, le so- lénoide actionne la vanne 276 pour dégager l'air sous pression inverséepar les conduites 284-288 et le cycle d'opérations ci- dessus est répété.
La suite des opérations effectuées par l'horloge 250 régulateur en conjonction avec le système/de pression 68 et un système électriques de connexions/appropriées entre l'horloge et les transforma- teurs, est représentée schématiquement sur la figure 11. Sur cette figure la position de départ est indiquée par la ligne de secteur "OH". La première action est l'application de la pression initiale d'électrode sur l'ouvrage par l'horloge manoeuvrant par l'intermédiaire du système régulateur de pres- sion. Le temps d'application de cette pression est indiqué par le secteur HOK, ce temps pouvant varier entre 3 et 60 cycles par le réglage de l'horloge.
La pression initiale est maintenue pendant une se- conde partie de la suite des opérations, représentée par le secteur KOL. Cette période de l'opération peut varier entre 3 et 30 cycles. Au début de cette partie de l'opération, le courant de la première opération de soudure est appliqué et maintenu pendant 1* intervalle de temps réglé indiqué par le secteur KOL.
A la fin de la seconde partie de l'opération de sou- dure, représentée par le secteur KOL, l'application du courant électrique est interrompue, mais la pression de l'électrode est maintenue pendant l'intervalle de temps représenté par le secteur LOBE, variable par réglage entre 3 et 30 cycles, comme il est indiqué. Pendant la partie de l'opération représentée par ce secteur LOM, le métal se refroidit, cette partie de
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l'opération étant contrôlée par le relais du temps de refroi- dissement de l'horloge, et ses circuits électriques.
La pression d'électrode plus élevée de l'opération de soudure est appliquée, maintenue et continuée pendant la partie de l'opération représentée par le secteur MOR et les parties représentées par les secteurs qui le suivent immédia- tement ROS et SOV.
La durée d'application de la pression d'électrode élevée peut être réglée par réglage de l'horloge, à une valeur comprise dans l'intervalle de 9 à 120 cycles. Lorsque la pression plus élevée a été maintenue pendant la durée de com- pression indiquée par le secteur MOR le courant de valeur plus élevée de la seconde partie de l'opération de soudure par impulsion est appliqué. Cette valeur plus élevée du cou- rant continue à être appliquée pendant une période de temps pouvant varier de façon réglable de 3 à 30 cycles, représen- tée par le secteur ROS.
Immédiatement après l'application du courant d'in- tensité plus élevée pendant la seconde période de l'opération de soudure, intervient un intervalle de temps de refroidisse- ment représenté par le secteur SOV, pouvant varier entre 3 et 30 cycles.
A la fin de l'intervalle de temps SOV, la pression inverse est appliquée aux cylindres de pression des électrodes 60 et 62. Cette pression qui contrebalance sensiblement le poids des assemblages transformateurs-électrodes est maintenue pendant un temps représenté par le secteur VOX.
Pendant la dernière partie de l'opération, représen- tée par le secteur XDH, il n'y a aucune application de courant ni aucune application de pression sur les électrodes.
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Welding apparatus and method for the production of clads or coatings.
The object of this invention is to weld tble clads and more particularly to an improved method of welding clad plates in which a relatively thin sheet of alloy is welded to a relatively thick base plate by forming successive lines of welds by. points joining the sheet and the plate, and an advanced AC resistance welding machine suitable for this improved process.
The invention comprises a welding machine having a series of electrically insulated roller electrodes contacting the work, these electrodes being mounted so as to travel through the work while rotating along the line.
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parallel, a separate transformer for each electrode, each transformer forming with its electrode a unit closely coupled and forming one unit with the electrode constituting a terminal of the secondary circuit, assembly members of these units allowing their independent movements in the vertical direction, and members containing flexible conductors connecting the secondaries of these units and forming part of the secondary circuit of the pair of units and arranged so as to operate between the electrodes.
The invention also includes a process for the production of clad sheets in which a form-clad sheet, of a corrosion resistant alloy, is bonded at its surface to a much thicker base metal sheet by joining the clad sheet to the core. base sheet by a series of parallel rows of overlapping resistance welds formed successively; the initial joining operation comprising the application of an initial pulse of electric current and an initial pressure of electrodes high enough to reduce the electrical resistance of contact of the surface between the sheet and the sheet to a value such that the initial pulse does not damage the surface of the sheet; Interposing a cooling period of a few cycles after stopping the electric current;
then the application of a higher electrode pressure together with a more intense current flow to purchase the weld of the sheet and the sheet at the site of the initial operation; repeating the above series of operations in successively overlapping weld areas to finally form a row of welds across the clad sheet assembly; and the like forming of like and closely spaced rows of welds in successive positions.
In this clad sheet manufacturing process, a
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sufficiently large number of welds per test point necessary to unite the sheet and the plate, so large that from the point of view of the cost price alone, it is important to reduce the number of welds to an extent corresponding to the formation of a good union between the sheet and the sheet.
It is also important that the time used in the welding operation is reduced to a minimum corresponding also to the production of an efficient union between the sheet and the sheet. These factors have resulted in the use of a rotating electrode by which current and pressure are applied to the alloy face of the sheet and sheet assembly, the electrodes having a rolling contact. with the clad sheet during the production of the union welding lines.
In this process of manufacturing clad sheets in alloys, the aim is to maintain as complete a union as possible of the alloy sheets to the base steel and at the same time to obtain good quality welds on the largest surface. possible. The use of continuously rotating electrodes as ordinarily used in resistance line welding operations has been found, through electrical and mechanical modifications described in the following, to produce a resistance welded clad sheet having a surface total union markedly greater than hitherto possible and having a union strength noticeably greater than the minimum shear force of 20,000 psi recognized by the authors of the code as necessary for an entire sheet. united.
The improvements of the present invention, resulting in the obtaining of welds of uniformly more intense resistance at close centers, arise from developments taking into account the actions of electrical circuits.
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Considerations of the application of pressure to the continuously moving electrodes, and of the contact resistances of the developed surfaces. Each of these factors has. It has been found to exert an important influence on the problems of bypass currents which, in turn, determine to a large extent the character and resistance of the successive welds involved.
When industrially welding an alloy face sheet to a base sheet, the best results correspond to: (a) a thermal union between the alloy face piece and the base sheet to achieve conditions of small temperature differences during heat transfer; (b) an evenly distributed strong union between the sheet and the sheet in order to maintain the original welded structure and heat conductivity properties.
It has been proposed that such welding be effected by short initial pulses of current, followed by a final longer pulse of current, such multiple pulse welding being performed without changing the contact pressure of the electrodes against the electrode. work. In this proposed method, the rolling electrodes are pressed against the entire sheet / plate by a constant pressure, and the overlap spacing of the welds in the row is obtained by the spacing period of the welds. impulses.
The present invention improves this process by the controlled variation of electrode current and pressures during successive weld pulses for each weld, the new process overcoming the troubles resulting from inherent bypass current problems.
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to the production of welds when preparing welds at such close centers.
Another problem has been the tendency of the electrodes to snag and thereby cause sliding movement between the electrodes and the work. This is solved by significantly reducing, or removing the pressure of the electrode on the sheet following each weld and before the start of the pulse cycle of the next weld in a row corresponding to the next position of the l 'electrode.
In this pressure relief, the invention also contemplates the substantial counterbalancing of the weight of the electrodes.
The invention also includes a modification of the character of the welding cycle consisting in that the initial welding operation is carried out by a current pulse under an initial pressure, while the second operation is carried out a short time interval afterwards for that the electrode is still substantially in the same place with respect to the work, but with a notably greater pressure exerted by the electrode against the work, and with a higher current intensity than in the initial stage.
Such a series of operations is effective for making welds with high heat conductivity and strong structure in the finished sheet due to bypass currents, particularly in the high temperature final phase of the welding cycle. are reduced to a minimum and thus the heating of the metal is localized more effectively at the weld area, and the tendency of the electrode contact to overheat is also reduced to a minimum.
For effecting such a weld, the machine corresponding to this invention comprises a series of rotatable welding units, each comprising a roll of.
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welding with a transformer integrally associated with it.
With this machine, the energy production is transmitted to the structure with a minimum of losses and the total consumption of KVA is reduced materially compared to that of previous machines using stationary transformers from which large secondary conductor bars leave. pass currents as high as 40,000 to 50,000 amps. Such machines gave rise to large secondary reactance losses and low power factors.
In the machine corresponding to this invention, two rotary transformers have their primaries connected in parallel to the same alternating current source by means of slip rings. The secondary of each transformer consists of a single coil around the primary, the secondaries being connected in series. the primary of each transformer consists of a large number of flat coils each comprising four turns of copper tubes of square section. These coils are connected in series to form the complete primary of each transformer.
The primary of each machine transformer is maintained in the desired temperature range by the flow of a coolant liquid through the copper tubes which are placed so that the outlet of the coolant liquid. each primary is connected to a passage crossing the center of the transformer, which makes it possible to cool the internal axis of the secondary. The box,. or- the side, outside the second of each transformer, is cooled by the water discharged onto it. Rotating with the transformers and arranged between them are two weld rollers between which the refrigerant is discharged from the axis of the secondary to the weld area.
Each transformer element, with its roller
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weld, is supported by a separate vertical slide, the weld pressure being transmitted to these fixtures through separate pressure cylinders.
The welding machine has low reactance characteristics which operate to provide a more constant welding voltage during the welding operation. The machine also achieves significant energy savings and allows higher currents to flow through the structure for shorter times. This is a great help in overcoming the effects of bypass currents which tend to make welding difficult.
The spaced rolling electrodes of the machine are supported by a movable bridge, each electrode having its own support consisting of an air cylinder. Thanks to this arrangement, each electrode and the rotating parts joined with it about the same axis of rotation can / adjusted so as to ensure the same pre-determined pressure conditions of the electrodes on the sheets and the plates. The electrodes may have slight relative movements due, for example, to variations in the thickness of the alloy sheet.
Strong secondary or solder current is supplied to the electrodes by a pair of compact, symmetrical transformers which are provided with liquid cooling, and are mounted to rotate with the electrodes they serve. Each transformer has its primary winding connected to its own pair of rotating slip rings and associated brushes to an automatically controlled AC source. The secondaries of the transformers of a pair of transformers are wired in series in a circuit comprising the rotating electrodes, the metal sheets and sheets being welded, and rotating flexible conductors arranged symmetrically, rotating with the ends. transformer-electrode assemblies.
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The. device comprising the rotary transformers, each forming a body with its electrode, reduces the impedance in the secondary conductors and improves the electrical characteristics of the system, while obtaining the best welding current strength. Flexible conductors, by favoring this independent vertical displacement of the electron-transformer assemblies as needed to obtain appropriate pressures between electrodes and tale; have a configuration, length and disposition such that a minimum impedance is introduced into the solder circuit.
The machine comprises a cooling system in which the coolant used initially to cool the transformers is then used to cool the electrodes and the solder contact zone.
The arrangement of the parts of the machine is such that the weights of the transformers and the magnetic fields developed by the passage of the electric current are balanced with respect to the electrodes which facilitates the uniformity of the pressure of the electrodes and favors the achievement of light weight. the method and apparatus corresponding to the invention will be described with reference to the accompanying drawings showing a method and a preferred embodiment.
On the drawings:
FIG. 1 is a partially schematic view showing the welding machine in vertical section and the system for regulating the pressure and movement of the electrodes;
Figure 2 is a side elevational view of the machine showing the structure and the support of the rack in vertical section;
Figure 3 is a plan view of the welding machine and its carriage;
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Figure 4 is a longitudinal vertical sectional view through one of the electrode-transformer units;
Figure 5 is an enlarged vertical cross-sectional view through the transformer taken on line 5-5 of Figure 4;
Figures 6, 7 and 8 are detailed views of a pair of transformer coils;
Figure 9 is a plan view of the tale clad formed by the method described;
FIG. 10 is a schematic view of the nature of a vertical section through the clad sheet showing the relationships existing between the clad sheets before welding and the arrangement of successive spot welds in the same row;
FIG. 11 is a schematic figure showing the sequence of operations carried out by the clock and its pressure adjustment system associated therewith and the appropriate electrical connections.
For the purpose of providing a clear understanding of the invention, the welding machine of Figures 1 to 8 will first be described in detail and as it operates in the general case of welding a metal foil to. a thicker basic metal sheet. The improved process for welding clad sheets will then be described with particular reference to FIGS. 9, 10 and 11.
The spudding machine shown operates by advancing the rotating electrodes 10 and 12 over the special steel sheet 14 to produce rows of overlapping spot welds joining the alloy sheet to a base steel sheet. thicker 16. The electrodes 10 and 12 are used electrically as terminals of a transformer secondary and, when forming the welds, the
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current flows from electrode 10 through sheet 14 into plate 16 then through sheet to a location below electrode 12, and from there through sheet 16 and sheet 14 to electrode 12,
the current supply being regulated in time in the form of electrical pulses and the electrodes being at the same time compressed against the work to produce spot welds, joining the sheet 16 and the sheet 14. The electrode 10 is part of a rotary unit 20 comprising the transformer 22, this unit being supported so as to rotate in the bearings 24 and 26 mounted on a frame 28 fixed to the piston of an air cylinder 30. This cylinder is fixed to a carriage 32 mounted so as to move by translational sliding along a point 34 extending above the structure as indicated in the drawings of FIG. 2.
This bridge is supported by its end columns 36 and 38 which, in turn, are supported by rollers such as 40 and 42 which can move along horizontal tracks 44 and 46.
The other rotary electrode 12 is similarly combined with the transformer 50 in a rotary unit mounted on the bearings 52 and 54 which are supported by a suspension frame 56. This frame is supported by the piston of an opposing vertical cylinder 58 mounted on the carriage 33 allowing vertical sliding movement and the application of pressure to the electrodes.
The vertical movements of the transformer-electrode units 20 and 50 are produced by the pressure cylinders 60 and 62 and the pistons 64 and 66, controlled and actuated by the pressure control system 68 which is described later.
The combined electrode and transformer unit is shown in detail in Figures 4 to 8 inclusive. The central element of this unit is a 70 stainless steel shaft forming a drawbar. At its left end, it is pierced
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an opening to create a water inlet line 72 through which water normally flows from an inlet fitting 74 attached to shaft 70 as shown. On the right side of the inlet pipe 72, the shaft is provided with a radial passage 76 through which the water flows to enter the peripheral pipe 78. The water flows from this pipe. through a radial conduit 80 into the first hollow steel shaft 82, through fitting 84, then through an electrically non-conductive flexible tube 86 to the inlet of a tube 88.
This tube is preferably made of metal and forms an electrically conductive contact with the ring 90 via the sleeve 92. In this way, the tube 88 acts as an electrical terminal for the primary coils of the transformer and also as a water inlet for these coils.
There are in the unit shown, two such connection tubes as shown in Figures 4 at 88.
The connector tube 88 is connected at its inner end to the box or tubing 94 and the accompanying connector has a similar construction and is connected to a box or tubing 96. These tubing or boxes are represented by dotted lines in Figure 5 of the drawings.
From each of the pipes 94 and 96, the water flows through the various coils of the transformer primary to an outlet pipe 98 shown in dotted lines on the central right-hand part of FIG. 5 and shown in elevation on the lower left of figure 4. The tubing 98 is in communication with a metal outlet fitting 100 which also serves as the electrical terminal of the primary of the transformer by the metal contact piece or sleeve 102. For example This electrical connection, the terminal of the transformer primary is connected to the sliding ring 104 and from there by brushes 106 to a line terminal, the other terminal of the primary being connected by brushes 108 and the sliding ring 90 to the other terminal of the line.
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The first connector tube 88 is electrically isolated from the slip ring 104 by an insulating sleeve 110, and likewise the water outlet connector 100 is isolated from the slip ring 90 by the insulating sleeve 112. L water flows from the left end of the tubular connector 100 through the electrically non-conductive flexible tube 114, through a connector 116, fixed by a screw thread to the first hollow shaft 82 so as to communicate with the pipe 117 in the shaft 82 and from there through the pipes 118 and 121 formed in the central shaft 70 to a location inside the coils of the primary. From this location, water flows out of shafts 70 and 82 through radial conduits such as 122 and 123 and into an annular chamber as shown at 126 and 128.
This is arranged so that the cooling water current passes between the shaft 82 and the hollow metal part 130 of the secondary of the transformer, and thus acts to cool the latter.
From the right end of the annular chamber 126 - 128, the cooling water flows radially inward through pipes such as 132 - 135 and from there through a longitudinal opening 138 in the shaft 70 The right end of the pipe 138 is opened so that water falls on the special steel sheet 14 at the weld area, or at the point of contact between the electrode 10 and the work. .
This cooling effect on the electrodes and metal at the weld area can be enhanced by other coolant streams directed to the weld area.
The central drawbar shaft 70 is a part on which the remaining parts of the transformer-electrode unit can be considered to be assembled.
To facilitate this assembly, the shaft 70 carries an enlarged tubing 142 at its left end, and the hollow shaft
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82 is telescoped over the shaft 70 and moved along it until its left end comes into contact with the metal washer 144 which, on the other side, rests against the tubing 142. Likewise , the tubular portion 130 of the transformer secondary shaft construction has an opening to allow it to slide smoothly outwardly over the right portion of the shaft 82.
The part 130 forms a body with the flange 146 to form the internal axis of the secondary of the transformer. the remainder of the secondary comprises an annular copper piece 148 which comes into intimate contact on one side with the periphery of the flange 146 and on the other side comes into similar contact with the periphery of a similar flange 150 d 'an external axis or right axis of the transformer secondary. This axis carries a part similar to a sleeve 152 which fits around the sleeve 130 of the inner axis of the transformer.
In this way, the transformer secondary consists of a single coil and forms an envelope for the transformer primary.
The electrode 10, made of an annular piece of copper alloy, is fixed to the end of the straight end of the shaft 152 by the collar 156 and its fixing screws, to form a terminal of the secondary of the transformer. . The other terminal of the transformer secondary for unit 20 is formed by a copper disc 158 having a pin 160 fixed to the right end of the shaft 70 by a collar 162 which is screwed to the end. of the shaft 70 as shown in the figures. Cap screws 164 secure disc 158 in its on position, in which it is electrically isolated from electrode 10 by disc 166.
Inside the annular boot formed by the transformer secondary are the flat coils of the transformer primary. The primary embraces a core
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Laminated metal annulus 170 constructed to run at 12,400 lines per cm2 (80,000 lines per square inch).
The high voltage winding is placed around the core consisting of flat coils of 4 turns each, of square section copper tubing. Each coil is connected in series so that the primary comprises 144 turns.
Successive coils are numbered consecutively counterclockwise in sections 1 and 1a, 2 and 2a, etc. in Fig. 5, and the individual coils are wound in a clockwise direction. The consecutive turns are electrically isolated from each other.
Before assembly of the transformer, the coils are formed into pairs as shown in figures 6, 7 and 8. Figure 6 for example shows two coils such as 2 and 2a where the tube for the inner turn of the coil 2 extends laterally out of the plane of the coil at an oblique connection 172 towards the inner turn of coil 2a.
The outer turn of coil 2 in Figure 8 has a vertical portion 176 at its outer end disposed approximately tangentially to the end of the neighboring inner turn to connect it to the inner end of the transverse connector or tubing 178, this connector having a lateral opening 180 to receive a horizontal portion of the outer turn of the next turn, that is to say the, similar to the part 182 of the coil 2a. The tubular connection of the coil 2a is effected by an extension 182 towards a pipe 179 provided with its circulation openings 181 and 183 placed at 90 to each other and arranged in the opposite direction to the arrangement of the openings in the tubing 178.
Figure 7 shows how the successive coils such as 2a and 3 are joined by transverse connectors such as 184 so that the planes of the coils converge
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internally towards the center of the transformer (as can also be seen in figure 5). the coils are assembled into two semicircular segments, one of which, for example, comprises coils 13 and 13a through 3 and 3a inclusive, with a similar semicircular segment of the core 170 extending through the inner turns coils. Within this core segment, successive coils are electrically isolated from each other and evenly spaced circumferentially by interior tapered spacers 186. These spacers are preferably constructed. hardwood.
Similar hardwood spacers 188 insulate and space successive coils outwardly following the circumference of core 170.
A second complementary segment of the connected coils can be constructed in a manner similar to that indicated above, comprising coils 4 and 4a (counterclockwise) to 12 and 12a inclusive, screwed above the another semicircular segment of the nucleus.
The clamping blocks of the spacers 192, 204 and 210 are then put in place and the segments composed of the core and the primer are placed in their walking position with the ends of the core segments in conditions and positions corresponding to good electrical contact.
Ribbons. stainless steel are then clamped around the core segments to hold them and the primary segments in their running positions. Then the slats gripping the hardwood spacers 194, 205 and 212 are secured in their running positions by bolts 196, 211 and 206 which pass through holes drilled in the inner blocks gripping the spacer pieces and have their inner ends screwed into sockets in the sleeve of the axis 130 as seen in 200. tes
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nuts at the outer ends of these bolts are placed in notches such as 202.
the hardwood spool spacers and their securing blocks are preferably substantially the same length as the spools and have notches on their outer edges to receive circumferentially tightened steel clamp tapes to push toward the spools. interior all spacers and their fixing blocks to form the tight and compact primary of the transformer.
These spacers and fixing blocks are clamped in the positions where they seven shown in Figure 5 by tightening bolts 196, 206 and 211. When this coil construction is completed in this way, the cylindrical casing 148 of the secondary is slid over the outer spacers 188 to assume the position shown.
The water current through the coils of the transformer primary and the passage of the current at high voltage can be placed from the same terminals. Using the tubing or boot 94 (figure 4 and upper central part of figure 5 in dotted lines) as one of its terminals, this current passes from the tubing 94 through the tubular fitting 220 (shown in solid lines in the figure. 4, but in dotted lines in FIG. 5) towards the short tube 224. From this tube the current passes inwardly through the successive turns of the coil 18a, to an oblique connection 226, at the inner turn of coil 18 and thence via the successive outer turns of this coil to a transverse connector 228.
From this transverse connector, current flows in a similar fashion through successive coils until it reaches the short tubing 230 in the vicinity of the fixing block of the outer spacers 194 (upper right part of figure 5). From this tube 230, the current continues through
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to the short tubular cross connector 232 to a small tubing 234 and thence to successive coils 12a, 12, 11a, 11, 10a and 10 to the outer tubing 98. From there the cooling water stream is directed through the tubular connector 100 to the flexible connector 114 and to the outlet opening 132 of the drawbar shaft 70.
Electric current flows from outlet tubing 98 through fitting 100 to slip ring 194 and from there to terminal of line 106.
The flow of coolant and electrical current from the other inlet terminal or tubing 96 (dashed lines, lower center portion of Figure 5) passes through tubular fitting 240 into the short inlet tubing 242 and from there through the successive coils 1, 1a to 9, 9a inclusive, to the outlet pipe 98. This current is indicated by the various arrows applied to the coils and the oblique transverse fittings between the inlet pipe 96 and the outlet tubing 94.
The element on the right comprising the transformer 50 and the electrode 12 (figure 1) is constructed in a manner similar to that described in detail with reference to the unit 20, and arranged in the opposite direction relative to it as indicated. in Figures 1 of the drawings. The terminal disc of the secondary 158 of the left element is connected to the similar disc 310 of the other unit by the flexible couplings 312 so that the secondaries of the two transformers are connected in series while the primary of the transformers of the different units are connected in parallel by their own connections formed by the sliding rings.
There are 46 of these flexible connectors, each consisting of a length of insulated cable forming a bead, of copper or other good conductor of electricity, and to ensure the union of these conductors with the discs 310 and 158, each of these last
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niers is provided with a device of holes arranged on the circumference. The sections of cables constituting the flexible conductors have good electrical connections with the discs 158 and 310 through these holes, each section of the connection being about 40cms (16 inches) long, to ensure the relative movements of the electrodes 10 and 12. and their assemblies to transformers.
These movements are effected by adjusting the assemblies so that the electrodes are spaced apart, for example at an interval of 12.5 to 25 cms (5 to 10 inches). These relative movements can take place without significantly shortening the turns or modifying the characteristics of the flexible connectors.
With this arrangement of a circular series of flexible fittings between the symmetrical secondaries of the transformer, the impedance of the secondary is kept at a constant value independent of the rotational position of the electrodes, and the electrodes can still move slightly l 'one relative to the other in the vertical direction within small intervals corresponding to the variations in the thicknesses of the sheets and sheets, and the electrodes can advantageously be held individually against the work by their air cylinders respective.
In addition, by placing a series of circumferentially spaced flexible fittings, they offer the chemical advantage that the individual fittings can be constructed of relatively small diameter materials, while generally maintaining a capacity. of optimum conductivity. With this arrangement, no unbalanced force concentration such as that which can be exerted by a single large flexible connector occurs.
As elements, transformers, secondary conductors, electrodes, etc ... of the machine shown are arranged symmetrically with respect to the planes of the electrodes and the axis of rotation from both an electrical and mechanical point of view.
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Figure 3 shows the arrangement of the carriage 32 on the bridge 34, and together with figure 2 it also shows the arrangement of the side supports 36 and 38 mounted on the rollers 42, 40, 320 and 322 for the displacement of the bridge on along the rails 44 and 46. Such a movement is effected by the action of the motor 324 with its links by shaft and gears 326 - 336 inclusive cooperating with the fixed racks 338 and 340 which are fixed respectively relative to the rails 44 and 46. More precise manual adjustment of the movement of this type can take place by making use of a handwheel 341 fixed with respect to pinion 326.
This movement occurs in a direction perpendicular to that of the movement of the electrodes and to the direction of the weld lines resulting from the movement of the electrodes.
The translational motions of the bridge to move the pair of electrodes progressively through the structure in the direction shown by arrow 350 in Figure 2 is achieved by motor 332 by its shaft and gear controls 354 - 359 in cooperation with the motor. rack 360 fixed to the side of the frame of the transverse spar 34 in a position shown in Figures 2 and 3.
The distance between the respective electrodes 10 and 12 can be adjusted by the sliding movement of the sliding supports 361 and 364 between the parallel guides 370-373 of the carriage. (figure 3). This adjustment of the two sloping slides or pistons 30 and 58 can take place simultaneously by a torsion on the axis 450 of the gear 453 which meshes with the spur gears 454 and 456 turning the adjustment screws 458 and 460 s' introducing into the bridge 32 and connecting by screws to the parts fixed to the slides as is the case in 364 and 363 moving with the transformer units and electrodes.
For example, the adjusting screw 458 is connected in such a way that it moves the assembly.
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clamp 20 and the other screw carries a similar connection to move the other assembly comprising the transformer 50 and the electrode 12.
Figure 2 shows a tank or trough 380 for receiving the coolant overflow from the welding machine, the work comprising the base plate 16 and the alloy sheet 14 supported in this trough on the parts of frame such as 381-389 included.
As shown in Figure 4 of the drawings, the hollow shaft 82 has a section 400 of increased diameter, forming a shoulder 402 at its right side to act, by the spacer 404, as a stop of the sliding movement of the. sleeve of the axis 130 along the hollow shaft 82 in its connection with the welding machine. On the other side of this section of increased diameter is a shoulder 406 against which the flange 408 of a steel sleeve having a cylindrical part 410 rests. On this part is fixed the insulating sleeve 412 bearing. notches for receiving and supporting the slip rings 90 and 104.
These parts are held in position by a nut 414 screwed onto the hollow shaft 82 with spacers 416 and 418 interposed, as shown in the figure.
The brushes 106 and 108 are held in the brush holders 420 and 422 which, in turn, are connected to fixed posts 424 and 426. These posts are fixed to each other, but isolated from each other by the insulating elements. 428- 432. The upright 426 is fixed to the frame by the elements 440-442 as seen in the upper left part of figure 4.
The depicted method of welding produces sheet clads of notable surfaces. By way of example, the base sheet 16 made of rich carbon steel bears immediately above it a nickel sheet 15 (FIG. 10) and above
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the nickel foil is a series of special steel foils 17 and 19. These elements are arranged on the fixed supports 381-389 which are normally placed in the tank or tank 380 and the rolling electrodes 10 and 12 are moved. transversely over the whole of the clad sheet from one end to the other and then in the opposite direction, forming overlapping resistance welds such as those indicated in the separate rows of welds A, B, C, D and E in figure 9.
The rolling electrodes, after performing two rows of resistance welds transversely on the clad sheet assembly are moved out of contact with the opening and then transversely to form other rows of welds during the trip in crosswise on 1 * set of clad sheet metal. For example, the resistance weld rows A and D can be formed during a first transverse path of the weld rolls in the direction indicated by arrows 21 and 23 (figure 9) and the rows B and E formed during the travel. in the opposite direction through the set of clad sheets.
If we consider the welding operation starting with the welds 25 and 27 of rows A and D, the electrodes 10 and 12 are first placed on these positions in contact with the top sheet 17 of the assembly of clad sheets.
Then an initial pressure of the electrode is exerted downwards, and simultaneously, the initial electrode current of the electrode 10 is passed through the sheets 16, 17 and 19 and into the base sheet to the 'other electrode 12.
These electrodes are the terminals of the high amperage, low voltage secondaries, and the current for the first soldering operation is introduced as a function of time in the form of pulses of a specified number of current cycles. Such current application is regulated by an electrode clock connected by interrupt to ignition applied to the terminals of the
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primary transformers whose electrodes 10 and 12 are the secondary terminals.
During the initial welding impulse, the pressure of the electrode on the work, regulated by the pressure regulating system shown generally at 68 (figure 1) is reduced to a minimum value at which the resistance of contact of the surface in the weld zone has no action on the surface of the sheet of alloy 17. after a short period (i.e. 10-55 cycles), the passage of the Initial current and a short cooling interval, (ie 25-20 cycles) immediately thereafter, a second current pulse accompanied by higher electrode pressure is applied. During this second operation in the method described, the pressure is significantly higher (for example 25-27 gauge) than in the first operation.
During the second operation, the current density of the weld is also increased (eg 350-500 primary amps, from the first operation to the second). The current pulse of the second operation and the accompanying increase in pressure gives a greater depth of penetration, increases the surface area of the weld and allows more intense currents to be passed through. shorter periods, (eg 10-55 cycles).
This is an important factor in obtaining satisfactory welds from alloys such as austenitic steels because higher run densities are required to produce effective welds and on the other hand, if current densities are higher. higher are used for exaggerated periods of time, the properties of the alloys can be significantly influenced.
During the welding operations, the entire weld area is subjected to a cascade spraying of the electrodes with a cooling liquid.
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In the device shown, the control of the pressure, including the removal of the pressure, is effected by means of the pressure adjustment system 68 acting through the pressure cylinders 60 and 62 on the vertical cylinders. fixed or sliders 30 and 58. When removing the pressure after the second welding operation, it can be said that the reverse pressure is applied, substantially counterbalancing the weld units made up 20 and 50 with their electrodes 10 and 12 and other components moving vertically with them. This restores the original conditions for the next cycle of welding operations and results in better quality welds along the length of each row.
Although the cylinders or sliders 30 and 58 are wedged to avoid appreciable rotating movement by parallel bars fixed to the frames from which the slides extend vertically, and introduced into separate holes in the carriage, there are a tendency for the disc electrodes 10 and 12 to snag when operating to produce welds. This tendency, if not combated or removed, would result in non-uniform welds. In the operation of the apparatus described, this tendency to produce such a detrimental result is avoided by the removal of the pressure on all the electrodes and the substantial counterbalance of the weight of the parts moving vertically as each cursor 30 and 38 , after each weld.
Assuming that the weld rows A and D (Figure 9) have been completed, the welding electrodes with their transformers are then lifted by the moving lever 270 to their upper positions 272. They are then moved along from bridge 34 (figure 1) to the following positions of the weld rows such as -B and'E-
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in Figure 9, where the welding operations as described above are repeated, for example producing welds such as those shown at 85 and 69 (Figure 9).
The weld 35 is shown as covering the weld 31 in the area of intersection indicated at 37. Similarly, the weld 27 is shown as having its fusion area covering the area of fusion of the weld 31 as shown. see it in 33.
In Figure 9, the remaining welds of weld lines A and D are shown in 39-83 inclusive, and the overlap welds of subsequent welds B and D are shown in 59-85 inclusive.
It should be noted in Figure 9 that there is shown a significant spacing of successive or adjacent rows of overlapping welds. In a typical operation of the apparatus, this spacing makes it less difficult to solve the problem of forming effective welds in a series of lines adjacent to the line completed previously. The use of welds on close centers over a large area makes it difficult to solve the problem of bypass currents.
Bypass current is the passage of some or all of the weld current through completed welds, rather than through the contact surfaces at the pressure points of the electrodes. When the bypass currents are exaggerated, there is the possibility of producing poor quality or interrupted welds, together with overheating of the contact surface of the electrodes.
To avoid the effects of these shunt currents, the center-to-center summer space between individual welds may be increased in such a proportion that the flow of current formed by the completed neighboring weld forms a red passage. - higher resistance, greater than that formed under the electricity
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trode by the pressurized contact of the clad material with the electrode roller and the base plate.
Although the effects of these bypass currents should be avoided in the case of close center welds such as the separate weld line welds noted above, the contact resistance between the electrode and the alloy sheet, and between the latter and the base plate must be reduced to a sufficiently low value to produce a lower voltage drop following this passage than that corresponding to the passage through the finished weld. This is achieved by using high pressure from the electrode (eg 40 trough on cylinders 60 and 62).
When the distance between adjacent weld lines or between individual welds is small, the force required to place the alloy sheets in sufficient contact with the base plate to avoid excessive bypass currents is high. The clad layers can be thought of as forming a beam supported at the weld 35 (Figure 10) and free at the other end or at the opposite end. The force needed to bend it can then be proportional to the square of the thickness of the alloy.
Therefore, an increase in the number of sheets or layers used to prepare the clad sheets will make the pressure of the electrode more effective to achieve a resistance passage small enough for current to flow through that path rather than through the entire passage of. the welding series completed.
The nickel layer such as 15 (Figure 10) is used for two main reasons. First of all, it acts as an auxiliary to prevent the migration of carbon from the base plate 16 towards the alloy sheets such as 17 and 19. Second, this layer of nickel significantly favors the increase of the total surface. united to the base plate. The flexibility of sheets 15, 17 and 19 allows
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the welding pressure to be effectively transmitted to the surface to be joined. The nickel will bond to the steel base sheet at a relatively low temperature, and the use of nickel foils will result in improved heat transfer properties of the resulting clad plate.
The time-dependent adjustment of the electric pulses supplied to the transformer, and consequently to the structure, can be effected by a suitable electric clock. This system includes a clock known as the N.E.M.A. type clock. 5-B. It is an automatic repeating clock and a standard instrument.
The pressure supply and control system 68 shown in Figure 1 of the drawings is connected to an electric clock system to produce a relatively low initial electrode-to-work pressure such as 25 psi. during the initial electrical impulse for each weld, and then a higher pressure during the second or final part of the formation of each spot weld, for which a much higher current (350-500 primary amps) is introduced by the operation of the electric clock system.
The pressure supply and the clock system (figure 1) comprises a clock at 250, a pressure reversal relay at 252, a secondary pressure relay at 254, a primary pressure relay at 256, and an electric power supply circuit 258.
It also includes, as shown, a low pressure compressed air regulator 260 and a high pressure compressed air regulator 262, and a reverse pressure regulator 264. These regulators are connected, as shown, to an air supply line 266. A manually operated air control valve 277 carries an operating lever 268 having a neutral 270, an upper position.
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upper 272 and a lower position 274. The control system also includes a normally closed two-way valve 276.
With its fittings, it works to remove the high air pressure from the electrode pressure cylinders 60 and 62, then introduces back pressure below the piston heads 64 and 66 to momentarily remove any pressure on the workpiece. and substantially balancing the transformer-electrode assemblies and the vertically moving parts with them. This valve carries an exhaust line 278, an inlet line 280 and an outlet line 282. The latter is connected by the lines 284-288 to the lower parts of the pressure cylinders 60 and 62.
A normally open valve 290 having an exhaust line 292, an outlet line 294 and an inlet line 296 is connected by lines 298-302 inclusive to the upper ends of the pressure cylinders 60 and 62. This valve with its lines, functions to transmit a regulated low air pressure from line 260 to the upper parts of cylinders 60 and 62. A control valve 304 is placed between inlet line 296 and the fittings to the pressure regulator 260 to maintain high pressure from the adjacent regulator line.
Immediately below valve 290 is shown a high pressure valve 281 operated by solenoid 285, operating to admit high pressure air to the pressure cylinders of the electrodes from the regulator for a specified time d 'advanced. This valve is regulated by a clock cooling time relay, and is connected to the system by compressed air lines 283, 285, 300, 301 and 302. Lines 301, 302, 287 and 288, have, as we see, dilata curls -
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tion to allow the pistons 30 and 58 to be moved closer or further apart.
When lever 268 is in its upper position, full line pressure is transmitted through lines 271 and 273, valve 277, control valve 279, and component lines 285-288 to lift the electrode-transformer assemblies. from their walking position. The structure can then be put in place.
When moved to its lower position 274, it operates a limit switch which in turn closes a circuit to energize solenoid 267 to open the exhaust opening 278 of valve 276 and remove back pressure from cylinders 60 and 62 and allow the unit's operating cycle to begin by energizing solenoid 295 and opening opening 296 to transmit low pressure through valve 290 and component lines 298 -302 at the upper ends of cylinders 60 and 62. To accomplish this, component line 298 is communicated with opening 296 of valve 290.
While low pressure is applied to the electrode-transformer assemblies, the electric clock applies the first pulse of electric current to the weld zone. There is a cooling time interval before the solenoid 285 operates the valve 281 to admit the high air pressure from the regulator 262 to the upper parts of the cylinders 60 and 62. Then, the electric clock causes the valve to switch on. application of the second current pulse to the weld zones by the electrodes.
Next, the exhaust valve 292 of the valve 290 opens to release air from the upper ends of the cylinders 60 and 62, then the solenoid 267 is energized to open the pressure reversing valves 266, 264 ,
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280, 284, 285, 286, 287, 288 to the lower portions of the cylinders to substantially balance the weight of the transformer-electrode assemblies. This operation takes place automatically for an interval of time determined in advance by the clock mechanism, and, at the end of this interval, the solenoid actuates the valve 276 to release the air under pressure reversed through the pipes. 284-288 and the above cycle of operations is repeated.
The sequence of operations carried out by the clock 250 regulator in conjunction with the pressure / system 68 and an electrical system of connections / appropriate between the clock and the transformers is shown schematically in Figure 11. In this figure starting position is indicated by the sector line "OH". The first action is the application of the initial electrode pressure on the work by the clock operating through the pressure regulator system. The application time of this pressure is indicated by the HOK sector, this time being able to vary between 3 and 60 cycles by setting the clock.
The initial pressure is maintained for a second part of the sequence of operations, represented by the KOL sector. This period of the operation can vary between 3 and 30 cycles. At the start of this part of the operation, the current of the first welding operation is applied and maintained for the set time interval indicated by the sector KOL.
At the end of the second part of the welding operation, represented by the sector KOL, the application of electric current is interrupted, but the pressure of the electrode is maintained for the time interval represented by the sector. LOBE, variable by adjustment between 3 and 30 cycles, as indicated. During the part of the operation represented by this LOM sector, the metal cools, this part of
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the operation being controlled by the clock's cooling time relay, and its electrical circuits.
The higher electrode pressure of the welding operation is applied, maintained and continued during the part of the operation represented by the sector MOR and the parts represented by the sectors immediately following it ROS and SOV.
The duration of application of the high electrode pressure can be set by setting the clock, to a value in the range of 9 to 120 cycles. When the higher pressure has been maintained for the compression time indicated by the MOR sector the higher value current of the second part of the pulse welding operation is applied. This higher value of current continues to be applied for a period of time which can vary adjustably from 3 to 30 cycles, represented by the SWR sector.
Immediately after the application of the higher current during the second period of the welding operation, there is a cooling time interval represented by the sector SOV, which can vary between 3 and 30 cycles.
At the end of the SOV time interval, reverse pressure is applied to the pressure cylinders of electrodes 60 and 62. This pressure which substantially counterbalances the weight of the transformer-electrode assemblies is maintained for a time represented by the sector VOX.
During the last part of the operation, represented by the XDH sector, there is no application of current nor any application of pressure on the electrodes.