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APPAREIL A SOUDER PAR RESISTANCE. -
La présente invention est relative à des perfectionnements aux appareils à souder par résistance et plus particulièrement à leurs électrodes.
Les électrodes à souder par résistance ou par points telles qu'on les utilise actuellement, comportent en général une cavité circulaire dans le corps de l'électrode, se terminant près de la surface en contact avec l'ouvrage et, dans cette cavité, circule un fluide réfrigérant arri- vant par un tube faisant saillie dans la -cavité et sortant par un canal annulaire délimité par la surface extérieure du tube et la surface intérieu- re de la cavité.
On a toutefois constaté que cette disposition ne donnait pas com- plète satisfaction, en particulier dans le cas de la soudure de métaux à con- ductibilité électrique relativement élevée, tels que l'aluminium, La soudure de ces métaux fortement conducteurs nécessite des courants de soudure extrê- mement élevés, procoquant un chauffage excessif du corps de l'électrode. Cet- te augmentation excessive de la température de l'électrode provoque une défor- mation rapide de la face de l'électrode au contact de l'ouvrage et oblige à la redresser ou à la reformer fréquemment. De plus, la tendance à former un alliage entre la face de l'électrode et le métal à souder se trouve augmen- tée.
En vue d'éviter cet inconvénient et d'améliorer l'échange de cha- leur entre l'électrode et le fluide réfrigérant, on a déjà proposé d'augmenter la surface effective de la cavité réfrigérante. On a déjà proposé, par exem- ple, de prévoir une rainure spiroïdale ou une nervure d'un type quelconque sur les parois de la cavité. Toutefois, ces dispositions ont une valeur très douteuse car il est extrêment difficile de réaliser par usinage des sur- faces de ce genre dans une cavité ouverte seulement à un bout et le prix en est prohibitif.
D'autres propositions faites en ce sens consistaient à réaliser l'électrode en deux morceaux dont l'un était tubulaire et constituait le corps de l'électrode tandis que l'autre était plein et formait le fond de la ca- vité de réfrigération et la face de l'électrode venant au contact de l'ou- vrage Ces deux pièces étaient d'abord rainurées par usinage ou des opéra- tions mécaniques analogues, après quoi on les soudait l'une sur l'autre.
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Evidemment, cette façon de faire était également très coûteuse et donnait une électrode avec un joint soudé constituant une résistance calorifique et élec- trique élevée dans la région critique où il est extrêmement important de ne pas avoir du tout de résistance de ce genre. Pour cette raison, les électro- des composées de ce type n'ont jamais eu de succès industriellement pour des applications comportant un travail pénible du genre envisagé dans le cas de l'invention.
D'après ce qui précède, il est évident que l'industrie s'est trouvée en face d'un problème sérieux pour lequel on ne connaît pas jusqu'i- ci de solution complètement satisfaisante.
La présente invention a pour but principal de remédier aux in- convénients et aux défectuosités ci-dessus, inhérentes aux électrodes de sou- dure existantes, et elle vise un type d'électrode de soudure par résistance ou par points et un procédé de fabrication de cette électrode dans laquelle la surface effective d'échange de chaleur entre l'électrode et le fluide ré- frigérant et, par suite, l'efficacité du refroidissement sont fortement aug- mentées.
L'invention est encore relative à un outil convenant particuliè- rement pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention.
En conséquence, une des caractéristiques de l'invention consiste en une électrode de soudure par résistance ou par points, comportant un corps comportant une cavité de réfrigération et des cannelures longitudinales dis- posées le long de la surface intérieure de la cavité de façon à augmenter la surface d'échange de chaleur entre ce corps et un fluide réfrigérant circu- lant dans cette cavité.
Les cannelures peuvent exister sur toute la longueur de la cavi- té de l'électrode et, de préférence, elles sont disposées de manière à con- verger vers un point du fond de la cavité situé sur l'axe de celle-ci. Avec . une disposition de ce genre, les cannelures peuvent servir à centrer le tu- be réfrigérant et les cannelures convergeant vers le fond de la cavité peu- vent servir à diminuer la turbulence du réfrigérant de façon égale suivant les cannelures longitudinales de la paroi de la cavité. De cette fagon, on obtient un courant généralement régulier de fluide réfrigérant et on évite, de façon efficace, la turbulence ou les tourbillons dans le fluide réfrigérant.
L'électrode peut être faite d'un morceau plein de métal ou bien par agglomération de métal pulvérulent.
'Une autre caractéristique de l'invention est constituée par un procédé consistant à réaliser d'une seule pièce une électrode de soudure par résistance ou par points, comportant une cavité réfrigérante cannelée inté- rieurement, ce procédé utilisant un poinçon comportant des cannelures longi- tudinales sur son pourtour, lequel est enfoncé dans une masse solide de la matière de l'électrode de manière à provoquer une déformation plastique et un écoulement de cette matière, après quoi on en retire le poinçon.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, le poinçon servant à faire une électrode de soudure par résistance ou par points avec cavité de réfrigération cannelée ou rainurée intérieurement, comporte une tête active, une tige servant à la relier à une presse et un corps intermé- diaire reliant la tête et la tige, un certain nombre de cannelures longitu- dinales espacées étant ménagées dans au moins la tête.
L'extrémité active du poinçon comporte, de préférence, une sail- lie centrale servant à guider le poinçon dans la matière de l'électrode.
La tête du poinçon peut être circulaire, les cannelures conver- geant vers son axe .
Si on le désire,les cannelures peuvent se prolonger le long de la surface de la partie intermédiaire formant corps.
Pour bien faire comprendre l'invention, on va en décrire, à ti- tre d'exemple, certaines formes de réalisation, en se référant au dessin
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schématique annexé dans lequel :
La figure 1 est une coupe verticale, partiellement en élévation, d'une électrode de soudure selon l'invention, et de son support.
La figure 2 est une coupe analogue, à plus grande échelle, de l'électrode et de la partie inférieure de son support, représentés sur la fi- gure 1, le tube de refroidissement faisant saillie dans la cavité de l'élec- trode.
La figure 3 est une coupe faite suivant la ligne 3-3 de la figure.
2.
La figure 4 est une vue par dessus de l'électrode représentée sur les figures 1 à 3.
La figure 5 est une coupe longitudinale suivant la ligne 5-5'de la figure 4.
La figure 6 est une vue représentant l'électrode de soudure des figures 1 à 5 au cours de sa fabrication.
La figure 7 est une coupe suivant la ligne 7-7 de la figure 6.
La figure 8 est une coupe longitudinale, avec certaines parties en élévation, d'une variante de l'électrode selon l'invention et de parties d'un outil servant à la faire.
La figure 9 est une coupe suivant la ligne 9-9 de la figure 8.
La figure 10 est une vue, en élévation de côté, d'un poinçon ser- vant à faire une autre variante de l'électrode.
La figure 11 est une vue en bout du poinçon de la figure 10.
La figure 12 est une vue, en élévation de côté, d'un poinçon servant à faire une autre variante de l'électrode.
La figure 13 est une vue en bout de ce poingon.
Sur les figures 1 à 5, on voit l'électrode de soudure 20 ayant la forme d'un corps allongé, cylindrique, en un métal à conductibilité calo- rifique et électrique élevée, par exemple un alliage de cuivre. Une extrémi- té de l'électrode est biseautée en 21, de façon à se conformer à une douille 22, de forme correspondante, d'un support tubulaire 23 d'électrode de soudu- re, dans lequel elle s'adapte étroitement. L'autre extrémité de l'électrode comporte une face convexe 24 venant en prise avec l'ouvrage, quoique, évi- demment, on peut conformer cette face de nombreuses façons suivant l'appli- cation particulière.
Dans l'électrode,une cavité 25 de réfrigération va depuis son extrémité biseautée jusque près de la face de l'électrode en prise avec l'ou- vragé. Des cannelures longitudinales 26 s'étendent le long de la surface in- térieure de la cavité et viennent mourir graduellement dans le fond de la cavité en 27. Les cannelures augmentent beaucoup la surface effective d'é- change de chaleur entre l'électrode et le fluide réfrigérant, en améliorant ainsi l'efficacité du refroidissement. Une petite dépression 28 est faite dans l'axe de la cavité par une saillie de guidage de la tête du poncon comme on l'expliquera plus en détail ci-dessous.
On comprendra mieux la coopération de l'électrode de soudure se- lon l'invention avec son support et le tube réfrigérant en se reportant aux figures 1 à 3. Le porte-électrode tubulaire 23 comporte à son extrémité su- périeure une partie filetée 31 et, à son extrémité inférieure, une douille conique servant à recevoir l'électrode. Le porte-électrode 23 est bloqué à l'extrémité d'un bras 33 de la machine à souder, par une vis 34. Un organe 35 servant à recevoir un tuyau souple est fixé de façon étanche au porte-élec- trode à l'aide d'une partie 36 comportant un épaulement et d'un écrou 37 et il comporte des raccords 38 et 39 faisant partie.intégrale, servant à l'ar- rivée et à la sortie de l'eau ou autre fluide réfrigérant.
L'organe 35 ser- vant à la fixation du tuyau souple, comporte une cavité axiale 40 partiellement
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taraudée, communiquant avec le raccord d'entrée 38 dans lequel se visse un tube d'entrée 41 du réfrigérant, s'étendant sur toute la longueur du porte- électrode tubulaire 30. Le raccord de sortie 39 communique avec la cavité tu- bulaire du porte-électrode. Comme on l'a dit plus haut, l'électrode 20 com- porte une partie biseautée 21 s'adaptant étroitement dans la douille 22 du porte-électrode et sa cavité de refroidissement 25 a la même forme que la cavité tubulaire du porte-électrode 23 et elle en constitue la continuation.
Comme on le voit surtout sur la figure 3, les parties surélevées des cannelures 26 sont faites et disposées de manière à constituer des élé- ments latéraux et verticaux de mise en place pour l'extrémité inférieure du tube 41 à réfrigérant, tandis que les parties basses de ces cannelures dé- limitent des canaux individuels 42 pour le réfrigérant à la base de la cavi- té vers laquelle ces cannelures convergent.
Les personnes du métier comprendront facilement, d'après la des- cription ci-dessus, le fonctionnement du système d'électrode de soudure selon l'invention. Du fluide réfrigérant circule constamment dans l'électrode et le porte-électrode en arrivant par le raccord 38 et sortant par le raccord 39. Ce courant de fluide arrive dans le fond de la cavité 25 de l'électrode, par l'extrémité du tube 41, et le sens de l'écoulement s'inverse à cet en- droit, le courant se divisant en un. certain nombre de courants individuels passant dans les parties basses 42 des cannelures 26.
Ces courants indivi- duels se réunissent dans l'espace annulaire 43 compris entre la surface extérieure du tube à réfrigérant et la surface intérieure du porte-électro- de tubulaire 30; le courant constitué par la réunion de ces différents cou- rants sort par le raccord de sortie 39.
On remarquera que les cannelures 26 ont une forme telle et sont disposées de telle sorte qu'elles s'incurvent doucement et viennent mourir graduellement dans le fond de la cavité à réfrigérant en assurant ainsi un écoulement généralement régulier du réfrigérant dans la région critique où le sens de l'écoulement est inversé. Ceci est extrêmement important puis- que toute turbulence dans cette région tend à faire que le réfrigérant s'é- carte de la surface à refroidir et à donner lieu à des tourbillons réduisant beaucoup l'efficacité du refroidissement. On remarquera également que l'é- lectrode est faite dans un seul bloc de métal, y compris ses cannelures.
Ce- ci est de même très important, l'expérience ayant montré que dans les élec- trodes rainurées antérieures, en deux ou plusieurs pièces, l'augmentation de la résistance calorifique et électrique était suffisante, en pratique, pour annuler toute amélioration de l'efficacité de l'échange de chaleur, ob- tenue en faisant des rainures dans la cavité de refroidissement.
La figure 6 montre le mode de fabrication de l'électrode de sou- dure des figures 1 à 5. Sur cette figure 6, on voit un poinçon 44 compor- tant une tige 45 de grande section, et un corps 46 et une tête 47. Des can- nelures sont disposées circonférentiellement sur la tête du poinçon, le con- tour extérieur correspondant à la forme de la surface de la cavité de l'élec- trode. Le corps du poinçon est de diamètre un peu plus petit que la tête et il comporte également des cannelures 49 prolongeant les cannelures 48
La tige 45 du poinçon est prise dans une presse d'un type quel- conque, de capacité suffisante, telle que l'on en utilise pour forger, poin- çonner, comprimer ou déformer autrement les métaux.
Dans la mise en prati- que du procédé de l'invention, on enfonce le poinçon dans un bloc solide de la matière de l'électrode, en y faisant ainsi une cavité cannelée ou rainu- rée. Dans la plupart des cas, les électrodes sont ainsi faites à froid ou à température ambiante, quoique, lorsque l'on poinçonne des métaux extrêmement durs constituant l'électrode, l'opération puisse se faire à température éle- vée. La plupart des alliages pour électrodes à base de cuivre et pouvant être rendus durs, tels que des alliages de cuivre et de cadmium, et' de cuivre et d'argent, ainsi que beaucoup des alliages pour électrodes à base de cuivre durcissant par vieillissement, peuvent être poinçonnés avec le poinçon can- nelé à température ambiante ou à froid.
La perforation au moyen des poinçons cannelés peut être facilitée en opérant à température élevée et cela peut
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être particulièrement intéressant pour forer certains alliages à base de cui- vre plus durs , pouvant être traités thermiquement.
Un autre procédé qui s'est révélé comme intéressant pour effectuer le poinçonnage d'électrodes en alliage à base de cuivre dur et pouvant être traité thermiquement, en utilisant des poinçons cannelés, consiste à refroi- dir d'abord l'alliage à partir d'une température relativement élevée, condi- tion suivant laquelle l'alliage est très mou et peut se plier. L'alliage de l'électrode ramolli est ensuite foré à l'aide du poinçon cannelé, après quoi on le traite thermiquement. Ce dernier traitement, en combinaison avec le durcissement occasionné par la perforation mécanique redonne sensiblement à l'alliage de l'électrode toute sa dureté.
On peut encore faciliter le poinçonnage de l'alliage de l'élec- trode en recouvrant le bloc d'alliage à poinçonner avec certains métaux tels que l'argent, le cadmium, le tellure ou l'indium, de manière à réduire les forces de friction pendant le poinçonnage.
Le poinçonnage des électrodes au moyen du poinçon cannelé tra- vaille beaucoup à froid le métal de l'électrode en provoquant mécaniquement un durcissement sensible et un allongement du grain, ce qui affecte de façon avantageuse la résistance mécanique de l'électrode. Cette augmentation de la résistance mécanique provoquée par le poinçonnage du métal de l'électrode permet une réduction dans la surface transversale de la paroi de l'électrode en donnant ainsi une plus grande surface pour l'écoulement du réfrigérant.
Le mode de poinçonnage d'électrodes cannelées intérieurement convient également pour des blocs d'alliage faits de poudre comprimée. En ce cas le bloc à poinçonner est fait en tassant et en concrétionnant des pou- dres métalliques, telles que de la poudre de cuivre, avec 3 à 20 % de chrome, après quoi on enfonce le poinçon cannelé dans le bloc. Ce poinçonnage augmen- te la densité de la matière tassée, en améliorant en conséquence les conduc- tibilités thermique et électrique tandis que le durcissement dû à l'effort exercé améliore les propriétés mécaniques de l'alliage.
En général, le poinçonnage augmente les dimensions du bloc d'élec- trode. Ainsi, dans une application pratique le bloc avait un diamètre primi- tif de 15',8 mm et une longueur de 39 mm. En poinçonnant la cavité jusqu'à 6,3 mm de l'extrémité du bloc, on a obtenu une électrode ayant un diamètre de 15,8 mm et une longueur de 52 mm
Comme on le voit sur la figure 6, l'extrémité active du poinçon est circulaire de sorte que le fond de la cavité pour le réfrigérant présente un contour doux, déviant le courant de réfrigérant avec un minimum. de turbu- lence. L'extrémité du poinçon comporte en outre une petite saillie 50 sur son axe en vue de guider le poinçon dans le métal de l'électrode et de faire que - celui-ci se déplace sur l'axe de l'électrode pendant le refoulement.
Les figures 8 et 9 représentent une variante de l'électrode et de la partie active du poinçon servant à la faire. Ce mode de construction est très voisin de celui qui est représenté sur la figure 6 et on a utilisé les mêmes nombres de références pour désigner des parties correspondantes.
La différence entre ces deux types consiste en l'absence de la saillie 50 sur le poinçon et, en conséquence, de la dépression 28 dans la cavité. En outre, les cannelures 48a du poinçon vont jusqu'à son point central 51a si- tué sur l'axe, en faisant ainsi des cannelures correspondantes 26a dans la cavité de l'électrode, se terminant au point central 51b du fond de cette cavité. Ce type de cavité améliore encore la nature régulière de l'écoule- ment du réfrigérant dans le fond de la cavité.
Les figures 10 et 11 représentent une variante du. poinçon. La tête 52 ainsi que le corps 53 comportent des cannelures longitudinales répar- ties sur leur pourtour, 'les cannelures étant un peu moins hautes dans le corps. Dans la tête du poinçon, les cannelures s'incurvent et viennent mou- rir dans une saillie 55 à contour doux, de façon générale régulière, en as- surant ainsi un écoulement doux du métal pendant le refoulement.
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Les figures 12 à 13 représentent, de même, un autre poinçon se- lon l'invention, comportant un corps 56 et une tête 57, munis tous deux de cannelures longitudinales 58 sur leurs surfaces circonférentielle$. Il est prévu une saillie de guidage '59 à pointes nettes au centre de la tête. Bien que, du fait de la forme à bord droit de la tête, ce poinçon ne déplace pas le métal aussi doucement que celui qui est décrit dans ce qui précède, on a constaté qu'il donnait des résultats satisfaisants, en particulier lorsque l'on refoule des électrodes en métaux de dureté modérée.
Comme on le comprend facilement, on peut faire, grâce à l'in- vention, des électrodes de soudure cannelées intérieurement, de façon simple et efficace et à un faible prix et, en outre, du fait qu'elles sont en une seule pièce, ces électrodes sont bien meilleur marché et plus efficace en service que des électrodes de soudure antérieures dans lesquelles on fait mécaniquement des rainures ou des surfaces de forme analogue, en obligeant, dans la plupart des cas, à faire une électrode en plusieurs pièces.
Bien que l'on ait décrit ci-dessus, à titre d'exemple, certaines formes de réalisation particulières de l'invention, il est bien entendu que l'on peut modifier les détails sans sortir du cadre de l'invention.