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OUTIL POUR LE SOUDAGE PAR COMPRESSION A FROID.
Cette invention se rapporte à des outils pour le soudage par compression à froid.
Dans la technique du soudage de l'aluminium, des alliages d' aluminium et autres métaux susceptibles d'être soudés par compression à froid, lorsqu'on doit souder un élément sur le pourtour ou à l'extrémité d'une pièce, en particulier une pièce tubulaire, l'élément étant appliqué sur un rebord de la pièceet la pression étant exercée transversalement sur l'élément et le rebord superposés, il y a souvent tendance à un fluage du métal de la pièce dans une direction s'écartant du rebord et par conséquent à la production d'un renflement à l'extrémité de la pièce.
Ainsi, lorsqu'on sou- de un disque de fermeture à l'extrémité inférieure de la paroi d'un réci- pient ou d'une boîte métallique, cette extrémité étant repliée vers l'in- térieur pour former un rebord, la partie inférieure de la paroi tend à ê- tre repoussée au-dehors dans une certaine mesure lors du soudage.
Ceci est indésirable dans certains cas, particulièrement lors- qu'il s'agit d'une pièce tubulaire à joint longitudinal soudé, et un but de l'invention est de procurer un outil de soudage par compression à froid qui évite cet inconvénient.
Suivant une caractéristique de la présente invention, l'outil ou enclume sur lequel le rebord de la pièce repose pendant le soudage est pourvu d'un dispositif ou est associé à un dispositif qui, en forçant le métal à fluer-dans la direction où la pression est exercée pour le soudage, empêche le métal de la pièce d'être refoulé vers l'extérieur.
Suivant une autre caractéristique de la présente invention, 1' outil ou enclume sur lequel le rebord de la pièce repose pendant le soudage présente un renfoncement, la paroi de ce dernier ou une de ses parois étant établies de manière à empêcher le refoulement du métal de la pièce vers 1' extérieur et à contraindre le métal à fluer dans la direction où s'exerce la pression de soudage à froid.
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Si un disque de fermeture doit être soudé à la partie infé- rieure d'une pièce tubulaire pourvue d'un rebord tourné vers l'intérieur, l'outil ou enclume présentera un renfoncement dans lequel s'adaptera la partie inférieure de la pièce tubulaire ainsi que son rebord et on fera alors descendre à l'intérieur de la pièce tubulaire un outil de pression, de maniè- re qu'il attaque le disque.
Dans le cas où le rebord est plié à angle arrondi, le renfonce- ment ne doit avoir que la profondeur nécessaire pour qu'au début du soudage le dessus du renfoncement se trouve à peu près de niveau avec le dessus de l'arrondi afin que, lors du soudage, du métal ne puisse être emprisonné dans le dessus du renfoncement, ce qui rendrait difficile l'enlèvement de la piè- ce et de l'élément soudés ensemble.
L'invention est applicable particulièrement à la fabrication de boîtes ou bidons métalliques de section circulaire, mais elle peut aussi être appliquée à la fabrication de boîtes ou bidons métalliques ayant d,'autres sec- tions, par exemple une section rectangulaire. Lorsque le joint longitudinal d'une boîte métallique est soudé par compression à froid, comme le refoulement du métal vers l'extérieur est empêché, il n'y a pas tendance que le joint s' ouvre lorsqu'on soude un disque de fermeture au fond de la boîte.
Afin de bien faire comprendre l'invention on la décrira ci-des- sous en se référant aux dessins annexés qui montrent à titre d'exemple une for- me d'exécution d'outil suivant l'invention, pour le soudage d'un disque de fermeture en aluminium dans le fond d'une boîte en aluminium de section cir- culaire.
Dans ces dessins, Fig. 1 montre la première phase de la fabrication de la boîte métallique, celle-ci étant représentée en perspective sans son fond ; Fig. 2 montre la seconde phase; Fig. 3 est une vue en coupe verticale de la boîte et de son disque de fermeture en place entre les outils de souda- ge, la soudure ayant été effectuée; Fig. 4 montre à une plus grande échelle certaines parties des outils représentés sur la Fig. 3 et Fig. 5 montre, à grande échelle ce qui se produit lorsqu'on n'emploie pas un outil suivant la la présente invention.
La boîte métallique représentée sur les dessins et plus particu- lièrement sur la Fig. l, est exécutée en aluminium présentant le degré de pu- reté habituel du commerce, et la paroi 1 est obtenue en enroulant une bande d'aluminium sur un mandrin (non représenté) de section circulaire et en formant un joint longitudinal 2 par recouvrement des bords qu'on soude par compression à froid après avoir nettoyé le joint par raclage à la brosse. Le mandrin peut constituer une enclume pour un outil de soudage par compression à froid pré- sentant un poinçon plat de forme appropriée qui exécute la soudure proprement dite. En outre du joint soudé 2, des points de soudure séparés 3 sont exécutés de part et d'autre du joint longitudinal 2, pour maintenir à plat les extrémi- tés libres de la bande.
Comme le montre la Fig. 2, on replie ensuite vers l'intérieur une extrémité de la paroi 1, où les bords de la bande ont été découpés, comme c'est représenté, de manière à former un rebord 4 tourné vers l'intérieur, la face externe du fond étant convenablement arrondie à 1-'endroit du pli, et on nettoie la surface intérieure du rebord 4 à l'aide d'une brosse métallique de raclage.
Si on le désire, on peut effectuer le nettoyage avant de replier l'extrémité vers l'intérieur.
Ainsi que le montrent les Figs. 3 et 4, on place alors la partie inférieure de la paroi 1 dans un outil ou enclume 5 pourvu d'un -renfoncement dans lequel la partie inférieure s'adapte exactement, le renfoncement 6 ayant une profondeur telle que son dessus se trouve à peu près au niveau du dessus de la partie arrondie du rebord 4. L'outil 5 peut être fait en acier doux et peut être monté dans une presse, par exemple, une presse hydraulique, sur le plateau inférieur.
Un disque de fermeture 7, qui s'adapte exactement à l'intérieur de la paroi 1 de la boîte métallique, a son bord 8 relevé ; on nettoie la fa- ce inférieure de ce bord à la brosse métallique et on l'abaisse ensuite sur
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la surface intérieure du rebord 4. Un outil 9, destiné à exercer une pression., est amené de haut en bas à l'intérieur de la paroi 1 de la boîte métallique @ pour souder à froid le bord 8 du disque 7 au rebord 4.
Cet outil 9 coulisse à frottement doux dans la paroi 1 et consiste en un organe en acier doux, de sec- tion circulaire, présentant sur sa @ face inférieure un rebord ou épaulement annulaire 11-en saillie dans le sens axial, qui constitue le dispositif exer- çant la pression et présente un bord inférieur plat de la largeur désirée, c' est-à-dire d'environ 1 1/2 fois l'épaisseur combinée du disque de fermeture 7 et du rebord 4; le disque 7 présente à peu près la même épaisseur que la pa- roi 1. Radialement à l'intérieur de l'épaulement 11 se trouve une partie sail- lante circulaire 12 qui attaque le disque de fermeture 7 mais dont la saillie sur le fond de l'outil 9 est moindre que celle de l'épaulement 11.
La partie saillante 12 limite et règle le pourcentage de la réduction d'épaisseur pen- dant le soudage.
L'épaulement annulaire 11 attaque le bord 8 du disque-7 juste au- dessus du rebord 4 ménagé à la partie inférieure de la paroi'et le disque 7 est soudé au rebord 4 sans qu'il y ait refoulement du métal vers l'extérieur au pied de la paroi 1. En réalité, la paroi 1 est refoulée de bas en haut ou légèrement extrudée hors du renfoncement 6 par le soudage mais contrairement au refoulement vers l'extérieur, ceci n'a pas d'effet préjudiciable sur le joint soudé longitudinal 2 de la paroi 1, car le métal fluant dans le sens où la pression s'exerce pour le soudage, c'est-à-dire parallèlement aux axes des outils 5 et 9, le joint soudé 2 est évidemment étiré légèrement au-dessous de la surface de 1'épaulement 11.
Après exécution de la soudure, l'outil interne 9 est enlevé et la paroi soudée 1 est retirée conjointement avec le disque 7 du renfoncement 6 formé dans l'enclume 5.'
Fig. 5 montre ce qui se produirait si l'outil ou enclume 5 n'était pas pourvu d'un renfoncement 6 ou autre dispositif pour commander le fluage du métal. Dans le cas représenté, l'outil ou enclume 5 est entièrement plat et on voit que la partie inférieure de la paroi 1 présente un renflement 13 provoqué par le fluage du métal.
Pour faire de la boite métallique un récipient complètement fermé, on replie vers l'extérieur la partie supérieure de la paroi 1, de manière à former un rebord. On peut alors placer un autre disque de fermeture pourvu d' un trou de remplissage sur ce rebord après avoir nettoyé ce dernier et le bord du disque, puis on soude au rebord au moyen d'un outil cylindrique creux qu' on fait descendre autour du fond de la boite métallique et on exerce la pres- sion de soudage sur une enclume plate, Cet outil cylindrique doit présenter un épaulement de soudage annulaire à sommet plat, et, extérieurement dans le sens radial par rapport à l'épaulement, une surface en saillie qui dépasse 1' épaulement d'une quantité suffisante pour régler et limiter le pourcentage de réduction d'épaisseur pendant le soudage en venant en contact avec l'enclume plane.
Après avoir retiré l'outil cylindrique creux, on peut retirer de la presse la boîte cylindrique achevée.
REVENDICATIONS.
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TOOL FOR COLD COMPRESSION WELDING.
This invention relates to tools for cold compression welding.
In the technique of welding aluminum, aluminum alloys and other metals capable of being welded by cold compression, when an element must be welded around the periphery or at the end of a part, in particular a tubular part, with the element being applied to a flange of the part and the pressure being exerted transversely on the element and the superimposed flange, there is often a tendency for the metal of the part to flow in a direction away from the flange and hence the production of a bulge at the end of the part.
Thus, when a closure disc is welded to the lower end of the wall of a container or canister, this end being folded inwards to form a rim, the part lower wall tends to be pushed out to some extent during welding.
This is undesirable in certain cases, particularly where it is a tubular part with a welded longitudinal seam, and an object of the invention is to provide a cold compression welding tool which avoids this drawback.
According to a feature of the present invention, the tool or anvil on which the edge of the workpiece rests during welding is provided with a device or is associated with a device which, by forcing the metal to flow in the direction in which the pressure is exerted for welding, prevents the metal of the workpiece from being forced out.
According to another feature of the present invention, one tool or anvil on which the edge of the workpiece rests during welding has a recess, the wall of the latter or one of its walls being established so as to prevent the backflow of the metal from. the workpiece outward and causing the metal to flow in the direction of the cold welding pressure.
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If a closing disc is to be welded to the lower part of a tubular part with an inward facing flange, the tool or anvil will have a recess into which the lower part of the tubular part will fit. as well as its rim and a pressure tool will then be lowered inside the tubular part, so that it attacks the disc.
In the case where the flange is bent at a rounded angle, the indentation should be only as deep as necessary so that at the start of welding the top of the indentation is approximately level with the top of the rounding so that , during welding, metal cannot be trapped in the top of the recess, which would make it difficult to remove the part and the member welded together.
The invention is particularly applicable to the manufacture of metal cans or cans of circular section, but it can also be applied to the manufacture of metal cans or cans having other sections, for example a rectangular section. When the longitudinal seam of a canister is welded by cold compression, as backflow of metal outward is prevented, there is no tendency for the seam to open when welding a closure disc to the outside. bottom of the box.
In order to make the invention fully understood, it will be described below with reference to the appended drawings which show, by way of example, one embodiment of a tool according to the invention, for welding a. aluminum closing disc in the bottom of an aluminum box of circular section.
In these drawings, Fig. 1 shows the first phase of the manufacture of the metal box, the latter being shown in perspective without its bottom; Fig. 2 shows the second phase; Fig. 3 is a vertical sectional view of the box and its closing disc in place between the welding tools, the welding having been carried out; Fig. 4 shows on a larger scale certain parts of the tools shown in FIG. 3 and Fig. 5 shows, on a large scale, what happens when a tool according to the present invention is not employed.
The metal box shown in the drawings and more particularly in FIG. 1, is made of aluminum having the usual degree of purity on the market, and the wall 1 is obtained by winding an aluminum strip on a mandrel (not shown) of circular section and by forming a longitudinal seal 2 by overlapping the edges which are welded by cold compression after having cleaned the joint by scraping with the brush. The mandrel may constitute an anvil for a cold compression welding tool having a suitably shaped flat punch which performs the actual weld. In addition to the welded joint 2, separate welds 3 are made on either side of the longitudinal joint 2, to keep the free ends of the strip flat.
As shown in Fig. 2, one end of the wall 1 is then folded inwards, where the edges of the strip have been cut, as shown, so as to form a flange 4 facing inwards, the outer face of the bottom being suitably rounded at 1-place of the fold, and the inner surface of the rim 4 is cleaned with a wire scraping brush.
If desired, cleaning can be done before folding the end inward.
As shown in Figs. 3 and 4, the lower part of the wall 1 is then placed in a tool or anvil 5 provided with a recess in which the lower part fits exactly, the recess 6 having a depth such that its top is approximately near at the top of the rounded portion of the flange 4. Tool 5 may be made of mild steel and may be mounted in a press, eg, a hydraulic press, on the lower platen.
A closing disc 7, which fits exactly inside the wall 1 of the metal box, has its raised edge 8; we clean the lower face of this edge with a wire brush and then lower it on
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the inner surface of the rim 4. A tool 9, intended to exert pressure., is brought from top to bottom inside the wall 1 of the canister @ to cold weld the edge 8 of the disc 7 to the rim 4 .
This tool 9 slides gently in the wall 1 and consists of a mild steel member, of circular section, having on its lower face an annular rim or shoulder 11 projecting in the axial direction, which constitutes the device. exerting pressure and has a flat bottom edge of the desired width, ie about 1 1/2 times the combined thickness of the closure disc 7 and the flange 4; the disc 7 has approximately the same thickness as the wall 1. Radially inside the shoulder 11 there is a circular projecting part 12 which attacks the closing disc 7 but whose projection on the bottom of tool 9 is less than that of shoulder 11.
The protrusion 12 limits and regulates the percentage of the thickness reduction during welding.
The annular shoulder 11 attacks the edge 8 of the disc-7 just above the rim 4 formed at the lower part of the wall and the disc 7 is welded to the rim 4 without any backflow of the metal towards the wall. outside the foot of the wall 1. In reality, the wall 1 is forced from the bottom up or slightly extruded out of the recess 6 by welding, but unlike the discharge to the outside, this has no detrimental effect on the longitudinal welded joint 2 of wall 1, because the metal flowing in the direction in which the pressure is exerted for welding, that is to say parallel to the axes of the tools 5 and 9, the welded joint 2 is obviously stretched slightly below the shoulder surface 11.
After performing the weld, the internal tool 9 is removed and the welded wall 1 is removed together with the disc 7 of the recess 6 formed in the anvil 5. '
Fig. 5 shows what would happen if the tool or anvil 5 were not provided with a recess 6 or other device for controlling the flow of the metal. In the case shown, the tool or anvil 5 is entirely flat and it can be seen that the lower part of the wall 1 has a bulge 13 caused by the flow of the metal.
To make the metal box into a completely closed container, the upper part of the wall 1 is folded outwards, so as to form a rim. We can then place another closing disc provided with a filling hole on this rim after having cleaned the latter and the edge of the disc, then welded to the rim by means of a hollow cylindrical tool which is lowered around the bottom of the metal box and the welding pressure is exerted on a flat anvil.This cylindrical tool must have an annular welding shoulder with a flat top, and, outwardly in the radial direction of the shoulder, a surface in protrusion which protrudes from the shoulder by an amount sufficient to control and limit the percentage reduction in thickness during welding by contacting the planar anvil.
After removing the hollow cylindrical tool, the completed cylindrical box can be removed from the press.
CLAIMS.
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