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PROCEDE .DE .SOUDURE EIECTRIQUE .PAR ..RESISTANCE.
La présente invention se rapporte à la soudure électrique par résistance et a pour objet un procédé perfectionné de soudure électrique par résistance présentant certaines des particularités du procédé connu de soudure à l'arc par rapprochement, mais permettant de réaliser des soudures en moins de temps que par ce procédé, particulièrement dans le cas où les pièces à souder ont une section importante.
Dans le procédé de soudure à l'arc par rapprochement tel qu'il est pratiqué actuellement, les pièces sont maintenues à la distance de jail- lissement de l'arc jusqu'à ce qu'elles soient amenées à une température suf- fiante, puis elles sont appliquées rapidement l'une contre l'autre sous u- ne pression élevée, le courant de soudure étant coupé au moment où les piè- ces ont été amenées en contact ou immédiatement après.' Le chauffage des par- ties à souder est effectué principalement par conduction de la chaleur à par- tir des faces extrêmes, portées à une température extrêmement élevée au fur et à mesure que les surfaces terminales sont volatilisées par l'arc électri- que, l'épaisseur de métal chauffé étant ainsi, dans certaines limites, une fonction du temps.
Ainsi, plus la durée de l'arc est courte, plus l'épais- seur de métal qui est amené à l'état plastique est mince.
On a constaté qu'à moins que la couche de métal plastique ait une certaine épaisseur minimum, qui augmente avec la section transversale des parties à souder, on éprouve des difficultés pour réunir, à l'aide d'u- ne pression, les surfaces de soudure, de sorte que l'on ne peut obtenir une soudure satisfaisante.
Ainsi, par exemple, tandis qu'il peut suffire d'une durée de deux secondes de jaillissement de l'arc pour des pièces dont l'é- paisseur est de l'ordre de 0,88 mm (N 20 s.w.g. britannique), il peut être nécessaire de prolonger pendant quinze secondes la durée de jaillissement pour des pièces ayant une épaisseur de 8 mm, pour lesquelles il est néces- saire d'obtenir une couche plus épaisse de métal à l'état plastiquée Le procédé
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selon l'invention permet d'obtenir, en un temps beaucoup plus court, une couche de métal plastique suffisamment épaisse.
Le procédé de soudure électrique selon l'invention consiste à monter les pièces à souder dans les mâchoires usuelles d'une soudeuse, à les rapprocher à la distance normale de jaillissement de l'arc, à faire passer un courant électrique entre lesdites pièces tout en les maintenant à la dis- tance de jaillissement de l'arc, à appliquer et à presser les pièces l'une contre l'autre, à supprimer la pression ou à la ramener à une valeur peu élevée, à maintenir les pièces ainsi en contact pendant qu'on fait passer entre elles un courant électrique pendant un temps d'une durée prédétermi- née,puis à les soumettre à une forte pression de manière à réunir les piè- ces l'une à l'autre et enfin à couper le courant électrique au moment où les pièces sont appliquées l'une contre l'autre sous forte pression,
ou au voisinage de ce moment.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La figure unique du dessin annexé représente le schéma d'une machine pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, ainsi que les connexions électriques de ladite machine.
En se reportant au dessin, la machine à souder comprend un bâti 1, une tête fixe 2 et une tête mobile 3 présentant chacune une mâchoire 4 destinée à maintenir une pièce à souder 5. La tête mobile 3 est déplacée vers la tête fixe 2 par un mécanisme pneumatique 6, un deuxième mécanisme pneuma- tique 7 assurant le déplacement dans le sens opposé, les deux mécanismes é- tant reliés à la tête 3 par l'intermédiaire d'un levier 8 à trois bras et d'une bielle 8a.
Le mécanisme 6 comprend un piston fixe 9 et un cylindre mobile 10, sur lequel est monté le cylindre 11 d'un dispositif d'amortissement à huile ou "dashpot" 12 dans lequel coulisse un piston 13 immobile par rapport au piston 9. Une conduite de dérivation 14, commandée par un dispositif d'é- tranglement variable 15, règle le passage de l'huile entre les extrémités dashpot pendant la première partie de la course de fonctionnement du mécanis- me 6, tandis qu'une deuxième conduite de dérivation 16, ne comportant pas de dispositif d'étranglement, est découverte par le piston après que le mé- canisme a effectué une partie prédéterminée de sa course.
Un distributeur principal d'air 17 relie, dans la position re- présentée au dessin, le mécanisme 7 à une conduite principale 18 d'alimen- tation en air et le mécanisme 6 à l'échappement, le mouvement vers le haut du tiroir du distributeur 17 reliant le mécanisme 6 à la conduite 18 et met- tant le mécanisme'7 à l'échappemento Un conduit 19 relie le distributeur 17 au mécanisme 6 ; un distributeur d'air auxiliaire 20, interposé dans ce con- duit, relie, dans la position représentée, ledit mécanisme au distributeur principal 17 mais, lorsque son tiroir est déplacé vers le haut, il met le mécanisme à l'échappement, à travers une soupape de décharge réglable 21.
Les circuits électriques de commande de la machine sont connec- tés en 22 à la ligne d'alimentation en courant électrique, un interrupteur principal 23 étant actionné par une poignée 24 qui commande également le distributeur principal 17. L'interrupteur 23 est fermé lorsque ce distribu- teur est placé de façon à connecter le mécanisme 6 à la source d'alimen- tation en air sous pression et il ferme un circuit, à travers les contacts 25, vers un relais 26, lequel ferme un autre circuit mettant sous tension le transformateur de soudure connecté aux pièces à souder.
Un autre circuit de commande, comprenant une bobine 27 commandant le distributeur auxiliaire 20 et un relais à temps 28, est fermé par des contacts 29, lesquels sont fermés après que la tête mobile 3 a effectué un déplacement d'une amplitude prédéterminée. Les contacts 25 sont ouverts après un mouvement prédéterminé de la tête 3, de manière à couper le courant de soudure.
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Pour mettre en oeuvre le procédé de soudure selon l'invention, on fixe d'abord les pièces à souder dans les mâchoires, puis on manoeuvre la poignée 24 de manière à relier le mécanisme 6 à la conduite d'alimenta- tion en air sous pression et à fermer l'interrupteur 23, ce qui actionne le relais 26 qui ferme le circuit du transformateur de soudure. L'air a- gissant dans le mécanisme 6 déplace la tête mobile 3 vers l'avant, provo- quant le rapprochement des pièces 5-5 à souderà une vitesse commandée par le réglage du dispositif d'étranglement 15 du dashpot 12, ce rapproche- ment étant tel qu'en raison de la volatilisation des surfaces terminales des pièces par l'arc électrique, ces extrémités restent constamment écartées l'une de l'autre de la distance de jaillissement de l'arc.
Après une pério- de prédéterminée, le piston 13 découvre la conduite de dérivation 16,ce qui permet à la tête 3 de se déplacer rapidement vers l'avant et d'amener les pièces 5-5 au contact l'une de l'autre. Ce mouvement de la tête 3 ferme les contacts 29, ce qui actionne la bobine 27 dans le sens de la mise à l'échappement du distributeur auxiliaire 20; celui-ci supprime alors la pression exercée sur la tête mobile 3. Le relais 28 est également excité mais n'ouvre pas toutefois ses contacts immédiatement du fait de l'action du dispositif à temps qui lui est associé.
Après expiration du délai déter- miné par ce dispositif, le distributeur auxiliaire 20 est déplacé de maniè- re à relier à nouveau le mécanisme 6 à la conduite d'alimentation en air sous pression et la tête 3 est poussée vers la tête fixe 2 sous l'action d'une pression élevée, de manière à réunir les pièces 5-5 l'une à l'autre.
Les contacts 25 s'ouvrent au cours de ce mouvement de la tête 3, coupant ainsi le courant de soudure.
La période de jaillissement de l'arc est courte en comparaison de celle qui est utilisée habituellement dans la soudure à l'arc par rappro- chement; elle n'est, par exemple, que de deux secondes pour des pièces dont l'épaisseur est telle que la période de jaillissement de l'arc selon le procédé normal serait de quinze secondes. Cette courte période, bien que suffisante pour niveler les extrémités des pièces de fagon telle que, lors- qu'elles sont rapprochées, elles viennent en contact sur une plus grande partie de leurs surfaces, est toutefois trop courte pour produire une cou- che plastique notable sur lesdites pièces.
Pendant la période au cours de laquelle les pièces sont en contact sans qu'il soit exercé sur elles une pression, ou seulement une très faible pression, tendant à les amener l'une vers l'autre, il se forme sur les parties à souder une couche plastique suffisamment épaisse pour une union satisfaisante, la chaleur étant engendrée par le courant élec- trique intense qui circule à travers la résistance élevée offerte par le joint, ce qui provoque une concentration de la chaleur sur le métal, au voisinage immédiat des faces du joint. Le-fait que les pièces ne sont pas maintenues l'une contre l'autre sous une forte pression augmente notable- ment la résistance du joint.
La durée de cette période de chauffage est très courte, par exemple de l'ordre de deux secondes, de sorte que la cha- leur n'a pas le temps d'être évacuée sensiblement par conduction le long des pièces, vers les mâchoires.
L'application de la pression-après que le chauffage est terminé presse les extrémités des pièces fermement l'une contre l'autre et les cou- ches plastiques de métal desdites extrémités s'unissent pour former la sou- dure.
Il est nécessaire de régler avec grande précision le moment et l'importance des changements de pression, ainsi que le moment de la coupu- re du courant de soudure. On peut obtenir facilement la précision voulue au moyen des dispositifs de synchronisation connus, électroniques ou autres.
Les différences essentielles qui existent entre le procédé se- lon l'invention et le procédé courant de soudure par rapprochement consis- tent en l'inclusion de la courte période de jaillissement de l'arc avant que les pièces ne soient amenées au contact et le fait que le chauffage a lieu seulement lorsque les pièces sont appliquées l'une contre l'autre avec une pression très peu élevée.
La période de jaillissement de l'arc nivelle les extrémités des pièces dans une mesure qu'on ne peut obtenir en ayant
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recours à l'un quelconque des procédés habituels de préparation, assurant ainsi une transmission à peu près uniforme du courant sur toute la surface des extrémités en contact, un chauffage uniforme et la formation d'une cou- che régulière de métal à l'état plastique, ce qui est essentiel pour obtenir une bonne soudure.
On a constaté par des essais faits en vue d'obtenir une soudure en un temps très court que le procédé par simple rapprochement né- cessite l'emploi d'un courant de très forte intensité qui, en raison de l'in- égalité des surfaces à réunir, produit habituellement une surchauffe locale et une répartition inégale de la couche de métal plastique.,
Le procédé selon l'invention permet de réduire le temps nécessai- re à la soudure de pièces de 8 mm environ d'épaisseur de quinze secondes à quatre secondes.
Il peut être mis en oeuvre à l'aide de toute machine convenant à la soudure normale à l'arc par rapprochement, la machine décrite ci-dessus ne constituant seulement qu'une forme convenable de réalisation. La seule modification qu'il est nécessaire d'apporter à ces machines consiste à agen- cer les commandes et à les régler, de manière à obtenir la suite désirée des phases de l'opération.
L'interruption du courant de soudure peut avoir lieu au moment même où l'on applique la pression entre les pièces, ou juste avant ou juste après cet instant.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de soudure électrique par résistance caractérisé en ce que l'on monte les pièces à souder dans les mâchoires usuelles d'une soudeuse, on les rapproche à la distance normale de jaillissement de l'arc, on fait passer un courant électrique entre elles tout en les maintenant à la distance de jaillissement de l'arc, on applique et on presse les pièces l'une contre l'autre, on annule la presse ou on la réduit à une valeur peu élevée, on maintient les pièces en contact pendant qu'on fait passer entre elles un courant électrique pendant un temps d'une durée prédéterminée, puis on les soumet à une forte pression de manière à les réunir l'une à l'autre et on coupe le courant électrique au moment où les pièces sont ap- pliquées l'une contre l'autre sous forte pression, ou au voisinage de ce moment.
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EIECTRICAL .WELDING .PROCESS .BY ... RESISTANCE.
The present invention relates to electric resistance welding and relates to an improved method of electric resistance welding exhibiting some of the features of the known method of arc welding by approximation, but allowing welds to be carried out in less time than by this process, particularly in the case where the parts to be welded have a large section.
In the bridging arc welding process as currently practiced, the parts are held at the arc flash distance until they are brought to a sufficient temperature. then they are quickly applied against each other under high pressure, the solder current being turned off at or immediately after the parts have been brought into contact. The heating of the parts to be welded is carried out mainly by conduction of heat from the end faces, brought to an extremely high temperature as the end surfaces are volatilized by the electric arc, l The thickness of the heated metal thus being, within certain limits, a function of time.
Thus, the shorter the duration of the arc, the thinner the thickness of the metal which is brought to the plastic state.
It has been found that unless the plastic metal layer has a certain minimum thickness, which increases with the cross section of the parts to be welded, it is difficult to bring the surfaces together with the aid of pressure. solder, so that a satisfactory solder cannot be obtained.
Thus, for example, while a duration of two seconds of arc bursting may suffice for parts of the order of 0.88 mm (British N 20 swg), it may be necessary to extend the spouting time for fifteen seconds for parts having a thickness of 8 mm, for which it is necessary to obtain a thicker layer of metal in the plasticized state.
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according to the invention makes it possible to obtain, in a much shorter time, a sufficiently thick plastic metal layer.
The electric welding process according to the invention consists in mounting the parts to be welded in the usual jaws of a welder, in bringing them closer to the normal arc spouting distance, in passing an electric current between said parts while keeping them at the arc-bursting distance, applying and pressing the parts against each other, relieving the pressure or reducing it to a low value, thus keeping the parts in contact while an electric current is passed between them for a time of a predetermined duration, then subjecting them to a strong pressure so as to join the parts together and finally to cut the electric current when the parts are pressed against each other under high pressure,
or around this time.
The description which will follow with regard to the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the particularities which emerge both from the drawing and from the text forming, of course, part of said invention. .
The single figure of the appended drawing represents the diagram of a machine for implementing the method according to the invention, as well as the electrical connections of said machine.
Referring to the drawing, the welding machine comprises a frame 1, a fixed head 2 and a movable head 3 each having a jaw 4 intended to hold a part to be welded 5. The movable head 3 is moved towards the fixed head 2 by a pneumatic mechanism 6, a second pneumatic mechanism 7 ensuring movement in the opposite direction, the two mechanisms being connected to the head 3 by means of a lever 8 with three arms and a connecting rod 8a.
The mechanism 6 comprises a fixed piston 9 and a movable cylinder 10, on which is mounted the cylinder 11 of an oil damping device or "dashpot" 12 in which slides a piston 13 stationary relative to the piston 9. A pipe bypass 14, controlled by a variable throttle 15, regulates the passage of oil between the dashpot ends during the first part of the working stroke of mechanism 6, while a second bypass line 16, not having a throttle device, is uncovered by the piston after the mechanism has completed a predetermined part of its stroke.
A main air distributor 17 connects, in the position shown in the drawing, the mechanism 7 to a main air supply duct 18 and the mechanism 6 to the exhaust, the upward movement of the valve spool. distributor 17 connecting mechanism 6 to pipe 18 and putting mechanism '7 to the exhaust A pipe 19 connects distributor 17 to mechanism 6; an auxiliary air distributor 20, interposed in this duct, connects, in the position shown, said mechanism to the main distributor 17 but, when its slide is moved upwards, it puts the mechanism to the exhaust, through an adjustable relief valve 21.
The electrical circuits for controlling the machine are connected at 22 to the power supply line, a main switch 23 being actuated by a handle 24 which also controls the main distributor 17. The switch 23 is closed when this is done. distributor is placed so as to connect mechanism 6 to the source of pressurized air supply and it closes a circuit, through contacts 25, to a relay 26, which closes another circuit energizing the welding transformer connected to the parts to be welded.
Another control circuit, comprising a coil 27 controlling the auxiliary distributor 20 and a time relay 28, is closed by contacts 29, which are closed after the movable head 3 has carried out a displacement of a predetermined amplitude. The contacts 25 are opened after a predetermined movement of the head 3, so as to cut off the welding current.
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To implement the welding process according to the invention, the parts to be welded are first fixed in the jaws, then the handle 24 is operated so as to connect the mechanism 6 to the air supply line under pressure and closing the switch 23, which actuates the relay 26 which closes the circuit of the welding transformer. The air moving in the mechanism 6 moves the movable head 3 forwards, causing the pieces 5-5 to be welded to come together at a speed controlled by the adjustment of the throttle device 15 of the dashpot 12, this bringing together - ment being such that due to the volatilization of the end surfaces of the parts by the electric arc, these ends remain constantly separated from each other by the arc spouting distance.
After a predetermined period, the piston 13 uncovers the bypass line 16, which allows the head 3 to move quickly forward and bring the parts 5-5 into contact with each other. . This movement of the head 3 closes the contacts 29, which actuates the coil 27 in the direction of the exhaust from the auxiliary distributor 20; the latter then removes the pressure exerted on the movable head 3. The relay 28 is also energized but does not however open its contacts immediately due to the action of the time device associated with it.
After the expiration of the time determined by this device, the auxiliary valve 20 is moved so as to again connect the mechanism 6 to the pressurized air supply line and the head 3 is pushed towards the fixed head 2 under the action of high pressure, so as to join the parts 5-5 to each other.
The contacts 25 open during this movement of the head 3, thus cutting off the welding current.
The arc flash period is short compared to that usually used in close-up arc welding; it is, for example, only two seconds for parts of which the thickness is such that the period of bursting of the arc according to the normal process would be fifteen seconds. This short period, although sufficient to level the ends of the pieces so that when they are brought together they come into contact over a greater part of their surfaces, is however too short to produce a plastic layer. noticeable on said parts.
During the period during which the parts are in contact without any pressure being exerted on them, or only a very slight pressure, tending to bring them towards each other, it forms on the parts to be welded a plastic layer thick enough for a satisfactory bond, the heat being generated by the intense electric current which circulates through the high resistance offered by the gasket, which causes a concentration of heat on the metal, in the immediate vicinity of the faces of the seal. The fact that the parts are not held against each other under great pressure significantly increases the strength of the seal.
The duration of this heating period is very short, for example of the order of two seconds, so that the heat does not have time to be evacuated substantially by conduction along the parts, towards the jaws.
The application of the pressure-after the heating is complete presses the ends of the parts firmly against each other and the plastic layers of metal of the said ends unite to form the weld.
It is necessary to regulate with great precision the timing and magnitude of the pressure changes, as well as the timing of the welding current cutoff. The desired precision can easily be obtained by means of known synchronization devices, electronic or otherwise.
The essential differences which exist between the method according to the invention and the common method of bridging welding consist in the inclusion of the short period of arc flash before the parts are brought into contact and the that heating takes place only when the parts are pressed against each other with very little pressure.
The arc bursting period levels the ends of the pieces to an extent that cannot be achieved by having
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using any of the usual methods of preparation, thereby ensuring a nearly uniform transmission of current over the entire surface of the contacting ends, uniform heating and formation of an even layer of metal as it is plastic, which is essential for a good weld.
It has been observed by tests carried out with a view to obtaining a weld in a very short time that the process by simple approximation requires the use of a very high intensity current which, because of the inequality of the surfaces to be joined, usually produces local overheating and an uneven distribution of the plastic metal layer.,
The process according to the invention makes it possible to reduce the time required for the welding of parts approximately 8 mm thick from fifteen seconds to four seconds.
It can be implemented using any machine suitable for normal arc welding by approximation, the machine described above constituting only one suitable embodiment. The only modification which it is necessary to bring to these machines consists in arranging the controls and adjusting them, so as to obtain the desired sequence of the phases of the operation.
The interruption of the welding current can take place at the same moment when the pressure is applied between the parts, or just before or just after this moment.
CLAIMS.
1.- Electric resistance welding method characterized in that the parts to be welded are mounted in the usual jaws of a welder, they are brought closer to the normal distance of the arc spouting, an electric current is passed between them while keeping them at the distance of the spurting of the arc, one applies and one presses one against the other, one cancels the press or one reduces it to a low value, one maintains the pieces in contact while an electric current is passed between them for a time of a predetermined duration, then they are subjected to a strong pressure so as to join them together and the electric current is cut off when the pieces are pressed against each other under high pressure, or in the vicinity of this moment.