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PROCEDE ET OUTIL POUR LE SOUDAGE PAR COMPRESSION A FROID.
La présente invention concerne le soudage par compression à froid et plus particulièrement, mais non exclusivement, le soudage de contacts élec- triques sur des supports métalliques en forme de lames. Bien qu'il soit question ici de "soudage par compression à froid", il est entendu que l'inven- tion n'est pas limitée au soudage à température ambiante. Rien n'empêche d' utiliser un peu de chaleur pour le soudage.
Suivant un aspect de l'invention, dans un procédé de soudage par compression à froid d'une pièce à une autre, toutes deux en un métal pouvant être soudé par compression à froid, on utilise un ou des outils de soudage agencés de façon à donner à l'une ou à l'autre pièce ou aux deux, une ou des formes désirées. Le soudage est donc accompagné d'un forgeage ou matriçage à froid.
L'invention peut être appliquée à la fabrication d'un contact électrique dont la capacité de transporter le courant, et spécialement celle de la liaison entre le contact et le porte-contact, est fortement aug- mentée par rapport à celle de contacts de fabrication antérieure, dont le joint entre le contact et le porte-contact est résistant au point de ne pouvoir ê- tre brisé ni endommagé même dans les plus mauvaises conditions de rupture Et darc, et dont la liaison entre le contact et le porte-contact est mécanique- ment plus robuste quon ne pouvait le concevoir jusqu'ici pour des contacts analogues.
L'invention procure un procédé de soudage par compression à froid pour la fabrication d'un contact électrique entièrement nouveau, ca- ractérisé en ce aucune pièce de contact en un métal conduisant convenablement le courant, tel que 1-'argent., est fixée par soudage par compression à froid sur un bras porte-contact en une matière de connexion appropriée telle que le cuivre, de manière à rendre inutile tout emploi de matières étrangères tel-
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les que liants, décapants, soudures, etc. entre le contact et le porte-con- tact.
On obtient ainsi un contact parfaitement conducteur entre la piè- ce de contact et le bras de contact, aucune matière étrangère ne venant aug- menter la résistance de ce contact.
De plus on évite ainsi le dôucissement ou l'affaiblissement de la matière, ce qui était souvent le cas avec des procédés de soudage ou de brasa- ge antérieurs.
En utilisant la compression à froid pour souder une pièce de contact au bras porte-contact, non seulement on façonne la pièce de contact mais on durcit ou raffermit les parties jointes du contact et bras du porte- contact, ce qui augmente la solidité du contact ainsi que sa capacité de sup- porter les impacts d'opérations répétées d'enclenchement et de déclenchement.
On peut aussi donner la forme et la solidité voulues au bras porte-contact, en le forgeant pendant l'opération de soudage.
En technique de commutation et de coupe-circuit, on sait qu'à la fermeture d'un circuit les contacts doivent se joindre avec rapidité et net- teté.
Il s'ensuit que le bras porte-contact est souvent soumis à des efforts importants; et si le bras porte--contact et la pièce de contact elle- même ont été déforcés lors d'opérations de soudure ordinaires, il faut en tenir compte dans la construction en augmentant la section transversale ou en prévoyant d'autres.renforcements.
De même, il est essentiel qu'à l'ouverture d'un coupe-circuit, tout retard mécanique dans l'extinction de l'arc soit réduit au minimum ab- solu, et c'est pourquoi les bras porte-contacts sont attirés en position ou- verte par des ressorts puissants qui exercent à leur tour une force -dynamique extrêmement élevée sur le bras porte-contact quand celui-ci atteint sa butée en position ouverte.
Pour résister à cet impact à l'ouverture, quand les contacts et porte-contacts ont été soudés par des procédés de soudage ordinaires qui ré- duisent la dureté du bras porte-contact, celui-ci doit avoir une section beaucoup plus forte ou être renforcé par'd'autres moyens.
L'importance du choc au contact auquel l'interrupteur doit ré- sister sera mieux saisie si l'on songe que beaucoup de grands coupe-cir- cuits sont agencés de façon que le courant tombe à zéro en 0,016 seconde; c'est-à-dire qu'en ce temps extrêmement court le dispositif de déclenche- ment du coupe-circuit doit dégager un loquet, le ressort doit ouvrir le contact par traction sur le bras et l'arc doit être éteint. Comme dans beaucoup de grands coupe-circuits, la force d'ouverture exercée par les res- sorts s'exprime en centaines de kilogrammes, on peut se rendre compte à quel choc le bras porte-contact doit résister.
L'invention a donc pour but de produire un nouveau contact dont la pièce de contact proprement dite est fixée directement sur le bras porte-contact, sans aucune matière étrangère entre les deux.
L'invention a encore pour but de réaliser cette fixation du contact au bras porte-contact de façon que la dureté de la pièce de contact et du bras porte-contact soit augmentée au moins aux endroits où ils sont fixés l'un à l'autre.
Ces buts et d'autres encore ressortiront clairement de la des- cription suivante et des dessins annexés, dans lesquels :
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La figure 1 est une coupe verticale montrant, à titre d'exemple, une manière de réaliser un contact par le procédé conforme à l'invention, la pièce de contact et le bras porte-contact étant représentés avant soudage.
La figure 2 est une vue en plan d'une pièce de contact et d'un bras porte-contact soudés au moyen de l'appareillage de la figure 1.
La figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la figure 2, vue dans le sens des flèches.
La figure 4 est une vue en bout, d'une des faces de soudage d'un des. outils représentés à la figure 1.
La figure 5 est une coupe verticale montrant un autre moyen de réaliser un contact conformément à l'invention, le contact et le bras porte-contact étant représentés après soudage.
La figure 6 est une vue en bout du contact représenté à la figure 5.
Comme le montrent les figures 1, 2, 3 et 4, le-bras porte-contact 10 peut être fabriqué en toute matière convenable conductrice de courant tel- le que du cuivre, pouvant se trouver sous forme d'un alliage approprié ou ê- tre renforcée dautre manière pour résister aux efforts que subissent les bras de contact. La matière sera évidemment assez ductile pour pouvoir être soudée par compression à froid.
La pièce de contact 11 est un disque plat en argent que l'on pose sur la face supérieure du porte-contact 10 après que celle-ci et la face in- férieure du disque, constituant les faces jointives, ont été nettoyées à fond de manière à assurer un joint métal sur métal sans interposition aucune de particules étrangères ou de pellicules d'oxyde. Cet nettoyage peut con- sister simplement en un raclage à la brosse précédé, s'il le faut, d'un dé- capage chimique.
On descend ensuite sur la pièce de contact 11 un outil ou poinçon 12 muni de trois dents de soudage 13. Comme la figure 4 le montre clairement, les dents de soudage 13 sont des segments courbes à surface plane séparés par des rainures 14 et formant dans la pièce de contact 11 des gorges 15 en for- me d'arc. Le bras porte-contact 10 repose sur une enclume dacier à surface plane 16.
L'outil 12 est pourvu d'un creux 17 en son centre à 1-'intérieur des dents de soudage 13 et quand le poingon 12 est abaissé sur le disque ou contact 11, au lieu de fluer radialement vers l'extérieur, le métal du disque est refoulé dans le creux 17, subissant ainsi un forgeage ou matriçage.
L'opération de soudage par compression à froid donne ainsi sa forme au con- tact et la face 18 du contact en argent touche ainsi réellement un autre contact,dans la pratique. L'outil 12 est abaissé jusqu'à ce qu'il touche la face supérieure du bras porte-contact 10 par sa face plane ou épaulement 19 et, comme la figure 3 le montre, la pièce de contact est ainsi rigidement soudée sur et dans le bras porte-contact 10.
En fait, les parties soudées se trouvent plus bas que les gorges 15, et jusqu'à un certain point, plus bas que la face centrale 18. Pour donner une idée des dimensions relatives des outillages et des pièces, il suffit simplement de dire que pour souder un disque en argent d'un diamètre d'un quart de pouce (6,35 mm) et d'une é- paisseur de 0,04 pouce (1 mm) à du cuivre d'une épaisseur de 0,032 pouce (0, 8 mm), le diamètre du poinçon 12 est de 5/8 pouce (16 mm), la largeur radia- le des dents ou segments de soudage 13 étant de 0,035 pouce (environ 0,8 mm) et leur hauteur mesurée à partir de l'épaulement 19 étant de 0,031 pouce (0, 75 mm).- Comme les figures le montrent, les côtés des dents 13 sont inclinés d'un angle de 20 environ.
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On obtient ainsi finalement comme résultat aucune pièce de contact 11 en argent ou en toute autre matière de contact appropriée soudable à froid., peut être fixée directement sur un bras porte-contact 10 sans que l'on doive introduire entre les deux aucune matière étran- gère,tandis que le joint est en même temps durci ou écroui grâce au procédé de soudage qui écrouit les matériaux. L'opération de soudage donne sa forme définitive à la pièce de contact et augmente le dureté de l'argent et du cuivre.
Les figures 5 et'6 montrent comment on peut donner par forgea- ge leurs formes définitives à la fois à la pièce de contact et au bras porte- contact pendant l'opération de soudage., en donnant ainsi au bras la forme et la résistance voulues.
Le bras porte-contact 20 est ici en cuivre coulé et porte au dos une faible nervure ainsi qu'un moyeu 21 à forer ultérieurement pour 1,'introduction d'un pivot. La pièce coulée est logée dans une enclume à surface plane 22 convenablement évidée et l'opération donne à la nervure 23 sa forme défini- tive. La pièce de contact 24 est soudée sur le bras 20 au moyen d'un poin- çon plat 25 ayant une face de soudage 26 du même genre que celle représen- tée aux figures précédentes.
Comme il a été dite les surfaces à souder doivent être convena- blement nettoyées de manière à assurer un joint direct métal sur métal qui permet d'augmenter la densité de courant mais aussi de réussir le soudage à froid.
Toute pellicule d'oxyde qui se serait forméeparce que l'on au- rait tardé à joindre la pièce de contact et le porte-contact par l'opération de soudage à froid.. alors que les surfaces métalliques sont déjà, nettoyées, sera généralement très faible si 1-'on ne tarde que pendant quelques heures et sera dispersée par le fluage entre les surfaces et le contact métal sur métal sera toujours réalisé.
Comme la pression appliquée provoque un fluage du métal jusqu'à ce que les grains des deux métaux se soient soudés les uns aux autres, le procédé de soudage doit permettre un fluage entièrement libre du métal latéralement à partir de l'endroit du soudage; ceci est obtenu dans le pro- cédé décrit ici et, de plus, une fois formé,, le contact est amélioré mécani- quement et électriquement.
Malgré la diminution d'épaisseur à l'endroit du soudage., le métal est écroui de façon à avoir une résistance environ double de.la résistance initiale.
Ainsi., en adaptant convenablement les dimensions des éléments à souder.. on obtiendra finalement un ensemble pièce de contact - bras porte- contact au moins aussi résistant mécaniquement que le bras porte-contact ini- tial avant le soudage.
Cette dernière caractéristique est en soi un perfectionnement par- ticulier par rapport aux contacts d'ancienne fabrication dont le bras en- tisr devait être retravaillé après soudage pour lui rendre sa résistance ini- tiale; il était en effet impossible de durcir ou renforcer celui-ci à l'en- droit de la soudure ou des efforts, comme le permet la présente invention,.
Le procédé de forgeage ou de matrigage décrit peut évidemment s'appliquer à d'autres pièces que des contacts électriques. Par exemple., il peut être appliqué à la décoration d'objets métalliques ou à la soudure de conducteurs flexibles en cuivre. Ainsi, dans un cas expérimental., on a soudé ensemble plusieurs minces bandes de cuivre en utilisant deux outils de soudage associés en forme de bagues maintenus en position par un noyau coulis- sant dans les outils et passant par des trous pratiqués dans les bandes de cuivre. Au soudage, le métal refluait autour du noyau de part et d'autre, et
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en filetant la surface extérieure du noyau, on a pu obtenir un trou tarau- dé dans les bandes soudées.
EMI5.1
R E Ü E N D I G A T I Q N S
1.
Procédé pour souder par compression à froid une pièce à une autre,chaque pièce étant en un métal ou alliage pouvant être soudé par com- pression à froid, caractérisé en ce que le ou les outils de soudage sont agencés de façon à donner à l'une et/ou à l'autre pièce, la ou les formes voulues.
2.- Outil de soudage par compression à froid comportant au moins une surface de compression servant à la soudure par compression à froid d'une pièce en'métal ou alliage à une autre,et latéralement par rapport à la dite surface, une partie agencée de façon à donner la forme voulue à la matière de la pièce qui a été déplacée par l'opération de soudure.
3.- Outil de soudage par compression à froid suivant la reven- dication 2 et servant à former une saillie sur la pièce comprimée par l'outil, comprenant une surface pratiquement plane, plusieurs dents de compression en forme de segments concentriques, espacées angulairement et faisant saillie sur la dite surface, et au centre, entre les dents, un creux servant à donner la forme voulue à la saillie précitée.
4.- Procédé pour souder par compression à froid une pièce à une autre,chaque pièce étant en un métal ou alliage pouvant être soudé par com- pression à froid, caractérisé en ce qu'on place les pièces sur une enclume avec les surfaces à joindre mises en contact et on applique sur les pièces à souder, dans la direction de l'enclume, une pression exercée par un poin- gon pourvu de plusieurs dents de soudage par compression en forme d'étroits segments concentriques espacés angulairement, pour provoquer une réduction partielle de l'épaisseur des pièces en-dessous des dents de compression et souder ainsi les pièces ensemble tout en refoulant le métal déplacé radiale- ment vers l'intérieur dans une direction généralement parallèle à la ligne de la pression appliquée et en lui donnant la forme voulue.