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SOUDAGE PAR COMPRESSION.
La présente invention concerne le soudage par compression, comme le soudage par compression à froid, c'est-à-dire le soudage d'une paire de pièces métalliques en aluminium., cuivre ou un autre métal ou alliage métallique ductile non-ferreux, essentiellement par application de pression aux pièces à souder.
On sait qu'en matière de soudage par compression à froide si l'on donne aux outils une forme convenable et que lon règle de façon appropriée la pression des outils., après nettoyage des surfaces de cont tact à réunir de manière à enlever toute matière étrangère au métal, on obtient un fluage à froid ou plastiquedes métaux des surfaces à joindre en contact intime,qui réalise entre celles-ci un joint soudé en phase so- lide.
L'invention n'est cependant pas limitée au soudage par com- pression à froid et peut être appliquée aussi au soudage par compression allant de pair avec un certain apport de chaleur aux pièces à souder, la soudure étant cependant obtenue essentiellement par le fluage plastique du métal des surfaces jointives provoquant une fusion ou une union des deux pièces en une soudure en phase solide. Cette chaleur extérieure peut etre apportée aux piècess en chauffant les outils de soudage par compression, ou en préchauffant les pièces d9une manière quelconque avant de les'introduire entre les outils.
On a déjà proposé, par exemple dans le brevet américain n 2.522.408, un procédé et des moyens pour souder entre elles, par un joint à recouvrement soudé à froids une paire de pièces métalliques telles que des plaques, tôles, brides ou l'équivalent en aluminium, cui- vre ou autre métal non-ferreux et ductile, pouvant être soudé par com- pression.
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Plus précisément, ce brevet décrit différents procédés et outils pour obtenir soit une soudure en ligne continue, soit une soudure par point, en un ou plusieurs Ilots de surface limitée des faces en con- tact des pièces à souder.
Comme, en matière de soudage par compression à froid, le mé- tal doit fluer latéralement par rapport à l'aire comprimée par les outils de soudage, pour provoquer un fluage à froid ou plastique donnant une fu- sion ou un mélange intime des métaux des surfaces à joindre se trouvant en contact, l'expérience a montré que la forme la plus efficace pour l'outil ou aire de pression est celle d'une bande ou d'un rectangle dont la lar- geur est environ de l'ordre de l'épaisseur des pièces à souder ou'un peu plus, sans dépasser le double de cette épaisseur, et dont la longueur, dans le cas d'une soudure par points, est au moins égale à cinq fois la largeur.
Cette forme de l'aire soudée, en outre de ce qu'elle n'exige qu'un minimum d'empreinte ou de pénétration de l'outil à l'endroit de l'aire soudée, de l'ordre de.60% de l'épaisseur totale des pièces à sou- der dans le cas de l'aluminium, assure que le métal flue sans résistance et favorablement, latéralement à partir des surfaces en contact, ce qui permet d'obtenir une soudure intime de solidité maximum avec un minimum de pression appliquée et de déformation du métal, à l'endroit et autour de la soudure.
Quand l'épaisseur des pièces à souder diminue, les dimensions des outils de compression se réduisent nécessairement et il est de plus en plus difficile de régler la pénétration de l'outil avec la précision suffi- sante. Il s'ensuit qu'en utilisant la technique habituelle du soudage par compression décrite-dans le brevet américain précité, on atteint ra- pidement, avec des pièces à souder d'épaisseur très réduite, comme des tôles minces ou des feuilles métalliques, une limite pratique d'exécution, en-dessous de laquelle il est pratiquement impossible d'obtenir une soudure efficace et sûre; aussi bien à cause de la petitesse des outils de soudage qu'à cause de la difficulté de réglage.
La présente invention a pour but de procurer un nouveau procé- dé et des nouveaux moyens pour souder entre elles des pièces relativement minces, comme des feuilles métalliques, de façon efficace et sans les dif- ficultés ni les inconvénients des techniques de soudage antérieures.
La présente invention procure un procédé de soudage par com- pression de pièces relativement minces en une matière soudable par compres- sion suivant lequel on applique la pression de soudage sur une aire ayant la forme d'une bande dont la largeur est un multiple substantiel de l'é- paisseur des pièces à savoir au moins trois fois cette épaisseur..
L'invention procure aussi un procédé pour souder par compres- sion d'une pièce en une matière soudable par compression, sur une autre pièce en une matière soudable par compression, suivant lequel on applique la pression de soudage sur la première pièce sur une aire ayant la forme d'une bande dont la largeur est un multiple substantiel de l'épaisseur de cette pièce, à savoir au moins trois fois cette épaisseur.
Afin que l'invention soit clairement comprise, on se référe- ra aux dessins annexés qui sont en partie schématiques.
La figure 1 représente schématiquement un outillage et une paire de pièces métalliques superposées avant soudage, conformément aux procédés de soudage par compression à froid précédemment connus.
La figure 2 est une vue en plan et la figure 3 une'coupe d'm joint après soudage au moyen d'un outil suivant la figure 1.
La figure 4 représente un outillage et une paire de pièces métalliques, par exemple des feuilles, placées entre les outils avant sou- dage, conformément au procédé perfectionné de l'invention.
La figure 5 est une vue par dessous de l'outil supérieur de la figure 4.
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La figure 6 est une coupe d'un joint après soudage par le pro- cédé de l'invention.
La figure 7 est une vue en plan de la soudure de la figure 6,
La figure 8 montre une soudure multiple suivant l'invention.
La figure 9 montre un perfectionnement pour souder des feuil- les minces conformément à l'invention; et
La figure 10 est une vue de profil d'un tube déformable dont l'extrémité ouverte est soudée et scellée par le procédé suivant la présen- te invention.
Dans les différentes figures des dessins, les mêmes parties portent les mêmes références.
La figure 1 montre un dispositif connu pour souder entre el- les deux pièces,une première plaque 10 et une seconde plaque 11 placée sur la première pour former un joint à recouvrement, introduites entre une paire d'outils de soudage. Dans l'exemple donné, ces outils consistent en un outil inférieur ou enclume plate 12 et un outil supérieur 13 à surface plane' d'où fait saillie une dent ou pointe 14 à face plane' et légèrement effilée, comme cela.est décrit en détail dans le brevet américain précité.
Si l'on applique aux plaques ou tôles superposées 10 et 11, une pression suivant la flèche P, le métal se trouvant sous la dent 14 flue en substance latéralement à cause de l'épaisseur totale ou distance T rela- tivement grande des pièces 10 et 11 comparativement à la largeur de la sur- face comprimée, qui est égale ou de l'ordre de l'épaisseur nominale t de ces pièces. Avec une empreinte ou pénétration d'outil 14' suffisante (voir figure 3), le fluage du métal des surfaces en contact produit une union intime des métaux, constituant une soudure des surfaces en phase solide.
Pour obtenir les meilleures conditions,c'est-à-dire un joint d'une solidi- té mécanique maximum avec un minimum de déformation ou d'empreinte 14' à l'endroit de la soudure, les calculs.théoriques et les essais pratiques ont montré que la largeur w (voir figure 2) du point de soudure rectangu- laire doit être égale à environ 1,5 fois l'épaisseur nominale t des.pièces à souder, et sa longueur doit être égale à cinq fois la largeur, ou plus.
De cette manière, une pression sensible s'exerce perpendiculairement aux longs côtés du rectangle et provoque un fluage aisé et favorable des mé- taux, résultant en une soudure en phase solide, à cet endroit, de solidité maximum avec une déformation minimum des pièces soudées.
L'expérience a montré que, pour atteindre ce résultat, la profondeur d'empreinte ou de pénétration de l'outil d doit être au moins égale à environ 60% de l'épaisseur totale T pour des métaux de ductilité relativement grande comme l'aluminium, cette pénétration minimum augmen- tant quand la ductilité diminue suivant les différentes qualités dalumi- nium ou des autres métaux soudables à froid, comme le'montre le tableau "Figure of Merits" donné dans le brevet américain précité. Il s'ensuit qu'à l'endroit de la soudure, l'épaisseur du métal est au maximum égale à 40% de l'épaisseur totale T des pièces soudées.
L'empreinte 14' ou pé- nétration d de l'outil peut être réglée soit par une butée réglable portée par la presse sur laquelle les outils 12 et 13 sont montés, soit par la hauteur de la dent 14, l'épaulement ou face plane de l'outil 13 servant de butée ou de limite de pénétration de l'outil, comme cela se conçoit faci- lement.
Avec la technique de soudage par compression à froid ci-des- .sus, quand l'épaisseur des pièces 10 et 11 diminue, suivant la règle géné- rale la largeur de la dent 14 diminue de façon correspondante, ce qui non seulement donne une soudure moins solide mais rend difficile, sinon impos- sible, le réglage de la profondeur de pénétration à l'endroit de l'aire de soudage, d'une manière satisfaisante et sûre. Dans le cas de feuilles métalliques très minces, la dent 14 a une forme s'approchant de celle d'une arête de couteau, et il est évident qu'il n'est plus possible de souder
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convenablement à froid, dans de' telles conditions.
La présente invention procure un procédé de soudage par com- pression de pièces métalliques relativement minces, comme des feuilles, qui écarte-pratiquement les difficultés précitées et qui permet d'obtenir des joints bien soudés tant au point de vue mécanique qu'à d'autres points de vue.
Les figures 4 et 5 représentent un dispositif de soudage con- forme à l'invention. Les références 10 et 11 désignent de nouveau les piè- ces superposées à souder, par exemple des feuilles en aluminium ou autre métal soudable par compression. Contrairement à la technique précédente, l'outil de soudage 13 est pourvu d'une dent 14 dont la largeur est un mul= tiple assez important de l'épaisseur nominale t des pièces à souder 10 et 11, pratiquement au moins trois fois cette épaisseur. La longueur 1 de la dent 14 ou de l'aire soudée est à nouveau un multiple de sa largeur ¯w, mais cette longueur minimum peut être un peu moindre que dans le cas des figuras 1 à 3, en pratique trois fois la largeur w de l'aire rectangulaire, ou plus.
Avec un dispositif de'ce genre, quand l'outil supérieur 13 est abaissé sur les pièces superposées 10 et 11 à comprimer, comme le mon- tre la flèche P,une quantité importante de métal est déplacée à cause de la surface de compression relativement étendue,comparée à celle de la figure 1. La quantité de métal qui flue fait fluer le métal vers le haut autour de la dent 14, c'est-à-dire que, comme la figure 6 le montre clai- rement, il se produit une sorte de matriçage.
En d'autres mots, alors que dans le cas de la figure 1, avec une largeur d'outil de l'ordre de l'épaisseur nominale t, du métal flue en substance latéralement par rapport aux surfaces en contact, dans le cas de la figure 4, avec la largeur d'outil égale à un multiple relativement important de l'épaisseur de la pièce, le métal entourant l'aire de compres- sion est repoussé autour de l'outil et la soudure s'étend à des surfaces voisines à l'extérieur de l'aire rectangulaire comprimée, comme la figure 6 le montre clairement. En fait, comme le métal soudé garde sa résistance pendant le fluage, la charge est répartie par le métal même et l'empreinte faite dans la face inférieure, côté de l'outil 12, n'est pas l'empreinte de la dent 14, comme ce serait le cas si le métal n'avait pas de résistan- ce mécanique.
L'épaisseur d1 de la partie comprimée peut être égale environ à 40% de l'épaisseur totale T pour de l'aluminium, mais elle correspondra, en tous les cas, à la soudabilité de la matière. Le soudage se fait sur toute l'aire rectangulaire de soudure et sur les surfaces environnantes, comme indiqué à la figure 6, par suite du fluage du métal, comme décrit et reproduit sur les dessins. Cependant, comme le soudage s'étend au-delà de l'aire de compression réelle déterminée par l'outil de soudage, l'épaisse finale d1 peut être plus grande et, à la limite, elle peut être égale à l'épaisseur totale T. Dans ce dernier cas, le joint soudé est situé sur les côtés ou à l'extérieur de l'aire rectangulaire de compression déterminée par la forme de l'outil.
Quoique le procédé décrit ci-dessus convienne particulièrement bien pour souder des pièces relativement minces, des feuilles métalliques surtout, il peut aussi être appliqué au soudage de pièces plus épaisses, comme des plaques ou des tôles, si la déformation supplémentaire due à la remontée du métal autour des outils est acceptable. Par exemple, les piè- ces 10 et 11 peuvent consister en une paire de barres omnibus d'un appa- reil électrique; dans ce cas la surface de soudage agrandie présente l'avan- tage d'une réduction sensible de la résistance électrique du joint soudé.
Les surfaces de contact des pièces à souder 10 et 11 sont convenablement nettoyées, par brossage mécanique par exemple, afin d'enle- ver la couche d'oxyde et toute autre matière étrangère au métal avant de souder. Cependant, grâce aux surfaces de pression relativement grandes utilisées conformément à l'invention, le nettoyage, pour autant qu'il s'a-
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gisse d'enlever la couche d'oxyde, peut être omis dans certains cas, la cou- che étant brisée par la pression initiale relativement grande et la grande quantité de métal qui flue, la soudure des surfaces étant'assurée par le plus grand fluage de métal, comparativement'aux procédés de soudage anté- rieurs.
Comme cela-se conçoit, la pression est la plus'grande le long des grands côtés du rectangle, son efficacité diminuant progressive- ment du centre vers les extrémités et donnant une empreinte de fluage-de forme elliptique débordant latéralement l'aire rectangulaire de compression, comme le montre la forme de la projection 15. Par conséquent, ce genre de soudage donne un joint de surface plus grande relativement à celle des points de soudure connus représentés aux figures 1 à 3, où l'aire de soudure est sensiblement limitée à l'aire de compression ou ilot délimité par l'outil de soudage.
Cette augmentation à la fois de l'aire de soudure et de l'é- paisseur du métal à l'endroit de la soudure, procure une résistance mécani- que plus grande dans une mesure correspondante et une diminution de la ré- sistance électrique d'un joint soudé de ce genre,
Quoiqu'un seul point de soudure ait été représenté, à titre d'exemple, dans le dessin, il est entendu que les feuilles peuvent être roi- nies par plusieurs soudures disposées sur une rangée, ou sur deux rangées-.'- en quinconce de préférence, pour avoir un joint ayant les meilleures ca- . @ ractéristiques mécaniques et électriques.
Une double rangée de soudures en quinconce est représentée à la figure 8; elle peut être réalisée au moyen d'un outil à plusieurs dents de soudage ou, en plusieurs opérations succes- sives, au moyen d'un outil à une seule dent de soudage. zuouqu'on ait décrit et représenté seulement des soudures par points, le'joint de soudure peut avoir la forme d'une ligne continue, droite-, courbe ou autre, par exemple une ligne ondulée' ou en zig-zag. Cette ligne peut être interrompue de manière à constituer une série de points de sou- dure de la façon représentée, formant n'importe quel dessin voulu, et à sa- tisfaire à toutes, exigences et conditions.
Pour rendre plus aisée la soudure de feuilles très minces, la feuille peut être doublée ou repliée en deux épaisseurs ou plus, comme le montre la figure 9 Dans le dernier cas, la matière flue encore perpendi- culairement aux feuilles, un certain matriçage se faisant, comme dans le cas d'une seule paire de feuilles, et la soudure se fait entre toutes les surfaces métalliques en contact. Pour obtenir de bons résultats, il faut, comme le montre la figure 9, placer les épaisseurs supplémentaires de mé- tal vers l'extérieur par rapport aux pièces mêmes à souder 10 et 11, parce que la réduction d'épaisseur des couches diminue vers le.centre et les cou- ches extérieures renforcent les couches intérieures qui constituent le vrai joint en prolongeant la zone de soudure à l'extérieur de l'aire de souda- ge.
L'empreinte ou pénétration laissée par l'outil de soudage peut être la même que pour une seule paire de feuilles. Dans ce cas, le métal des feuil- les superposées remonte de nouveau autour de l'outil ou dent 14, sensible- ment de la même manière que dans le cas d'une seule paire de feuilles, les conditions étant entièrement différentes de celles d'une paire de pièces pleines ou plaques équivalentes 'ayant la même épaisseur totale. Si on le désire, les feuilles peuvent être repliées plusieurs fois pour obtenir un joint ayant la résistance et la qualité voulues. Dans le cas de la super- position d'un nombre relativement grand d'épaisseurs de feuilles, il peut être nécessaire d'augmenter la profondeur de l'empreinte ou de la pénétra- tion, pour assurer le soudage convenable de toutes les surfaces métalliques contiguës superposées,.
On a constaté qu'avec des outils dont la largeur est plu- sieurs fois supérieure à l'épaisseur de la matière à souder, les surfaces soudées en contact, entre deux .couches de matière (interfaces de soudage), ne sont pas planes, comme on pourrait s'y attendre, mais bien ondulées, les lignes des crêtes (ou des creux) des ondulations étant plus ou moins parallèles à l'axe longitudinal des faces des outils. En soi, cette ondu-
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lation de la soudure même ne renforce pas nécessairement la solidité de celle-ci mais elle aide indubitablement à briser toute couche d'oxyde de- meurée sur les surfaces à souder.
Dans certains cas, ceci peut être avantageux pour le procé= dé, parce qu'on peut se passer de brossage mécanique et c'est le cas lors- qu'on scelle les extrémités de tubes déformables, comme les tubes à pâte dentifrice en plomb ou en aluminium, car l'expérience a montré que des sou- dures satisfaisantes peuvent être faites sans. brossage mécanique, avec des outils dont la largeur est dix fois l'épaisseur de la matière, une réduc- tion d'épaisseur d'environ 60% étant pratiquée. Les soudures se font au moyen de mâchoires parallèles, une de chaque côté de l'extrémité aplatie d'un tube, comme le montre la figure 10, le tube 30 ayant son extrémité in- férieure 31 aplatie par une soudure 32. L'extrémité 31 peut ensuite être repliée sur la soudure 32, pour l'aspect.
Ci-dessus, on s'est référé de façon générale à des outils de soudage à utiliser dans des presses mais il est évident que l'invention' peut aussi être appliquée à des molettes de soudage. Un sachet en feuille d'aluminium peut être fait de deux feuilles d'aluminium dont les bords sont soudés par des molettes de soudage pouvant avoir chacune une surface de soudage dont la largeur est un multiple relativement important de l'é- paisseur'de la feuille. Les molettes peuvent avoir des-surfaces de sou- dage chanfreinées comme décrit dans la demande de brevet anglais n 20.467/49; ainsi, pour des feuilles d'une épaisseur de 0,002 pouce (0,05mm), les sur- faces de soudage peuvent avoir un angle d'environ 10 avec le plan médian de la soudure.
En utilisant une largeur d'outil qui est un multiple sub- stantiel de l'épaisseur du métal, on jouit encore de l'avantage que la ré- duction d'épaisseur, en pourcentage, pour une soudure satisfaisante, est diminuée. Evidemment, avec une plus grande largeur d'outil, plus de métal flue, mais, dans certains cas, comme le cas des tubes déformables, on tient compte de ce fluage supplémentaire en augmentant la longueur du tube.
REVENDICATIONS.
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1. Procédé de soudage par compression de pièces relativement minces en une matière soudable par compression, caractérisé en ce qu'on ap- plique la pression de soudage à une surface ayant la forme d'une bande dont la largeur est un multiple important et au moins triple de l'épaisseur des pièces.
2. Procédé de soudage par compression d'une pièce en une ma- tière soudable par Compression sur une autre pièce en une matière soudable par compression, caractérisé en ce qu'on applique la pression de soudage à la première pièce sur une aire en forme de bande dont la largeur est un - multiple important et au moins le triple de l'épaisseur de la dite pièce.
3. Procédé de soudage par compression à froid d'une paire de feuilles d'aluminium, se recouvrant au moins en partie, caractérisé en ce qu'on applique la pression de soudage, sans aucun apport de chaleur exté- rieure, sur une aire en forme de bande dont la largeur est un multiple important et au moins le triple de l'épaisseur d'une feuille.
4. Procédé de soudage par compression d'une paire de feuil- les d'aluminium, se recouvrant au moins en partie, d'une épaisseur inférieu- re à 0,030, pouce (0,75 mm), caractérisé en ce qu'on applique la pression de soudage sur une aire dont la dimension dans une direction quelconque, est un multiple,important et au moins le triple de l'épaisseur d'une feuil- le.
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