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" SOUDURE A RECOUVREMENT DE PARTIES METALLIQUES ".-
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La présente invention concerne les procédés utilisés pour souder ensemble les bords opposés de parties métalliques, par exemple de parties se trouvant le long d'une ligne désirée de soudure d'un tube continu ou d'une bande continue; l'invention a aussi pour objet les produits nouveaux résultant d'un tel procédé. L'invention s'applique plus particulièrement à la soudure des métaux plaqués. Elle utilise un courant électrique de chauffage à haute fréquence, que l'on applique le long de la ligne de soudure désirée, de manière à former à grande vitesse des lignes de soudure à recouvrement et de préférence apla- ties .
On a déjà décrit des procédés et des appareils pour utiliser un courant à haute fréquence , en vue de sou- der ensemble les bords opposés d'un intervalle d'un tube métallique continu. Conformément à ces procédés, on amène en position de butée l'un contre l'autre les bords opposés du tube, pendant qu'ils se rapprochent du point de soudure, en laissant entre ces bords un intervalle en forme de V aboutissant au point de soudure, situé au sommet de l'in- tervalle ;
on applique le courant de chauffage à haute fré- quence au moyen d'électrodes, qui engagent respectivement les cotés opposés deµ'intervalle en forme de V, de manière que le courest s'écoule à partir des électrodes le long des bords de l'intervalle, vers le point de soudure et à partir de ce point, où les deux bords en position de butée atteignent la température de soudure et se soudent l'un à l'autre dans cette position.
Ces procédés connus se sont révélés extrêmement satisfaisants pour souder des tubes, par exemple pour réa-
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liser une ligne de soudure entre deux bords en position de butée, dans le cas où le métal possède une épaisseur appré- ciable; cependant, quand on a essayé d'utiliser un t el pro- cédé pour souder des tales minces, on a rencontré des diffi- cultés pour commander la position des bords se rapprochant de la position de butée, de manièra à les amener en contact uniforme et correct sous l'action de la pression nécessaire, en vue d'obtenir une soudure uniforme.
Toute irrégularité dans l'alignement des bords en position de butée produit une soudure imparfaite, car les portions des bords butant l'une contre l'autre sont seules soudées ensemble ; certains cas, l'un des bords peut se déformer légèrement d'une maniè- re différente par rapport à l'autre bord, de telle sorte que la soudure est incertaine, même si on a surmonté la diffi- culté d'appliquer correctement bord à bord sous l'action d'une pression le métal mince de la tôle.
Bien que l'on ait déjà proposé de former des soudures à recouvrement par d'autres procédés différents de chauffage, les résultats obtenus jusqu'à présent dans cette voie ont été en général inefficaces, irréguliers ou trop lents ; ces procédés ne convenaient pas d'autre part pour réaliser des soudures à recouvrement sur du métal plaqué, par exemple sur des tôles d'acier étamées ; ces procédés ne per- mettaient pas de former dans ce dernier cas une soudure réelle de l'acier, qui soit distincte des surfaces étamées; ces procédés ne permettaient pas non plus d'obtenir une sou- dure sensiblement aplatie, de manière à éviter qu'une tranche de la tôle soit découverte et dépare la soudure.
La nrésente invention réalise au contraire un pro- cédé, qui permet de souder des portions d'une tôle mince et en particulier des portions métalliques plaquées ou recouver- tes, comme par exemple des tôles d'acier étamées; ce procédé
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conforme à l'invention permet d'effectuer une ligne de soudure à recouvrement, qui est cependant de préférence sen- siblement aplatie ; permet d'exécuter une telle soudure à une vitesse élevée surprenante,qui peut dépasser de cent pour cent ou même de plusieurs fois cent pour cent les vites- ses obtenues jusqu'à présent, autant qu'on le sache, dans les procédés connus de soudure.
Les essais de la Drésente inven- tion ont montré par exemple que celle-ci permet d'exécuter des soudures à recouvrement très satisfaisantes à des vites- ses pouvant-atteindre 210 m à la minute et même des vitesses encore plus élevées, qui sont égales à plusieurs fois la vi- tesse réalisable jusqu'à présent, au moyen par exemple du procédé de soudure bout à bout à haute fréquence cité précé- demment .
La présente invention convient très bien par exem- ple à la soudure de longueurs continues d'un tube mince for- mé par de l'acier étamé, de l'aluminium ou par un alliage de ces deux métaux ; tels tubes sont utilisés pour fabriquez, les bottes métalliques destinées à contenir des comestibles, @ des liquides ou d'autres matières vendues au détail ; ces tubes, la t8le peut avoir une épaisseur égale ou inférieu- re par exemple à 0,25 mm.
L'invention permet de fabriquer des produits soudés possédant de nouvelles caractéristiques surprenantes. D'abord,) pendant que les parties métalliques à souder sont amenées en position de recouvrement, le chauffage et la pression peuvent être appliqués de telle manière que la ligne de soudure s'étende en diagonale entre les surfaces opposées, dans la section transversale du produit fini; cependant, la soudure est formée si parfaitement, que l'on ne peut pas voir son emplacement exact quand on attaque à l'acide une section transversale et quand on observe cette section avec un
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grossissement considérable. D'autre part, la zone de la sou- dure peut être aplatie jusqu'à sensiblement l'épaisseur nor- male d'une seule couche de la tôle.
Dans le cas où la sou- dure est effectuée sur du métal plaqué, par exemple sur de la tôle d'acier étamée, la ligne particulière en diagonale, le long de laquelle la soudure a été exécutée, est également invisible à l'intérieur de la région soudée, dans laquelle l'étain constituant le placage a été sensiblement éliminé, de sorte que l'acier est soudé sur l'acier.
Dans le cas de la soudure d'une tôle de ce genre, des masses d'étain dépla- cé (ou d'un autre métal de placage utilisé ou d'un alliage d'étain et de ce métal), qui ont l'apparence, quand on les regarde en coupe, de flaques de faible profondeur, dont la surface de chacune affleure exactement au reste de la surfa- ce de la tôle, apparaissent aux extrémités de la ligne de sou dure en diagonale (quand on la regarde en section transver- sale), sur la face supérieure et sur la face inférieure de la tôle.
Ces flasques garantissent que la ligne de soudure, de même que les autres parties de la tôle, restent plaquées et que le placage n'est pas interrompu sur la surface du mêtal par ia soudure ;ces flasque d'étain garantissent aussi qu'il ne se produira pas dé fentes ou de fissures le long de la ligne de soudure, sur la face supérieure ou sur la face inférieure de la tôle; les bords soudés sont ainsi parfaitement protégés d'une manière étanche contre la cor- rosion.
Conformément à l'invention, les parties métalli- ques, quoi'on fait avancer de préférence d'un mouvement lon- gitudinal continu et qui doivent être soudées ensemble, par exemple les bordsopposés d'un intervalle s'étendant le long d'un tube, sont rapprochées de manière à se recouvrir lé- gèrement et à se rencontrer en un point de soudure ; bords chevauchant l'un sur l'autre sont chauffés , en leur
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appliquant respectivement des électrodes d'une certaine manière, légèrement avant le point de soudure, ces électrodes étant connectées à une source de courant à haute fréauence;
ainsi, le courant s'écoule respectivement à partir de ces électrodes le long de bandes situées sur les zones opposées de recouvrement, pendant que ces. zones se rapprochent du point de soudure. L'emplacement où se produit la soudure est appelé ici "le point de soudure", mais en réalité la soudure se produit plutôt le long d'une ligne courte et sensiblement perpendiculaire aux bandes étroites de recouvrement , qui ont été chauffées. L'électrode, en co'.tact avec la partie sous-jacente de recouvrement en mouvement, peut être appli- quée dans une zone notablement en retrait par rapport au bord de cette partie de manière à ne pas gêner le bord de la partie de recouvrement située au-dessus.
L'électrode en con- tact avec la partie supérieure de recouvrement est appliquée de préférence à la face supérieure de cette partie; néanmoins, le courant à haute fréquence circule à partir de cette face supérieure, contourne le bord de cette Dartie jusqu'à la face inférieure et se concentre le long Je celle-ci, de manié- re à chauffer une bande de cette surface. Le courant, venant de l'électrode en contact avec la partie métallique sous- jacente, circule aussi le long d'une bande de la face su- périeure de cette partie, jusqu'au point de soudure.
On s'arrange pour que le courant soit étroitement concentré le long de ces bandes, sur les surfaces opposées se rappro- chant l'une de l'autre; les bandes, qui sont chauffées jus- quà la température de soudure, ont sensiblement une largeur égale à la largeur du recouvrement, en raison des effets ' mutuels d'inductance, qui se produisent entre les courants passant respectivement sur les surfaces opposées respecti- vement supérieure et inférieure ; cescourants se concen-
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trent de plus en plus sur ces surfaces , Quand l'intervalle entre celles-ci devient de plus en plus étroit.
Avec les grandes vitesses de soudure , mentionnées ci-dessus, la surface inférieure de la partie sous-dacente de recouvre- ment et la surface supérieure de la partie recouvrante restent à une température inférieure à la température de soudure, à l'état non fondu, mais peuvent cependant être forgées et apla- ties, même si les bandes des surfaces opposées, qui sont chauffées jusqu'à la température de soudure, ne se trouvent qu'à une distance de quelcues centièmes de millimètre des sur- faces restant solides.
Il est donc possible, conformément à l'invention, d'appliquer un galet de pression directement au-dessus du point de soudure et un autre galet, ou tout au- tre support approprié de réception d'une pression élevée, directement en dessous du point de soudure, sans détériorer déformer ou abimer les surfaces métalliques contre lesquelles les galets sont appliqués; ainsi, on peut pousser fortement l'une contre l'autre et aplatir jusqu'à l'épaisseur d'une seule couche les surfaces chevauchantes, de manière à former une bonne soudure forgée, sans aucun risque de déformer le métal le long de la ligne de soudure ou d'obtenir dans les parties à souder un défaut d'alignement qui produirait une soudure irrégulière. Tous ces facteurs combinés expliquent que l'on puisse réaliser les vitesses élevées de soudure mentionnées plus haut.
En réalité, ces grandes vitesses, jamais réalisées jusqu'à présent, paraissent être essentielles pour obtenir des résultats satisfaisants dans l'application de l'invention ; la chaleur qui provient des ban- des chaudes en contact de soudure, produirait par conduction thermique le chauffage et le ramolissement excessifs des sur- faces métalliques auxquelles sont appliqués les galets de pression.
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D'autres buts variés plus particuliers, d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante,qui se réfèrent au dessin annexé représentant, à titre d'exemple, des modes de réalisation préférés de l'invention.
Sur le dessin: - la figure 1 représente schématiquement en Derspective un appareil conforme à l'invention, et étudié pour souder des tubes, par exemple des tubes destinés à fabriquer des bottes de conserves, conne on l'a indiqué précédemment; - la figure 2 est une coupe verticale de l'appareil repré- senté sur la figure 1; - la figure 3 montre en Derspective les bandes le long des- quelles le courant de chauffage circule, conformément à l'invention; - la figure 4 est une coupe transversale partielle faite sensiblement suivant la ligne 4-4 de la figure 3; - la figure 5 est analogue à la figure 1, mais représente l'application de l'invention à la soudure de parties métal- liques de pièces autres que des tubes ; figure repré- sente également certaines caractéristinues additionnelles de l'invention;
- la figure 6 est une coupe verticale suivant la ligne 6-6 de la figure 5 ; - la figure 7 est une coupe verticale montrant la constitution d'un certain dispositif, qui peut être utilisé pour comman- der la position des bords superposés en certains points si- tués avant le point de soudure, par/exemple dans l'un des équipements,représentés sur les figures 1 à 6; - la figure 8 est une photomicrographie d'une section atta- quée à l'acide, à l'emplacement d'une soudure effectuée conformément à l'invention; les bandes sombres se trouvant le long des bords de cette figure représentent le fond de la photographie .
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Si on considère maintpnant la figure 1 d'une manière plus détaillée, on y voit qu'on fait progresser un tube métallique mince 10, dans la direction àe la flèche, à travers l'appareil de soudure, au moyen par exemple de galets de support 11, ou bien de galets dif- férents ou d'autres équipements (non représentés) de types connus, que l'on trouve maintenant dans le commerce pour faire avancer des tubes à travers des laminoirs et des ma- chines analogues. Conformément à des procédés connus des galets peuvent être prévus en différents points, avant l'équipement de la figure l,pour façonner la matière et lui donner une forme générale tubulaire, en laissant cependant un intervalle 12, dont les bords opposés sont désignés res- pectivement par 13 et 14.
Pour obtenir les meilleurs résul- tats, l'équipement doit fonctionner à la vitesse voulue pour faire avancer le tube à raison de 90¯mètres à 210 mètres à la minute, ou même jusqu'à une vitesse de 300 à 600 mètres à la minute. La vitesse supérieure limite avec laquelle on peut retirer le produit soudé et le tronçonner et plusieurs pièces, constitue le facteur déterminant de limitation de la vitesse, plut8t que la vitesse même d'exécu tion de la soudure.
Conformément à l'invention, l'équipement de pro- gression du tube est conçu et disposé pour amener les bords du tube dans une condition prédéterminée de recou- vrement et d'écartement, représentée sur la coupe de la figure 4 et de manière que l'intervalle entre les deux bords diminue rapidement avant le point de soudure, comme on le voit en w sur la figure 3.
Deux contacts ou électrodes, refroidis par un fluide, et désignés respectigement par 15 et 16, peuvent être montés sur un dispositif approprié quelconque (non représenté),de manière à pouvoir glisser sur les parties
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métalliques à souder, légègrement avant le point de soudure.
Ces électrodes sont connectées respectivement aux bornes d'une source de courant à haute fréquence; leur construction peut être analogue à celle utilisée dans le procédé et l'appareil mentionnés plus haut. Comme dans le cas de ce dernier procédé, la source de courant peut avoir une fréquen- ce égale ou supérieure à 100.000 cycles par seconde, par exem- plerune fréquence comprise entre 300.000 et 500.000 cycles par seconde; les courants de telles fréquences suivent des trajets constitués par les bandes représentées sur la figu- re 3. L'électrode 15 est disposée convenablement, de manière à s'appliquer sur la face supérieure de la oartie sunérieure de recouvrement, et elle peut être, si on le désire, nota- blement écartée vers l'arrière par rapDort au bord 13 de cette partie.
Cependant, bien oue cette électrode soit appliquée sur la face supérieure, le courant s'écoulant vers cette surface et à partir de cette surface suit un trajet superficiel se orésentant sous la forme d'une bande, qui s'étend vers et sur le bord 13, comme on le voit en 17, et qui passe ensuite vers le bas, sur la face inférieure, en contournant ce bord de manière à réaliser une bande de courant de chauffage le long de la face inférieure de la partie recouvrante, comme on le voit en 18. L'électrode 16 peut être disposée de manière à engager la face supérieure de la partie sous-jacente de recouvrement à un endroit suf- fisamment écarté, de préférence, vers l'arrière, Dar rapport au bord 14 de ette partie, pour que l'électrode ne gêne pas le bord supérieun/13.
Le courant se dirigeant vers l'élec- trode 16 et partant de cette électrode est cependant dirigé immédiatement à partir de celle-ci, le long d'une bande de chauffage 19, jusqu'à une bande 20 située sur la surface supérieure de cette partie métallique sous-jacente. Puis-
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qu'il existe une inductance mutuelle extrêmement efficace entre les bandes 18 et 20 du courant de chauffage, et en raison des grandes vitesses de déplacement déjà mention- nées, ainsi que de l'application par conséquent momentanée du courant de chauffage, le chauffage est limité aux surfaces dtapproche des bandes et concentré sur ces surfaces, de telle sorte que celles-ci ne sont chauffées jusqu'à la température réelle de soudure que sur une profondeur de 0,025 mm ou même sur une profondeur inférieure,
les surfaces/opposées des par- ties métalliques (c'est-à-dire la surface inférieure de la partie métallique sous-jacente et la surface supérieure de la partie métallique recouvrante) ne risquant ainsi nulle- ment de fondre. En conséquence, il est possible, sans dé- former et sans détériorer les surfaces métalliques engagées par les galets, de prévoir à l'intérieur du tube , directe- ment en dessous du point de soudure, un dispositif de supporta consistant par exemple en un galet métallique rigide 21, con- tre lequel les parties superposées peuvent être pressées en- semble énergiquement, au moyen par exemple d'un galet supé- rieur 22, qui peut être appliqué directement .au-dessus du point de soudure.
Ce galet 22 ou tout autre dispositif équivalent d'application de pression peut tre pressé vers le bas au moyen d'un dispositif approprié quelconque à res- sort ou à contrepoids, agissant dans la direction de la flèche 23. Ainsi, les galets 21 et 22 réagissent l'un contre l'autre, directement au-dessus et au-dessous du point de sou- dure, de telle sorte que les parties métallioues superposées, qu'il s'agit de souder ne peuvent pas échapper à cette pres- sion ni vibrer , ni se déformer, ni changer de position à l'endroit du point de soudure, de manière à produire une soudure irrégulière; tout ceci est vrai malgré la faible épaisseur du métal à souder.
Ainsi, même si les surfaces, qui sont réellement fondues pour être soudées ensemble, sont
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disposées entre les galets de pression, elles ne viennent pas en contact à aucun moment avec ces galets, puisque ceux-ci ne s'appliquent seulement que sur les surfaces res- tant à des températures inférieures à la température de soudure. Ainsi, les conditions réalisées Dermettent de pro- duire une pression uniforme et ferme et d'obtenir par con- séquent une soudure forgée de première qualité.
Il faut noter maintenant qu'il est désirable de porter la bande chauffée 18 jusqu'à la même température de soudure que la bande chauffée 20, au moment où ces bandes atteignent le point de soudure; cependant , le trajet suivi par le courant de chauffage de la bande 18 est tel que la quantité totale de métal chauffée par ce courant est notable- ment plus grande que la quantité de métal chauffée par le cou- rant de la bande 20, du fait du passage du courant par-dessus le bord 13, en 17, vers le contact 15 ou à partir de ce con- tact. Ainsi, pour réussir à chauffer la bande 18 à la même température que la bande 20, il faut placer de préférence l'é- lectrode 16 notablement plus ores du point de soudure que l'électrode 15.
Les bandes superficielles chauffées 18 et 20 sont représentées en coupe sur la figure 3, en utilisant un trait notablement plus épais. Un champ électromagnétique s'établit naturellement entre ces deux bandes. En raison de l'effet puissant d'inductance mutuelle entre celles-ci, et du fait que ce champ électromagnétique concentré dans l'espace situé entre les bandes, est limité à cet espace, on comprend que les parties superficielles, qui sont chaulées jusqu'à la température de soudure, peuvent être limitées sensiblement aux portions superposées. Ainsi, malgré les réglages que l'on peut effectuer dans le degré de superposition, on peut souder totalement ensemble les parties suoerposées, en te laissant aucun bord ou aucune fente non soudé, à l'inté- rieur ou à l'extérieur du tube.
D'autre part, si on tente,
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conformément à une pratique dbservée longtemps pendant ces dernières années de chauffer le métal à souder en utilisant un courant à basse fréquence, un cogrant continu, ou un courant ordinaire alternatif, ces courants se répar- tissent à travers toute l'épaisseur des parties métalli- ques superposées et chauffent entièrement ces parties, jus ou'à la fusion, en ne permettant d'effectuer qu'une soudure lente, incertaine ou irrégulière, et non une sou- dure limitée aux surfaces superposées, comme celle qui est possible en utilisant un courant à haute fréquence et en l'appliquant comme on l'a expliqué plus haut.
Pour supporter le dispositif intérieur d'apsli- cation de pression au point de soudure, ce dispositif étant constitué par exemple par le galet 21, on peut monter un chariot isolant approprié dans une position fixe en 30, à l'intérieur du tube, et on peut le supporter par des ga- lets 31 appliqués contre la surface inférieure et intérieu- re du tube. Ce chariot peut être maintenu en position au moyen d'un mandrin 32, fixé sur le chariot et s'étendant sur l'arrière jusqu'à un dispositif approprié quelconque de support, situé avant le point où les bords de l'inter- valle du tube sont amenés près l'un de l'autre.
Le galet de support 21 peut être situé de préférence directement en dessous du point de soudure, comme on le voit sur le dessin ; cependant, dans certains cas, on peut le placer, si on le désire, avant ce point, pourvu qu'il soit disposé de manière à aintenir la surface inférieure de la partie métallique sous-jacente à une hauteur sensiblement préde- terminée par rapport au galet supérieur de pression 22.
Comme dans le cas du procéaé et de l'appareil exposés plus haut, si on veut réduire à un minimum la perte du courant de chauffage tendant à passer à partir
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des/ëlectrodes dans des directions circonférentielles au- tour du tube, on peut monter des noyaux 33, 33' dans le chariot 30, de manière cue ces noyaux augmentent effec- tivement l'inductance des trajets du courant sur le métal et autour du tube.
Un certain nombre de ces noyaux peuvent être prévus, comme on l'a expliqué en décrivant ledit pro- cédé et ledit appareil décrits plus haut ; cesnoyaux peu- vent être formés par un oxyde magnétioue aggloméré, ou une matière isolante, de préférence d'un type bien connu, qui possède un faible facteur de perte et une grande résistivi- té volumétrique, comme par exemple la matière vendue dans le commerce sous le nom de "Ferramic" par la société "General Ceramic & Steatite Corporation".
En raison des pertes importantes qui se produiraient autrement en présen- ce des champs à haute fréquence mentionnés plus haut, il faut choisir la matière des noyaux, de manière que les pertes par courants de Foucault dans cette matière soient réduites à un minimum et que la perméabilité magnétique de cette matière soit sensiblement supérieure à l'unité.
Pour empêcher la surchauffe de ces noyaux, on peut faire circuler un liquide de refroidissement, tel que de l'eau, dans le chariot 30, sur des trajets adjacents à celui-ci, par exemple en introduisant dans le chariot des conduits d'entrée et de sortie en 35 et 36.
Les avantages de la présente invention sont, d'une manière générale, plus importante dans le cas où on veut souder par recouvrement une matière n'ayant une épaisseur que de quelques centièmes de mm ou de l'ordre du dixième de mm; cependant, l'invention peut aussi être uti- lisée pour souder des tôles plus épaisses.
Pour souder par exemple des tubes en t8le d'a- cier mince, tels oue les tubes servant à fabriquer des bottes de conserves en tôle d'une épaisseur comprise par exemple entre 0,08 mm et 0,4 mm, on peur faire progresser
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le métal, auquel on a donné une forme tubulaire, de maniè- re que les bords se recouvrent, au point de soudure, sur une largeur comprise par exemple à peu près entre 0,4 mm et 0,5 mm. L'électrode 16, appliquée sur la partie sous-ja- cente du recouvrement peut être disposée de façon que sa partie la plus proche du point de soudure se trouve à une distance de 2,5 cm sur ce point. On peut placer par exemple cette électrode à une distance de 3,2 mm du bord sous-ja- cent 14.
On peut placer l'autre électrode 15 sur le bord et /recouvrant 13 ou près de ce bord/une distance du point de soudure légèrement plus grande que celle de l'électrode
16, par exemple à une distance de 2,7 cm. On peut amener l'une contre l'autre les parties superposées suivant un angle tel qu'à une distance de 5 cm en avant du point de soudure, les surfaces opposées et superposées soient écar- tées l'une de l'autre d'environ 6 mm. Dans ces conditions, on peut appliquer aux électrodes le courant à haute fré- quence, dont la fréquence est égale par exemple à 400.000 cycles par seconde, en utilisant un générateur à haute fréquence de 50 KW fournissant le courant à un potentiel de 200 V à travers un transformateur à haute fréquence, dont le rapport de réduction est égal à 8/1.
Dans ces conditions, on peut faire avancer de préférence le tube à une vitesse comprise à peu près entre 90 m/min et 150 m/min et pouvant atteindre 600 m/min. Si le tube à souder est en aluminium, au lieu d'être en acier , on peut modifier cer- tains des facteurs précédents; on peut par exemple diminuer la distance entre les électrodes et le point de soudure; on peut d'autre part augmenter la vitesse et réduire la pression sur les galets de serrage.
Dans la variante représentée sur la figure 5, les parties métalliques avançant longitudinalement, qui doivent être soudées ensemble par une soudure à recouvre- ment, sont désignées respectivement par 10a et 10b, tandis
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que les autres parties, correspondant à celles de la figure 1, sont désignées par les menés caractères de référence aux- quels on a ajouté le signe "prime". La figure 6 est une coupe verticale montrant comment les galets de pression s'appliquent sur les parties métalliques superposées, à l'endroit du point de soudure. Dans le cas où les parties métalliques à souder sont constituées par le même métal et où leurs parties marginales ont la même épaisseur, il est bien entendu que l'on peut placer les électrodes 15' et 16' à des distances sensiblement égales du point de soudure.
Au contraire, si l'une des parties métalliques possède un plus grand pouvoir de dissipation ou d'absorption de la chaleur que l'autre, de telle sorte qu'il faut un temps légèrement plus long pour chauffer la bande sur cette partie jusqu'à la température de soudure appropriée, l'élec- trode appliquée à cette partie doit être disposée à une distance légèrement plus grande du point de soudure cue l'autre électrode. Ceci est vrai également si l'une des parties métalliques est constituée par un métal tel qu'il faut la chauffer jusqu'à une température plus élevée que l'autre partie pour effectuer la soudure.
Dans certains cas, il peut être désirable de prévoir un dispositif pour concentrer davantage le cou- rant le long des bandes superficielles que l'on désire chauffer et pour réaliser à un degré aussi élevé possible les conditions représentées et décrites en se référant à la figure 4. Si on rencontre des difficultés pour maintenir: de cette manière les bandes superficielles de chauffage, on peut monter convenablement des blocs 38 et 39 de ma- tière magnétique (analogues à ceux décrits ci-dessus), comme on le voit sur la figure 5, de manière qu'ils s'é- tendent dans des positions qui sont en retrait par rapport
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aux parties superposées et sont aussi respectivement légè- rement au-dessus et au-dessous des surfaces desdites partie 10a et 10b.
Ceci a pour effet d'augmenter l'impédance des trajets qui pourraient suivre le courant, loin des parties métalliques superposées..
Pour commander avec précision le degré de che- vauchement des parties métal lieues à souder, pendant que ces parties se rapprochent de l'appareil de soudure, on peut monter des éléments isolants d'écartement, par exem- ple en 40 et 41, sur un dispositif approprié quelconque de support (non représenté)., dans des positions comme celles représentées par exemple sur la figure 7 ; éléments isolants sont constitués par exemple par- une matière ré- sineuse synthétique ou une matière céramique, résistant à l'abrasion et aux températures élevées. Ces éléments 40, 41 peuvent être montés à courte distance avant les posi- tions des électrodes, représentées sur les figures 1 et 5.
Au lieu de couper les bords à souder de manière que leurs surfaces soient perpendiculaires aux surfaces de la matière en feuille, on peut les couper en biseau dans des directions opposées, à l'endroit où ces bords doivent être rapprochés pour la soudure. Dans une variante, les bords peuvent Être légèrement ondulés sur l'un des organes (ou sur les deux organes qu'il s'agit de souder ensemble), dans la direction de l'autre organe, à l'endroit où les organes ee superposent. Cette disposition tend à garantir que les parties marginales seront chauffées con- venablement pour réaliser une bonne soudure, quand elles se rapprocheront l'une de l'autre, légèrement avant le point de soudure.
On a représenté sur la figure 8, une phtomicro- graphie d'une section transversale, attaquée à l'acide,
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à l'emplacement d'une soudure conforme la présente invention ; cette soudure avait été effectuée sur une tôle mince d'acier, telle oue celle utilisée pour les bottes or- dinaires de conserves ; cettetôle avait été revêtue sur ses deux faces d'une couche très mince d'étain. Dans l'exem- ple représenté, l'épaisseur de la tôle était d'environ 0,3 mm.
On avait appliqué une pression suffisante, au moyen des galets de pression, pour que les parties chevauchantes soient comprimées, au moment d'être soudées ensemble, jus- qu'à sensiblement la même épaisseur que celle d'une t8le simple et que les surfaces, respectivement supérieure et inférieure, dans la région de la soudure, affleurent sen- siblement au niveau du reste de la tôle. On a obtenu ainsi une soudure, qui, considérée en section transversale, s'é- tend le long d'une ligne, en diagonale par rapport$aux surfaces de la tôle, et sensiblement dans la direction indiquée par les flèches 45. Il faut remarquer que la ligne exacte de la soudure, à travers les parties médianes de la tôle, n'est pas visible, même sur la figure 8, qui est cependant une photomicrographie avec grossissement supé- rieur à 100.
Il faut se souvenir que les surfaces, qui ont été superposées et amenées en contact pour former cette soudure, avaient été initialement recouvertes d'é- tain; on comprend donc que le chauffage rapide et concentré des surfaces des bandes superposées mentionnées ci-dessus, jusqu'à la température de soudure, a provoqué la fusion de la couche détain sur ces bandes, et que la pression des galets a chassé le revêtement d'étain de l'espace compris entre les bandes ;
les bandes d'acier, chauffées jus- qu'à la température de soudure, ont pu venir en contact direct l'une avec l'autre et être soudées ensemble sans aucun revêtement d'étain interposé entre elles. Tandis que
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les parties superficielles de ces bandes en contact étaient chauffées jusqu'à la température de soudure, le métal, voi- sin des surfaces respectivement supérieure et inférieure des tôles, restait encore à une température assez basse, bien qu'étant chauffé à un degré considérable, pour cue les surfaces engagées par les galets de pression ne soient pas fondues ;
cependant, le métal voisin de ces surfaces pouvait être facilement forgé par la pression des galets, pour di- minuer l'épaisseur totale des parties superposées jusqu'à l'épaisseur d'une seule tôle, l'emplacement de la soudure s'étendant en diagonale comme on l'a indiqué. En même temps, le revêtement d'étain était chassé par pression de l'empla- cement de la soudure en diagonale et formait ainsi évidem- ment les "flaques" de faible profondeur mentionnées précé- demment, comme par exemple les flaques 46, 47. Ces flaques d'étain garantissent que la couche mince d'étain s'étend d'une manière continue sur les surfaces de l'acier, dans toute la région de la soudure, et aussi que les fentes, les fissures ou les parties marginales minces, qui pour- rient autrement apparaître le long de la soudure,
seront recouvertes et protégées d'une manière étanche contre la corrosion ; de plus, des surfaces parfaitement lisses sont réalisées ainsi dans la région de la soudure, puisque les surfaces extérieures de ces flaques d'étain sont pressées jusqu'au niveau exact des surfaces restantes/du métal.
Si la tôle d'acier n'est pas recouverte initialement d'une couche d'étain, les flaques 46, 47 n'apparaissent pas, ce qui montre avec évidence que ces flaques contiennent tout au moins un pourcentage élevé d'étain, si elles ne sont pas formées uniquement par de l'étain.
En plus les avantages exposés ci-dessus, l'in- vention offre en outre la possibilité de former une ligne longitudinale de soudure sur des tubes (tels que ceux uti-
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lisés pour la fabrication des bottes de conserves) qui porte, avant l'exécution de la soudure, une impression lithographique sur leur surface extérieure. L'impression lithographique peut s'étendre jusqu'au bord de la partie recouvrante de la ligne de soudure ; la partie sous-ja- cente, elle peut s'étendre jusqu'à la portion qui doit être recouvertes; les électrodes 15,16 peuvent être disposées cependant dans les positions représentées et décrites pré- cédemment (figures 1 et 3).
En utilisant les courants à haute fréquence, mentionnés plus haut, avec de telles élecl'impression lithographique au lieu de s'appliquer contre trodes, etmême si les électrodes s'appliquent contre métal nu, le courant à haute fréquence peut cependant passer par le métal; en effet, si la lithographie est conductrice, le courant passe facilement des éléectrodes au métal, sans produire d'ares ou d'étincelles aux fréquences indi- quées, et si la lithographie est plus ou moins isolante, un courant d'une intensité adéquate est appliqué cependant à partir des électrodes au métal, par une combinaison d'ef- fets variés, par exemple par percement de fines perforations ou en surmontant la résistance de la lithographie, ou par effet capacitif, ou par d'autres phénomènes.
Il est bien entendu que les différents aspects du procédé et les produits résultant de celui-ci ne con- cernent pas seulement la soudure de la tôle d'acier éta- mée, mais que le procédé peut être également appliqué dans le cas où les soudures sont faites sur d'autres métaux, pouvant être plaqués sur une face ou sur les deux faces par un métal possédant un point de fusion plus bas que le métal de base. L'inyantion peut être utilisée par exemple, pour former des produits soudés en fer galvanisé, c'est-à- dire des produits- constitués par des feuilles de fer ou d'acier recouvertes d'une couche de zinc. Cet exemple est choisi au hasard parmi de nombreuses autres possibilités.
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Dans les descriptions précédentes, et sur le des- sin annexé, la soudure à recouvrement est représentée et décrite comme étant formée le long de la surface supérieure du tube, pendant que celui-ci avance, ou le long de la surface marginale supérieure d'une bande sous-jacente; cependant, il est bien entendu qu'on peut monter l'appareil dans d'autres positions variées, si on le désire. En con- séquence, il est bien entendu ue les qualificatifs "sous- jacentes", "recouvrantes", "supérieures", "inférieures", etc... appliqués aux surfaces n'ont qu'une valeur relative et qu'il faut les interpréter dans le cas où l'appareil est disposé dans une-position autre que celle représentée, autour de l'axe longitudinal du tube en mouvement.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"OVERLAP WELDING OF METAL PARTS" .-
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The present invention relates to the methods used to weld together opposing edges of metal parts, for example parts lying along a desired weld line of a continuous tube or continuous strip; the subject of the invention is also the new products resulting from such a process. The invention applies more particularly to the welding of plated metals. It uses a high frequency electric heating current, which is applied along the desired weld line, so as to form overlapping and preferably flattened weld lines at high speed.
Methods and apparatus have already been described for using high frequency current to weld the opposing edges of a gap of a continuous metal tube together. In accordance with these methods, the opposite edges of the tube are brought into abutting position against each other as they approach the weld point, leaving between these edges a V-shaped gap terminating at the point of weld, located at the top of the gap;
the high frequency heating current is applied by means of electrodes, which respectively engage the opposite sides of the V-shaped gap, so that the current flows from the electrodes along the edges of the interval, towards the weld point and from that point, where the two edges in the stop position reach the weld temperature and weld to each other in this position.
These known methods have proved to be extremely satisfactory for welding tubes, for example for making.
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line a weld line between two edges in the stop position, in the case where the metal has an appreciable thickness; however, when attempts have been made to use such a process to weld thin tapes, difficulties have been encountered in controlling the position of the edges approaching the stop position so as to bring them into uniform contact. and correct under the action of the necessary pressure, in order to obtain a uniform weld.
Any irregularity in the alignment of the edges in the abutment position produces an imperfect weld, since the portions of the edges abutting one against the other are only welded together; some cases one of the edges may deform slightly in a different way compared to the other edge, so that the weld is uncertain, even if the difficulty of applying the edge correctly has been overcome. on board under the action of a pressure the thin metal of the sheet.
Although it has already been proposed to form lap welds by other different heating methods, the results obtained so far in this way have in general been inefficient, irregular or too slow; on the other hand, these methods were not suitable for making lap welds on plated metal, for example on tinned steel sheets; these processes did not make it possible to form in the latter case a real weld of the steel, which was distinct from the tinned surfaces; these methods also did not allow a substantially flattened weld to be obtained, so as to prevent a slice of the sheet from being exposed and damaging the weld.
The present invention, on the contrary, provides a process which makes it possible to weld portions of a thin sheet and in particular plated or coated metallic portions, such as, for example, tinned steel sheets; this process
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In accordance with the invention, it is possible to produce a lap weld line which is however preferably substantially flattened; allows such welding to be carried out at a surprisingly high speed, which can exceed by one hundred percent or even several times one hundred percent the speeds obtained so far, so far as is known, in the known methods of welding.
The tests of the present invention have shown, for example, that it allows very satisfactory lap welds to be carried out at speeds of up to 210 m per minute and even at even higher speeds, which are equal to several times the speed achievable hitherto, for example by means of the high frequency butt welding process mentioned above.
The present invention is very suitable, for example, for welding continuous lengths of a thin tube formed by tin-plated steel, aluminum or an alloy of these two metals; such tubes are used in the manufacture of metal bundles intended to contain edibles, liquids or other retail materials; these tubes, the sheet may have a thickness equal to or less, for example 0.25 mm.
The invention makes it possible to manufacture welded products having surprising new characteristics. First,) while the metal parts to be welded are brought into the overlapped position, the heating and pressure can be applied such that the weld line runs diagonally between the opposing surfaces, in the cross section of the final product; however, the weld is formed so perfectly, that one cannot see its exact location when acid etching a cross section and viewing that section with a
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considerable magnification. On the other hand, the weld area can be flattened to substantially the normal thickness of a single layer of the sheet.
In the case where the welding is carried out on plated metal, for example on tin-plated steel sheet, the particular diagonal line, along which the weld was carried out, is also invisible inside. the welded region, in which the tin constituting the plating has been substantially removed, so that the steel is welded to the steel.
In the case of the welding of a sheet of this kind, masses of displaced tin (or of another plating metal used or of an alloy of tin and this metal), which have the appearance, when viewed in section, of shallow puddles, each of which is exactly flush with the rest of the surface of the sheet, appear at the ends of the hard diagonal penny line (when viewed in cross section), on the upper side and on the lower side of the sheet.
These flanges ensure that the weld line, as well as the other parts of the sheet, remain plated and that the plating is not interrupted on the metal surface by the weld; these tin flanges also ensure that it does not. no cracks or cracks will occur along the weld line, on the top face or on the underside of the sheet; the welded edges are thus perfectly protected in a sealed manner against corrosion.
In accordance with the invention, the metal parts which are preferably advanced in continuous longitudinal movement and which are to be welded together, for example the opposite edges of a gap extending along a tube, are brought together so as to overlap slightly and to meet at a weld point; edges overlapping each other are heated, in their
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respectively applying electrodes in a certain way, slightly before the weld point, these electrodes being connected to a source of high frequency current;
thus, the current flows respectively from these electrodes along strips located on the opposing areas of overlap, while these. areas approach the weld point. The location where the weld occurs is referred to herein as "the weld point", but in reality the weld occurs rather along a short line and substantially perpendicular to the narrow overlap strips, which have been heated. The electrode, in contact with the underlying moving covering part, can be applied in an area notably set back from the edge of that part so as not to interfere with the edge of the part of the covering. overlap located above.
The electrode in contact with the upper covering part is preferably applied to the upper face of this part; however, the high frequency current flows from this upper face, bypasses the edge of this Dartie to the lower face, and concentrates along it, so as to heat a strip of this surface. The current, coming from the electrode in contact with the underlying metal part, also flows along a strip of the upper face of this part, up to the weld point.
We arrange for the current to be tightly concentrated along these bands, on the opposite surfaces approaching one another; the strips, which are heated to the solder temperature, have a width substantially equal to the width of the overlap, owing to the mutual effects of inductance, which occur between the currents passing respectively on the opposing surfaces respectively upper and lower; these currents are concentrated
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trent more and more on these surfaces, When the interval between them becomes more and more narrow.
With the high weld speeds, mentioned above, the lower surface of the underlying covering part and the upper surface of the covering part remain at a temperature below the welding temperature in an unmelted state. , but can still be forged and flattened, even if the bands of the opposing surfaces, which are heated to the weld temperature, are only a few hundredths of a millimeter away from the remaining solid surfaces.
It is therefore possible, in accordance with the invention, to apply a pressure roller directly above the weld point and another roller, or any other suitable support for receiving a high pressure, directly below the weld. welding point, without deteriorating, deforming or damaging the metal surfaces against which the rollers are applied; thus, one can strongly push against each other and flatten to the thickness of a single layer the overlapping surfaces, so as to form a good forged weld, without any risk of deforming the metal along the weld line or get a misalignment in the parts to be welded which would produce an irregular weld. All these factors combined explain that the high welding speeds mentioned above can be achieved.
In reality, these high speeds, never achieved so far, appear to be essential for obtaining satisfactory results in the application of the invention; the heat which comes from the hot strips in contact with solder, would produce by thermal conduction the excessive heating and softening of the metal surfaces to which the pressure rollers are applied.
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Other more particular varied aims, other characteristics and advantages of the invention will become apparent from the following description, which refers to the appended drawing showing, by way of example, preferred embodiments of the invention.
In the drawing: - Figure 1 shows schematically in Derspective an apparatus according to the invention, and designed to weld tubes, for example tubes intended to manufacture bundles of preserves, as previously indicated; FIG. 2 is a vertical section of the apparatus shown in FIG. 1; FIG. 3 shows in perspective the bands along which the heating current flows, in accordance with the invention; - Figure 4 is a partial cross section taken substantially along line 4-4 of Figure 3; FIG. 5 is similar to FIG. 1, but represents the application of the invention to the welding of metal parts of parts other than tubes; the figure also shows certain additional features of the invention;
- Figure 6 is a vertical section along line 6-6 of Figure 5; FIG. 7 is a vertical section showing the constitution of a certain device, which can be used to control the position of the superimposed edges at certain points situated before the weld point, for example in one of the equipment, shown in Figures 1 to 6; FIG. 8 is a photomicrograph of an acid etched section at the location of a weld made in accordance with the invention; the dark bands along the edges of this figure represent the background of the photograph.
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If we now consider Figure 1 in more detail, we see that we advance a thin metal tube 10, in the direction of the arrow, through the welding apparatus, for example by means of rollers. support 11, or of various rollers or other equipment (not shown) of known types which are now commercially available for advancing tubes through rolling mills and the like. According to known methods rollers can be provided at various points, before the equipment of FIG. 1, to shape the material and give it a generally tubular shape, leaving however a gap 12, the opposite edges of which are designated res- respectively by 13 and 14.
For the best results, the equipment should operate at the speed desired to advance the tube at a rate of 90 meters at 210 meters per minute, or even up to a speed of 300 to 600 meters per minute. . The upper limit speed with which the welded product can be withdrawn and cut into sections and several parts is the determining factor in limiting the speed, rather than the actual speed of the weld.
In accordance with the invention, the tube advancement equipment is designed and arranged to bring the edges of the tube to a predetermined condition of overlap and spread, shown in the section of Figure 4 and so that the interval between the two edges decreases rapidly before the weld point, as seen at w in figure 3.
Two contacts or electrodes, cooled by a fluid, and denoted respectively by 15 and 16, may be mounted on any suitable device (not shown), so that they can slide over the parts.
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metal to be welded, slightly before the welding point.
These electrodes are respectively connected to the terminals of a high frequency current source; their construction may be analogous to that used in the method and apparatus mentioned above. As in the case of the latter method, the current source may have a frequency equal to or greater than 100,000 cycles per second, for example a frequency between 300,000 and 500,000 cycles per second; the currents of such frequencies follow paths formed by the bands shown in FIG. 3. The electrode 15 is suitably arranged, so as to apply to the upper face of the upper part of the covering, and it can be, if desired, noticeably spaced rearwardly relative to the edge 13 of this part.
However, whether this electrode is applied to the upper face, the current flowing to and from this surface follows a surface path in the form of a strip, which extends to and over the edge. 13, as seen at 17, and which then passes downwards, on the underside, bypassing this edge so as to produce a band of heating current along the underside of the covering part, as shown. see at 18. The electrode 16 may be arranged so as to engage the upper face of the underlying covering part at a location sufficiently far apart, preferably towards the rear, relative to the edge 14 of this part. , so that the electrode does not interfere with the upper edge a / 13.
The current to and from electrode 16, however, is directed immediately therefrom, along a heater strip 19, to a strip 20 on the upper surface of this electrode. underlying metal part. Then-
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that there is an extremely efficient mutual inductance between bands 18 and 20 of the heating current, and due to the high travel speeds already mentioned, as well as the therefore momentary application of the heating current, the heating is limited to the approach surfaces of the strips and concentrated on these surfaces, so that they are only heated to the actual weld temperature to a depth of 0.025 mm or even less,
the / opposite surfaces of the metal parts (ie the lower surface of the underlying metal part and the upper surface of the covering metal part) thus not at risk of melting. Consequently, it is possible, without deforming and without damaging the metal surfaces engaged by the rollers, to provide inside the tube, directly below the weld point, a support device consisting for example of a rigid metal roller 21, against which the superimposed parts can be pressed together vigorously, for example by means of an upper roller 22, which can be applied directly above the weld point.
This roller 22 or any other equivalent device for applying pressure can be pressed downwards by means of any suitable spring or counterweight device, acting in the direction of arrow 23. Thus, the rollers 21 and 22 react against each other, directly above and below the point of weld, so that the superimposed metal parts, to be welded, cannot escape this pressure. zion neither vibrate, nor deform, nor change position at the place of the weld point, so as to produce an irregular weld; all this is true despite the thinness of the metal to be welded.
So even though the surfaces, which are actually melted to be welded together, are
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arranged between the pressure rollers, they do not come into contact at any time with these rollers, since the latter only apply to surfaces remaining at temperatures below the welding temperature. Thus, the conditions achieved allow to produce a uniform and firm pressure and consequently to obtain a forged weld of first quality.
It should now be noted that it is desirable to bring the heated strip 18 to the same solder temperature as the heated strip 20, as these strips reach the weld point; however, the path followed by the heating stream of strip 18 is such that the total amount of metal heated by that stream is significantly greater than the amount of metal heated by the stream of strip 20, because of the current passing over edge 13, at 17, to contact 15 or from this contact. Thus, in order to succeed in heating the strip 18 to the same temperature as the strip 20, it is preferable to place the electrode 16 notably more near the weld point than the electrode 15.
The heated surface bands 18 and 20 are shown in section in Figure 3, using a significantly thicker line. An electromagnetic field is naturally established between these two bands. Due to the powerful effect of mutual inductance between them, and the fact that this electromagnetic field concentrated in the space between the strips, is limited to this space, it is understood that the surface parts, which are limed up to 'at the welding temperature, can be limited substantially to the superimposed portions. Thus, in spite of the adjustments which can be made in the degree of superposition, the superposed parts can be welded completely together, leaving you no edges or no unsoldered slits, inside or outside the tube. .
On the other hand, if we try,
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in accordance with a practice long observed in recent years of heating the metal to be welded using a low frequency current, a direct cogrant, or an ordinary alternating current, these currents are distributed through the entire thickness of the metal parts. only superimposed and completely heat these parts, juice or fusion, allowing only a slow, uncertain or irregular weld to be carried out, and not a weld limited to the superimposed surfaces, such as that which is possible using a high frequency current and applying it as explained above.
To support the internal pressure aclination device at the weld point, this device being constituted for example by the roller 21, a suitable insulating carriage can be mounted in a fixed position at 30, inside the tube, and it can be supported by rollers 31 applied against the lower and internal surface of the tube. This carriage may be held in position by means of a mandrel 32, secured to the carriage and extending rearwardly to any suitable support device, located before the point where the edges of the gap of the tube are brought close to each other.
The support roller 21 may preferably be located directly below the weld point, as seen in the drawing; however, in some cases it can be placed, if desired, before this point, provided that it is so arranged as to maintain the lower surface of the underlying metal part at a substantially predetermined height from the ground. upper pressure roller 22.
As in the case of the process and apparatus discussed above, if it is desired to minimize the loss of the heating current tending to flow from
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of the electrodes in circumferential directions around the tube, cores 33, 33 'can be mounted in the carriage 30, so that these cores effectively increase the inductance of the current paths on the metal and around the tube .
A certain number of these cores can be provided, as has been explained by describing said method and said apparatus described above; these cores can be formed by an agglomerated magnetic oxide, or an insulating material, preferably of a well-known type, which has a low loss factor and high volumetric resistivity, as for example the material sold commercially. under the name "Ferramic" by the company "General Ceramic & Steatite Corporation".
Due to the large losses which would otherwise occur in the presence of the high frequency fields mentioned above, the material of the cores should be chosen so that eddy current losses in this material are minimized and the material is reduced to a minimum. magnetic permeability of this material is significantly greater than unity.
To prevent overheating of these cores, a cooling liquid, such as water, can be circulated in the carriage 30 on paths adjacent thereto, for example by introducing inlet conduits into the carriage. and output in 35 and 36.
The advantages of the present invention are, in general, more important in the case where it is desired to weld by overlap a material having a thickness of only a few hundredths of a mm or of the order of a tenth of a mm; however, the invention can also be used to weld thicker sheets.
In order to weld, for example, thin steel tubes, such as tubes used to make canned bundles of sheet metal with a thickness of, for example, between 0.08 mm and 0.4 mm, one can advance
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metal, which has been given a tubular shape so that the edges overlap, at the point of welding, over a width of, for example, approximately between 0.4 mm and 0.5 mm. The electrode 16, applied to the underlying part of the covering can be arranged so that its part closest to the weld point is at a distance of 2.5 cm at this point. This electrode can for example be placed at a distance of 3.2 mm from the underlying edge 14.
The other electrode 15 can be placed on the edge and / covering 13 or near this edge / a distance from the weld point slightly greater than that of the electrode
16, for example at a distance of 2.7 cm. The superimposed parts can be brought against each other at an angle such that at a distance of 5 cm in front of the weld point the opposing and superimposed surfaces are spaced apart from each other. about 6 mm. Under these conditions, the high-frequency current, the frequency of which is equal for example to 400,000 cycles per second, can be applied to the electrodes by using a high-frequency generator of 50 KW supplying the current at a potential of 200 V at through a high-frequency transformer, the reduction ratio of which is 8/1.
Under these conditions, the tube can preferably be advanced at a speed of approximately between 90 m / min and 150 m / min and which can reach 600 m / min. If the tube to be welded is aluminum, instead of steel, some of the above factors can be changed; one can for example reduce the distance between the electrodes and the weld point; it is also possible to increase the speed and reduce the pressure on the clamping rollers.
In the variant shown in Figure 5, the longitudinally advancing metal parts, which are to be welded together by a lap weld, are denoted 10a and 10b respectively, while
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that the other parts, corresponding to those of FIG. 1, are designated by the reference characters to which the sign "prime" has been added. FIG. 6 is a vertical section showing how the pressure rollers apply to the superimposed metal parts, at the location of the weld point. In the case where the metal parts to be welded are formed by the same metal and where their marginal parts have the same thickness, it is understood that the electrodes 15 'and 16' can be placed at substantially equal distances from the point of welding.
On the contrary, if one of the metal parts has a greater power of dissipating or absorbing heat than the other, so that it takes a slightly longer time to heat the strip on that part up to at the appropriate solder temperature, the electrode applied to this part should be disposed a slightly greater distance from the solder point than the other electrode. This is also true if one of the metal parts is made of a metal such that it has to be heated to a higher temperature than the other part in order to perform the welding.
In some cases it may be desirable to provide a device to further concentrate the current along the surface bands which it is desired to heat and to achieve to as high a degree as possible the conditions shown and described with reference to the figure. 4. If difficulties are encountered in maintaining: in this way the surface heating bands, blocks 38 and 39 of magnetic material (similar to those described above) can be properly mounted, as seen in the figure. 5, so that they extend into positions which are recessed from
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to the superimposed parts and are also respectively slightly above and below the surfaces of said parts 10a and 10b.
This has the effect of increasing the impedance of the paths which could follow the current, away from the superimposed metal parts.
In order to control with precision the degree of overlap of the metal parts to be welded, as these parts move closer to the welding apparatus, it is possible to mount spacing insulating elements, for example at 40 and 41, on any suitable support device (not shown), in positions such as those shown for example in Fig. 7; The insulating elements consist, for example, of a synthetic resinous material or of a ceramic material, resistant to abrasion and to high temperatures. These elements 40, 41 can be mounted at a short distance before the positions of the electrodes, shown in Figures 1 and 5.
Instead of cutting the edges to be welded so that their surfaces are perpendicular to the surfaces of the sheet material, they can be beveled in opposite directions where these edges need to be brought together for welding. Alternatively, the edges may be slightly wavy on one of the members (or on the two members to be welded together), in the direction of the other member, where the members ee overlap. This arrangement tends to ensure that the marginal portions will be heated appropriately to achieve a good weld, as they approach each other, slightly before the weld point.
There is shown in Figure 8, a phthomicrograph of a cross section, etched with acid,
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at the location of a weld in accordance with the present invention; this welding had been carried out on a thin sheet of steel, such as that used for the ordinary bundles of canned goods; this sheet had been coated on both sides with a very thin layer of tin. In the example shown, the thickness of the sheet was about 0.3 mm.
Sufficient pressure had been applied, by means of the pressure rollers, so that the overlapping portions were compressed, when welded together, to substantially the same thickness as that of a single sheet and the surfaces , respectively upper and lower, in the region of the weld, are substantially flush with the rest of the sheet. There was thus obtained a weld which, considered in cross section, extends along a line, diagonally with respect to the surfaces of the sheet, and substantially in the direction indicated by arrows 45. It is necessary to notice that the exact line of the weld, through the middle parts of the sheet, is not visible, even in figure 8, which is however a photomicrograph with magnification greater than 100.
It should be remembered that the surfaces, which were superimposed and brought into contact to form this weld, had initially been covered with tin; it is therefore understood that the rapid and concentrated heating of the surfaces of the superimposed bands mentioned above, up to the welding temperature, caused the melting of the tin layer on these bands, and that the pressure of the rollers expelled the coating of tin of the space between the bands;
the steel strips, heated to the welding temperature, were able to come into direct contact with each other and be welded together without any tin coating interposed between them. While
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the surface parts of these bands in contact were heated up to the welding temperature, the metal, neighboring the respectively upper and lower surfaces of the sheets, still remained at a rather low temperature, although being heated to a considerable degree , so that the surfaces engaged by the pressure rollers are not melted;
however, the metal adjacent to these surfaces could be easily forged by the pressure of the rollers, to decrease the total thickness of the overlapping parts to the thickness of a single sheet, the location of the weld extending diagonally as indicated. At the same time, the tin coating was forced out of the diagonal weld location by pressure and thus obviously formed the aforementioned shallow "puddles" such as, for example, puddles 46, 47. These puddles of tin ensure that the thin layer of tin extends continuously over the surfaces of the steel, throughout the region of the weld, and also that any cracks, cracks or marginal parts thin, which might otherwise appear along the weld,
be covered and protected in a watertight manner against corrosion; in addition, perfectly smooth surfaces are thus achieved in the region of the weld, since the outer surfaces of these puddles of tin are pressed to the exact level of the remaining surfaces / metal.
If the steel sheet is not initially covered with a layer of tin, the puddles 46, 47 do not appear, which clearly shows that these puddles contain at least a high percentage of tin, if they are not formed only by tin.
In addition to the advantages set forth above, the invention further offers the possibility of forming a longitudinal weld line on tubes (such as those used.
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readings for the manufacture of canned bundles) which bears a lithographic impression on their outer surface before the welding is performed. The lithographic printing can extend to the edge of the covering part of the weld line; the underlying part, it can extend as far as the part which must be covered; the electrodes 15,16 can however be arranged in the positions shown and described previously (Figures 1 and 3).
By using the high frequency currents, mentioned above, with such lithographic printing instead of applying against trodes, and even if the electrodes are applying against bare metal, the high frequency current can still flow through the metal. ; indeed, if the lithography is conductive, the current passes easily from the electrodes to the metal, without producing ares or sparks at the frequencies indicated, and if the lithography is more or less insulating, a current of adequate intensity is applied, however, from the electrodes to the metal, by a combination of various effects, for example by piercing fine perforations or by overcoming the resistance of lithography, or by capacitive effect, or by other phenomena.
Of course, the different aspects of the process and the products resulting therefrom do not only relate to the welding of the tinned steel sheet, but that the process can also be applied in the case where the welds are made of other metals, which may be plated on one side or on both sides with a metal having a lower melting point than the base metal. The invention can be used, for example, to form welded products of galvanized iron, that is to say products consisting of sheets of iron or steel covered with a layer of zinc. This example is chosen at random from many other possibilities.
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In the foregoing descriptions, and in the accompanying drawing, the lap weld is shown and described as being formed along the upper surface of the tube, as the tube advances, or along the upper marginal surface of the tube. an underlying band; however, it is understood that the apparatus can be mounted in various other positions if desired. Consequently, it is of course that the qualifiers "underlying", "overlapping", "upper", "lower", etc ... applied to surfaces have only a relative value and that it is necessary to interpret them in the event that the device is placed in a position other than that shown, around the longitudinal axis of the moving tube.
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