Procédé de soudure à l'arc par points et appareil pour la mise en oeuvre du procédé. L'invention concerne la soudure à l'arc en atmosphère gazeuse et plus particulièrement un procédé et un appareil pour exécuter des soudures par points, par exemple un groupe de soudures par points réunissant deux tôles métalliques superposées.
Dans la soudure à l'arc en atmosphère gazeuse telle qu'elle est généralement pra tiquée, on maintient une électrode incom bustible en mouvement continu suivant la ligne de soudure pour produire une liaison continue ou une soudure bout à bout réunis sant deux plaques ou feuilles métalliques. Pour exécuter ces joints soudés, l'extrémité de la tuyère, qui amène le gaz inerte à la zone protégée de la soudure et à l'électrode, doit être maintenue en permanence à une certaine distance de l'ouvrage pour ménager un jeu suffisant pendant le mouvement de la tuyère et de l'électrode le long de la ligne de soudure. De même, étant donné que la continuité de la ligne de soudure est indispensable, aucun moyen n'est prévu pour produire la répé tition de l'admission et de la coupure du gaz et du courant de soudure.
Il convient, dans certaines opérations de fabrication, de réunir d'une manière perma nente et économique des pièces métalliques, telles que des tôles d'aluminium, d'acier in oxydable, et autres, se superposant à re couvrement, par des soudures localisées ou par points, qui se distinguent des soudures bout à bout ou par lignes continues des bords de ces pièces.
Le procédé de soudure à l'arc par points selon l'invention, est caractérisé en ce qu'on dirige une électrode métallique vers une zone localisée du métal à souder, qu'on maintient autour de cette électrode et au-dessus de cette zone localisée une zone d'un gaz inerte monoatomique, qu'on fait jaillir un arc entre l'électrode et une partie centrale de cette zone localisée, qu'on maintient cet arc jus qu'à ce que cette partie centrale fonde et qu'on maintient l'électrode et la zone de gaz immobiles par rapport à la zone localisée pendant que l'arc jaillit.
L'invention a aussi pour objet un appa reil pour la mise en ceuvre, de<B>ce</B> procédé', caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif permettant de diriger une électrode métal lique incombustible vers le métal à souder, un dispositif susceptible de faire avancer une tuyère pour l'amener en contact avec le métal de façon à localiser une zone de métal concentrique à l'électrode, tout en écartant l'électrode du métal, un dispositif permettant d'amener un jet de gaz dans la tuyère de façon à remplir de gaz l'espace existant entre l'électrode et ladite zone, et un dispositif pour faire jaillir automatiquement un arc élec trique entre l'électrode et ladite zone à un instant déterminé,
après que l'arrivée du gaz a commencé.
Le dessin annexé illustre le procédé et représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution et une variante de l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé. La fig. 1 en est une coupe verticale.
La fig. 2 est une coupe transversale sui vant la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe transversale sui vant la ligne 3-3 de la fig. 1.
La fig. 4 est une coupe verticale d'une va riante d'exécution d'un pistolet à souder. La fig. 5 est une coupe transversale sui vant la ligne 5-5 de la fig. 4.
La fig. 6 est un schéma des connexions du circuit provoquant les passages du jet de gaz inerte et du courant électrique de soudure, à cadence déterminée, ce schéma s'appliquant aux deux formes d'exécution du pistolet.
Pour souder les métaux, on dirige une électrode vers une zone localisée du métal; une zone annulaire de gaz est produite autour de l'électrode et se prolonge au-dessus de la zone localisée; un arc jaillit entre l'électrode et la zone et il est maintenu jusqu'à ce que la partie centrale de la zone fonde. L'élec trode et la zone annulaire de gaz sont main tenues immobiles par rapport à la zone loca lisée pendant la durée d'exécution de la sou dure. On n'emploie, dans le procédé suivant l'invention, qu'une seule électrode qui, de préférence, est une électrode non combus tible faite d'un métal réfractaire, tel que le tungstène ou le molybdène.
On n'emploie pas de métal d'apport et aucun fondant n'est nécessaire, et la soudure par points est for mée uniquement par la fusion et l'adhérence du métal des pièces juxtaposées à souder. Le gaz est de préférence un gaz inerte, par exemple un gaz rare monoatomique, tel que l'argon ou l'hélium, ou des mélanges de ces gaz ou avec d'autres gaz.
Pour souder des tôles métalliques super posées, on fait jaillir l'arc protégé par le gaz entre l'électrode et une zone localisée sur au moins la plus voisine des tôles superposées, la chaleur de soudure se transmet par conduc- tion dans la zone localisée en regard de la tôle inférieure; on interrompt le passage de l'arc et du jet de gaz, lorsque les parties en regard se sont soudées, on fait avancer l'électrode et la tuyère avec elle pour localiser l'atmo- sphère gazeuse, jusqu'à une autre zone loca lisée espacée latéralement de la première, et on répète l'opération pour exécuter une autre soudure à la seconde zone localisée.
De préfé rence, le gaz s'écoule le long de l'électrode et sort par une tuyère dans laquelle le courant électrique ne passe pas et qui entoure l'élec trode. L'extrémité antérieure de la tuyère se trouve dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'électrode, ce qui permet de presser l'ex trémité antérieure de la tuyère au contact de la surface d'une tôle métallique plane en plu sieurs points ou en tous les points entourant la zone localisée. L'électrode est écartée de la surface du métal et elle est maintenue dans une position stable perpendiculairement à la, surface, et l'arc jaillit à travers le gaz entre la pointe de l'électrode et le métal. Le jet de gaz et le courant de soudure sont établis et interrompus à une cadence déterminée.
Dans le dessin, les tôles supérieure et in férieure U et W sont superposées avec leurs faces en contact. Un trou Z peut être percé dans la tôle supérieure U à un diamètre à peu près égal à l'épaisseur de la tôle. L'arc jaillit entre la tôle supérieure U et la pointe de l'électrode E. Une tuyère N dirige le jet de gaz inerte le long de l'électrode E, sur l'arc et la zone de soudure.
L'électrode E et la tuyère N sont suppor tées par un bâti ou pistolet qui comporte un corps cylindrique<I>B</I> avec poignée<I>D</I> en forme de crosse de pistolet, qui le rend plus facile à diriger et à manoeuvrer. Un porte-électrodeH est monté dans le corps cylindrique B ; il reçoit l'électrode E et comporte un passage annulaire pour diriger le gaz inerte le long de l'électrode.
L'électrode E est maintenue en place par un mandrin ou dispositif de serrage G monté à l'extrémité antérieure du porte-électrode H et construit de façon à ménager des canaux permettant le passage du gaz inerte de l'inté rieur du porte-électrode H à l'intérieur de la tuyère N.
Une détente T est montée au voisinage du point de jonction de la poignée D et du corps cylindrique B et actionne un interrup teur K qui commande l'amenée du courant électrique au mécanisme représenté schéma tiquement à la fig. 6, pour établir dans un ordre de succession déterminé le jet de gaz inerte et le courant de soudure.
Lorsque le pistolet a été placé dans une position telle que la tuyère N s'applique contre la tôle supérieure, on appuie sur la détente T pour actionner l'interrupteur K et établir le jet de gaz de protection, après quoi le circuit du courant de soudure se ferme automatiquement, de façon à faire jaillir l'arc.
Le pistolet de l'appareil des fig. 1, 2 et 3 comporte une enveloppe 10 en une matière électriquement et thermiquement isolante qui peut être découpée dans une matière plas tique isolante appropriée en fibres imprégnées ou moulées, et qui se compose généralement de deux coquilles réunies dans le sens longi tudinal, en formant ainsi le corps cylindrique B et la poignée D.
Le corps cylindrique B est doublé inté rieurement par un tube métallique 12 et le porte-électrode H est formé d'un tube métal lique 14, concentrique à l'intérieur du tube 12 et formant un canal de passage pour le gaz. Le tube intérieur 12 est soudé sur le bord extérieur d'un manchon 15 et le tube à gaz est soudé sur le bord intérieur de ce manchon pour former entre eux une chemise annulaire J dans laquelle on peut faire circuler l'eau de refroidissement.
Le dispositif de serrage ou mandrin G comprend un bouchon creux fileté 17, vissé dans le manchon 15 qui forme l'extrémité extérieure du porte-électrode H, et fendu dans le sens longitudinal pour former des mâchoires coniques de serrage de l'électrodeE dans sa position de réglage. L'électrode E passe dans le trou central du bouchon 17, son extrémité antérieure se prolonge à l'extérieur dans la tuyère N et son extrémité postérieure se prolonge à l'intérieur dans le trou du porte-électrode. Les fentes entre les mâ choires coniques du bouchon 17 forment des canaux permettant le passage du gaz inerte du trou du porte-électrode H et du tube 14, à l'intérieur de la tuyère N.
La tuyèreN comporte une buse conique20, intérieure, en matière céramique non conduc trice de l'électricité et de la chaleur, vissée sur le manchon 15, et une chemise d'eau métallique extérieure 21, vissée sur le corps cylindrique B et s'ajustant sur la pièce 20 qu'elle enveloppe.
L'extrémité antérieure ou en contact avec la pièce à souder de la chemise d'eau 21 est, de préférence, dans un plan per pendiculaire à l'axe de l'électrode E et elle est pourvue d'évents ou encoches 18 permet tant au gaz de protection de s'échapper lente ment et d'empêcher ainsi la pression du gaz d'augmenter dans la tuyère et de refouler le métal liquide de la soudure à travers les deux tôles en cours de soudage.
L'extrémité postérieure de la chemise d'eau J du corps cylindrique est fermée par une pièce métallique rapportée 22, soudée sur les tubes respectifs 12 et 14, et percée d'un canal 23, communiquant, d'une part, par un raccord 65, avec un tuyau souple 24 d'arrivée du gaz inerte, logé dans la poignée D, et, d'autre part, avec l'intérieur du tube à gaz 14, d'où le gaz passe par les fentes du bouchon fendu et arrive à l'intérieur de la buse co nique 20.
L'eau de refroidissement arrive par un tuyau souple 25, relié à un tube métallique 26, soudé sur le côté du tube-enveloppe 12. L'autre extrémité du tube métallique 26 est reliée par un tuyau flexible 27 avec un rac cord d'entrée 28 de la chemise d'eau 21 de la tuyère. Un raccord de sortie 29 est relié par un tuyau flexible 30 avec un raccord 31 aboutissant à la chemise de refroidissement J du corps cylindrique. Un raccord de sortie 32 qui est fixé à l'extrémité d'un tuyau fle xible 33,à travers lequel l'eau de refroidis sement est évacuée, est soudé sur l'extrémité postérieure de la chemise d'eau du corps cylindrique.
Un câble électrique 34, qui est soudé sur le raccord d'échappement 32, passe dans le tuyau flexible d'échappement 33 et amène le courant électrique par l'eau et la chemise J du corps cylindrique au dispositif de ser rage G et, de là, à l'électrode E.
Le câble 34 est connecté à toute source de courant élec trique de soudure appropriée et l'interrup teur K est connecté par des fils 36 à une minu terie 37 (fig. 6). Pour rendre l'appareil plus facile à manier, le tuyau d'arrivée du gaz 24, les tuyaux souples de l'eau de refroidisse ment 25 et 33, le câble conducteur du cou rant de soudure 34 et les fils 36 de l'interrup teur K passent tous par la paroi du fond de la poignée D.
Comme montré à la fig. 6, la minuterie 37, qui est montée en série avec l'interrupteur K, sert à commander l'arrivée du gaz inerte et comporte un relais temporisé avec contacts 38 normalement fermés et contacts 39 normale ment ouverts. Les contacts 38 sont connec tés en série avec la bobine d'une soupape à solénoïde 40 intercalée dans le tuyau 24 d'arrivée du gaz. Les contacts 39 sont con nectés en série avec la bobine d'un relais 41 de démarrage de soudure dont un jeu de con tacts 42, normalement ouverts, est connecté en série avec l'enroulement primaire d'un transformateur de soudure 43, et un autre jeu de contacts normalement ouverts 44 est con nectée en série avec un élément de démarrage à haute fréquence R.
Le circuit de soudure partant de l'enroule ment secondaire du transformateur de sou dure 43 passe par l'ouvrage UW, l'électrode E, la bobine d'un relais 45 du courant de sou dure et l'élément de démarrage à haute fré quence .B. Ce relais 45 comporte des contacts normalement ouverts 46, connectés en série avec la bobine d'une minuterie de soudure 47, qui comprend un relais retardé avec con tacts 48 normalement fermés et des con tacts 49 normalement ouverts. Un interrup teur 50 est connecté en parallèle avec les con tacts de soudure 48 et forme avec eux un cir cuit en parallèle qui est connecté en série entre les contacts 39 de la minuterie réglant l'arrivée du gaz et le relais 41 de démarrage de la soudure.
L'interrupteur K est normalement ouvert et lorsqu'il est fermé par la détente T il ex cite le solénoïde de la soupape 40 par les con tacts normalement fermés 38 de la minu terie 37 règlant l'arrivée du gaz, pour ad mettre le gaz inerte dans le tuyau 24.
Après un intervalle de temps suffisant pour que le courant de gaz remplisse la tuyère N et protège la zone de soudure, la minuterie 37 ferme les contacts 39 et par l'intermédiaire des contacts fermés 48 de la minuterie de soudure 47, excite le relais 41, pour fermer les contacts 42 de l'enroulement, primaire du transformateur 43 qui fournit le courant de soudure. Le circuit du courant de soudure passe par l'élément de démarrage à haute fréquence .R qui fait jaillir l'arc et per met au courant de soudure de passer de l'électrode E dans les tôles U et 11 '. Entre temps, le gaz continue à envelopper la pointe de l'électrode E et à protéger l'arc, ainsi que la zone chauffée de la tôle ZT.
Le courant de soudure excite le relais 45 qui ferme les contacts 46, ce qui fait passer du courant dans la minuterie 47 qui règle la durée de la soudure. Lorsque cette durée est écoulée, les contacts 48 du relais 47 s'ouvrent en faisant retomber le relais 41 dont les con tacts 42 s'ouvrent en coupant le courant dans le primaire du transformateur de soudure 43, ce qui interrompt le courant de soudure.
En même temps, les contacts 49 de la minuterie de soudure 47 qui sont montés en parallèle avec les contacts 46 du relais 45 du courant de soudure, se ferment et réarment la minuterie 47 pour le cycle suivant. Le gaz continue à s'écouler jusqu'à ce que les contacts 38 de la minuterie 37 s'ouvrent en coupant l'excitation du solénoïde de la soupape 40 qui interrompt l'écoulement du gaz dans le tuyau 24. Lorsque l'opérateur relâche la détente T, l'interrupteur K s'ouvre auto matiquement, coupe le passage du courant dans la minuterie 37 de réglage du gaz et réarme automatiquement cette minuterie pour le cycle suivant.
L'interrupteur 50 peut servir â interrom pre à la main le passage du courant dans les contacts 48 de la minuterie de soudure 47 et, dans ce cas, la durée de la soudure dépend du temps pendant lequel l'opérateur maintient l'interrupteur K fermé en appuyant sur la détente T. L'écoulement du gaz est réglé automatiquement quelle que soit la position de l'interrupteur 50.
Dans la variante d'exécution de l'appareil à souder des fig. 4 et 5, l'électrode E' avance dans la tuyère N', de façon à localiser la soudure, après quoi elle est ramenée en arrière, la tuyère est pressée au contact du métal et l'écoulement de gaz et le courant de soudure sont établis en synchronisme avec la pression exercée par la tuyère sur l'ouvrage.
Un manchon S, qui peut coulisser dans le sens longitudinal dans le corps cylindrique B', porte à son extrémité antérieure la tuyère N', qui est en une matière réfractaire et non conductrice de l'électricité et, à son extré mité postérieure, un dispositif qui attaque l'interrupteur K. Le porte-électrode H' peut coulisser dans le sens longitudinal dans le manchon S.
La détente T' fait avancer le porte- électrode H' qui, parle mandrin G' qu'il porte, pousse la pointe de l'électrode E' au-delà de l'extrémité antérieure de la tuyère N'. Dans cette position avancée, la pointe de l'élec trode fonctionne comme chercheur pour loca liser le point où la soudure doit être effectuée, puis l'opérateur relâche la détente T' et l'électrode revient automatiquement dans sa position de soudure.
Le manchon S comprend un tube mé tallique qui se prolonge au-delà de l'extrémité antérieure du corps cylindrique B', et il est fileté pour recevoir la buse de tuyère N' qui présente des encoches d'échappement 51. Un ressort à boudin de compression 52 entoure le manchon S entre l'extrémité postérieure de la tuyère N' et l'extrémité antérieure du corps cylindrique B', de façon à pousser en avant le manchon S et la tuyère qu'il porte. Le ressort 52 est enfermé dans une enveloppe tubulaire 54, électriquement isolante qui se visse sur l'extrémité extérieure du corps cy- lindrique B' et dans laquelle peut coulisser la tuyère N'.
L'extrémité postérieure du manchon S est fermée par un disque 53 qui est destiné à venir en contact avec la paroi de l'extrémité inté rieure 55 du corps cylindrique B', en formant ainsi une butée qui empêche l'interrupteur K d'être endommagé sous l'effet de l'enfonce ment de la tuyère N'. Le disque 53 vient éga lement en contact avec un piston 56 qu'il pousse et fait coulisser dans un trou 57 percé dans la paroi 55, ce piston étant rappelé en avant vers le disque 53 par un ressort à boudin de compression 58, en contact avec le boîtier de l'interrupteur K' et entourant sa tige de commande 59.
Le porte-électrode H' est un piston-plon- geur métallique, coulissant dans le sens longi tudinal dans le manchon S, ces deux organes comportant des évidements annulaires qui se correspondent de façon à former une chambre qui peut s'allonger dans le sens longitudinal et contient un ressort à boudin de compres sion 60, entourant le porte-électrode H' et le rappelant dans sa position de retrait. L'ex trémité postérieure du porte-électrode H' re çoit le courant de soudure par un serre-câble 70 qui se visse dans un trou latéral du porte- électrode et forme une borne pour le conduc teur 34'.
La détente T'est montée coulissante dans des glissières 75 de l'enveloppe 10, et elle est poussée en avant par un ressort de rappel 76. L'extrémité postérieure de la détente T' est en contact avec l'extrémité d'un levier 77 en forme de fourche qui est engagé sur une oreille 78 en saillie sur le manchon S. Le levier 77 peut osciller sur l'oreille 78 autour d'un axe 79 et les extrémités de ses bras pénètrent dans un évidement 82 du porte-électrode H'. La paroi antérieure de l'évidement forme un épaulement 83 contre lequel s'applique l'ex trémité de la fourche du levier 77. Le man chon S comporte, à sa partie supérieure, une échancrure 84 laissant passer le levier 77, le raccord 65' et le conducteur 34'.
Pour utiliser le pistolet des fig. 4 et 5, on le maintient au-dessus des pièces à souder, la tuyère N' étant dirigée vers l'ouvrage, et on appuie sur la détente T'. Cette pression a pour effet de comprimer le ressort de rappel 76 de la détente et de faire tourner le levier 77 autour de son axe 79, en l'amenant ainsi contre l'épaulement 83 et en faisant avancer le porte- électrode H'. Le mouvement en avant du porte-électrode H' avec le mandrin de serrage de l'électrode G' fait sortir l'électrode E' de la tuyère N'.
L'électrode est ainsi visible dans cette position avancée et peut être utilisée comme chercheur pour localiser le point à souder.
On cesse alors d'appuyer sur la détente T', tout en poussant le pistolet de haut en bas pour permettre au bord de la tuyère N' de venir en contact avec la surface supérieure de la tôle supérieure à souder. En cessant d'ap puyer sur la détente T', le ressort 60 rappelle à l'intérieur le porte-électrode H' jusqu'à ce qu'il vienne en contact avec le disque 53.
En appuyant davantage de haut en bas sur le pistolet, on comprime le ressort 52 et on fait revenir le manchon et le disque 53 en arrière, en faisant avancer le poussoir 56 à l'encontre de la poussée du ressort 58, pour l'amener en contact avec le bouton 59 et actionner l'interrupteur K.
Le procédé de soudure intermittente dé crit ci-dessus s'applique non seulement aux autres métaux énumérés précédemment, mais encore, dans une mesure limitée, à la soudure par points de tôles ou plaques d'acier doux, en particulier des tôles d'acier doux complè tement désoxydées. Une autre application avantageuse consiste dans la soudure par points d'une tôle mince sur une plaque épaisse.
La soudure par points d'une tôle mince en acier inoxydable sur une plaque épaisse d'acier doux n'exige aucune addition de métal d'ap port et ne produit pas d'altération de l'in- oxydabilité de la soudure dans la surface dé couverte de la tôle en acier inoxydable, ainsi qu'il arrive dans la soudure par fusion et dépôt de métal d'apport. Le procédé de soudure à l'arc des métaux appliqué jusqu'à présent à la soudure des revêtements des récipients sous pression comporte un apport de métal qui forme un cordon qu'on doit enlever à la meule. On remédie à cette difficulté par le procédé de soudure intermittente décrit ci- dessus, qui ne comporte pas d'apport de métal.
Alors que la soudure par points d'une tôle sur une tôle ou d'une tôle sur une plaque constitue peut-être l'application la plus im portante du procédé et de l'appareil de sou dure décrits, ce procédé et cet appareil Éer- mettent également d'exécuter la soudure d'un fer à U circulaire avec une cornière, ainsi que celle de nombreuses autres formes irrégulières. L'appareil et le procédé de soudure par points décrits ci-dessus permettent de se passer du contact, ou butée de support, dans lequel passe le courant et qui est couramment utilisé dans les installations ordinaires de soudure par points à résistance électrique.
La simpli cité et la maniabilité de l'appareil de soudure et du procédé décrit permettent donc d'exé cuter d'une manière avantageuse les opéra tions de soudure à des endroits inaccessibles, dans une position quelconque, en particulier en l'air et dans les ateliers où l'on assemble et construit les pièces de grandes dimensions, telles que les wagons de chemins de fer, les automobiles et les avions.
Arc spot welding method and apparatus for carrying out the method. The invention relates to arc welding in a gas atmosphere and more particularly to a method and an apparatus for carrying out spot welds, for example a group of spot welds joining two superimposed metal sheets.
In gas-filled arc welding as generally practiced, an incombustible electrode is kept in continuous motion along the weld line to produce a continuous bond or butt weld joined by two plates or sheets. metallic. To make these welded joints, the end of the nozzle, which brings the inert gas to the protected area of the weld and to the electrode, must be kept at all times at a certain distance from the work to provide sufficient clearance for the movement of the nozzle and the electrode along the weld line. Likewise, given that the continuity of the weld line is essential, no means are provided to produce the repetition of the admission and cutting of the gas and the welding current.
It is advisable, in certain manufacturing operations, to join together in a permanent and economical way metal parts, such as sheets of aluminum, stainless steel, and others, superimposed to cover, by localized welds or spot welds, which are distinguished from butt welds or continuous lines from the edges of these parts.
The spot arc welding process according to the invention is characterized in that one directs a metal electrode towards a localized zone of the metal to be welded, which one maintains around this electrode and above this zone localized a zone of a monoatomic inert gas, that an arc is made between the electrode and a central part of this localized zone, that this arc is maintained until this central part melts and that keeps the electrode and gas area stationary with respect to the localized area as the arc arcs.
The subject of the invention is also an apparatus for carrying out this <B> this </B> method ', characterized in that it comprises a device for directing an incombustible metal electrode towards the metal to be welded , a device capable of advancing a nozzle to bring it into contact with the metal so as to locate a zone of metal concentric with the electrode, while removing the electrode from the metal, a device making it possible to bring a jet of gas in the nozzle so as to fill the space existing between the electrode and said zone with gas, and a device for automatically triggering an electric arc between the electrode and said zone at a determined instant,
after the arrival of gas has started.
The attached drawing illustrates the method and represents, by way of example, an embodiment and a variant of the apparatus for carrying out the method. Fig. 1 is a vertical section.
Fig. 2 is a cross section taken along line 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 is a cross section taken along line 3-3 of FIG. 1.
Fig. 4 is a vertical section of an execution variant of a welding gun. Fig. 5 is a cross section taken along line 5-5 of FIG. 4.
Fig. 6 is a diagram of the connections of the circuit causing the passage of the inert gas jet and of the electric welding current, at a determined rate, this diagram applying to the two embodiments of the gun.
To weld metals, an electrode is directed towards a localized area of the metal; an annular zone of gas is produced around the electrode and extends above the localized zone; an arc arcs between the electrode and the zone and it is held until the central part of the zone melts. The electrode and the annular gas zone are kept stationary relative to the localized zone for the duration of the execution of the weld. In the process according to the invention, only a single electrode is employed, which preferably is a non-combustible electrode made of a refractory metal, such as tungsten or molybdenum.
No filler metal is used and no flux is required, and spot welding is formed only by the melting and adhesion of the metal of the juxtaposed parts to be welded. The gas is preferably an inert gas, for example a rare monoatomic gas, such as argon or helium, or mixtures of these gases or with other gases.
To weld superimposed metal sheets, the arc protected by the gas is made to shoot out between the electrode and a localized zone on at least the one closest to the superimposed sheets, the welding heat is transmitted by conduction in the localized zone. opposite the lower sheet; the passage of the arc and the gas jet is interrupted, when the opposite parts have welded together, the electrode and the nozzle are moved with it to locate the gas atmosphere, to another local area. edged laterally spaced from the first, and the operation is repeated to perform another weld at the second localized area.
Preferably, the gas flows along the electrode and exits through a nozzle in which the electric current does not pass and which surrounds the electrode. The front end of the nozzle is in a plane perpendicular to the axis of the electrode, which allows the front end of the nozzle to be pressed into contact with the surface of a flat metal sheet at several points or at all points surrounding the localized area. The electrode is moved away from the surface of the metal and is held in a stable position perpendicular to the surface, and the arc shoots through the gas between the tip of the electrode and the metal. The gas jet and the welding current are established and interrupted at a determined rate.
In the drawing, the upper and lower plates U and W are superimposed with their faces in contact. A Z hole can be drilled in the upper sheet U to a diameter approximately equal to the thickness of the sheet. The arc shoots out between the upper plate U and the tip of the electrode E. A nozzle N directs the jet of inert gas along the electrode E, on the arc and the weld zone.
Electrode E and nozzle N are supported by a frame or gun which comprises a cylindrical body <I> B </I> with handle <I> D </I> in the shape of a pistol grip, which makes it more easy to steer and maneuver. An electrode holder H is mounted in the cylindrical body B; it receives the electrode E and has an annular passage for directing the inert gas along the electrode.
The electrode E is held in place by a mandrel or clamping device G mounted at the anterior end of the electrode holder H and constructed in such a way as to provide channels allowing the passage of the inert gas from the interior of the electrode holder H inside the nozzle N.
A trigger T is mounted in the vicinity of the junction point of the handle D and the cylindrical body B and actuates a switch K which controls the supply of electric current to the mechanism shown diagrammatically in FIG. 6, to establish in a determined order of succession the inert gas jet and the welding current.
When the gun has been placed in a position such that the nozzle N rests against the upper plate, the trigger T is depressed to actuate the switch K and establish the shielding gas jet, after which the circuit of the current of weld closes automatically, so as to cause the arc to shoot out.
The gun of the apparatus of fig. 1, 2 and 3 comprises a casing 10 of an electrically and thermally insulating material which can be cut from a suitable insulating plastic material of impregnated or molded fibers, and which generally consists of two shells joined together in the longitudinal direction, forming thus the cylindrical body B and the handle D.
The cylindrical body B is internally lined by a metal tube 12 and the electrode holder H is formed from a metal tube 14, concentric inside the tube 12 and forming a passage channel for the gas. The inner tube 12 is welded to the outer edge of a sleeve 15 and the gas tube is welded to the inner edge of this sleeve to form between them an annular jacket J in which the cooling water can be circulated.
The clamping device or mandrel G comprises a threaded hollow plug 17, screwed into the sleeve 15 which forms the outer end of the electrode holder H, and slit in the longitudinal direction to form conical jaws for clamping the electrode E in its adjustment position. The electrode E passes through the central hole of the plug 17, its anterior end extends outside into the nozzle N and its rear end extends inside the hole of the electrode holder. The slots between the conical jaws of the plug 17 form channels allowing the passage of the inert gas from the hole in the electrode holder H and from the tube 14, inside the nozzle N.
The nozzle N comprises a conical nozzle20, internal, made of ceramic material which does not conduct electricity and heat, screwed onto the sleeve 15, and an outer metallic water jacket 21, screwed onto the cylindrical body B and fitting on the part 20 which it wraps.
The front end or in contact with the piece to be welded of the water jacket 21 is preferably in a plane perpendicular to the axis of the electrode E and it is provided with vents or notches 18 so the shielding gas from slowly escaping and thus preventing the gas pressure from building up in the nozzle and pushing the liquid metal of the weld through the two sheets being welded.
The rear end of the water jacket J of the cylindrical body is closed by an attached metal part 22, welded to the respective tubes 12 and 14, and pierced with a channel 23, communicating, on the one hand, by a fitting 65, with a flexible pipe 24 for the arrival of the inert gas, housed in the handle D, and, on the other hand, with the inside of the gas tube 14, from which the gas passes through the slots of the slotted plug and arrives inside the conical nozzle 20.
The cooling water arrives through a flexible pipe 25, connected to a metal tube 26, welded to the side of the casing tube 12. The other end of the metal tube 26 is connected by a flexible pipe 27 with a connector. inlet 28 of the water jacket 21 of the nozzle. An outlet fitting 29 is connected by a flexible pipe 30 with a fitting 31 leading to the cooling jacket J of the cylindrical body. An outlet fitting 32 which is attached to the end of a flexible pipe 33, through which the cooling water is discharged, is welded to the rear end of the water jacket of the cylindrical body.
An electric cable 34, which is welded to the exhaust connector 32, passes through the flexible exhaust pipe 33 and brings the electric current through the water and the jacket J of the cylindrical body to the clamping device G and, from there at the electrode E.
The cable 34 is connected to any suitable electric welding current source and the switch K is connected by wires 36 to a timer 37 (fig. 6). To make the device easier to handle, the gas inlet pipe 24, the cooling water hoses 25 and 33, the conductor cable of the welding current 34 and the wires 36 of the interrupt tor K all pass through the bottom wall of handle D.
As shown in fig. 6, the timer 37, which is connected in series with the switch K, is used to control the arrival of the inert gas and comprises a timing relay with contacts 38 normally closed and contacts 39 normally open. The contacts 38 are connected in series with the coil of a solenoid valve 40 interposed in the gas inlet pipe 24. The contacts 39 are connected in series with the coil of a welding start relay 41 of which a set of contacts 42, normally open, is connected in series with the primary winding of a welding transformer 43, and a Another set of normally open contacts 44 is connected in series with a high frequency starting element R.
The solder circuit from the secondary winding of the hard solder transformer 43 passes through the work UW, the electrode E, the coil of a relay 45 of the hard solder current and the high freeze starting element. quence .B. This relay 45 has normally open contacts 46, connected in series with the coil of a weld timer 47, which comprises a delayed relay with contacts 48 normally closed and contacts 49 normally open. A switch 50 is connected in parallel with the solder contacts 48 and forms with them a circuit in parallel which is connected in series between the contacts 39 of the timer regulating the arrival of gas and the relay 41 for starting the gas. welding.
Switch K is normally open and when it is closed by the trigger T it activates the solenoid of the valve 40 by the normally closed contacts 38 of the timer 37 regulating the gas supply, to put the gas on. inert in the pipe 24.
After a sufficient time interval for the gas stream to fill the nozzle N and protect the weld zone, the timer 37 closes the contacts 39 and through the closed contacts 48 of the weld timer 47, energizes the relay 41 , to close the contacts 42 of the primary winding of the transformer 43 which supplies the welding current. The circuit of the welding current passes through the high frequency starting element .R which causes the arc to emerge and allows the welding current to pass from the electrode E into the sheets U and 11 '. In the meantime, the gas continues to envelop the tip of electrode E and protect the arc, as well as the heated area of the ZT sheet.
The weld current energizes relay 45 which closes contacts 46 causing current to flow through timer 47 which sets the duration of the weld. When this time has elapsed, the contacts 48 of the relay 47 open by dropping the relay 41, the contacts 42 of which open by cutting the current in the primary of the welding transformer 43, which interrupts the welding current.
At the same time, the contacts 49 of the welding timer 47 which are connected in parallel with the contacts 46 of the relay 45 of the welding current, close and reset the timer 47 for the next cycle. The gas continues to flow until the contacts 38 of the timer 37 open by cutting off the energization of the solenoid of the valve 40 which interrupts the flow of gas in the pipe 24. When the operator releases trigger T, switch K opens automatically, cuts off the flow of current to the gas regulation timer 37 and automatically resets this timer for the next cycle.
The switch 50 can be used to manually interrupt the flow of current through the contacts 48 of the weld timer 47 and in this case the duration of the weld depends on how long the operator holds the switch K. closed by pressing the trigger T. The gas flow is automatically regulated regardless of the position of switch 50.
In the variant embodiment of the welding apparatus of FIGS. 4 and 5, the electrode E 'advances in the nozzle N', so as to locate the weld, after which it is brought back, the nozzle is pressed into contact with the metal and the gas flow and the welding current are established in synchronism with the pressure exerted by the nozzle on the structure.
A sleeve S, which can slide in the longitudinal direction in the cylindrical body B ', carries at its anterior end the nozzle N', which is made of a refractory material and not electrically conductive and, at its posterior end, a device that attacks switch K. The electrode holder H 'can slide in the longitudinal direction in the sleeve S.
The trigger T 'advances the electrode holder H' which, by the mandrel G 'which it carries, pushes the tip of the electrode E' beyond the anterior end of the nozzle N '. In this advanced position, the tip of the electrode works as a finder to locate the point where the weld is to be performed, then the operator releases the trigger T 'and the electrode automatically returns to its weld position.
The sleeve S comprises a metal tube which extends beyond the anterior end of the cylindrical body B ', and is threaded to receive the nozzle nozzle N' which has exhaust slots 51. A coil spring compression 52 surrounds the sleeve S between the rear end of the nozzle N 'and the front end of the cylindrical body B', so as to push forward the sleeve S and the nozzle that it carries. The spring 52 is enclosed in a tubular casing 54, electrically insulating, which is screwed onto the outer end of the cylindrical body B 'and in which the nozzle N' can slide.
The rear end of the sleeve S is closed by a disc 53 which is intended to come into contact with the wall of the inner end 55 of the cylindrical body B ', thus forming a stop which prevents the switch K from being damaged by the sinking of the nozzle N '. The disc 53 also comes into contact with a piston 56 which it pushes and slides in a hole 57 drilled in the wall 55, this piston being returned forward towards the disc 53 by a compression coil spring 58, in contact with the switch box K 'and surrounding its control rod 59.
The electrode holder H 'is a metal plunger piston, sliding in the longitudinal direction in the sleeve S, these two members comprising annular recesses which correspond so as to form a chamber which can elongate in the direction longitudinal and contains a compression coil spring 60, surrounding the electrode holder H 'and returning it to its withdrawn position. The posterior end of the electrode holder H 'receives the solder current through a cable clamp 70 which screws into a side hole in the electrode holder and forms a terminal for the conductor 34'.
The trigger T is slidably mounted in slides 75 of the casing 10, and it is pushed forward by a return spring 76. The rear end of the trigger T 'is in contact with the end of a lever 77 in the form of a fork which is engaged on an ear 78 projecting on the sleeve S. The lever 77 can oscillate on the ear 78 about an axis 79 and the ends of its arms enter a recess 82 of the electrode holder H '. The front wall of the recess forms a shoulder 83 against which the end of the fork of the lever 77 is applied. The sleeve S comprises, at its upper part, a notch 84 allowing the lever 77 to pass, the connector 65. 'and driver 34'.
To use the gun of fig. 4 and 5, it is kept above the parts to be welded, the nozzle N 'being directed towards the work, and the trigger T' is pressed. This pressure has the effect of compressing the return spring 76 of the trigger and of rotating the lever 77 about its axis 79, thus bringing it against the shoulder 83 and by advancing the electrode holder H '. The forward movement of the electrode holder H 'with the chuck for clamping the electrode G' causes the electrode E 'to come out of the nozzle N'.
The electrode is thus visible in this advanced position and can be used as a finder to locate the point to be welded.
We then stop pressing the trigger T ', while pushing the gun up and down to allow the edge of the nozzle N' to come into contact with the upper surface of the upper sheet to be welded. By ceasing to press on the trigger T ', the spring 60 returns inside the electrode holder H' until it comes into contact with the disc 53.
By further pressing the gun up and down, the spring 52 is compressed and the sleeve and disc 53 are returned to the rear, advancing the pusher 56 against the thrust of the spring 58, to bring it up. in contact with button 59 and actuate switch K.
The intermittent welding process described above applies not only to the other metals listed above, but also, to a limited extent, to spot welding of sheets or mild steel plates, in particular steel sheets. soft completely deoxidized. Another advantageous application consists in the spot welding of a thin sheet on a thick plate.
Spot welding of thin stainless steel sheet to thick mild steel plate requires no addition of bridging metal and does not alter the oxidisability of the weld in the surface. uncovered stainless steel sheet, as happens in welding by fusion and deposit of filler metal. The metal arc welding process hitherto applied to the welding of coatings of pressure vessels involves a supply of metal which forms a bead which must be removed with a grinding wheel. This difficulty is overcome by the intermittent welding process described above, which does not include any metal addition.
While spot welding of a sheet to a sheet or of a sheet to a plate is perhaps the most important application of the described welding process and apparatus, this process and apparatus is - also carry out the welding of a circular U iron with an angle iron, as well as that of many other irregular shapes. The spot welding apparatus and method described above dispense with the contact, or backing stop, through which current flows and which is commonly used in ordinary electrical resistance spot welding installations.
The simplicity and maneuverability of the welding apparatus and of the method described therefore make it possible to carry out in an advantageous manner the welding operations at inaccessible places, in any position, in particular in the air and in the air. workshops where large parts such as railway cars, automobiles and airplanes are assembled and built.