BE401480A - - Google Patents

Description

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  Procédé pour déposer du métal en fusion sur un ou plusieurs corps conducteurs, particulièrement pour la soudure élec- trique . 



   Cette invention concerne un procédé pour dépo- ser du métal en fusion sur un ou plusieurs corps conduc- teurs, particulièrement en matière de soudure   électri-   que . 



   Parmi les divers moyens pour transformer l'énergie électrique en chaleur pour la soudure des mé- taux, le procédé à l'arc (qui prend lui-même différentes formes) est le plus généralement employé . 



   Un exemple de soudure à l'arc est son emploi pour souder en bout des t8les d'acier . Avec l'arc mé- 

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 tallique, une des formes du procédé à   l'arc,   le métal en fusion, obtenu en fondant un fil ou une tige de métal de composition appropriée, est introduit entre les bords des tôles placées en bout et ces dernières sont suffisamment fondues pour permettre au métal ajouté de faire corps avec le métal des tôles, de fa- çon qu'après le refroidissement, un joint de structure solide en résulte .

   La chaleur nécessaire est produi- te comme le terme "procédé à l'arc" l'indique, en maintenant ou bien un courant continu ou un arc à cou- rant alternatif entre les parties à souder, relié à un côté de la ligne de puissance, tandis que le fil ou la tige employé: à fournir le métal en fusion est relié à l'autre côté de la ligne .Les bords des tôles placées en bout sont généralement chanfreinés afin de former un   creusat   pour y recevoir le métal en fusion, ce qui facilite la coalescence du métal ajouté aux tôles, sur toute l'épaisseur de ces dernières . 



   Dans la soudure à l'arc métallique, on a l'habitude de protéger le métal fondu fraîchement dé- posé en le recouvrant d'une couche de composés métal- liques fondus (généralement des composés alcalins ou des métaux alcalino-terreux et, les matières   em-   ployées à former cette couche de recouvrement s'ap- pellent le   "flux" .  La méthode habituelle pour obte- nir une couche de flux sur la soudure, sonsiste à en- tourer le fil ou la tige de soudage (appelé généralement électrode) d'une gaine adhérente de flux solide et ceci est la source de nouvelles difficultés .

   La gaine est généralement fragile et de plus, non-conductrice lors- 

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 qu'elle est froide, en sorte que la connexion électri- que doit être faite avec   l'électrode   à des points mis à nu à cet effet et à des distances variables de la soudure, ce qui impose un fardeau supplémentaire aux dispositifs de réglqge automatiques employés dans la soudure à la machine . 



   Pour obtenir une bonne soudure, un dépôt homogène de métal est indispensable . Dans la soudure à l'arc métallique, on s'aperçoit que les difficultés pour obtenir un dépôt homogène sont multipliées à me- sure que l'épaisseur du dépôt augmente, de façon que, si l'on doit souder des tôles épaisses, il est néces- saire de faire plusieurs couches ou "passes" en ajou- tant chaque fois une couche de métal, jusqu'à ce qu'on obtienne l'épaisseur voulue . Cette méthode opératoire prend naturellement assez de temps, d'autant plus qu'il faut généralement buriner la couche de flux solidifié sur un dépôt de métal, puis marteler celui-ci avant de pouvoir y superposer une autre couche .Ceci com- plique également les forces mises en jeu par la con- traction du métal qui se refroidit à la soudure et il en résulte un gauchissement des parties soudées . 



   Un objet de la présente invention est d'éviter les désavantages énumérés ci-dessus et de fournir un procédé grâce auquel des tôles épaisses peuvent être soudées à l'électricité, solidement et rapidement, en une seule passe, tandis qu'avec les méthodes antérieu- rement connues, il faudrait plus d'urne passe pour souder des tôles de cette épaisseur, pour obtenir un joint de même   force .   Un autre objet de   1 ',invention   est un pro- 

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 cédé avec   lequel   on peut employer des courants de sou- dure plus élevés, ce qui accélère la vitesse de soudage. 



  Un autre objet est de surmonter les difficultés, causées dans les procédés antérieurs, par l'instabilité inhé- rente à l'arc électrique, sa tendance à s'éteindre pour une quantité de causes frotuites et la difficulté, spé- cialement dans les machines automatiques, de rétablir l'arc lorsqu'il s'est éteint .Un autre objet est d'éviter la nécessité d'une gaine de flux sur l'élec- trode . D'autres objets de l'invention seront énoncés au cours de la description et il reste entendu que tous les avantages possibles ne sont pas énumérés ici complè- tement . 



   Ce procédé nouveau de soudure ressemble au procédé à l'arc sur plusieurs points, mais il est essen- tiellement différent de tous les procédés à l'arc et n'emploie pas d'arc . Comme dans les procédés anté- rieurs, la chaleur nécessaire est engendrée, dans ce procédé, en faisant passer un fort courant électrique à travers une résistance électrique relativement éle- vée et, de là, à une partie sur laquelle le métal doit se déposer, mais dans ce procédé, la résistance est fournie non par un corps de gaz ionisés, mais par un fondant conducteur . 



   L'invention consiste en ce qu'on emploie une masse qui comprend, ou consiste en, des matières de haute résistance dont la conductivité augmente à mesure que la température   augmente   et, en ce que la masse est déposée sur le corps conducteur en un endroit voulu ou le long d'une ligne voulue . L'extrémité de l'électrode 

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 est alors mise en contact avec, ou de préférence immergée dans, la masse de haute résistance, ce qui fait fondre cette dernière près de l'extrémité de l'électrode, de façon qu'au moins une partie du cou- rant passant entre l'extrémité de l'électrode et le corps conducteur est conduite à travers ce fondant ou masse en fusion . 



   Le fondant conducteur employé dans ce pro- cédé remplit sans doute les fonctions d'un flux, mais   c'est   plus qu'un flux et plusieurs compositions qui sont des flux appropriés pour la soudure à l'arc sont   impropres   à ce but . 



   Tandis que d'autres fondants sont, dans ce procédé, plus ou moins efficaces, on préfère, suivant l'invention, les silicates de métaux alcalino-terreux, tels que les silicates de calcium, et dans certains cas, on ajoute à ces silicates, une petite proportion d'une substance capable d'abaisser le point de fusion, par exemple, un sel   halolde .   On a obtenu d'excellents ré- sultats avec une matière qui se rapproche d'assez près d'une composition dont la formule est RO.Sio, où R représente du calcium ou du magnésium, mais les sili- cates plus acides ou plus basiques sont   également   ap- propriés .

   On a employé également des silicates de manganèse,   spécialemant   en les ajoutant à d'autres silicates et il est probable que les compositions con- tenant de l'alumine peuvent aussi être employées dans certains cas,, les silicates de calcium et de magnésium étant bon marché et donnant entière satisfaction . 



  Lorsqu'on désire une plus grande fluidité, on peut em- 

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 ployer des silicates plus acides, mais il est préféra- ble de contrôler la fluidité en ajoutant des composés de métaux alcalins et des haloldes, principalement du spathfluor . De bons résultats ont été obtenus en ajou- tant environ 6 % de spathfluor à un silicate de métal alcalino-terreux . Les composés de bore, en grande pro- portion, ne semblent pas avantageux, et, au point où en sont les essais, les résultats obtenus avec des sili- cates ferrifères n'ont pas donné satisfaction . 



   Dans un cas spécial, on a fondu ensemble 22,5 kilos de CaCO3, 4,25 kilos de MgO et 18,2 kilos de Sio2 jusqu'à ce que la réaction soit complète .Les produits employés étaient de la plus pure qualité uti- lisée dans l'industrie de la céramique . La matière fondue fut refroidie et granulée pt pour chaque kilo, on ajouta 63 grammes de spathfluor . Le produit était alors prêt à être utilisé pour former le fondant conduc- teur qui est l'une des caractéristiques principales du procédé suivant l'invention . 



   Dans la pratique du procédé, les t8les à sou- der sont disposées comme pour la soudure à   l'arc .   Les bords en sont de préférence chanfreinés mais ceci n'est pas aussi nécessaire qu'avec la soudure à l'arc parce que   @   la "pénétration" et la largeur de la sou-   dure,'-.qui   dépendent de ltétendue sur laquelle les bords des tôles sont fondus pendant le soudage, peuvent être contr8lées de plus près avec ce procédé . La bande de support de cuivre habituelle est utilisée de préfé- rence . 



   Lorsqu'une soudure doit être effectuée entre 

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 les bords chanfreinés, on commence l'opération en rem- plissant l'évidement avec de la composition de résis- tance spécifique, de préférence sous forme de grains ou de poudre et une quantité supplémentaire appropriée de cette composition est amoncelée le long de l'évidement. 



  Si les t8les ne sont pas chanfreinées, le procédé est le même, sauf qu'une plus grande proportion de composi- tion se trouvera ordinairement au-dessus de la surface supérieure des tôles, c'est-à-dire en dehors du joint lui-même . 



   La matière placée dans et sur l'évidement est généralement stable à la température de soudage, en ce sens qu'elle ne produit pas de volumes de gaz préjudi- ciables lorsqu'on l'élève à cette température .Donc si l'on plaçait dans l'évidement, au lieu de carbonate de calcium préformé, un simple mélange de carbonate de calcium et de silice, et que l'on commence à souder, le carbonate de calcium produirait de l'acide carbonique et le développement d'un fondant conducteur serait re- tardé et irrégulier . La composition résistive doit aussi être substantiellement anhydre Dès que la sou- dure est terminée, la composition résistive peut être recueillie et utilisée de nouveau, il faut naturelle- ment remplacer les composants volatiles disparus, tels que les haloïdes. 



   Lorsque ce procédé est employé pour déposer du métal avec une électrode métallique nue et non- couverte, la pointe de cette dernière est mise en con- tact avec, ou de préférence immergée dans la composition résistive, qui à ce moment constitue une résistance 

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   très élevée @ Donc, pour commencer le procédé de sou-   dure, un parcours de basse résistance doit être pourvu, par exemple, en reliant l'ouverture entre l'électrode et la surface des corps sur lesquels on doit déposer le métal, avec un ruban de graphite, sur quoi l'énergie est appliquée .

   La composition est bientôt chauffée localement, près de l'extrémité de l'électrode mise en contact ou immergée, jusqu'à ce qu'elle fonde et de- vienne conductrice et immédiatement après, l'extrémité de l'électrode commence à fondre en raison de l'aug- mentation du courant et le métal fondu qui en résulte commence à se déposer dans   1' évidement .   En même temps, les surfaces des bords des t8les commencent à fondre et forment masse avec le métal déposé L'électrode est alors avancée vers le joint et déplacée suivant la ligne voulue, à une vitesse appropriée,

   de préférence à l'aide d'un dispositif mécanique qui n'est pas sans ressembler à ceux qui sont   extensivement   employés dans la soudure à   l'arc .   La chaleur développée par le cou- rant passant à travers la partie fondue de la composi- tion résistive et probablement aussi par un courant passant par le métal fondu déposé, est suffisante pour maintenir l'état de fusion de la masse résistive et pour faire fondre une partie supplémentaire de la masse résistive adjacente à l'électrode, de façon que la soudure peut être continuée sans interruption par un déplacement adéquat de l'électrode .

   Il n'y a paw de boursouflures ni de déplacement du fondant, pas d'étincelles et on se rend à peine compte qu'une soudure est en voie d'exécution ,La soudure est généralement 

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 achevée en une passe, même s'il s'agit de tôles épais- ses, ce qui n'exclut pas une superposition de dépôts, soit d'un seul, soit des deux côtés des tôles . La composition résistive située devant l'électrode de- meure non-fondue, tandis que la matière en fusion monte à la surface de la partie achevée de la soudure et se solidifie avec le métal après que l'électrode a été déplacée le long de la ligne voulue . Cet effet est même à peine visible en raison de l'emploi d'un excès de composition résistive qui reste non-fondue et couvre la matière en fusion et le métal . 



   Les résultats obtenus sont, comme pour la soudure à l'arc, influencés par la différence de po- tentiel ou voltage entre la ou les électrodes et le joint, par l'intensité du courant de soudure, par les dimensions et la composition de l'électrode et par la vitesse à laquelle l'électrode est avancée vers le joint et traversée le long du joint   * Etant   donné une vitesse de soudage constante, le voltage et   l'inten-   sité du courant varient en raison de   l'épaisseur   des tôles, chacun étant en fonction de celle-ci   a Par   exem- ple on peut employer un voltage de soudure d'environ 36 volts, et un courant de soudure   dtenviron   1500 ampères lorsqu'on soude ensemble des tôles d'acier de 25 m/m environ,

   en employant un crayon de soudure de 9 m/m environ de diamètre et une vitesse de soudure le long du joint d'environ 200 m/m à la minute . Le courant de soudure, qui est de préférence alternatif, peut s'élever   à.2000   ampères ou davantage et plusieurs, desnos soudures d'essai sur des tôles épaisses   '(par   

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 exemple 37,5 m/m) ont été faites avec un courant de 
1600 ampères . De telles épaisseurs de tôles peuvent être   aisément   soudées à la vitesse de 150 à 175 m/m à la minute . Un courant de 2000 ampères peut être employé avec des électrodes n'ayant que 12,5 m/m de diamètre, ou même de plus petites, tandis qu'avec des courants plus bas, on peut employer des électrodes   proportionnellement   plus petites . 



   Les compositions résistives pour lesquelles on a ici accordé une préférence, donnent, en général, un degré satisfaisant de "pénétration" eu fusion des parties sur lesquelles le dépôt est effectué . Si   l'on   désire varier la degré de pénétration, on a trouvé qu'on peut obtenir un certain contrôle de cette carac-   téristique   en variant la fusibilité et la   conductivi-   té de la composition résistive . Comme   exemple   des possibilités à ce sujet, on peut remarquer que les additions de spathfluor aux compositions de silicates, servent souvent à diminuer la pénétration qui, par ailleurs, serait à un degré élevé, inadmissible .

   Tan- dis que l'effet du sppthluor semble être d'augmenter simplement la fusibilité, il peut néanmoins être plus complexe et on ne se restreint pas à une théorie par- ticulière   d'opération .   



   La composition de la masse résistive n'est pas choisie que pour lui communiquer une fluidité convenable lorsqu'on la fond et pour la   caractéris-   tique résistance-température . Les composants de la masse peuvent être, de plus, choisis de façon qu'ils modifient plus ou moins la conductivité de celle-ci . 

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  Certains composants peuvent être neutres, ou réagir, ou s'allier au métal en fusion . Toutefois, il est préférable que les réactions chimiques entre les com- posants soient achevées avant que la masse soit utilisée pour la soudure en vue d'éviter la produc- tion de volumes de gaz préjudiciables, pendant l'opé- ration de soudure .Il est, de plus, évident que ces modifications peuvent être faites dans les proportions particulières et la nature des composants respective- ment employés dans la masse avec les changements qui en résultent dans le point de fusion, la conductivité électrique et la fluidité de la masse en fusion . 



   Les soudures exécutées à   l'aide   de ce procé- dé possèdent certaines caractéristiques remarquables Dans plusieurs cas, les plans déterminant la dernière zone de fusion sur les côtés de la soudure, sont ap- proximativement parallèles et cette relation est obte- nue, soit que les parties préalablement chanfreinées forment un V large, un V étroit ou qu'elles ne soient pas chanfreinées du tout .

   Le dépôt de métal se produit, non pas directement sous l'électrode, mais à l'arrière de celle-ci et il semble y avoir des courants liquides (probablement occasionnés par le phénomène connu sous le nom de   "pinch   effet") qui causent une dépression sur la surface de la composition résistive à l'endroit où elle fond tout d'abord, c'est-à-dire juste devant l'électrode, et font que le métal   déposé   et le fondant conducteur s'amassent à l'arrière de l'électrode . Ceci facllite la production d'une soudure ayant la surface 

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 convexe désirable, en. montant, avec quelque excès de métal au-dessus du joint et que   l'on.   pourra, enlever à la machine ou qu'on laissera comme   renforcement,   com- me d'habitude. 



   Plusieurs détails montrent clairement que ce procédé ne dépend pas de la formation d'un arc .Si, lorsqu'une soudure est effectuée, le circuit est ouvert à l'extérieur de la soudure et ensuite fermé de nou- veau tandis que la composition résistive est encore en fusion, le courant reprendra immédiatement son cours, sans qu'il faille pour cela déplacer l'électrode pour la mettre en contact avec le joint comme il serait né- cessaire de le faire pour rétablir un arc . La chaleur nécessaire à fondre l'électrode est évidemment pro- duite dans le fondant conducteur lui-même 
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 1 1 EEVENDICATIDNS,:- 

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Claims (1)

1 L'objet de cette invention consiste à perfectionner un procédé pour déposer du métal en fusion sur un ou plusieurs corps conducteurs, spécia- lement des corps métalliques, et en particulier en matière de soudure électrique, suivant lequel une ex- trémité d'une électrode métallique est mise en contact avec, ou de préférence immergée dans une masse déposée sur le corps conducteur, et un courant électrique est établi entre l'extrémité de l'électrode et le corps conducteur, ce qui cause la fusion de l'extrémité de l'électrode, ces perfectionnements consistant princi- <Desc/Clms Page number 14> palement en ce qu'une masse est utilisée qui comprend, ou consiste en, une matière de haute résistance dont la conductivité augmente à mesure que sa température augmente, causant la fusion de cette matière près de l'électrode,

de façon qu'une partie au moins du cou- rant est conduite à travers ce fondant @ 2 L'invention comprend,de plus, un procédé conformément à la revendication 1, qui est exécuté d'une manière continue et par lequel la masse est déposée le long d'une ligne voulue, et l'extrémité de l'électrode, mise en contact ou de'préférence im- mergée, et déplacée le long de cette ligne à travers la masse, caractérisée en ce qu'après avoir obtenu premièrement, la fusion d'une partie de la masse près de l'extrémité de l'électrode, la fusion des portions successives de la masse, pendant que l'électrode est déplacée, est causée par la chaleur développée par le courant conduit, au moins partiellement, à travers la partie de la masse déjà en fusion o 3 L'invention comprend, de plus,

des modes de réalisation des perfectionnements, conformé- ment aux revendications 1 et 2, consistant principale- ment, .mais non exclusivement, en ce que le courant passant entre l'électrode et le corps conducteur est réglé à la puissance propre à maintenir l'état de fusion de la masse près de l'extrémité de l'électrode mise en contact ou de préférence immergée, et de fon- dre graduellement cette extrémité jusqu'à ce qu'une quantité voulue de l'électrode métallique en fusion soit déposée;

le courant électrique est de préférence <Desc/Clms Page number 15> réglé de telle manière qu'il suffise à faire fondre la surface du corps conducteur, qui d'autre part est so- lide, à un tel point que l'électrode métallique en fu- sion forme corps avec cette surface en fusion 4 Un autre objet de cette invention est le perfectionnement du procédé, conformément aux revendications 1, ou 2, ou 3, de telle manière que : la masse de haute résistance comprend, ou consiste en une matière essentiellement exemptée de substances capables de produire des volumes de gaz préjudiciables lorsqu'elles fondent au contact avec le métal qui y est déposé; la masse de haute résistance comprend, ou consiste en, silicate fusible, avec ou sans l'adjonc- tion d'un fluorure de métal alcalino-terreux;

la masse de haute résistance comprend ou consiste en un silicate de métal alcalino-terreux fu- sible ; - la masse de haute résistance comprend, ou consiste en une matière fusible qui est granulée ou pulvérisée .

5 Un autre objet de l'invention est particulièrement l'application d'un produit industriel à un procédé de soudure électrique qui consiste en la mise en contact, particulièrement en l'immersion de .l'extrémité d'un électrode métallique dans ce produit, qui ensuales est déposé sur un autre corps conducteur, ce produit étant une composition résistive ayant une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : elle est conductrice lorsqu'elle est en fu- sion et est essentiellement exempte de substances capa- bles de produire des volumes préjudiciables de gaz, <Desc/Clms Page number 16> dans des conditions de soudage; elle est anhydre et sa conductivité augmente à mesure que la température augmente; elle comprend, ou consiste en un silicate fusible, avec ou sans l'adjonction d'un fluorure de métal alcalino-terreux;

elle comprend ou consiste en un silicate de métal alcalino-terreux ; elle comprend ou consiste en un silicate fusible granulé ou pulvérisé .