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Procédé de chauffage d'aw moins deux pièces métalliques non
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reliées-ensemble moléculairement.
Il est connu d'effectuer des chauffages de métaux à l'aide de courants alternatifs à haute fréquence. il s'agit alors en général de métaux ou d'alliages qui se trou- vent en morceaux, -comme par exemple lors de la fusion de fer, de cuivre ou de bronze. C'est seulement dans ces der- niers temps que la question de la coulée complexe avec em- ploi simultané d'énergie à haute fréquence a été connue.
Dans ce cas toutefois, les différentes pièces de la coulée complexe sont chauffées individuellement et ensuite seule- mént le métal.fondant plus facilement est appliqué par cou- lée sur le métal réchauffé fondant plus difficilement.
La présente invention se rapporte au problème con- sistant à provoquer plus ou moins simultanément le chauffa- ge de métaux individuels et cela de telle manière que,par
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le c',,-.:ix de la fréquence appropriée et/ou de l'épaisseur des étaux a relier, en abrégé des résistances COlll;PlE:#S, l'un des 'émaux net par exemple chauffé tout d'abord et qu'ensuite la totalité eu la plus grande partie de l'énergie disponible pro- 'i:, ,""U0 le chauffage de l'autre :.iété-1 plus éloigné du conducteur .0 c 1,<...:.JC. 0 , =.=i.:l i)',j, <.#i#.ic:>ir qu'en pr3.tiqu& il se produise jeul5;i:ent a la surface de séparation des deux 'métaux une tempé- rature nécessaire pour la liaison (diffusion) des métaux.
Le
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principe dc la présente invention sera d'abord expliqué à l'ai- de d'@@e figure.
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:,:5 L\:: inducteur 1 a haute fréquence, de construction connue, (bobine secondaire à une spire d'un transformateur à plusieurs spires du côté primaire) se trouve un anneau de fer 2 ayant une épaisseur de parei a. A l'intérieur de cet anneau 2, se trouve un anneau concentrique 5 à épaisseur de paroi b.
La condition pour le fonctionnement suivant la présente invention est constituée par le rapport des résistances complexes des anneaux 2 et3 l'un à. l'autre. On doit donc avoir pour les ré- sistances complexes #2 > #3
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La ré;3i.st cen oun.3 se COlimOGe d'une partie réelle std'une partie imaginaire. La partie réelle correspond à la résistance ohmique, la partie imaginaire à la résistance induc-' vive, éventuellement capacitive également.
Conme dans les problèmes actuels il s'agit en général de résistances inductives, on appellera dans la suite la partie inaginaire l'inductance. La résistance?!, prend par conséquent la forme suivante :
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n 2 =?Z 2 + jWL 2 Dans cette formule, w désigne la fréquence circulai-
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:ce et est éale à 2 1/ f (f= fréquence en Hertz,n = résistance on courant continu de la partie de conducteur parcourue par le courant, L = inductance). Il faudra donc considérer que 22 est une fonction de la température qui augmente avec 1'accroissement/
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de température.
S'il s'agit de matériaux qui présentent des per- méabilités ou des pertes par hystérèse, il faut considérer L également comme fonction de la température, La même définition
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est valable pour la résistance:n 3. Il faut considérer en outre que la profondeur de pénétration e est liée de la manière 8ui- vante â la résistanoe spécifique f, à la fréquence ± et à. la perméabilité--.;. perméabili té).L. - vr L V fh
Ceci signifie que lorsque $ augmente, la profon- deur de'pénétration devient plus grande pour autant que la fré- quence est maintenue constante. Pour autant qu'à l'état froid, est plus, grand que L, la profondeur de pénétration peut va- rier dans ,le sens de l'augmentation pendant le chauffage, en particulier pour des métaux du groupe du fer.
Il y a donc plu- sieurs possibilités pour la réalisation de l'idée de l'inven- tion.
On choisit de prime-abord la fréquence tellement grande que la .profondeur de pénétration est plus grande que l'épaisseur de.matière du métal extérieur, de sorte qu'une gra- de partie d'énergie est immédiatement transformée en chaleur à l'intérieur de l'anneau métallique, ou bien on choisit des matériaux qui lorsqu'ils atteignent une température déterminée (point de transformation du fer à 800 ) augmentent la profon- deur de pénétration tellement fortement qu'alors la résistance
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n2 est devenue beaucoup plus grande que la résistanpe3 et que 'la suite du chauffage se fait alors sur le second. anneau @ concentrique.
Une troisième possibilité consiste finalement en ce ,qu'on travaille d'abord avec une fréquence plus basse avec une grande profondeur de pénétration et qu'on élève ensuite la fré- quence de façon correspondante lorsqu'un certain échauffement s'est produit.
Si les deux anneaux sont pris de la même matière, - la résistance ohmique de l'anneau intérieur est naturellement
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@lus petite. que celle de l'anneau extérieur. La résistance indun- tive qui, com e on le sait, augmente proportionnellement au car- ré du diamètre est également plus petite que pour l'anneau ex- uérieur, de sorte que si l'on prend pour base une fréquence ayant une profondeur de pénétration plus grande que a, un chauffage de l'annuau 3 3 commence immédiatement. Si l' on amené au contraire à l'inducteur 1 un courant alternatif d'une fréquence pour laquel- le 1.. l'état froid la profondeur de pénétration est plus petite que a, l'anneau extérieur est d'abord seul échauffé.
C'est seu- lement après l'augmentation de profondeur de pénétration, provo- quée par la variation de # et éventuellement de , que se pro- auit le passage de la zône de chauffage sur l'anneau intérieur.
L'augmentation de la profondeur de pénétration a pour effetqu'alors également, malgré l'action d'écran de l'an- @cau l'onde de courant peut pénétrer dans l'anneau 3 et cela avec une intensité qui est d'autant plus grande que la résistan- ce coplexe de l'anneau 3 est plus petite. Naturellement, la dis- persion provoquée par un intervalle d'air entre les anneaux joue égale@ent an rôle, de sorte que le rendement du chauffage dans l'anneau intérieur doit être plus mauvais que celui pour l'anneau extérieur bien qu'une grande partie de la dispersion puisse être supprimée,par exemple par compensation au moyen de condensateurs.
J'est seulement à l'instant où la résistance de l'anneau intérieur s'échauffant estdevenue tellement grande qu'elle est égale à celle de l'anneau extérieur, qu'il pourrait se produire un ,nou- veau chauffage de 1' anneau extérieur. si on choisit par exemple l'anneau intérieur en cui- vre et l'anneau extérieur en fer, a<e à l'état froid jusqu'au point de transformation magnétique, environ à 800 ; l'anneau de per est d'abord chauffé seul. Ensuite, commence presqu'à la ma- @ ière d'un choc réchauffement de l'anneau de cuivre jusqu'au point de fusion, parce que passe très brusquement dans la ré- gion de 720-800 de valeurs plus élevées vers 1.
Si le cuivre
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fondu reste àn'lintérieur de l'anneau de fer, il peut se produire une élévation plus forte de la température du cui- vre sans que le fer.devienne plus chaud, pour autant qu'il n'y a pas de conductibilité thermique ni d'échange de cha- leur entre les deux métaux. S'il se produit un échange de chaleur, les deux métaux prennent la même température mais la production de chaleur principale se produit dans le voi- sinage des surfaces de sép aration.
L'emploi de l'idée de l'invention n'est toutefois pas limité à des corps de révolution symétriques mais l'in- vention peut s'employer également pour des plaques planes.
Il est possible, par la présente invention, d'effectuer par exemple de façon continue des plaquages de rubans. On a dé- signé à la fig. 2 par 3 le ruban de métal à bas point de fusion, par 2 celui à point de fusion plus élevé. L'induc- teur de la fig. 2 consiste en un conducteur de chauffage proprement dit 4 et en deux conducteurs de retour 5. Pour ce qui concerne le dimensionnement de 2 ou le nombre de fré- quences au point de vue de la condition #2 [alpha]lt #3 les mêmes considérations s'appliquent que dans l'exemple de la fig. 1. Il faut considérer également les constantes de la matière de 3 (# éventuellement ).
Le plaquage/peut alors' être amélioré suivant la fig. 3 à l'aide des rouleaux de pression 6,7. Le rouleau de plaquage 6 peut lui-même avoir la forme d'un conducteur de courant à haute fréquence qui est'alimenté par la génératrice 8, de sorte que, simultané- ment, la pression et la chaleur se présentent à l'endroit de liaison,
Parmi le grand nombre des possibilités d'applica- tion, on décrira¯plus en détail ici celles qui se rapportent à la fabrication de coussinets à coulée complexe.
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Suivant la fig. 4, une coquille de support en acier 9 de forme annulaire doit être pourvue d'un métal de glissement annulaire, par exemple une pièce coulée en cuivre-plomb 10.
Si on opérait de telle manière que l'anneau coulé 10 est pressé à l'état froid dans l'anneau de support deacier 9,il se produirait cependant,dans le chauffage à haute fréquence, un allongement de la coquille de support et il se présentera un intervalle d'air entre 9 et 10, de 1-2 mm suivant la gran- deur de 9. Cela signifierait , lors du travail suivant la présente invention, que l'anneai intérieur de cuivre-plomb est chauffé jusqu'au point de fusion mais que, malgré cela, on n'obtient aucune liaison avec l'anneau de support en acier jusou'à ce que tout le métal de la pièce coulée se trouve à l'état fondu, l'espace intérieur étant rempli par un noyau et la coquille de support possédant un revêtement de fond.
Jeci ne présenterait aucun avantage lors de la fabrication des coussinets. On opère par conséquent avantageusement de telle manière que l'anneau de support en acier est d'abord chauffé jusqu'à 800 etqu'alors l'anneau de cuivre-plomb est inséré par pression. Par un chauffage subséquent à haute fréquence, l'alliage de métal de glissement est alors chauf- féà l'endroit de la surface de liaison jusqu' au point de fusion et peut se combiner à la coquille de support en acier.
Une autre possibilité de fabrication de coussinets à coulée complexe consiste en ce que la coquille de support an acier 9 est :rise en rotation suivant la fig.5; elle est à cet effet aintenue entre deux mâchoires latérales tournantes ll.
La pièce collée en frétai du coussinet de glissement peut c@@eister en un tube 10 qui countient les différents consti- vuants ... pon@rnir. En cas a'une pièce en cuivre-plomb (bronze an plomb), le tube peut consister en du. cuivre étiré tandis que le plomb fondant notablement plus tôt et se dissolvant
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dans le'cuivre liquide, est introduit, sous la forme d'un se- cond tube mince 12 ou sous la forme de copeaux finement ré- ' .partis. Le chauffage se fait par l'inducteur 1 qui contient, à la partie supérieure, un marteau d'arrosage 13 et des trous d'arrosage 14.
Pour qu'il ne se produise pas de départ,de cha- leur dans les mâchoires 11, on peut placer des- disques d'asbes- te 15 entre le tube 9 et les mâchoires 11. Les dimensions et les résistances de 9 et 10 ou bien la fréquence du courant al- ternatif amené dans l'inducteur 1 sont choisies suivant les conditions de l'invention, ensuite la coquille de support 9 est chauffée d'abord après la liquéfaction du tube de copiée 10, de sorte que réchauffement principal se produità l'endroit de la surface de liaison, ou bien suivant la seconde forme de l'invention, la coquille de support est d'abord chauffée à environ 800 et ensuite le tube de coulée est fondu.
Dans ce dernier cas, on peut reconnaître à 1'accroissement de tempé- rature de 800 au point de fusion du cuivre,par exemple (#110C ), de l'extérieur, que la pièce à couler se trouve à l'état fondu.
Si la pièce à couler est à paroi très épaisse, il peut suffi- re que les couches voisines de la surface de liaison scient fondues,pourvu qu'en même temps celles de la coquille de sup- port soient devenues suffisamment chaudes pour que la forma- tion d'une'liaison commence. Le tube de support 9 peut alors être étonné'par un refroidissement d'eau (13,14).
Il est encore à mentionner que l'emploi de l'idée de l'invention est encore possible en cas de pièces à couler à températures de fusion inférieures à 800 ; la fréquence et/ou les constantes de la matière doivent alors être choisies de .telle façon que le chauffage se produit pratiquement dans la pièce à couler ou à peu.près simultanément dans la coquille de Support en acier-et dans la pièce à couler. Les conditions res- tent approximativement'.-.les mêmes lorsqu'on emploie comme coquil- le de support un corps non-magnétique par exemple (cuivre rouge).
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Le procède suivant la fig. 5 peut aussi être rendu continu.
Ceci est représenté schématiquement à la fig.6. Un tube 9, de plusieurs mètres de long par exemple, doit être recou- vert de métal de coussinet de glissement. La puissance de chauffage'nécessaire est trop grande pour être appliquée en une fois. Par conséquent, l'inducteur 1 est déplacé lente- entde gauche à droite sur le tube en rotation, de sorte que le métll à couler en forme de tube fond. A une distance appropriée, le tube 9 est ensuite refroidi, par exemple par l'arrosoir 13, celui-ci se déplaçant également de gauche µ drolite avec la même vitesse . On peut toutefois aussi lais- / ser le tube 9 fixe et faire agir un champ tournant caracté- risé par l'aimant 15 avec les enroulements conjugués, sur la ,lasse @ couler liquide.
L'action est pratiquement la même que lorsde la rotation du tube. Le refroidissement se fait
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:""V&'lJt<':'':;ClS8',',:el:t alors dans la région du champ tournant, par exemple par les pôles.d'aimant 15.
Il est finalement possible de fabriquer également
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.¯:iv<.,:,- la présente invention des coussinets à coulée com- plexe lt u..1:'=1? paroi. Il est 8" cet effet. nécessaire comme j.. le sait, que cornue le Montre la fig. 7, on dispose une ..¯:vcln,,pe 16 t Ue. lond 17 autour de la coquille de support i acier 6 pour que celle-ci soit pourvue de métal intérieu- 1'::;,,3..: et extcrieure-.'-ent.
Le chauffage d'une semblable ébau- ohe s'opòre de telle manière que d'abord l'enveloppe exté-
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r.ieu.re (en cier 16 est échauffée; ensuite, en cas de dimen- :::io:c.n8,-,lent approprié, la coquille d'acier se trouvant à l' in- térieur s'échauffe également suivant la présente invention j¯:,cy:'w ce que la température nécessaire pour la coulée com- plexe soit atteinte. Le mitai liquide peutalors être introè (luit. Il est égalenent possible d'introduire d'abord dans la coquille le métal en forme d'anneau etde le fondre ensuite.