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pour: "Améliorations à la soudure des tiges métalliques sur des plaques @ métalliques et aux soudures analogues".
La présente invention concerne un appareil pour la soudure à l'arc électrique de tiges métalliques sur des plaques métalliques ou des pièces analogues, et spécialement pour la soudure de tiges en laiton ou autres al- liages non ferreux sur des surfaces d'acier ou d'aciers spéciaux par un pro- cédé suivant lequel la tige est tout d'abord mise en contact avec la plaque, et le circuit de soudure étant fermé, est éloignée de la plaque à une dis- tance prédéterminée pour amorcer l'arc entre la tige et la plaque, puis l'arc ayant jailli pendant une courte période bien déterminée, l'extrémité fondue de la tige est pressée contre la partie opposée de la plaque ou cra- tère intensément chauffé afin de réaliser la soudure, le courant étant main- tenu entre la tige et la plaque jusqu'à l'achèvement de la soudure.
L'un des objets de l'invention consiste en un dispositif ou un outil de soudure léger ramassé et aisément transportable dont le fonctionnement soit complètement automatique, et qui puisse être utilisé dans des endroits difficilement accessibles tels qu'on en rencontre souvent sur les bateaux, qui assure l'ouverture des circuits de commande et de soudure au moment de
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l'achèvement de chaque soudure indépendamment de l'opérateur, cette ouver- ture du circuit s'effectuant de manière à exclure tout autre fonctionnement du dispositif jusqu'à ce que celui-ci soit regarni d'une nouvelle tige et remis en position sur la plaque ou sur la surface à laquelle la tige doit être soudée.
Selon l'invention, l'appareil comprend un électro-aimant, une arma- ture associée à l'aimant et susceptible d'effectuer un mouvement limité di- rigé vers le ou vers les pôles de l'aimant ou de s'éloigner de celui-ci, un ressort agissant sur l'armature dans le sens opposé à l'action de l'ai- mant, un mandrin de serrage pour recevoir la tige ou la pièce analogue des- tinée à être soudée, ce mandrin étant déplacé par l'armature pour amorcer l'arc ou pour réapprocher la tige de la surface métallique à laquelle elle doit être soudée, et un carter pour loger l'électro-aimant et l'armature, le mandrin de serrage étant disposé à l'extérieur du carter.
La description qui va suivre en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant des dessins que du texte faisant, bien entendu, partie de la dite invention.
La fig. 1 est une élévation latérale et la fig. 2 est une coupe lon- gitudinale d'un dispositif à main pour souder les tiges, conformément à l'invention.
La fig.3 est une vue en plan de la fig. 1, le manche et les plaques de couverture antérieures étant enlevés.
La fig. est une vue de face du dispositif, les plaques de couver- ture antérieures étant enlevées.
La fig. est un schéma montrant les connexions électriques dans un appareil de soudure conforme à l'invention.
La fig. 6 est une vue en plan du bloc de commande.
Dans la construction d'un dispositif de soudure à main, représenté aux dessins ci-joints à titre d'exemple, un trait caractéristique important contribuant à en alléger le poids et à en rendre la forme plus ramassée, consiste dans l'armature montée sur charnière fonctionnant en liaison avec un simple électro-aimant pour réaliser les mouvements de la tige en vue
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d'amorcer l'arc.
Le carter 1 peut être en alliage d'aluminium moulé ou en tout autre métal ou matière, et en plan il présente avantageusement une forme en coin.
Il peut être ouvert à l'extrémité antérieure pour reoevoir un carter anté- rieur 2, en bronze ou en un antre métal ou matière, carter maintenant le cou- lisseau du support du mandrin de serrage. Le carter 1 peut être porté par trois tiges pointues 3. en acier par exemple, dont deux sont disposées sy- métriquement,et l'autre est prévue vers l'arrière.
La forme de l'électro-aimant peut être déterminée suivant le but au- quel l'appareil est destiné. Il est préférable d'utiliser un électro-aimant ayant une culasse ¯4 et des pôles juxtaposés 5 et 6. L'armature 1 est avanta-' geusement en forme de barre, et elle est montée sur un pivot de telle maniè- re qu'elle puisse se déplacer librement d'un petit angle par rapport aux pô- les de l'électro-aimant. A son extrémité antérieure, l'armature est accou- plée au coulisseau du mandrin de serrage 8, qui est poussé par l'armature 2 suivant un parcours en ligne droite qui peut être défini par des guides pa- rallèles.
Le carter 1 maintient la culasse 4 de l'électro-aimant à l'aide de vis , de telle façon que les pôles 5 et 6 soient dirigés vers le bas. Le carter antérieur 2 est fixé au carter 1 par des vis 10 qui s'engagent dans les bri- des 11. L'extrémité arrière du carter 1 est fendue en 12 pour recevoir les pièces 13 en laiton ou en autre métal de serrage des câbles, et ces pièces sont fixées en position par des vis 14. Le carter 1 porte, fixé sur lui par des vis 15, un manche amovible 16,qui est bifurqué à l'extrémité antérieure.
Afin que le dispositif puisse être porté si on le désire par le porte-outil d'une machine-outil telle qu'une perceuse, il est avantageux que soit prévu un trou fileté 17 dans la paroi supérieure du carter et dans la culasse 4 de 1'électro-aimant pour recevoir une tige-support filetée, après que le manche a été enlevé. Ce trou fileté peut être obturé par un bouchon 18.
Les tiges µ peuvent avantageusement comporter des gorges périphéri- ques 19 en un certain nombre de points pour recevoir les extrémités de forme appropriée des vis de serrage 20 correspondantes. Par ce moyen on obtient un
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réglage identique et égal de toutes les tiges. Il est pratique que les tiges antérieures soient maintenues dans des alésages pratiqués dans les brides 11 du carter antérieur 2, tandis que la tige arrière est fixée dans un bouchon en laiton 21 enfoncé dans un alésage pratiqué dans la partie arrière du car- ter 1. Il va de soi que d'autres moyens de fixer les tiges 1 dans les posi- tions de réglage prévu, peuvent être utilisés. Par exemple, les tiges peu- vent être filetées pour s'engager dans des alésages, filetés dans le carter, et être maintenues par des écrous de blocage.
La culasse 4 de l'électro-aimant est en acier doux ou en une autre matière magnétique, et elle est percée de part en part afin de recevoir les extrémités supérieures des pôles 2 et 6. Le pâle 5 est plein et de section transversale circulaire, et comporte un épanouissement polaire 22 de grand diamètre et de faible épaisseur servant à maintenir sur le pôle la bobine 23 de l'enroulement 24 de l'électro-aimant. Le pâle 6 de section carrée est percé depuis l'extrémité supérieure.
L'extrémité arrière de l'armatère 7 est fixée à un support en fourche 25 dont les pointes se logent dans des trous correspondants 26 à la partie inférieure de la paroi arrière du carter 1, et sont assujetties par des gou- jons de charnière vissés 27. L'extrémité antérieure de l'armature est rédui- te en largeur et est guidée dans une fente de la paroi arrière 28 du carter antérieur 2, et elle est longitudinalement fendue pour loger un goujon de liaison 29,monté dans le coulisseau $,du support du mandrin de serrage.
Des nervures parallèles 31 prévues sur la face antérieure de la paroi arriè- re du carter antérieur forment une glissière pour le coulisseau 30 La sur- face arrière de la glissière est formée par une plaque 32, de préférence en bronze, tandis que les guides 33 de la glissière peuvent, de façon pratique, être constitués par des bandes de bronze fixées le long des nervures, de fa- çon à faire saillie sur celle-ci et à venir au contact des brides latérales 34,dirigées vers l'extérieur du coulisseau 30. Celui-ci est de préférence un bloc rectangulaire d'acier ayant des brides parallèles il/dirigées vers l'arrière, brides qui se prolongent à la partie arrière par les brides 34.
Suivant une autre forme d'exécution, les parois latérales des brides paral-
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lèles 35 peuvent être profilées pour recevoir les guides 33. La face infé- rieure du ooulisseau peut être légèrement courbée transversalement en rai- son du faible mouvement angulaire de l'armatère 7 par rapport à cette face.
La partie antérieure du support du mandrin de serrage est constituée par un bloc rectangulaire 36,en matière isolante doublé en avant et en arrière par des feuilles de substance isolante vissées dessus. Le bloc isolant 36 est évidé au milieu de sa largeur vers sa face arrière pour recevoir un bloc de fixation en métal 37,dans lequel pénètrent les vis servant à fixer la plaque de connexion 38,du câble d'amenée du courant de soudure et la'embase ou les brides du support du mandrin de serrage 39.
La plaque/a38 de connexion du câble comporte des douilles 40 pour les' extrémités du conducteur du câble d'alimentation .4!,qui est divisé en deux parties pour faciliter l'amenée du courant à forte intensité momentanée allant au mandrin de serrage. Le carter antérieur 2 peut être pourvu de plaques de protection supérieure et antérieure 42, 43.
Le mouvement de l'armature 7 dans le sens l'écartant de l'éleotro- aimant, peut être limité par des pièces d'arrêt. Ainsi, une vis d'arrêt 44 prévue par exemple dans la partie arrière du support du mandrin de serrage peut être placée de façon à venir en contact avec un bloc d'arrêt, tel que la saillie 45 de la plaque 32.
La vis d'arrêt 44 peut être placée d'une autre façon, par exemple elle peut être dans une direction normale à l'armature dans une saillie formée sur la face arrière du support du mandrin de serrage.
L'approche de l'armature vers les pôles.de l'électro-aimant peut être limitée seulement par le contact de l'armature avec les pôles qui peuvent être recouverts d'une substance non magnétique. Cependant, on,peut prévoir des pièces d'arrêt réglables pour déterminer le degré d'approche.
Ainsi une vis d'arrêt portée par une attache ou un support monté sur la plaque 32 peut être mise en contact avec la face supérieure du coulisseau 30 du support de mandrin de vissage.
Le mandrin de serrage 8 est de préférence tel qu'une tige ou une - pièce analogue d'un diamètre ou d'une section déterminés puisse y être
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aisément enfoncée et maintenue en présentant une saillie déterminée par rapport au mandrin de serrage.
Ainsi, le corps du mandrin de serrage est avantageusement une pièce tubulaire dont l'extrémité inférieure constitue une tête conique 46,de dia- mètre légèrement plus grand et qui, à la partie supérieure, est filetée in- térieurement sur une longueur déterminée. Cette pièce tubulaire est fendue longitudinalement en 47,suivant des plans diamétraux. On donne ainsi au mandrin de serrage un certain degré d'élasticité qui lui permet de mainte- nir une pince de serrage 48 en coopération avec un anneau de serrage excen- trique 49. Celui-ci entoure le mandrin 8 et présente un logement sous sa face inférieure constituant un siège pour la tête 46 du mandrin 8. L'anneau 9 est taraudé pour recevoir une vis de serrage 50.
Des pinces de serrage amovibles 48,susceptibles de recevoir des tiges de diamètres ou sections transversales différentes, sont prévues sous la forme de pièces tubulaires ayant un diamètre extérieur leur permettant d'être introduites à coulisse- ment dans le mandrin 8. Ces pièces portent à leur partie inférieure une tê- te 51. La pince de serrage est fendue diamétralement comme le mandrin 8 en 47. La pièce de serrage peut comporter une rainure laissant passer une bro- che radiale 52 prévue dans le mandrin 8. La partie supérieure du mandrin 8 est fermée par un bouchon fileté 53 qui est percé en son centre et fileté pour recevoir une vis de réglage 54 munie d'une tête isolante 55, vis qui permet de régler la longueur dont fait saillie une tige à souder maintenue dans la pince 48. Une contre-écrou peut s'appliquer sur le bouchon 53.
Si l'on enlève le bouchon 53 en même temps que la vis de réglage 54, la pince peut recevoir une tige de toute longueur voulue.
Le mandrin peut être monté dans tout dispositif convenable. Sur les figures, un bloc métallique 39 muni à l'extrémité arrière des brides de fi- xation mentionnées ci-dessus, est percé parallèlement à la glissière de fa- çon à recevoir ce mandrin 8. Le bloc est fendu, à travers l'alésage, para+- lèlement à l'une des parois latérales, de façon qu'une vis de serrage 56 puisse rapprocher les pinces ainsi formées pour maintenir fermement le man- drin 8.
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Le carter 1 est avantageusement muni d'un cylindre dont l'extrémité inférieure est tout contre l'armature, cylindre dans lequel un plongeur sou- mis à l'action d'un ressort a son extrémité inférieure en contact permanent avec l'armature qui, sous l'action de ce plongeur, est éloignée de l'électro- aimant lors de la suppression de l'excitation de ce dernier pour permettre le retour de la tige vers la plaque. La tige du plongeur a une longueur tel- le que, lorsque le mandrin porte une tige, que l'outil à souder est placé en position de fonctionnement par rapport à la plaque sur laquelle la tige doit être soudée et que la tige est en contact avec ladite plaque, l'extrémité su- périeure de la tige soit au ras de l'extrémité supérieure du cylindre qui peut faire saillie à travers la surface supérieure du carter ou être au même niveau qu'elle.
Le plongeur est établi de façon à déterminer 1'amplitude du mouvement de l'armature pour amorcer l'aro,et dans ce but le plongeur ou sa tige peut venir en contact avec une butée à l'intérieur du cylindre ou exté- rieurement à lui.
Dans la construction représentée, le pôle 6 qui complète le circuit magnétique de l'électro-aimant, est un peu plus saillant que le pôle 5, et il limite l'ascension de l'armature. Le plongeur 57, de préférence en laiton, en acier ou en plusieurs métaux, fait saillie à travers la paroi inférieure et reste au contact de l'armature 1 sous l'action du ressort 58 qui porte sur une collerette 59 du plongeur et à la partie supérieure contre un bouchon fileté 60.
Lorsque le plongeur 57 affleure sensiblement par son extrémité supérieure la partie supérieure du bouchon 60, l'armature 1 peut, par exci- tation de l'électro-aimant, soulever le plongeur 57 à l'encontre de l'action de son ressort d'une longueur égale à la courte hauteur de saillie prévue pour la partie supérieure du plongeur hors du cylindre. La hauteur de sail- lie du plongeur donne la mesure du soulèvement du mandrin de serrage 8 et, par suite, de la longueur de l'arc.
Le circuit de commande alimentant l'électro-aimant et, le cas échéant, un contacteur pour fermer le circuit de soudure, comporte avantageusement un dispositif de sécurité maintenant le dit circuit ouvert, sauf lorsque le mandrin est muni d'une tige et que le carter de l'appareil est en position
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de fonctionnement par rapport à la surface sur laquelle la tige doit être soudée. Ainsi, on peut prévoir un plongeur actionnant un interrupteur, plon- geur qui est fixé sur l'armature ou qui est en contact avec elle et qui ac- tionne des ressorts de contact isolés servant à fermer ou à ouvrir le cir- cuit de commande, mais qui tend toujours à ouvrir ces contacts.
Lorsque l'appareil est prêt et en position de soudure, le circuit est fermé par sui- te du soulèvement du plongeur par l'armature, provoqué par la tige qui est appliquée contre la surface à laquelle elle doit être soudée. Le circuit est ainsi maintenu fermé pendant que l'armature continue à monter lors de l'amorçage de l'arc. Le circuit est fermé au moment où l'appareil est prêt à effectuer la soudure, mais le mouvement de retour de la tige vers la pla- que pour l'achèvement de la soudure est beaucoup plus grand que le mouvement d'aller, étant donné que la tige s'est raccourcie de la quantité fondue par l'arc.
Comme l'appareil est encore en position de fonctionnement par rap- port à la plaque, le circuit de commande est par suite ouvert par le mouve- ment de retour et reste ouvert jusqu'à ce qu'une nouvelle tige soit intro- duite dans le mandrin de serrage et que l'outil à souder soit mis de nou- veau en position de soudure de la tige sur la surface de la plaque.
Dans la construction représentée, un corps d'interrupteur 61,en ma- tière isolante ou en matière plastique est fixé avec interposition d'une feuille 62,de matière isolante sur une face latérale du pôle 6. Le corps 61 reçoit le plongeur métallique 63 qui porte une tête de contact 64 sur la- quelle s'applique un ressort 65 dans un renfoncement correspondant de la partie inférieure du corps 61. Une plaque métallique de contact 66 et un manchon pour le plongeur sont logés dans un renfoncement de la partie supé- rieure du bloc 61. La position la plus basse du plongeur est déterminée par un écrou 67 monté à l'extrémité supérieure. Le circuit passant à travers l'interrupteur, par exemple, la mise à la masse,est fermé par une tige de contact 68 portée par l'armature.
La tige de contact 68 est réglable par rapport au plongeur. Ainsi la position précise d'ouverture du dispositif de sécurité pendant la course de retour peut être réglée de manière que le dispositif puisse être rendu inopérant si l'on juge nécessaire, dans
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certains cas, de maintenir le courant jusqu'à ce que la soudure soit com- plète, comme par exemple, lorsqu'on soude des tiges d'alliage d'aluminium.
La fig. est un schéma des connexions électriques. L'outil reçoit .le courant d'un système de distribution ou d'un groupe moteur-générateur, et le circuit principal de soudure est connecté automatiquement par l'in- termédiaire d'un contacteur 69. Ce contacteur en se fermant excite, à l'ai- de de contacts auxiliaires, l'enroulement 24 de l'électro-aimant en vue d'amorcer l'arc, le circuit de commande du contacteur étant fermé par un interrupteur à bouton-poussoir 70, en série avec le dispositif à contact de sécurité 63 qui est actionné par l'armature 7.
Ainsi, en abaissant et en maintenant fermé l'interrupteur 70 jus- qu'à achèvement de la soudure, les opérations suivantes ont lieu:
1) L'enroulement 71 actionnant le contacteur principal est alimenté en courant et ferme le circuit principal de soudure par les contacts 72.
Le courant passe entre la tige et la plaque qui sont en contact sous l'ac- tion de la pression du ressort 58, ce courant étant cependant normalement limité par une résistance convenable 73
II) En même temps un circuit passant à travers l'enroulement 24 de l'électro-aimant est fermé, si nécessaire, par l'intermédiaire des con- tacts auxiliaires 74. L'armature 7 soulève le mandrin de serrage 8 et la tige, et un arc s'établit entre la tige et la plaque.
III) Un dispositif réglant la durée de l'arc est alimenté en cou- rant et, à l'aide de contacts secondaires,placés en série avec l'électro- aimant, il ouvre, après une période de réglage de durée déterminée, le cir- cuit de l'électro-aimant, de telle sorte que la tige retourne vers la pla- que sous l'action de la pression exercée par le ressort 58, l'arc étant maintenu.
IV) Etant donné que le parcours de la tige et de son mécanisme de support est beaucoup plus grand lors du retour de la tige vers la plaque que lorsqu'elle a été soulevée de la plaque pour l'amorce de l'arc, par suite de la fusion de la tige et de la plaque qui s'est produite pendant la période de jaillissement de l'arc, la tige de contact 68, associée à l'armature, se déplace suffisamment pour que les contacts de sécurité
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s'ouvrent, ouvrant ainsi le circuit de l'enroulement d'excitation 71 du contacteur principal, qui ouvre à la fois le circuit de soudnre principal et le circuit auxiliaire de l'électro-aimant.
Etant donné que l'extrémité fondue de la tige rejoint la plaque pra- tiquement au même instant, ou même juste avant que le circuit principal de soudure soit ouvert, l'augmentation d'intensité dans le circuit principal de soudure qui se produirait autrement par la mise en court-circuit de l'arc est considérablement diminuée avec des effets heureux, non seulement en ce qui concerne la qualité de la soudure obtenue, due à une meilleure forma- tion du bourrelet de renforcement de métal refroidi autour d'elle, mais é- galement par la réduction du travail imposé au contacteur pour couper le circuit.
L'utilisation d'une armature sur charnière présente l'avantage de produire un choc moins important lors du retour de la tige vers la plaque que le choc qui se produirait avec une armature libre, et, en conséquence, les projections de métal fondu sont évitées ou réduites à un minimum.
Le dispositif de réglage de la durée de l'arc peut, avantageusement, être du type connu à charge ou à décharge d'un condensateur dans lequel on fait varier la vitesse de charge ou de décharge d'un condensateur connecté de façon convenable au dispositif de commande d'un relais permettant d'ob- tenir un réglage précis de la durée du temps qui s'écoule entre la ferme- ture du circuit primaire du dispositif de réglage de durée et l'ouverture du circuit secondaire résultant du fonctionnement du relais à l'instant où le condensateur atteint un état de charge ou de décharge prédéterminé.
Un tel dispositif de réglage de durée est représenté sur la fig. 5.
La fermeture des contacts 74 permet au courant de passer à travers la ré- sistance de réglage 75 et la résistance variable 76 du bloc de commande 77 dans l'enroulement 78 du relais de réglage de durée, et de charger le con- densateur 79. Au moment déterminé, l'enroulement 78 est excité et il dé- place le plongeur 80 qui ouvre les contacts 81, 82 alimentant respective- ment l'enroulement de l'électro-aimant 24 et le condensateur 79 et ferme les contacts 83, permettant au condensateur 79 de se décharger.
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La durée de jaillissement de l'arc peut varier en 0,05 seconde et 1 seconde, et les dispositifs de réglage de durée décrits doivent répondre à de telles variations dans de bonnes conditions.
L'outil à souder décrit peut fonctionner en alternatif si l'on pré- voit pour,l'électro-aimant un circuit magnétique feuilleté ou si l'on ména- ge des fentes convenables dans le fer ou l'acier constituant ce circuit.
Il va de soi que des modifications peuvent être apportées à l'outil à souder qui vient d'être décrit, notamment par l'utilisation de moyens techniques équival/ents, sans sortir pour cela du cadre de l'invention.
Ainsi, le circuit magnétique peut se fermer par l'extrémité à charnière de l'armature au lieu d'emprunter le pôle creux contenant le ressort et le plongeur. Cette construction permet un raccourcissement de l'outil.
Lorsque le dispositif de commande principal doit être nécessairement maintenu dans une position déterminée, on peut prévoir des moyens de régla- ge précis à distance de la durée de l'ara pour souder de petites tiges, des tubes ou des pièces analogues, par exemple des tiges de 6 mm. environ de di- amètre ou même plus faibles, moyens constitués par un dispositif qui peut à être porté par l'opérateur ou qui le suit. De telles conditions de travail peuvent particulièrement se rencontrer à bord d'un bateau.
Le dispositif de commande à distance permettant d'effectuer le régla- ge en durée peut présenter tout simplement les caractéristiques du bloc de commande décrit en regard des figures 2 et 6, c'est-à-dire une résistance variable de réglage 76,et un interrupteur 10,logés dans un petit boîtier 89 qui peut être porté par l'opérateur au moyen d'un col, d'une ceinture ou d'un collier. Une telle résistance de réglage de durée peut être connectée au dispositif principal par un simple câble à deux conducteurs relié au cir- cuit du condensateur du dispositif de commande principal qui est de préfé- rence logé dans l'organe de commande de l'outil à souder. Un tel dispositif permet un réglage facile et instantané de la durée de l'arc par l'opérateur sans qu'il ait à quitter sa position de travail.