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"Perfectionnements apportés ou relatifs à la soudure de goujons et analogues."
Cette invention se rapporte à la soudure à l'arc électrique de goujons, tubes et analogues d'aluminium ou en alliage d'aluminium (appelés ci- après "goujons") à des plaques, corps et analogues qui sont soit en aluminium soit en alliage d'aluminium (appelés ci-après "plaques").
L'invention a pour objets de rendre possible des soudures sûres et efficaces entre ces boulons et ces plaques, d'assurer une formation de bour- relets ou collets satisfaisante et d'assurer encore une liaison efficace des bourrelets avec les goujons et les plaques suivant les nécessités.
La soudure de goujons à des plaques a été effectuée communément en formant un arc entre le goujon et la plaque pendant une période de temps déterminée et en déplaçant ensuite le goujon vers la plaque tout en maintenant l'arc, de sorte que l'extrémité fondue du goujon soit appliquée au cratère for- mé dans la plaque.
En effectuant la soudure de goujons en aluminium ou en al- liages d'aluminium à des plaques en métal ou alliages analogues dans les condi- tions Indiquées, il apparaît des difficultés provenant du fait que des cavités
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dues aux gaz se forment rapidement dans le métal de la soudure sous l'action de la chaleur de l'arc et que la soudure résultante devient poreuse,tandis que le métal refroidi qui forme la liaison entre le goujon et la plaque revient néces- sairement à l'état de fonte après la fusion, entraînant ainsi une résistance à la tension considérablement moindre qu'avant la fusion.
Selon l'invention, des goujons en aluminium ou en alliage d'alumi- nium sont soudés à des plaques en aluminium ou en alliage d'aluminium par un pro- cédé consistant à préparer l'extrémité de soudure da goujon avec un fondant des- tiné à contrecarrer l'effet nuisible des gaz dégagés par l'arc lors de la soud re, à former l'arc entre le goujon et la plaque, à maintenir l'arc pendant une courte période de temps prédéterminée, à amener le goujon en contact avec la pla- que et à ouvrir le circuit de soudure juste au moment où, le goujon atteint la plaque ou juste avant ce moment.
En vue d'améliorer la formation de l'arc et d'assurer une liai- son satisfaisante entre le bourrelet de métal fondu et le goujon et la plaque, le préchauffage de l'extrémité du goujon peut être effectué pendant une brève période de temps en faisant passer le courant dans le goujon et la plaque pen- dant ou'ils sont en contact, juste avant l'amorçage de l'arc.
Il est en,outre avantageux de régler la période de durée de l'arc, et également la période de préchauffage par le régime de fonctionnement d'un condensateur ou de condensateurs correspondants. D'autres moyens de commande de réglage du temps peuvent cependant être utilisés.
Le fondant est avantageusement un fondant métallique dans lequel le métal est choisi parmi des métaux tels que le zinc, le plomb ou le cadmium, la d'un et il peut être appliqué à l'extrémité du goujon sous/forme/solide, par exemple un disque, une rondelle ou une piàce rapportée. Il est de préférence appliqué par métallisation par un procédé de pulvérisation à chaud de façon à produire un mince revêtement sur le goujon et en liaison avec celui-ci.
Suivant une variante, le fondant peut être un fondant chimique tel qu'un mélange de chlorure de sodium et de potassium avec du fluorure de li- thium , sous forme de poudre sèche et rendu compact sur l'extrémité du goujon ou y adhérant d'une autre façon.
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L'invention est illustrée à titre d'exemple aux dessins schémati- ques ci-annexés.
La Fig. 1 est un schéma ou un exemple typique des connexions élec- triques pour l'application du procédé de soudure selon l'invention.
La Fig. 2 est une vue de détail illustrant l'application du cir- cuit de la Fig. 1 à une forme simple d'outil à main.
La Fig. 5 représente un assemblage à mandrin avec le goujon pré- paré suivant la présente invention, en position pour l'amorçage de l'arc.
La Fig. 4 représente une forme de goujon préparé selon l'invention.
Dans l'application du précédé de l'invention, il est avantageux de commander le fonctionnement de l'appareil de soudureen ce qui concerne le pré- chauffage du goujon et la durée de l'arc par un dispositif de réglage du temps fonctionnant suivant un principe de charge de condensateur, ce par quoi des pé- riodes de distribution précises et aisément variables, de courte durée, peuvent être assurées de fagon uniforme, et on tirera avantageusement parti de ce que pendant la formation de l'arc le goujon diminue inévitablement de longueur, ce qui rend le trajet du goujon vers la plaque plus grand que l'espacement ou hau- teur avant la formation de l'arc, en effectuant l'ouverture du circuit de sou- dure juste au moment où le goujon atteint la plaque, ou juste avant.
Le refroidis- sement ultérieur du métal fondu dans la zone de la soudure empêche la dispersion et permet une liaison homogène entre les goujons en aluminium ou en alliage d'a- luminium soudés aux plaques constituées par les mêmes matières. A la Fig. 1 des dessins ci-annexés, l'outil portatif 1 possède une bobine de solénolde 2 et un noyau 5 pour soulever le goujon 4 et l'écarter de la plaque 5,en vue d'amorcer l'arc, contre la force exercée par le ressort 6. Le courant de so..dure est four- ni au goujon 4 à partir de la borne 7 au travers du contacteur 8, de la résistan- ce de commande 9 et de l'attache-fil 10. La plaque 5 est connectée à la borne 11 ou à la terre.
La bobine de contacteur 12 est connectée à la borne 13 de 1' alimentation du circuit de commande et au commutateur 14 prévu sur l'outil, en série avec le contact de plongeur 15 qui a une course axiale limitée et qui est
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pressée vers le haut par un contact 16 fixé au noyau 3, lorsque ce dernier est déplace vers l'intérieur par suite de la mise en ppsition de l'outil 1 lorsque celui-ci chargé d'un goujon 4 est amené sur la plaque 5. Le conducteur de re- tour 17 est connecté à la seconde borne d'alimentation 18 ou à la terre.
Le contacteur 8 ferme les contacts 19 intercalés dans un conducteur 20 allant de la borne 15 à un contact mobile 21 du relais 22 d'un circuit de com- mande de temps de préchauffage. Une extrémité de la bobine du relais 22 est con- nectée à une prise intermédiaire 25 d'une résistance de réglage 24, tandis que l' autre extrémité de la bobine est connectée par un conducteur 25 au conducteur 17 à l'intervention d'une résistance variable 26. La prise intermédiaire 25 est éga- lement connectée au contact fixe 27 destiné à être normalement fermé par un con- tact mobile 28 connecté au conducteur 25 à travers un condensateur 29. Un second contact fixe 50 qui coopère avec le contact mobile 28, est connecté au conduc- teur 25 à travers la résistance 51.
Le contact fixe 52 du relais alimente en cou- rant, par un conducteur 55, le circuit de commande du temps de l'arc, qui est sensiblement similaire au circuit de commande du temps de préchauffage, les élé- ments constitutifs étant indiqués par les chiffres correspondants 21" .. 52".
Le circuit de commande du temps de l'arc est destiné à effectuer l'ouverture du circuit au travers de la bobine de solénolde 2, pour permettre au ressort 6 de déplacer le goujon 4 vers la plaque 5. A cet effet, le contact fixe 52" du relais 22" peut être disposé de telle façon par rapport au contact mobile 21' que le circuit qui y passe pour se diriger vers la bobine de solénoide, est normalement fermé et, par conséquent, destiné à s'ouvrir lorsque le relais 22' fonctionne. Le courant passant par la bobine de solénolde, est, cependant, d'une force telle qu'il est nécessaire de prévoir un relais, spécialement aux fins de régler le circuit.
En conséquence, le conducteur 55 est avantageusement continué jusqu'à un contact fixe 54 d'un relais 55 dont la bobine est connectée à un conducteur 56 allant du contact fixe 52' au conducteur 17. Le contact mobile 37 du relais 55 est relié par le conducteur 58 à la bobine de solénoide 2, et ali- mente ainsi la bobine en courant. La succession d'opérations à effectuer pour la soudure d'un goujon est comme suit: (i) le commutateur 14 est fermé et maintenu fermé jusqu'à ce que la soudure soit achevée.
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(ii) la bobine de contacteur 12 est excitée et le contacteur 8 ferme le circuit, ce qui a pour résultat qu'un courant relativement fort s'écou- le dans le goujon 4 et la plaque 5.
(iii) le contacteur 8,lors de la fermeture, ferme les contacts 19 et le courant passe vers le circuit de commande du temps de préchauffage. Le con- densateur 29 eet chargé en conséquence en une fraction de seconde suivant le régla. ge de la résistance 26.
(iv) lorsque le condensateur 29 est chargé, la bobine du relais 22 est excitée pour inverser les contacts mobiles 21 et 28. Le condensateur est en- suite déchargé et la bobine de solénolde 2 est excitée pour amener le noyau 3 à soulever le goujon 4 loin de la plaque 5 en vue d'amorcer l'arc, et le circuit de commande du temps de l'arc reçoit alors son courant.
(v) le condensateur 29' est chargé à une vitesse, et pour une péri- ode, déterminée par le réglage de la résistance 26'. Lorsque le condensateur est chargé suffisamment, la bobine du relais 22' est excitée et inverse les contacts mobiles 21' et 28'. Le condensateur 29' est déchargé et la bobine du relais 55 est excitée par l'alimentation en courant venant du conducteur 56. Les contacts 54 et 57 sont alors séparés et la bobine de solénolde 2 est désexcitée. Le noyau de solénoide 5 n'est donc plus attiré et le ressort 6 déplace le goujon 4 vers la plaque 5 en raccourcissant l'arc.
(vi) lorsque le goujon approche de la plaque, les contacts 15 et 16 se séparent, interrompant ainsi le circuit de la. bobine de contacteur 12.Le contacteur 8 ouvre le circuit et le courant de soudure est interrompu lorsque le goujon 4 approche et pénètre dans le cratère de la plaque pour compléter la sou- dure, l'interruption de l'écoulement de courant produisant un refroidissement du métal fondu.
(vii) le commutateur 14 est libéré.
Si le circuit de préchauffage n'est pas requis, il peut être mis hors service, par exemple, par un interrupteur 39 monté dans le conducteur 3" entre le circuit de comman 3 de préchauffage et le circuit de commande du temps de l'arc, cet interrupteur pouvant être connecté au conducteur 20, tandis que
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le conducteur destiné à la résistance 24 peut être muni d'un commutateur 40 pour interrompre le conducteur.
Les circuits décrits ci-avant, comme illustrés à la Fig. 2, par exemple, peuvent être adaptés sur un outil à main du type dans lequel un électro- aimant 41 attire une armature articulée 42 qui déplace le support de goujon 45 suivant une trajectoire normale à la plaque 5. Le ressort 44 fait revenir l'ar- mature dans sa position lorsque l'électro-aimant est désexcité. Les contacts 15 et 16 sont représentés par un contact plongeur monté dans le corps de l'outil et par un contact porté par l'armature 42.
L'emploi de zinc, plomb, cadmium et métaux analogues,comme fondent, a l'avantage d'assurer une action de refoulement vis-à-vis des gaz dégagés par l'arc, de sorte qu'on obtient une soudure solide, exempte de soufflures et de po- rosité, présentant une liaison satisfaisante entre le bourrelet et le goujon et 'la plaque, ce qui renforce encore la soudure. Les métaux précités ont des pres- sions de vapeur élevées aux températures atteintes lors de la soudure. Ils se vo- latilisent, en conséquence, instantanément, produisant ainsi l'action de purgation dans le métal fondu, requise pour enlever les gaz. Le goujon destiné à l'emploi avec un fondant métallique est de préférence formé comme on l'a représenté à la
Fig. 3, avec une extrémité plane 45, et une pointe ou prolongement axial fmsible
46 de petit diamètre et de faible longueur.
L'extrémité du goujon et la pointe ou prolongement sont métallisés,de même qu'une petite partie de la surface péri- phérique adjacente, si on le désire, par une fine couche de zinc ou d'un autre métal parmi ceux qu'on a choisis, en prenant en considération la profondeur du dé- pôt par rapport à la dimension et à la matière du goujon, la qualité et l'épais- seur de la plaque, et les conditions opératoires dans lesquelles la soudure est effectuée. Le goujon peut, cependant, être préparé d'une autre façon, par exemple. en supprimant la pointe ou le prolongement et en cônant la face d'extrémité, l que
1 le sera alors métallisée.
La surface de la plaque, à l'endroit où l'on décide de faire la sou- par dure, peut être de même métallisée ou enduite, par exemple,/pulvérisation, avec du zinc ou un autre parmi les métaux choisis.
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Suivant une variante, on peut employer sous forme pulvérulente sè- che un fondant chimique tel qu'un mélange de chlorures de sodium et de potassium avec du fluorure de lithium. Les proportions dans lesquelles les constituants d' un tel fondant chimique sont présents, peuvent varier dans de grandes limites.
Par exemple, le chlorure de potassium peut être présent dans des proportions va- riant entre 50% et 60%, tandis que le fluorure de lithium peut varier de 20% à 30%. De même, le chlorure de sodium peut varier de 10 à 20% et se présenter avan- tageusement sous la forme d'un chlorure de sodium -aluminium. De petites quan- tités d'autres constituants, par exemple. 0,5 à 7% de fluorure de sodium,peu- vent également être combinées. Un fondant qui est approprié pour l'usage avec un alliage de magnésium-aluminfin à 5% , comprendra 30% de chlorure de lithium, 20% de chlorure de potassium, 20% de fluorure de calcium et 10% de chlorure de manganèse.
Dans une forme préférée de l'extrémité du goujon destinée à être employée avec un fondant chimique, comme on l'a représenté à la Fig. 4 des dess sins ci-annexés, la pointe ou prolongement axial 46 présente un renfoncement annulaire concentrique 47 dans lequel le fondant pulvérisé est tassé et retenu .
Le fondant peut encore être retenu en position par rapport à l'extrémité du gou- jon grâce à un enveloppement ou un adhésif, et,dans ces variantes, le renfonce- ment annulaire 47 n'est pas essentiel bien qu'utile. Vu que les fondants chimi- ques sont bygroscopiques, les extrémités de goujon préparées doivent être sèches lorsqu'on les emploie et les goujons doivent, par conséquent, être chauffés im- médiatement avant l'emploi. La méconnaissance de cette précaution peut conduire à une porosité excessive.dans la soudure en raison de la rapide vaporisation de l'humidité dans le fondant sous l'action de la chaleur de l'arc.
Lorsqu'on em- ploie un fondant chimique sec sous forme pulvérulente, on peut effectuer des soudures présentant une résistance mécanique suffisante pour un grand nombre d' applications, à la fois sur des surfaces verticales et horizontales, mais on se- ra assuré d'obtenir facilement des soudures supérieures en employant un fondant
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métallique.Afin d'obtenir une résistance maximum pour la soudure du goujon par la liaison efficace du bourrelet de métal avec le goujon et la plaque, il est ou frette préférable d'employer une virole/ayant la forme d'un manchon de grès ou d'une autre matière réfractaire appropriée, pour les goujons de plus grandes dimensi- ons, bien qu'il soit possible de produire des soudures satisfaisantes dans l' aluminium ou dans un alliage d'aluminium, en particulier dans le cas de plus pe- tites dimensions de goujons,
sans utiliser de virole. La virole est avantageuse- ment d'une forme connue telle qu'on l'emploie dans la soudure des goujons en aci- er. A la Fig. 5, 48 indique la partie arrière ou supérieure de la virole, qui laissant ' possède un diamètre intérieur laissant un espace satisfaisant entre la virole et le goujon 4 pour ménager un jeu autour de celui-ci, tandis que la partie in- férieure ou avant 49 présente un diamètre intérieur créant un espace adéquat pour la formation du bourrelet autour du goujon, et présente également des fente: d'aération 50. La virole est maintenue écartée du mandrin 51 par un ressort hé- licoidal 52.
Il est bien entendu qu'un renforcement additionnel de la soudure peut être obtenu en munissant les goujons d'extrémités agrandies présentent un épaulement ou étant d'une autre forme quelconque comme, par exemple, en tête d' oignon.
Lorsqu'on effectue des soudures en l'absence de viroles, l'effet de refroidissement qui est la conséquence de l'exposition de la zone de soudure à l'atmosphère, a pour résultat que le bourrelet de métal fondu n'est pas lié effectivement au goujon ou à la plaquepar suite de la formation sur le goujon et sur la plaque de pellicules d'oxydation interposées qui ne peuvent être fondues de façon satisfaisante qu'aux hautes températures atteintes à l' intérieur d'une virole d'entourage.
Ceci est, dans certaines circonstances, un avantage vu que, lorsqu'on effectue des soudures sans virole, la densité du cou- rant et la durée de l'arc peuvent être réglées de telle façon qu'à la fin de la soudure, le bourrelet qui n'est pas lié au goujon et à la plaque,Deut être un facilement enlevé en utilisant un ébarboir/ ou tourne vis léger, de sorte que le goujon reste proprement fixé à la plaque après l'enlèvement du bourrelet .
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Ceci est désirable lorsqu'il s'agit d'attacher des accessoires à une plaque de façon qu'ils reposent tout près de la surface, et au moyen de trous qui entou- rent étroitement le goujon ou l'entourent avec très peu de jeu. Dans ces pro- cédés de soudure, le préchauffage de l'extrémité du goujon n'est pas nécessaire et, par conséquent, s'il existe un circuit de préchauffage, il peut être rendu inactif par le réglage correspondant des interrupteurs 59 et 46, par exemple.
Il est bien entendu que,bien que l'invention soit surtout d'une grande importance pour la soudure de goujons et d'objets analogues en aluminium ou en alliage d'aluminium, on peut avantageusement l'appliquer dans le cas d' autres métaux et alliages légers, et plus particulièrement dans le cas de magné- sium et d'alliages de magnésium. On a trouvé qu'elle convenait tout particuliè- rement pour la soudure de goujons et de plaques faits en alliage de magnésium-. aluminium à 5 pour cent, pouvant contenir également un pour cent ou moins de cuivre, de manganèse, de silicium et / ou de fer.
Revendications.
1. Un procédé pour la soudure à l'arc électrique de goujons, de tu- bes et d'objets analogues à des plaques, des corps et des objets analogues, où les métaux et / ou les alliages à souder sont des métaux ou des alliages légers et plus particulièrement de l'aluminium ou des alliages d'aluminium, consistant à préparer d'abord le goujon à souder avec un fondant ayant des propriétés em- péchant la formation d'effets nuisibles dans la soudure tels que soufflures et porosité, à former un arc entre le goujon et la, plaque, à maintenir l'arc pen- dant une période de temps prédéterminée, et, à l'expiration de la période de tem- à amener le goujon chauffé en contact avec le cratère chauffé de la plaque. ps '
2.
Un procédé selon la revendication 1, dans lequel le fondant comprend un métal ayant une pression de vapeur élevée à la température de la fu- sion produite par l'arc.