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" Procédé de soudure par rapprochement et de découpage électrique' ".
Dans le domaine de la soudure par résistance, la soudure par rapprochement nta été utilisée jusqu'à présent que pour la fabrication de tubes de section circulaire. Elle a été égale- ment réduite à des aciers au carbone avec une teneur en carbone inférieure à 0,2 % et ne pouvait pas être appliquée aux aciers alliés ou à d'autres métaux. La cause en est la concentration de courant trop faible à l'endroit de soudure lors du proces- sus de soudure, ce qui ne permet une jonction qu'avec des ma- tières spécialement appropriées et qui, msme alors, ne donne
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que des propriétés mécaniques assez faibles.
Le procédé de soudure par combustion ne présente pas les inconvénients de la soudure par rapprochement. Il peut être utilisé pour des pièces constituées par la majorité des métaux et alliages et permet également la jonction de matières non semblables. Mais, dans ce procédé, la section à souder complète participe au processus simultanément. Il en résulte des limites étroites pour la longueur de la couture et pour les formes des pièces à souder; c'est ainsi que, par exemple, l'épaisseur de la tôle ne peut pas être inférieure à 1,5 mm, valeur qui dépend de la précision de la conduite des mâchoires et qui est encore dépassée lorsqu'on emploie des dispositifs du genre ordinaire.
La présente invention a pour objet de combiner pour la soudure les avantages qualitatifs de la soudure par combustion avec les avantages quantitatifs de la soudure continue par rap- prochement, et a pour but la formation d'un joint de soudure en bout d'excellente qualité, pour des tubes, des profilés et des tôles. Elle convient spécialement pour la fabrication de tubes ronds et profilés, ainsi que pour la jonction de tôles usinées ou non. Hais l'invention permet également de découper électriquement des pièces et offre, dans ce cas, des avantages par rapport au découpage autogène et au cisaillage mécanique.
La présente invention est basée sur le fait que dans des conducteurs que traverse un courant, celui-ci a une densité anormalement élevée aux endroits dans lesquels le courant subit une inversion de direction presque complète par suite de la courbure prononcée du conducteur. Si, par exemple, on pratique dans une tôle une incision allongée sous forme d'une encoche à pointe aiguë, et si l'on y dirige un courant élevé de façon tel- le qu'il doive contourner cette incision, un trou sera formé par combustion à la pointe de cette incision. Hais ce phénomène, suivant la présente invention, peut être utilisé de la même ma- nière pour la soudure par rapprochement de deux pièces, et
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également pour le découpage d'une pièce en deux parties.
Il con- siste en ce que le courant est amené au travers de pièces fai- sant de préférence un angle aigu entre elles, tout au moins autour d'une incision en forme d'encoche formée par ces pièces, ce qui provoque le chauffage à la température de fusion, à l'en- droit de la pointe d'incision, et en ce que ces pièces, tout en étant maintenues dans leur position angulaire respective, sont déplacées en direction du sommet de l'angle dans le cas de la soudure, et dans la direction contraire dans le cas du décou- page. De cette manière, on obtient dans le premier cas, en choi- sissant une vitesse et une pression appropriées, un joint de soudure continu semblable quant au résultat à celui de la sou- dure par combustion.
Mais, à la différence de la soudure par points et par joints, suivant la présente invention, le mouve- ment de la pièce à découper ou des pièces qui doivent être sou- dées, constitue une caractéristique importante du procédé et c'est uniquement grâce à ce mouvement que la position angulaire des arêtes de la pièce est maintenue de façon continue jusqu'à l'endroit de contact, et que le processus de fusion est mainte- nu de façon continue.
La densité de courant à l'endroit de contact, et par sui- te l'effet analogue à la soudure par combustion, peut être ren- forcée par l'utilisation de courant à plus haute fréquence. la matière fondue, y compris les oxydes, est chassée du joint de trois côtés par suite de la pression de soudure, de telle sorte- qu'une jonction d'excellente qualité est obtenue. La superposi- tion d'un courant induit de plus haute fréquence sur un courant de plus basse fréquence amené à l'aide d'électrodes, est employée de préférence dans les cas pour lesquels le point de fusion de la couche d'oxyde est considérablement supérieur à celui de la matière de base, comme par exemple pour Al2O3 ( 2050 C ) par rapport à Al 658 C).
Lors du découpage, en particulier de pièces aplaties comme
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par example des tôles, il faut pratiquer dans celles-ci pour amorcer le processus de fusion une incision à angle aigu en for- me d'encoche, et le long des deux arêtes se faisant vis-à-vis de cette encoche a lieu l'arrivée et le départ du courant. Si, après avoir amené le courant de soudure, la fusion a lieu à la pointe d'incision, l'endroit de fusion en forme de point se dé- place avec une grande vitesse, si en même temps les pièces à usiner divergentes sent écartées mécaniquement l'urede l'autre.
Suivant le procédé de soudure par rapprochement d'après la présente invention, lors de la fabrication de tubes et de profilés, les éléments de tubes et de profilés à souder sont rap- prochés de façon convergente jusqu'à contact par pression de leurs arêtes, et le courant de soudure est amené, soit directe- ment par électrodes à galets, soit par induction de façon telle, qu'il traverse les pièces convergentes et leur endroit de con- tact suivant une trajectoire en forme de noeud.
Dans le premier cas, les pièces à usiner amenées à l'aide de galets de direction ou d'écartement de façon convergente jus- qu'aux électrodes à galets, comme par exemple les deux moitiés du tube, sont appliquées l'une, sur l'autre grâce à une pression provoquant leur déformation lors de l'entrée entre les galets des électrodes.
Si la production du courant de soudure doit avoir lieu par induction dans la pièce à usiner, on dispose, suivant la présente invention, une bobine d'induction entourant le tube ou les deux moitiés du tube, aux endroits où les arêtes de tube qui doivent être soudées et sont amenées de façon convergente, se rejoignent sous pression.
S'il s'agit de la soudure de tôles planes, le courant de soudure est produit par des bobines d'induction disposées co- axialement des deux côtés de l'endroit de contact des tôles rap- prochées de façon convergente, et le courant traverse les bords de tôle convergents et laur endroit de contact à la pointe de
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l'incision aiguë formée par ces bords.
Pour la fabrication de coudes de ,tube ou de serpentins en forme d'hélice ou de spirale, il est nécessaire d'amener l'extérieur des deux moitiés de tube avec une courbure un peu plus grande et une plus grande vitesse que la moitié intérieure à l'endroit de soudure, ceci pour que la vitesse des arêtes venant en contact soit partout la même.
La soudure simultanée de deux tubes peut avoir lieu sui- vant la présente invention à l'aide d'un dispositif dont deux paires d'électrodes à galets forment avec leurs axes le circuit secondaire fermé par la pièce à souder, d'un transformateur de soudure.
Quelques formes de réalisation de dispositifs de soudure suivant la présente invention sont représentées schématiquement sur les dessins.
Les figures 1 et 2 représentent un dispositif de soudure pour la fabrication d'un tube de section circulaire en vue de face et en plan.
La figure 3 représente le chemin que prend le courant en- tre les surfaces d'appui des électrodes à deux endroits de sou- dure d'une section de tube en représentation développée.
Les figures 4 et 5 représentent un dispositif de soudure pour la soudure simultanée de deux tubes de section quadratique, en vue de face et en coupe suivant la ligne V - V de la figure 4.
La figure 6 en représente un détail.
La figure 7 est une vue en plan d'un dispositif de sou dure avec amenée de courant inductive au tube.
La figure 8 est une vue en plan d'un serpentin de tube formé par deux moitiés de tube.
Les figures 9 et 10 représentent un dispositif de soudure avec amenée de courant inductive pour un tube formé d'une bande latérale avec section circulaire, en élévation et en vue en plan.
Les figures 11, 12 et 13 représentent des dispositifs de
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soudure avec amenée de courant inductive pour un tube formé par enroulement hélicoïdal, en vue en plan et en vue de face.
Les figures 14, 15 représentent une vue en plan et une élévation latérale d'un dispositif pour la soudure de tôles planes.
Les figures 16, 17 représentent un dispositif de soudure pour la fabrication d'une poutre en double T en vue antérieure et en vue en plan, et
La figure 18 représente une pièce à découper électrique- ment munie de raccords pour l'amenée et le départ du courant.
L'avantage technique de la présente invention consiste surtout en la fabrication économique de joints de soudure par rapprochement d'une qualité non égalée jusqu'à présent. La con- centration de chaleur extrême dans une région très limitée a pour effet, avec un courant minime, un nettoyage du joint de soudure, comme il n'avait lieu jusqu'à présent que pour la sou- dure par combustion. La possibilité de l'emploi de métaux de bonne conductivité, comme l'aluminium et le cuivre, ainsi que
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de métaux avec une couche d'oxyde très gênante, comme ;âBEosn#BD au chrome et oc l'aluminium,#X. et lesT'aciers/a l'aluminium, pré- sente un avantage supplémentaire important.
L'écaillement de pièces à usiner ne présente pas dtincon- vénients pour l'emploi du procédé de soudure suivant la présen- te invention, avec amenée de courant par induction. Il n'est donc pas nécessaire, comme dans le cas où le courant est amené par des galets d'électrodes à la pièce, de polir métalliquement les surfaces.
Suivant les figures 1 et 2, on emploie pour la fabrication d'un tube de section circulaire un demi-produit composé de deux demi-tubes 1 et 2, qui est fabriqué de façon connue à partir de bandes. Après être passés sur deux galets d'écartement 3 et 4 les demi-tubes passent sur les galets d'électrode 5 et 6, de sorte qu'entre les bords convergents des demi-tubes est formée
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une incision en forme d'encoche, les arêtes de joint des demi- tubes se rencontrant à une certaine distance des endroits d'a- menée du courant à l'endroit de fusion 7, de telle sorte que le courant contourne la partie pointue de l'incision suivant une trajectoire en forme de noeud ( indiquée en traits interrompus).
La pression de soudure est réalisée dans ce cas par le pliage des moitiés de tube lors de l'entrée entre les électrodes à galets.
La distance entre l'endroit de jonction 7 des moitiés de tube et les endroits de contact entre les galets d'électrode et la pièce à souder peut être maintenue à sa valeur optimum grâce à la modification du diamètre des galets et de l'écartement des galets, ce dernier de préférence à l'aide d'un support à chariots croisés. L'ébarbement des joints de soudure 8 et 9, de même que leur usinage supplémentaire a lieu de manière connue.
La figure 3 représente une concentration de courant aux endroits de soudure 7 de la section de tube représentée en dé- veloppement. Les surfaces hachurées 10, Il et 12 représentent les surfaces de contact des électrodes. De ces surfaces, le cou- rant ( en traits interrompus ) se dirige tout en augmentant sa densité vers les points de fusion 7. On pourrait supposer qu'une partie importante du courant traverse également les joints déjà soudés 8 et 9.
Mais ceci n'est pas le cas, car par suite de l'avancement des moitiés de tube dans la direction de la flèche 13, de nouvelles portions d'arête viennent continuellement en contact, et le joint de soudure encore chaud offre une grande résistance, et, de plus, pour du courant alternatif spécialement de fréquence plus élevée, le courant est déplacé vers l'arête, et le chemin passant par l'endroit de soudure 7 est le plus court pour le courant. La densité de courant à cet endroit et la température qui y règne peuvent être augmentées de façon telle que les particules métalliques fondues et chassées se consument dans l'oxygène de l'air. Cela se remarque par la production d'é- tincelles et au bruit qui caractérise la soudure par combustion.
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Dans le dispositif de soudure suivant les figures 4 et 5, pour la soudure simultanée de deux tubes, on a prévu un noyau d'enveloppe 14, et les enroulements primaires 15 et 16 sont disposés autour de la branche centrale de ce noyau de fa- çon telle que les axes 17 et 18 traversant l'entrefer forment des parties de l'enroulement secondaire pour le courant de sou- dure. Le circuit secondaire de ce transformateur est fermé à l'aide des galets d'électrode 19, 20, 21, 22 et par la pièce à souder se trouvant entre ces galets. Les paliers 17', 18' des axes 17 et 18, extérieurs à ces galets, que le courant ne doit pas traverser, sont isolés électriquement de leurs supports.
La déformation des demi-tubes 23, 24, 25 et 26 a lieu à l'aide de deux séries de rouleaux de forme, dont les dernières paires 27, 28, 29, 30 servent également de rouleaux d'écartement. La figure 6 représente une coupe à travers le demi-tube avant la dernière déformation. D'après les figures 4 à 6, on peut consta- ter que le procédé suivant la présente invention n'est pas limi- té à des tubes à section circulaire.
Dans le dispositif pour la soudure d'un tube à l'aide de chauffage par induction suivant la figure 7, le courant de sou- dure secondaire, dont la trajectoire est indiquée en traits in- terrompus, est produit par la bobine d'induction 37, dans les demi-tubes 39, 40, ce courant étant fortement concentré à l'en- droit de contact 38. La pression de soudure peut être obtenue par une position appropriée des rouleaux de forme non représen- tés, et ces rouleaux peuvent également produire l'avancement.
Pour la fabrication de coudes de tube et de serpentins en forme d'hélice et de spirale, les deux demi-tubes 31, 32 comme l'indique la figure 8, sont dirigés vers l'endroit de soudure avec des courbures différentes, et le demi-tube extérieur 31 est avancé avec une plus grande vitesse que le tube intérieur 32.
'amenée et le départ du courant peut avoir lieu de la manière déjà décrite, directement par des électrodes à galets, ou par
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induction. Grâce à ce procédé, on évite le remplissage, le chauffage, le pliage et le vidage du tube, comme cela est né- cessaire dans la fabrication habituelle de tubes repliés de ce genre.
La présente invention convient, de plus, parfaitement pour perfectionner fondamentalement la soudure par rapproche- ment de tubes ronds de section circulaire avec un seul joint longitudinal. Les figures 9 et 10 représentent à titre d'exem- ple un dispositif approprié. Le tube 41 est formé de la façon habituelle à partir d'une bande, à l'aide d'une série de paires de rouleaux. Cependant, la dernière paire de rouleaux 42, 43 ne ferme pas complètement le tube mais y laisse encore subsis- ter une fente a. La bobine d'induction 44 produit dans ce tube un courant de soudure de la manière déjà indiquée. En outre, ou suivant une variante, le courant de soudure peut également être amené à l'endroit de fusion 46 par l'intermédiaire des rouleaux de forme 42, 43.
Un anneau de traction 45 disposé der- rière la bobine d'induction ferme le tube et produit la pres- sion de soudure et le chemin de refoulement nécessaires. Grâce à un choix convenable des dimensions et des écartements des rouleaux et de l'anneau de traction, le courant de soudure est concentré à l'endroit 46, de sorte que le phénomène de fusion désiré a lieu.
Aux avantages déjà cités du procédé suivant la présente invention, tels que l'augmentation de la solidité du joint de soudure et la simplification des moyens de commande, s'ajoute comme perfectionnement supplémentaire, le calibrage à chaud simultané, Tour obtenir une jonction exacte à l'endroit de soudure des arêtes d'un tube à souder, on peut dans toutes les formes de réalisation pour la fabrication de tubes, amener les moitiés de tube ou bien le tube fondu d'un côté, au-dessus d'un mandrin correspondant au diamètre intérieur du tube, vers l'endroit de soudure. Dans chaque cas, on peut augmenter la précision de la forme de la section du tube produit, lorsque ce
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tube est entraîné immédiatement après la soudure, de la façon déjà indiquée, par un anneau de traction.
La soudure à l'aide de courant produit par induction à l'endroit de soudure, peut également être appliquée avec le même résultat favorable dans le cas où le tube est fabriqué par enroulement hélicoïdal d'un ruban. Par opposition à la soudure d'un joint rectiligne parallèle à l'axe, suivant les figures 9 et 10, on dispose, à cause de l'obliquité du joint par rapport à l'axe du tube, la bobine 47 ( figure Il ) de préférence de telle façon autour de l'endroit de soudure 48, que son axe 49 est parallèle à la tangente de l'hélice du joint à l'endroit de soudure, et que, par conséquent, les différentes spires de la bobine sont approximativement perpendiculaires au joint d'en- roulement du tube.
Pour la soudure de tubes de plus grand diamètre, la dis- position de deux bobines d'induction 50, 51 ( figures 12, 13 ), se trouvant des deux côtés de l'endroit de soudure 52, convient spécialement à cause de l'espace disponible à l'intérieur du tube, les axes de ces bobines étant perpendiculaires à l'axe du tube et coupant l'enveloppe du tube près de l'endroit de sou- dure ( voir aussi la figure 15 ).
La présente invention convient également à la soudure par rapprochement de tôles planes. Hais, tandis que la réalisation de cette soudure par prise de courant directe peut être faite suivant la figure 3, la soudure par courant d'induction se présente sous une forme différente de la soudure des tubes. Pour celle-ci, l'axe de la bobine d'induction et l'axe du tube se trouvent sur une même droite, le champ magnétique ayant la di- rection du joint de soudure et le courant de soudure étant en substance perpendiculaire à ce dernier. Pour la soudure de sur- faces planes, par contre, les axes des bobines d'induction sont perpendiculaires au plan de la tôle et au joint de soudure.
Ils coupent ce dernier au point de fusion ou près de celui-ci.
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Le champ magnétique traverse la pièce à souder à angle droit et le courant de soudure contourne l'endroit de soudure dans le plan de la tôle. Par les arêtes libres de la tôle, le cou- rant est à nouveau fortement concentré à leur endroit de con- tact. Les figures 14 et 15 indiquent schématiquement la dispo- sition et la trajectoire du courant. Les tôles 56 et 57 qui doivent être soudées, se trouvent entre les bobines d'induction 58 et 59, et ces dernières induisent dans les tôles le courant indiqué en traits interrompus.
Pour la production de la pression de soudure, on enserre les tôles de façon telle qu'elles ne trouvent de la place que lorsqu'elles se recouvrent quelque peu, ou lorsque les arêtes des tôles sont un peu repliées. A l'endroit de soudure, le joint est poussé à l'aide de dispositifs appropriés, comme des pièces en étain fort ou des rouleaux, dans le plan de la tôle, ce qui provoque la pression de soudure nécessaire.
Les figures 16 et 17 montrent l'application de la présen- te invention à la fabrication de profilés.Le problème consis- tant à exécuter de telles pièces, par exemple en tant que pou- tres de même résistance sur toute leur longueur avec une hau- teur d'âme croissante ou décroissante, peut être résolu de la mène manière que l'emploi de natières différentes pour les bri- des et les âmes. Par opposition aux profilés laminés, la hau- teur des âmes est pratiquement illimitée. Lorsque, casas dans les figures 16 et 17, le courant est amené directement, il pas- se du transformateur 61 à la pièce à souder. Les rouleaux 64 et 65 appliqués aux profilés en T 62 et 63 sont montés en paral- lèle.
Le rouleau d'électrode 67 roulant sur l'âme 66 ferme le circuitsecondaire par l'intermédiaire de la pièce à souder.
Les deux endroits de soudure 68 et 69 sont montés en parallèle.
Une forme de réalisation d'un dispositif de découpage suivant la présente invention est représentée à la figure 18.
La tôle à découper est rainurée à l'endroit de coupe, ou bien,
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au lieu de pratiquer dan's la tôle une incision en forme d'en- coche, on peut aussi appliquer au bord de la tôle 71 deux piè- ces de raccordement dont les arêtes disposées en vis-à-vis for- ment un angle aigu 74. Le courant contourne ainsi la pointe 75 de l'incision se trouvant au bord de la tôle et fait fondre la tôle à cet endroit. En correspondance avec l'avancement auto- matique de l'endroit de fusion, les parties de tôle séparées sont de préférence écartées de façon divergente, pour obtenir la maintien d'une ligne de découpage déterminée à l'avance.
Les avantages spéciaux de ce procédé de découpage résident dans la grande vitesse de coupe qui eut être obtenue et dans la propreté des arêtes de coupe.
Le champ d'application principal du procédé de soudure par rapprochement suivant la présente invention est la fabrica- tion de tubes pour des conduites de gaz et d'eau, de tubes de chaudière et de tubes à haute pression, de tubes profilés pour la construction, et de profilés ouverts. Pour la jonction de tôles planes, le procédé convient spécialement dans les cas pour lesquels la soudure par combustion ne peut pas être appli- qués, comme pour les joints allongés. Des applications spécia- les existent en outre dans le domaine de la construction légère et à bon marché.
REVENDICATIONS.