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'PROCEDE ET APPAREIL POUR LE SOUDAGE PAR COMPRESSION A FROID.
La présente invention concerne le soudage par compression à froid et plus particulièrement la réunion dans le'sens longitudinal par soudage de fils métalliques, barres, tiges, ou pièces de section circulaire, ovale ou au- trement arrondie, en cuivre aluminium ou un autre métal pouvant être soudé à froide dont la section ne présente de partie plane ou pratiquement plane en aucun point de sa circonférence. Les fils, barres, tiges ou autres pièces peu- vent avoir une section pleine ou une section toronnée, tressée ou autre section à plusieurs éléments.
On a proposé antérieurement, pour souder par compression à froid des fils d'aluminium de section circulaire pleine disposés parallèlement entre eux à l'endroit du oint à recouvrement, d'aplatir d' abord chaque fil à l'en- droit de la soudure, de racler à la brosse les surfaces aplaties à souder et de faire ensuite la soudure au moyen d'outils coopérant entre eux dont les surfaces de soudage sont planes ou pratiquement planes dans la direction du fluage du métal soudé. Les fils sont aplatis pour qu'ils ne s'écartent pas l'un de l'autre en glissant pendant la soudure.
Il est évident que cet aplatissement préalable des fils est une opération qui prend du temps et la présente inventipn a pour but de procurer des outils de soudage qui rendent l'aplatissement préalable inutile.
Conformément à la présente invention, on atteint ce but en prati- quant un évidement ou rainure dans la surface de soudage d'un outil de manière que ce soit l'outil lui-même qui maintienne ou aide à maintenir en place un fil, barre, tige ou pièce de section circulaire, ovale ou autrement arrondie à souder.
L'évidement ou rainure est généralement continu sur toute la lon- gueur de la surface de soudage de l'outil et sa section peut ou non être telle que la surface arrondie du fil., barre, tige ou autre pièce s'adapte exactement dans la rainure. Ainsi le diamètre de la section d'un fil, barre, tige ou au- tre pièce parallèle à la surface de soudage peut être supérieur au rayon
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d'une rainure en forme d'arc pratiquée dans une surface d'outil et être donc plus grand que la largeur d'entrée de la rainure ou évidement dans la surface de l'outil, de sorte que le fil, barre, tige ou autre pièce recouvre la rainu- re ou appuie sur elle ou pose sur les deux côtés. Ainsi, l'entrée de la rai- nure peut avoir une largeur égale seulement au tiers dudiamètre précite.
En variante, la surface de soudage de l'outil peut avoir une rai- nure dans laquelle le fil, tige ou barre à souder, s'adapte exactement et, en général, la rainure embrassera au plus un peu moins de la moitié de la surface d'un tel fil, tige ou barre. Ce genre de surface de soudage convient particu- lièrement bien à la soudure de fils toronnés ou tressés.
Diverses dispositions d'outils conformes à la présente invention seront décrites ci-après à titre d'exemple avec référence aux dessins annexés dont la figure 1 représente en coupe une forme d'outils associés dans lesquels les fils, tiges, barres ou autres pièces à souder ne s'adaptent pas exactement dans les rainures des surfaces de soudage des outils, la figure 2 est une cou- pe d'une soudure typique obtenue avec ces outils, la figure 3 est une coupe d'une paire d'outils associés dans lesquels les fils, tiges ou barres à souder s'adaptent exactement dans les rainures des surfaces des outils, la figure 4 est une coupe d'une soudure obtenue avec ces derniers outils, la figure 5 re- présente une soudure du type de la figure 4 achevée en une section circulaire, la figure 6 donne une vue de profil d'outils pour le soudage de fils de diamè- tres différents,
la figure 7 est une coupe suivant la ligne VII-VII de la figure 6, da figure 8 est une vue en plan, vue d'en haut, dujoint soudé après achèvement, la figure 9 est une vue en bout, à échelle agrandie, du joint de la figure 8 suivant la flèche IX, la figure 10 est une vue en perspective d'au-dessus, d'un outil d'une paire d'outils symétriques servant à souder deux fils croisés, le fil avant soudage étant représenté au-dessus de l'outil, la figure 11 est une coupe suivant la ligne XI-XI de la figure 10, et la figure 12 est une vue pers- pective du joint soudé. Par simplification, dans toutes les figures, les mê- mes éléments portent les mêmes références.
La figure 1 représente deux outils de-soudage 1 et 2 qui peuvent être en acier à outillage ou acier doux et placés dans une presse (non repré- sentée) de manière à être appliqués l'un sur l'autre pour réunir par soudage deux fils 3 et 4 de section circulaire. Dans cet exemple, les fils 3 et 4 sont en aluminium de pureté commerciale et si les fils ont un diamètre d'un quart de pouce (6mm) environ, ils peuvent se recouvrir, entre les outils, sur une longueur approximative d'un pouce (25 mm). Au moins à l' endroit où les fils 3 et 4 se chevauchent, leurs surfaces sont nettoyées par exemple par raclage à la brosse mécanique avant introduction entre les outils 1 et 2, et les sur- faces 5 et 6 des outils sont planes et rectangulaires, chaque surface 5 et 6 présentant une rainure en forme d'arc 7 ou 8 située au milieu sur toute la longueur de la surface.
Les fils 3 et 4 ne s'adaptent pas exactement dans les rainures 7 et 8 et à cet effet le rayon des rainures est plus petit que lE rayon des fils. Ainsi, dans l'exemple décrit, si le rayon des fils 3 et 4 est d'un huitième de pouce (3mm), le rayon des rainures 7 et 8 peut être de 3/32 pouce (4,5 mm). De plus, la largeur d'entrée de chaque rainure 7 ou 8 n'est qu' environ le tiers du diamètre des fils 3 et 4.
Les outils 1 et 2 sont évidement alignés dans la presse de façon que les rainures 7 et 8 se trouvent en face l'une de l'autre et quand les fils 3 et 4 sont placés dans leurs rainures respectives 7 et 8, les axes des fils sont dans le plan médian des outils. Quand les outils 1 et 2 sont amenés dans la position indiquée sur la figure, les fils 3 et 4 se trouvait en contact, la pression est appliquée d' abord sur chaque fil suivant trois lignes. Une des lignes est la ligne de contact des fils entre eux, et les deux autres lignes sont les lignes de contact entre le fil et les deux bords de l'entrée de la rainure 7 ou 8 correspondante. Ces trois lignes de pression maintiennent cha- que fil en place et rendent l'aplatissement préalable inutile.
Quand on rapproche les outils 1 et 2 l'un de l'autre, le métal des fils flue vers l'extérieur hors du plan de symétrie des outils 1 et 2 et remplit ainsi les rainures 7 et 8 pratiquées dans les surfaces de soudage 5 et 6 des outils. Le fluage latéral ou d'extrusion du métal hors du plan de symétrie
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provoque la soudure des fils et afin d'assurer un soudage parfaite les surfaces d'outil 5 et 6 doivent être rapprochées l'une de l'autre à une distance telle que l'épaisseur finale du métal entre les surfaces d' outil 5 et 6 soit environ 30% des diamètres combinés des deux fils d'aluminium 3 et 4. Si les fils sont en cuivre ou en une autre matière qui se soude moins facilement, une diminution un peu plus importante de l'épaisseur peut être nécessaire.
La figure 2 représente en coupe le joint après soudure et on remar- que que le joint soudé comporte de chaque côté une nervure 9 ou 10 formée par les rainures 7 et 8 et dont la partie médiane augmente la résistance du joint.
Ceci constitue un avantage supplémentaire dù au rainurage des surfaces 5 et 6.
Les fils 3 et 4 peuvent, ou non, être soudés en cette partie centrale des ner- vures, la soudure principale se trouvant sur le côté de chaque rainure, mais, comme on le verra ci-après, une étude convenable des surfaces des outils per- met d'obtenir une soudure continue de part en part du. joint.
Si on le désire, la largeur des surfaces de soudage planes 5 et 6 dans le sens de fluage du métal au soudage peut être suffisante pour que tout le métal des fils reste emprisonné entre les surfaces d'outil 5 et 6 au lieu de déborder comme en 11 et 12 sur la figure 2. D'autre part les surfaces d'ou- til 5 et 6planes dans la direction du fluage du métal à la soudure, ne doivent pas l'être dans la direction perpendiculaire à la section représentée. Les surfaces de soudage peuvent donc appartenir à des galets de diamètre approprié.
On peut aussi soudér, avec les outils de la forme générale représentée à la figure 1, des fils de diamètre différent et/ou en une matière différente.
Dans les cas où le fil, tige, barre ou autre pièce à souder s'adapte exactement dans la rainure creusée dans une surface de soudage d'outil, on ob- tient des soudures résistantes non seulement sur les côtés de la rainure de la surface d'outil mais aussi au droit de l'entrée de la rainure, et il en est ainsi pourvu que l'on utilise une rainure assez profonde. Ainsi, si l'on dé- sire souder deux fils parallèles de même section, le joint soudé ayant, après achèvement,la même section que les fils, on obtient une soudure parfaite à l'endroit même des parties des fils emprisonnées dans les rainures, à condition que les rainures dans deux outils associés correspondent à la forme de la sec- tion du fil et qu'après soudure leurs surfaces posent sur le contour d'une sec- tion semblable à celle de chaque fil.
Comme il a été dit, chaque rainure em- brassera moins de la moitié de la surface d'un fil de manière à maintenir des fentes par où le métal est extrudé latéralement. Pour souder des fils d'un diamètre d'un quart de pouce (6 mm), il faut prévoir une fente de chaque côté d'au moins 0,02 pouce (0,5 mm) entre les entrées des rainures, tandis qu'avec des fils de 1/8 pouce de diamètre (3 mm), la fente ne dépassera par 0,02 pouce (0,5 mm), avec des fils de 1/16 pouce (1,5 mm) de diamètre, la fente ne dépas sera pas 0,015 pouce (0,375 mm) et avec des fils de 1/32 pouce de diamètre (0,75 mm) elle ne dépassera pas 0,01 pouce (0,25 mm).
Il semble que la souda- bilité de la matière en laquelle les fils sont faits n'a pas d'influence sur l'épaisseur de la fente, des soudures satisfaisantes étant obtenues entre ma- tières différentes-la pression seule intervient. Ainsi, on peut souder avec succès un fil d'un 1/4. pouce (6 mm) de diamètre en aluminium de pureté commer- ciale.sur un fil d'un 1/4 pouce de diamètre en cuivre recuit de haute conduc- tibi lité avec un joint achevé d'un 1/4 pouce de diamètre.
Comme, au moment du soudage, le métal flue latéralement il est dif-. ficile ou impossible de faire l'ébarbage au moyen des outils mêmes et il faudra achever le joint au moyen de cisailles ou de couteaux séparés. Un joint non parachevé entre fils semblables a une résistance à la traction égale à environ 70% de la résistance des fils mêmes et une conductibilité électrique à l'endroit de la soudure supérieure, par unité de longueur, à celle du fil. En ramenant, au
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poeacbèvement, 2s joint ârJa section #sfUs on du3Ire '.La eonductibilité électrique sans diminuer notablement la résistance.
Des outils rainurés du type précité sont représentés à la figure 3 des dessins annexés. Comme le montre la figure 3, chaque outil 1 ou 2 est pour- vu d'une rainure 7 ou 8 dans laquelle la surface circulaire du fil associé 3 ou 4 s'adapte exactement, les fils se recouvrant sur une longueur d'un pouce (25 mm) environ s'ils ont un diamètre de 1/4 pouce (6mm). La profondeur de
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chaque rainure est légèrement inférieure au demi-diamètre de chaque fil 3 ou 4 pour le motif précité et de part et d'autre de chaque rainure il y a une autre rainure 13 ou 14 dans laquelle le métal extrudé latéralement vient se loger pendant le soudage.
Au-delà des rainures 13 et 14 vers l'extérieur, les sur- faces de soudage 5 et 6 des outils viennent au niveau des axes médians des fils 3 et 4 de manière à former butée, la différence de niveau entre les par- ties extérieures et intérieures des surfaces 5 et 6 étant "d", et lorsqu'à la soudure les surfaces d'outil 5 et 6 se rejoignent, il y a entre leurs parties intérieures un jour "2d" par où le métal flue. La dimension "d" dépendra évi- demment du diamètre des fils soudés, comme il a été dit. Le joint soudé est représenté en coupe à la figure 4 où la soudure est pratiquement limitée entre les plans X et Y, les parties 15 et 16 logées dans les rainures 13 et 14 n'é- tant pas soudées ensemble.
On peut, au parachèvement, enlever les parties 15 et 16 et les minces attaches d'épaisseur 2d, et la section achevée a la forme représentée à la figure 5, c'est-à-dire la même section que celle des fils 3 & 4.
L'expérience a montré que, pour souder des fils, tiges, barres ou autres pièces de diamètres différents, on peut utiliser des outils coopérants dont l'un est rainuré et dont l'autre est plan mais suffisamment grand latéra- lement pour s'étendre bien au-delà, des bords de la rainure de l'autre outil.
Les figure 6 et 7 représentent des outils de ce genre servant à souder le bout d'un fil de cuivre de calibre 12, désigné par la référence 17, à l'extrémité d'une tige de cuivre 18 de 1/4 pouce (6mm) de diamètre, le fil étant en cuivre doux et la tige en cuivre demi-dur. Les parties à souder sont raclées à la brosse avant soudage et on peut enrouler quelques spires 19 du fil 17 autour de la tige 18 avant d'arriver au bout de celle-ci. L'extrémité de la tige 18 est placée dans la rainure d'un outil 2 de 1/4 pouce (6mm) de diamètre, le même diamètre que celui de la tige 18 et la profondeur de la rai- nure 8 étant telle que le bord de la rainure 8 sur la surface 6 de l'outil 2 se trouve à 0,02 pouce (0,5 mm) de l'axe de la tige.
La longueur de l'outil peut être d'un pouce (25 mm) environ et l'outil 1 associé à l'outil rainuré 2 et appliqué contre le fil 17 a une surface plane de la même longueur que celle de l'autre outil, placée directement au-dessus de celle-ci et en alignement avec la rainure 8. L'outil plan 1 s'étend latéralement sur une certaine dis- tance de part et d'autre de la rainure 8 et peut être dimensionné de façon qu'il n'y ait pas de métal qui déborde, ni du fil ni de la tige. L'extrémité de l'ou- til plan 1 éloignée des bouts libres du fil 17 et de la tige 18 est pourvue, là où elle pose sur le fil 17 à l' endroit où elle atteint la soudure, d'une rainure 19 inclinée dans sa longueur de manière à finir à fleur de la surface, la longueur de la rainure 19 étant d'environ 3/16 pouce (4,5 mm).
Cette rai- nure empêche un brusque changement d'épaisseur du fil 17 entre la soudure et le reste du fil.
Pour souder le fil 17 sur la tige 18, l'outil plan 1 est comprimé sur le fil 17 et la tige 18 en descendant jusqu'à laisser entre outils un jour de 0,04 pouce (1 mm). Du métal flue latéralement et axialement et le fil 17 est soudé à la tige 18, la section du joint ayant la forme d'un demi-cercle avec deux oreilles latérales qui peuvent être ébarbées pour avoir un joint sou- dé de la forme représentée aux figures 8 et 9.
Il n'est pas indispensable évidemment d'enlever les oreilles ni d'enrouler le fil 17 autour de la tige 18, mais les quelques spires 19 de fil 17 autour de la tige 18 renforcent grandement le fil 17 et l'empêchent d'être arraché de la tige 18, le joint de soudage à froid n'étant pas exposé ainsi à ces forces d'arrachement.
Des outils du genre de ceux de la figure 3 peuvent être utilisés pour souder des fils, barres ou tiges de nature complexe, comportant par exem- ple une âme en matière ductile qui ne peut pas être soudée à froid et une gaine extérieure adhérant à 1' %ne et qui est en une matière pouvant facilement être soudée à froid. Ces outils peuvent, par exemple, être utilisés pour souder l'un à l'autre des conducteurs à âme en acier avec gaine en cuivre. Ces outils peuvent aussi être utilisés pour souder des fils toronnés ou tressés.
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Si l'on utilise de tels outils, un fil toronné ou tressé à l'état achevé devra s'adapter avec une précision raisonnable dans la rainure d'un ou- til et, pour obtenir la meilleure soudure, chaque toron devra être nettoyé par exemple par raclage à la brosse mécanique. Cela peut se faire en défaisant les torons et en les recommettant ensuite Si le fil est tressé, après détres- sage et nettoyage il suffit de le retordre comme un fil toronné.
Dans certains cas, en utilisant des outils assez allongés, il n'est pas nécessaire de nettoyer chaque brin au toron mais rien. que la surface, exté- rieure du fil non défaite par raclage à la brosse. Si les fils à souder se ' recouvrent sur une assez grande longueur, on obtiendra un nombre suffisant de soudures distinctes sur toute la longueur du recouvrement.
L'invention convient particulièrement à la soudure de conducteurs en tresses de cuivre et, dans une expérience., deux conducteurs à 7/0.48 pouce fils de cuivre ont été soudés ensemble avec succès au moyen d'outils du type décrit ayant une rainure d'un diamètre de 0,144 pouce, les brins de chaque con- ducteur étant nettoyés séparément et les conducteurs se recouvrant sur une lon- gueur d'un pouce.
Les figures 10, 11 et 12 montrent comment on peut souder l'un à l'autre deux fils croisés 3 et 4, en coudant et contrecoudant l'un d'eux de fa- çon qu'une partie 20 vienne recouvrir une partie de l'autre fil 4 entre les outils 1 et 2.
L'outil inférieur 2 est muni de broches de repérage 21 et 22 qui pénètrent dans des trous de repérage dans l'outil supérieur, non représenté .
Chaque outil est pourvu d'une rainure 7 comme la rainure 8 en travers de l'ou- til entier et de deux rainures auxiliaires 23 et 24 pour recevoir le fil 3.
Pour permettre au métal de fluer latéralement pendant le soudage, chaque outil a une saillie 25 de chaque côté de la rainure principale et le long d'une par- tie des rainures secondaires. Sauf à l'endroit de la saillie 25, chaque rai- nure embrasse exactement une demi-surface de fil et les surfaces planes des outils se rejoignent lors du soudage.
Le joint soudé est représenté à la figure 12 et le relief 25 pro- duit les ailettes de renforcement 26.
REVENDICATIONS
1.- Outil à souder par compression à froid des fils, barres, tiges ou autres pièces en métal, pouvant être soudé à froid et dont la section est circulaire, ovale ou d'une autre forme arrondie, caractérisé en ce que la sur- face de soudage de l'outil est pourvue d'un évidement ou rainure de manière que l'outil même maintienne ou aide à maintenir en place les fils, barres ou tiges pendant le soudage.
2.- Outil à souder par compressi on à froid, suivant la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les dimensions de l'évidement ou rainure dans la surface de soudage sont telles que le fil, barre, tige ou autre pièce pose sur les bords de la rainure.
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'METHOD AND APPARATUS FOR COLD COMPRESSION WELDING.
The present invention relates to cold compression welding and more particularly to joining in the longitudinal direction by welding metal wires, bars, rods, or parts of circular, oval or otherwise rounded cross-section, made of copper, aluminum or another metal. which can be cold welded, the cross section of which has no flat or practically flat part at any point of its circumference. The wires, bars, rods or other parts may have a solid section or a stranded, braided or other section with several elements.
It has previously been proposed, in order to weld by cold compression aluminum wires of solid circular cross-section arranged parallel to each other at the location of the overlapping anoint, first flattening each wire at the location of the weld. , to scrape the flattened surfaces to be welded with a brush and then to make the weld by means of tools cooperating with one another, the welding surfaces of which are flat or practically flat in the direction of flow of the welded metal. The wires are flattened so that they do not slip away from each other while soldering.
It is obvious that this preliminary flattening of the wires is an operation which takes time and the present invention aims to provide welding tools which make the preliminary flattening unnecessary.
In accordance with the present invention, this object is achieved by providing a recess or groove in the welding surface of a tool so that it is the tool itself which holds or helps to hold in place a wire, bar. , rod or part of circular, oval or otherwise rounded section to be welded.
The recess or groove is generally continuous over the entire length of the welding surface of the tool and its section may or may not be such that the rounded surface of the wire, bar, rod or other part fits exactly in the groove. Thus the diameter of the section of a wire, bar, rod or other part parallel to the welding surface may be greater than the radius.
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of an arcuate groove made in a tool surface and therefore be larger than the entry width of the groove or recess in the tool surface, so that the wire, bar, rod or other part covers the groove or presses on it or rests on both sides. Thus, the entry of the groove can have a width equal to only one third of the aforementioned diameter.
Alternatively, the welding surface of the tool may have a groove in which the wire, rod or solder bar fits exactly and, in general, the groove will embrace at most a little less than half of the surface. surface of such a wire, rod or bar. This type of welding surface is particularly suitable for welding stranded or braided wires.
Various arrangements of tools in accordance with the present invention will be described below by way of example with reference to the accompanying drawings, of which FIG. 1 shows in section a form of associated tools in which the wires, rods, bars or other parts to weld do not fit exactly into the grooves of the welding surfaces of the tools, Figure 2 is a cross section of a typical weld obtained with these tools, Figure 3 is a cross section of a pair of associated tools in which the wires, rods or solder bars fit exactly in the grooves of the surfaces of the tools, figure 4 is a section of a weld obtained with these latter tools, figure 5 shows a weld of the type shown in figure 4 completed in a circular section, FIG. 6 gives a side view of tools for welding wires of different diameters,
Figure 7 is a section along the line VII-VII of Figure 6, Figure 8 is a plan view, top view, of the welded joint after completion, Figure 9 is an end view, on an enlarged scale, of the joint of figure 8 along arrow IX, figure 10 is a perspective view from above, of a tool of a pair of symmetrical tools serving to weld two crossed wires, the wire before welding being shown above the tool, figure 11 is a section taken along line XI-XI of figure 10, and figure 12 is a perspective view of the welded joint. For simplicity, in all the figures, the same elements bear the same references.
Figure 1 shows two welding tools 1 and 2 which may be of tool steel or mild steel and placed in a press (not shown) so as to be applied to each other to weld two wires 3 and 4 of circular section. In this example, wires 3 and 4 are commercial purity aluminum and if the wires are about a quarter of an inch (6mm) in diameter, they can overlap, between the tools, for a length of approximately one inch. (25 mm). At least where the wires 3 and 4 overlap, their surfaces are cleaned for example by scraping with a mechanical brush before insertion between the tools 1 and 2, and the surfaces 5 and 6 of the tools are flat and rectangular. , each surface 5 and 6 having an arcuate groove 7 or 8 located in the middle along the entire length of the surface.
The wires 3 and 4 do not fit exactly in the grooves 7 and 8 and for this purpose the radius of the grooves is smaller than the radius of the wires. Thus, in the example described, if the radius of wires 3 and 4 is one-eighth of an inch (3mm), the radius of grooves 7 and 8 may be 3/32 inch (4.5mm). In addition, the entry width of each groove 7 or 8 is only about a third of the diameter of the wires 3 and 4.
The tools 1 and 2 are obviously aligned in the press so that the grooves 7 and 8 face each other and when the wires 3 and 4 are placed in their respective grooves 7 and 8, the axes of the wires are in the median plane of the tools. When the tools 1 and 2 are brought into the position shown in the figure, the wires 3 and 4 were in contact, pressure is first applied to each wire in three lines. One of the lines is the line of contact of the wires between them, and the other two lines are the lines of contact between the wire and the two edges of the entrance of the corresponding groove 7 or 8. These three pressure lines hold each wire in place and make pre-flattening unnecessary.
When the tools 1 and 2 are brought closer to each other, the metal of the wires flows outward out of the plane of symmetry of the tools 1 and 2 and thus fills the grooves 7 and 8 made in the welding surfaces 5 and 6 tools. Lateral creep or extrusion of the metal out of the plane of symmetry
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causes the welding of the wires and in order to ensure perfect welding the tool surfaces 5 and 6 must be brought together at a distance such that the final thickness of the metal between the tool surfaces 5 and 6 or about 30% of the combined diameters of the two aluminum wires 3 and 4. If the wires are made of copper or another material which is less easily welded, a slightly greater reduction in thickness may be necessary.
FIG. 2 shows in section the joint after welding and it will be noted that the welded joint comprises on each side a rib 9 or 10 formed by the grooves 7 and 8 and the middle part of which increases the strength of the joint.
This constitutes an additional advantage due to the grooving of the surfaces 5 and 6.
The wires 3 and 4 may or may not be soldered in this central part of the ribs, the main solder being on the side of each groove, but, as will be seen below, a suitable study of the surfaces of the tools allows a continuous weld to be obtained through the. attached.
If desired, the width of the flat weld surfaces 5 and 6 in the direction of flow of the weld metal may be sufficient so that all of the metal in the wires remains trapped between the tool surfaces 5 and 6 instead of overflowing as at 11 and 12 in FIG. 2. On the other hand, the tool surfaces 5 and 6 planar in the direction of flow of the metal to the weld, should not be in the direction perpendicular to the section shown. The welding surfaces can therefore belong to rollers of suitable diameter.
It is also possible to weld, with the tools of the general shape shown in FIG. 1, wires of different diameter and / or of a different material.
In cases where the wire, rod, bar, or other piece to be welded fits exactly into the groove cut in a tool welding surface, strong welds are obtained not only on the sides of the groove of the surface. tool but also to the right of the entry of the groove, and this is so provided that a fairly deep groove is used. Thus, if one wishes to weld two parallel wires of the same section, the welded joint having, after completion, the same section as the wires, one obtains a perfect weld at the same place of the parts of the wires trapped in the grooves. , provided that the grooves in two associated tools correspond to the shape of the cross-section of the wire and that after welding their surfaces lay on the contour of a section similar to that of each wire.
As stated, each groove will embrace less than half of the surface of a wire so as to maintain slits through which the metal is extruded laterally. To weld quarter-inch (6 mm) diameter wire, there must be a slot on each side of at least 0.02 inch (0.5 mm) between the groove entries, while with 1/8 inch (3mm) diameter wires the slit will not exceed 0.02 inch (0.5mm), with 1/16 inch (1.5mm) diameter wires the slit will not exceed 0.015 inch (0.375 mm) and with threads 1/32 inch in diameter (0.75 mm) it will not exceed 0.01 inch (0.25 mm).
It seems that the bendability of the material from which the wires are made has no influence on the thickness of the slot, satisfactory welds being obtained between different materials - only pressure is involved. Thus, one can successfully solder a wire of 1/4. inch (6 mm) diameter commercial grade aluminum on 1/4 inch diameter high conductivity annealed copper wire with a completed 1/4 inch diameter gasket.
As, at the time of welding, the metal creeps sideways it is dif-. it is difficult or impossible to deburring with the tools themselves and the joint will have to be completed with separate shears or cutters. An unfinished joint between like wires has a tensile strength of about 70% of the strength of the wires themselves and an electrical conductivity at the place of the weld greater, per unit length, than that of the wire. By bringing back, to
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poeacbissement, 2s joint in section #sfUs on du3Ire '. The electrical conductivity without significantly reducing the resistance.
Grooved tools of the aforementioned type are shown in Figure 3 of the accompanying drawings. As shown in figure 3, each tool 1 or 2 is provided with a groove 7 or 8 in which the circular surface of the associated wire 3 or 4 fits exactly, the wires overlapping each other for a length of one inch. (25mm) approximately if they are 1/4 inch (6mm) in diameter. The depth of
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each groove is slightly less than the half-diameter of each wire 3 or 4 for the aforementioned reason and on either side of each groove there is another groove 13 or 14 in which the metal extruded laterally is received during welding .
Beyond the grooves 13 and 14 towards the outside, the welding surfaces 5 and 6 of the tools come to the level of the median axes of the wires 3 and 4 so as to form a stop, the level difference between the parts exterior and interior of surfaces 5 and 6 being "d", and when the tool surfaces 5 and 6 meet on welding, there is between their interior parts a gap "2d" through which the metal flows. The dimension "d" will obviously depend on the diameter of the welded wires, as has been said. The welded joint is shown in section in Figure 4 where the weld is practically limited between the X and Y planes, the parts 15 and 16 housed in the grooves 13 and 14 not being welded together.
It is possible, on completion, to remove the parts 15 and 16 and the thin fasteners of thickness 2d, and the completed section has the shape shown in figure 5, i.e. the same section as that of the wires 3 & 4.
Experience has shown that, in order to weld wires, rods, bars or other parts of different diameters, co-operating tools can be used, one of which is grooved and the other of which is plane but sufficiently large laterally to fit. extend well beyond the edges of the groove of the other tool.
Figures 6 and 7 show such tools used to solder the end of a 12 gauge copper wire, designated 17, to the end of a 1/4 inch (6mm ) in diameter, the wire being of soft copper and the rod of semi-hard copper. The parts to be welded are scraped with a brush before welding and a few turns 19 of the wire 17 can be wound around the rod 18 before reaching the end of the latter. The end of the rod 18 is placed in the groove of a tool 2 1/4 inch (6mm) in diameter, the same diameter as that of the rod 18 and the depth of the groove 8 being such that the edge of groove 8 on surface 6 of tool 2 is 0.02 inch (0.5 mm) from the shank centerline.
The length of the tool can be about an inch (25 mm) and the tool 1 together with the grooved tool 2 and applied against the wire 17 has a flat surface the same length as that of the other tool , placed directly above the latter and in alignment with the groove 8. The plane tool 1 extends laterally over a certain distance on either side of the groove 8 and can be dimensioned so that 'there is no overflowing metal, neither wire nor rod. The end of the plane tool 1 remote from the free ends of the wire 17 and the rod 18 is provided, where it rests on the wire 17 at the place where it reaches the weld, with an inclined groove 19. lengthwise so as to finish flush with the surface, the length of groove 19 being approximately 3/16 inch (4.5 mm).
This groove prevents a sudden change in thickness of the wire 17 between the solder and the rest of the wire.
To weld the wire 17 on the rod 18, the plane tool 1 is compressed on the wire 17 and the rod 18 down to leave between tools a clearance of 0.04 inch (1 mm). Metal flows laterally and axially and the wire 17 is welded to the rod 18, the section of the joint having the shape of a semicircle with two lateral ears which can be trimmed to have a welded joint of the shape shown in figures 8 and 9.
It is obviously not essential to remove the ears or to wind the wire 17 around the rod 18, but the few turns 19 of wire 17 around the rod 18 greatly strengthen the wire 17 and prevent it from being torn from the rod 18, the cold welding joint thus not being exposed to these tearing forces.
Tools of the kind shown in Figure 3 can be used to weld wires, bars or rods of a complex nature, for example comprising a core of ductile material which cannot be cold welded and an outer sheath adhering to 1 '% ne and which is of a material which can easily be cold welded. These tools can, for example, be used to weld steel core conductors with copper sheath to each other. These tools can also be used to weld stranded or braided wires.
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If such tools are used, a finished stranded or braided wire should fit with reasonable precision into the groove of a tool and, to achieve the best weld, each strand should be cleaned by. for example by scraping with a mechanical brush. This can be done by undoing the strands and then repeating them. If the wire is braided, after distressing and cleaning it is sufficient to twist it like a stranded wire.
In some cases, using fairly long tools, it is not necessary to clean each strand with the strand, but nothing. than the outer surface of the wire not undone by brushing. If the solder wires overlap for a sufficiently large length, a sufficient number of separate welds will be obtained along the entire length of the overlap.
The invention is particularly suitable for soldering conductors into copper braids, and in one experiment two conductors with 7 / 0.48 inch copper wires were successfully soldered together using tools of the type described having a groove of. a diameter of 0.144 inch, the strands of each conductor being cleaned separately and the conductors overlapping a length of one inch.
Figures 10, 11 and 12 show how two crossed wires 3 and 4 can be welded together, by bending and overlapping one of them so that part 20 comes to cover part of the wire. the other wire 4 between tools 1 and 2.
The lower tool 2 is provided with registration pins 21 and 22 which penetrate registration holes in the upper tool, not shown.
Each tool is provided with a groove 7 like the groove 8 across the whole tool and two auxiliary grooves 23 and 24 to receive the wire 3.
To allow the metal to flow laterally during welding, each tool has a projection 25 on either side of the main groove and along part of the secondary grooves. Except at the location of the projection 25, each groove embraces exactly one half of the wire surface and the flat surfaces of the tools meet during welding.
The welded joint is shown in Fig. 12 and the relief 25 produces the reinforcing fins 26.
CLAIMS
1.- Tool for cold compression welding of wires, bars, rods or other pieces of metal, which can be cold welded and whose section is circular, oval or of another rounded shape, characterized in that the over- The welding face of the tool is provided with a recess or groove so that the tool itself holds or helps to hold in place the wires, bars or rods during welding.
2.- Tool to be welded by cold compressi on, according to claim 1, characterized in that the dimensions of the recess or groove in the welding surface are such that the wire, bar, rod or other part placed on it. the edges of the groove.