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SOUDAGE PAR COMPRESSION.
La présente invention concerne le soudage par compression, comme le soudage par compression à froid, c'est-à-dire le soudage d'une paire de pièces métalliques en aluminium., cuivre ou un autre métal ou alliage métallique ductile non-ferreux, essentiellement par application de pression aux pièces à souder.
On sait qu'en matière de soudage par compression à froide si l'on donne aux outils une forme convenable et que lon règle de façon appropriée la pression des outils., après nettoyage des surfaces de cont tact à réunir de manière à enlever toute matière étrangère au métal, on obtient un fluage à froid ou plastiquedes métaux des surfaces à joindre en contact intime,qui réalise entre celles-ci un joint soudé en phase so- lide.
L'invention n'est cependant pas limitée au soudage par com- pression à froid et peut être appliquée aussi au soudage par compression allant de pair avec un certain apport de chaleur aux pièces à souder, la soudure étant cependant obtenue essentiellement par le fluage plastique du métal des surfaces jointives provoquant une fusion ou une union des deux pièces en une soudure en phase solide. Cette chaleur extérieure peut etre apportée aux piècess en chauffant les outils de soudage par compression, ou en préchauffant les pièces d9une manière quelconque avant de les'introduire entre les outils.
On a déjà proposé, par exemple dans le brevet américain n 2.522.408, un procédé et des moyens pour souder entre elles, par un joint à recouvrement soudé à froids une paire de pièces métalliques telles que des plaques, tôles, brides ou l'équivalent en aluminium, cui- vre ou autre métal non-ferreux et ductile, pouvant être soudé par com- pression.
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Plus précisément, ce brevet décrit différents procédés et outils pour obtenir soit une soudure en ligne continue, soit une soudure par point, en un ou plusieurs Ilots de surface limitée des faces en con- tact des pièces à souder.
Comme, en matière de soudage par compression à froid, le mé- tal doit fluer latéralement par rapport à l'aire comprimée par les outils de soudage, pour provoquer un fluage à froid ou plastique donnant une fu- sion ou un mélange intime des métaux des surfaces à joindre se trouvant en contact, l'expérience a montré que la forme la plus efficace pour l'outil ou aire de pression est celle d'une bande ou d'un rectangle dont la lar- geur est environ de l'ordre de l'épaisseur des pièces à souder ou'un peu plus, sans dépasser le double de cette épaisseur, et dont la longueur, dans le cas d'une soudure par points, est au moins égale à cinq fois la largeur.
Cette forme de l'aire soudée, en outre de ce qu'elle n'exige qu'un minimum d'empreinte ou de pénétration de l'outil à l'endroit de l'aire soudée, de l'ordre de.60% de l'épaisseur totale des pièces à sou- der dans le cas de l'aluminium, assure que le métal flue sans résistance et favorablement, latéralement à partir des surfaces en contact, ce qui permet d'obtenir une soudure intime de solidité maximum avec un minimum de pression appliquée et de déformation du métal, à l'endroit et autour de la soudure.
Quand l'épaisseur des pièces à souder diminue, les dimensions des outils de compression se réduisent nécessairement et il est de plus en plus difficile de régler la pénétration de l'outil avec la précision suffi- sante. Il s'ensuit qu'en utilisant la technique habituelle du soudage par compression décrite-dans le brevet américain précité, on atteint ra- pidement, avec des pièces à souder d'épaisseur très réduite, comme des tôles minces ou des feuilles métalliques, une limite pratique d'exécution, en-dessous de laquelle il est pratiquement impossible d'obtenir une soudure efficace et sûre; aussi bien à cause de la petitesse des outils de soudage qu'à cause de la difficulté de réglage.
La présente invention a pour but de procurer un nouveau procé- dé et des nouveaux moyens pour souder entre elles des pièces relativement minces, comme des feuilles métalliques, de façon efficace et sans les dif- ficultés ni les inconvénients des techniques de soudage antérieures.
La présente invention procure un procédé de soudage par com- pression de pièces relativement minces en une matière soudable par compres- sion suivant lequel on applique la pression de soudage sur une aire ayant la forme d'une bande dont la largeur est un multiple substantiel de l'é- paisseur des pièces à savoir au moins trois fois cette épaisseur..
L'invention procure aussi un procédé pour souder par compres- sion d'une pièce en une matière soudable par compression, sur une autre pièce en une matière soudable par compression, suivant lequel on applique la pression de soudage sur la première pièce sur une aire ayant la forme d'une bande dont la largeur est un multiple substantiel de l'épaisseur de cette pièce, à savoir au moins trois fois cette épaisseur.
Afin que l'invention soit clairement comprise, on se référe- ra aux dessins annexés qui sont en partie schématiques.
La figure 1 représente schématiquement un outillage et une paire de pièces métalliques superposées avant soudage, conformément aux procédés de soudage par compression à froid précédemment connus.
La figure 2 est une vue en plan et la figure 3 une'coupe d'm joint après soudage au moyen d'un outil suivant la figure 1.
La figure 4 représente un outillage et une paire de pièces métalliques, par exemple des feuilles, placées entre les outils avant sou- dage, conformément au procédé perfectionné de l'invention.
La figure 5 est une vue par dessous de l'outil supérieur de la figure 4.
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La figure 6 est une coupe d'un joint après soudage par le pro- cédé de l'invention.
La figure 7 est une vue en plan de la soudure de la figure 6,
La figure 8 montre une soudure multiple suivant l'invention.
La figure 9 montre un perfectionnement pour souder des feuil- les minces conformément à l'invention; et
La figure 10 est une vue de profil d'un tube déformable dont l'extrémité ouverte est soudée et scellée par le procédé suivant la présen- te invention.
Dans les différentes figures des dessins, les mêmes parties portent les mêmes références.
La figure 1 montre un dispositif connu pour souder entre el- les deux pièces,une première plaque 10 et une seconde plaque 11 placée sur la première pour former un joint à recouvrement, introduites entre une paire d'outils de soudage. Dans l'exemple donné, ces outils consistent en un outil inférieur ou enclume plate 12 et un outil supérieur 13 à surface plane' d'où fait saillie une dent ou pointe 14 à face plane' et légèrement effilée, comme cela.est décrit en détail dans le brevet américain précité.
Si l'on applique aux plaques ou tôles superposées 10 et 11, une pression suivant la flèche P, le métal se trouvant sous la dent 14 flue en substance latéralement à cause de l'épaisseur totale ou distance T rela- tivement grande des pièces 10 et 11 comparativement à la largeur de la sur- face comprimée, qui est égale ou de l'ordre de l'épaisseur nominale t de ces pièces. Avec une empreinte ou pénétration d'outil 14' suffisante (voir figure 3), le fluage du métal des surfaces en contact produit une union intime des métaux, constituant une soudure des surfaces en phase solide.
Pour obtenir les meilleures conditions,c'est-à-dire un joint d'une solidi- té mécanique maximum avec un minimum de déformation ou d'empreinte 14' à l'endroit de la soudure, les calculs.théoriques et les essais pratiques ont montré que la largeur w (voir figure 2) du point de soudure rectangu- laire doit être égale à environ 1,5 fois l'épaisseur nominale t des.pièces à souder, et sa longueur doit être égale à cinq fois la largeur, ou plus.
De cette manière, une pression sensible s'exerce perpendiculairement aux longs côtés du rectangle et provoque un fluage aisé et favorable des mé- taux, résultant en une soudure en phase solide, à cet endroit, de solidité maximum avec une déformation minimum des pièces soudées.
L'expérience a montré que, pour atteindre ce résultat, la profondeur d'empreinte ou de pénétration de l'outil d doit être au moins égale à environ 60% de l'épaisseur totale T pour des métaux de ductilité relativement grande comme l'aluminium, cette pénétration minimum augmen- tant quand la ductilité diminue suivant les différentes qualités dalumi- nium ou des autres métaux soudables à froid, comme le'montre le tableau "Figure of Merits" donné dans le brevet américain précité. Il s'ensuit qu'à l'endroit de la soudure, l'épaisseur du métal est au maximum égale à 40% de l'épaisseur totale T des pièces soudées.
L'empreinte 14' ou pé- nétration d de l'outil peut être réglée soit par une butée réglable portée par la presse sur laquelle les outils 12 et 13 sont montés, soit par la hauteur de la dent 14, l'épaulement ou face plane de l'outil 13 servant de butée ou de limite de pénétration de l'outil, comme cela se conçoit faci- lement.
Avec la technique de soudage par compression à froid ci-des- .sus, quand l'épaisseur des pièces 10 et 11 diminue, suivant la règle géné- rale la largeur de la dent 14 diminue de façon correspondante, ce qui non seulement donne une soudure moins solide mais rend difficile, sinon impos- sible, le réglage de la profondeur de pénétration à l'endroit de l'aire de soudage, d'une manière satisfaisante et sûre. Dans le cas de feuilles métalliques très minces, la dent 14 a une forme s'approchant de celle d'une arête de couteau, et il est évident qu'il n'est plus possible de souder
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convenablement à froid, dans de' telles conditions.
La présente invention procure un procédé de soudage par com- pression de pièces métalliques relativement minces, comme des feuilles, qui écarte-pratiquement les difficultés précitées et qui permet d'obtenir des joints bien soudés tant au point de vue mécanique qu'à d'autres points de vue.
Les figures 4 et 5 représentent un dispositif de soudage con- forme à l'invention. Les références 10 et 11 désignent de nouveau les piè- ces superposées à souder, par exemple des feuilles en aluminium ou autre métal soudable par compression. Contrairement à la technique précédente, l'outil de soudage 13 est pourvu d'une dent 14 dont la largeur est un mul= tiple assez important de l'épaisseur nominale t des pièces à souder 10 et 11, pratiquement au moins trois fois cette épaisseur. La longueur 1 de la dent 14 ou de l'aire soudée est à nouveau un multiple de sa largeur ¯w, mais cette longueur minimum peut être un peu moindre que dans le cas des figuras 1 à 3, en pratique trois fois la largeur w de l'aire rectangulaire, ou plus.
Avec un dispositif de'ce genre, quand l'outil supérieur 13 est abaissé sur les pièces superposées 10 et 11 à comprimer, comme le mon- tre la flèche P,une quantité importante de métal est déplacée à cause de la surface de compression relativement étendue,comparée à celle de la figure 1. La quantité de métal qui flue fait fluer le métal vers le haut autour de la dent 14, c'est-à-dire que, comme la figure 6 le montre clai- rement, il se produit une sorte de matriçage.
En d'autres mots, alors que dans le cas de la figure 1, avec une largeur d'outil de l'ordre de l'épaisseur nominale t, du métal flue en substance latéralement par rapport aux surfaces en contact, dans le cas de la figure 4, avec la largeur d'outil égale à un multiple relativement important de l'épaisseur de la pièce, le métal entourant l'aire de compres- sion est repoussé autour de l'outil et la soudure s'étend à des surfaces voisines à l'extérieur de l'aire rectangulaire comprimée, comme la figure 6 le montre clairement. En fait, comme le métal soudé garde sa résistance pendant le fluage, la charge est répartie par le métal même et l'empreinte faite dans la face inférieure, côté de l'outil 12, n'est pas l'empreinte de la dent 14, comme ce serait le cas si le métal n'avait pas de résistan- ce mécanique.
L'épaisseur d1 de la partie comprimée peut être égale environ à 40% de l'épaisseur totale T pour de l'aluminium, mais elle correspondra, en tous les cas, à la soudabilité de la matière. Le soudage se fait sur toute l'aire rectangulaire de soudure et sur les surfaces environnantes, comme indiqué à la figure 6, par suite du fluage du métal, comme décrit et reproduit sur les dessins. Cependant, comme le soudage s'étend au-delà de l'aire de compression réelle déterminée par l'outil de soudage, l'épaisse finale d1 peut être plus grande et, à la limite, elle peut être égale à l'épaisseur totale T. Dans ce dernier cas, le joint soudé est situé sur les côtés ou à l'extérieur de l'aire rectangulaire de compression déterminée par la forme de l'outil.
Quoique le procédé décrit ci-dessus convienne particulièrement bien pour souder des pièces relativement minces, des feuilles métalliques surtout, il peut aussi être appliqué au soudage de pièces plus épaisses, comme des plaques ou des tôles, si la déformation supplémentaire due à la remontée du métal autour des outils est acceptable. Par exemple, les piè- ces 10 et 11 peuvent consister en une paire de barres omnibus d'un appa- reil électrique; dans ce cas la surface de soudage agrandie présente l'avan- tage d'une réduction sensible de la résistance électrique du joint soudé.
Les surfaces de contact des pièces à souder 10 et 11 sont convenablement nettoyées, par brossage mécanique par exemple, afin d'enle- ver la couche d'oxyde et toute autre matière étrangère au métal avant de souder. Cependant, grâce aux surfaces de pression relativement grandes utilisées conformément à l'invention, le nettoyage, pour autant qu'il s'a-
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gisse d'enlever la couche d'oxyde, peut être omis dans certains cas, la cou- che étant brisée par la pression initiale relativement grande et la grande quantité de métal qui flue, la soudure des surfaces étant'assurée par le plus grand fluage de métal, comparativement'aux procédés de soudage anté- rieurs.
Comme cela-se conçoit, la pression est la plus'grande le long des grands côtés du rectangle, son efficacité diminuant progressive- ment du centre vers les extrémités et donnant une empreinte de fluage-de forme elliptique débordant latéralement l'aire rectangulaire de compression, comme le montre la forme de la projection 15. Par conséquent, ce genre de soudage donne un joint de surface plus grande relativement à celle des points de soudure connus représentés aux figures 1 à 3, où l'aire de soudure est sensiblement limitée à l'aire de compression ou ilot délimité par l'outil de soudage.
Cette augmentation à la fois de l'aire de soudure et de l'é- paisseur du métal à l'endroit de la soudure, procure une résistance mécani- que plus grande dans une mesure correspondante et une diminution de la ré- sistance électrique d'un joint soudé de ce genre,
Quoiqu'un seul point de soudure ait été représenté, à titre d'exemple, dans le dessin, il est entendu que les feuilles peuvent être roi- nies par plusieurs soudures disposées sur une rangée, ou sur deux rangées-.'- en quinconce de préférence, pour avoir un joint ayant les meilleures ca- . @ ractéristiques mécaniques et électriques.
Une double rangée de soudures en quinconce est représentée à la figure 8; elle peut être réalisée au moyen d'un outil à plusieurs dents de soudage ou, en plusieurs opérations succes- sives, au moyen d'un outil à une seule dent de soudage. zuouqu'on ait décrit et représenté seulement des soudures par points, le'joint de soudure peut avoir la forme d'une ligne continue, droite-, courbe ou autre, par exemple une ligne ondulée' ou en zig-zag. Cette ligne peut être interrompue de manière à constituer une série de points de sou- dure de la façon représentée, formant n'importe quel dessin voulu, et à sa- tisfaire à toutes, exigences et conditions.
Pour rendre plus aisée la soudure de feuilles très minces, la feuille peut être doublée ou repliée en deux épaisseurs ou plus, comme le montre la figure 9 Dans le dernier cas, la matière flue encore perpendi- culairement aux feuilles, un certain matriçage se faisant, comme dans le cas d'une seule paire de feuilles, et la soudure se fait entre toutes les surfaces métalliques en contact. Pour obtenir de bons résultats, il faut, comme le montre la figure 9, placer les épaisseurs supplémentaires de mé- tal vers l'extérieur par rapport aux pièces mêmes à souder 10 et 11, parce que la réduction d'épaisseur des couches diminue vers le.centre et les cou- ches extérieures renforcent les couches intérieures qui constituent le vrai joint en prolongeant la zone de soudure à l'extérieur de l'aire de souda- ge.
L'empreinte ou pénétration laissée par l'outil de soudage peut être la même que pour une seule paire de feuilles. Dans ce cas, le métal des feuil- les superposées remonte de nouveau autour de l'outil ou dent 14, sensible- ment de la même manière que dans le cas d'une seule paire de feuilles, les conditions étant entièrement différentes de celles d'une paire de pièces pleines ou plaques équivalentes 'ayant la même épaisseur totale. Si on le désire, les feuilles peuvent être repliées plusieurs fois pour obtenir un joint ayant la résistance et la qualité voulues. Dans le cas de la super- position d'un nombre relativement grand d'épaisseurs de feuilles, il peut être nécessaire d'augmenter la profondeur de l'empreinte ou de la pénétra- tion, pour assurer le soudage convenable de toutes les surfaces métalliques contiguës superposées,.
On a constaté qu'avec des outils dont la largeur est plu- sieurs fois supérieure à l'épaisseur de la matière à souder, les surfaces soudées en contact, entre deux .couches de matière (interfaces de soudage), ne sont pas planes, comme on pourrait s'y attendre, mais bien ondulées, les lignes des crêtes (ou des creux) des ondulations étant plus ou moins parallèles à l'axe longitudinal des faces des outils. En soi, cette ondu-
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lation de la soudure même ne renforce pas nécessairement la solidité de celle-ci mais elle aide indubitablement à briser toute couche d'oxyde de- meurée sur les surfaces à souder.
Dans certains cas, ceci peut être avantageux pour le procé= dé, parce qu'on peut se passer de brossage mécanique et c'est le cas lors- qu'on scelle les extrémités de tubes déformables, comme les tubes à pâte dentifrice en plomb ou en aluminium, car l'expérience a montré que des sou- dures satisfaisantes peuvent être faites sans. brossage mécanique, avec des outils dont la largeur est dix fois l'épaisseur de la matière, une réduc- tion d'épaisseur d'environ 60% étant pratiquée. Les soudures se font au moyen de mâchoires parallèles, une de chaque côté de l'extrémité aplatie d'un tube, comme le montre la figure 10, le tube 30 ayant son extrémité in- férieure 31 aplatie par une soudure 32. L'extrémité 31 peut ensuite être repliée sur la soudure 32, pour l'aspect.
Ci-dessus, on s'est référé de façon générale à des outils de soudage à utiliser dans des presses mais il est évident que l'invention' peut aussi être appliquée à des molettes de soudage. Un sachet en feuille d'aluminium peut être fait de deux feuilles d'aluminium dont les bords sont soudés par des molettes de soudage pouvant avoir chacune une surface de soudage dont la largeur est un multiple relativement important de l'é- paisseur'de la feuille. Les molettes peuvent avoir des-surfaces de sou- dage chanfreinées comme décrit dans la demande de brevet anglais n 20.467/49; ainsi, pour des feuilles d'une épaisseur de 0,002 pouce (0,05mm), les sur- faces de soudage peuvent avoir un angle d'environ 10 avec le plan médian de la soudure.
En utilisant une largeur d'outil qui est un multiple sub- stantiel de l'épaisseur du métal, on jouit encore de l'avantage que la ré- duction d'épaisseur, en pourcentage, pour une soudure satisfaisante, est diminuée. Evidemment, avec une plus grande largeur d'outil, plus de métal flue, mais, dans certains cas, comme le cas des tubes déformables, on tient compte de ce fluage supplémentaire en augmentant la longueur du tube.
REVENDICATIONS.
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1. Procédé de soudage par compression de pièces relativement minces en une matière soudable par compression, caractérisé en ce qu'on ap- plique la pression de soudage à une surface ayant la forme d'une bande dont la largeur est un multiple important et au moins triple de l'épaisseur des pièces.
2. Procédé de soudage par compression d'une pièce en une ma- tière soudable par Compression sur une autre pièce en une matière soudable par compression, caractérisé en ce qu'on applique la pression de soudage à la première pièce sur une aire en forme de bande dont la largeur est un - multiple important et au moins le triple de l'épaisseur de la dite pièce.
3. Procédé de soudage par compression à froid d'une paire de feuilles d'aluminium, se recouvrant au moins en partie, caractérisé en ce qu'on applique la pression de soudage, sans aucun apport de chaleur exté- rieure, sur une aire en forme de bande dont la largeur est un multiple important et au moins le triple de l'épaisseur d'une feuille.
4. Procédé de soudage par compression d'une paire de feuil- les d'aluminium, se recouvrant au moins en partie, d'une épaisseur inférieu- re à 0,030, pouce (0,75 mm), caractérisé en ce qu'on applique la pression de soudage sur une aire dont la dimension dans une direction quelconque, est un multiple,important et au moins le triple de l'épaisseur d'une feuil- le.
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COMPRESSION WELDING.
The present invention relates to compression welding, such as cold compression welding, that is to say the welding of a pair of metal parts made of aluminum., Copper or another metal or non-ferrous ductile metal alloy, primarily by applying pressure to the parts to be welded.
It is known that in cold compression welding if the tools are given a suitable shape and the pressure of the tools is properly adjusted., After cleaning the contact surfaces to be joined together so as to remove all material foreign to the metal, there is obtained a cold or plastic flow of the metals of the surfaces to be joined in intimate contact, which forms between them a welded joint in the solid phase.
The invention is however not limited to cold compression welding and can also be applied to compression welding going together with a certain heat input to the parts to be welded, the welding being however obtained essentially by plastic creep. of the metal of the contiguous surfaces causing a fusion or union of the two parts into a solid phase weld. This external heat can be imparted to the parts by heating the compression welding tools, or by preheating the parts in some way before inserting them between the tools.
It has already been proposed, for example in US Pat. No. 2,522,408, a method and means for welding together, by a cold-welded lap joint, a pair of metal parts such as plates, sheets, flanges or the equivalent in aluminum, copper or other non-ferrous and ductile metal, which can be welded by compression.
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More precisely, this patent describes various methods and tools for obtaining either a continuous line weld, or a spot weld, in one or more islands of limited surface of the contacting faces of the parts to be welded.
As, in cold compression welding, the metal must flow laterally to the area compressed by the welding tools, to cause cold or plastic flow resulting in melting or intimate mixing of the metals. Since the surfaces to be joined are in contact, experience has shown that the most effective shape for the tool or pressure area is that of a strip or a rectangle, the width of which is approximately of the thickness of the parts to be welded or a little more, without exceeding twice this thickness, and the length of which, in the case of spot welding, is at least equal to five times the width.
This shape of the welded area, in addition to the fact that it requires only a minimum impression or penetration of the tool at the location of the welded area, of the order of 60% of the total thickness of the parts to be welded in the case of aluminum, ensures that the metal flows without resistance and favorably, laterally from the surfaces in contact, which makes it possible to obtain an intimate weld of maximum strength with minimum applied pressure and metal deformation at and around the weld.
As the thickness of the parts to be welded decreases, the dimensions of the compression tools necessarily reduce and it becomes more and more difficult to adjust the penetration of the tool with sufficient precision. It follows that by using the usual technique of compression welding described in the aforementioned American patent, one quickly achieves, with parts to be welded of very reduced thickness, such as thin sheets or metal sheets, a practical limit of execution, below which it is practically impossible to achieve an effective and safe weld; both because of the small size of the welding tools and because of the difficulty of adjustment.
The object of the present invention is to provide a new method and new means for welding relatively thin parts, such as metal foils, together efficiently and without the difficulties or drawbacks of the prior welding techniques.
The present invention provides a method of compression welding relatively thin parts of a compression weldable material in which the welding pressure is applied to an area in the form of a strip the width of which is a substantial multiple of. the thickness of the parts, namely at least three times this thickness.
The invention also provides a method of compression welding one part of a compression weldable material to another part of a compression weldable material, in which the welding pressure is applied to the first part over an area. having the form of a strip the width of which is a substantial multiple of the thickness of this part, namely at least three times this thickness.
In order for the invention to be clearly understood, reference will be made to the accompanying drawings which are in part schematic.
FIG. 1 schematically represents a tool and a pair of superimposed metal parts before welding, in accordance with previously known cold compression welding methods.
Figure 2 is a plan view and Figure 3 is a section of a joint after welding by means of a tool according to Figure 1.
FIG. 4 shows a tool and a pair of metal parts, for example sheets, placed between the tools before welding, in accordance with the improved method of the invention.
Figure 5 is a view from below of the upper tool of Figure 4.
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Figure 6 is a sectional view of a joint after welding by the process of the invention.
Figure 7 is a plan view of the weld of Figure 6,
FIG. 8 shows a multiple weld according to the invention.
Figure 9 shows an improvement for welding thin films in accordance with the invention; and
FIG. 10 is a side view of a deformable tube, the open end of which is welded and sealed by the method according to the present invention.
In the various figures of the drawings, the same parts bear the same references.
Figure 1 shows a known device for welding between them two parts, a first plate 10 and a second plate 11 placed on the first to form a lap joint, inserted between a pair of welding tools. In the example given, these tools consist of a lower tool or flat anvil 12 and an upper tool 13 with a flat surface 'from which protrudes a tooth or point 14 with a flat face' and slightly tapered, as described in detail in the aforementioned US patent.
If one applies to the superimposed plates or sheets 10 and 11, a pressure according to the arrow P, the metal under the tooth 14 flows in substance laterally because of the total thickness or the relatively large distance T of the parts 10 and 11 compared to the width of the compressed surface, which is equal to or of the order of the nominal thickness t of these parts. With sufficient tool indentation or penetration 14 '(see Figure 3), metal creep from the contacting surfaces produces an intimate union of the metals, constituting a weld of the solid phase surfaces.
To obtain the best conditions, that is to say a joint of maximum mechanical strength with a minimum of deformation or 14 'indentation at the point of the weld, theoretical calculations and practical tests have shown that the width w (see figure 2) of the rectangular weld spot should be about 1.5 times the nominal thickness t of the parts to be welded, and its length should be five times the width, or more.
In this way, a substantial pressure is exerted perpendicular to the long sides of the rectangle and causes an easy and favorable flow of the metals, resulting in a solid phase weld, at this location, of maximum strength with minimum deformation of the welded parts. .
Experience has shown that, in order to achieve this result, the indentation or penetration depth of the tool d must be at least equal to about 60% of the total thickness T for metals of relatively large ductility such as aluminum, this minimum penetration increasing with decreasing ductility with different grades of aluminum or other cold-weldable metals, as shown in the "Figure of Merits" table given in the aforementioned US patent. It follows that at the place of the weld, the thickness of the metal is at most equal to 40% of the total thickness T of the welded parts.
The cavity 14 'or penetration d of the tool can be adjusted either by an adjustable stop carried by the press on which the tools 12 and 13 are mounted, or by the height of the tooth 14, the shoulder or face plane of the tool 13 serving as a stop or as a limit of penetration of the tool, as is easily understood.
With the above cold compression welding technique, when the thickness of the parts 10 and 11 decreases, as a general rule the width of the tooth 14 decreases correspondingly, which not only gives a less solid weld but makes it difficult, if not impossible, to adjust the depth of penetration at the weld area in a satisfactory and safe manner. In the case of very thin metal sheets, tooth 14 has a shape approaching that of a knife edge, and it is obvious that it is no longer possible to weld
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suitably cold, under such conditions.
The present invention provides a process for the compression welding of relatively thin metal parts, such as sheets, which virtually obviates the above difficulties and achieves well-welded joints both mechanically and externally. other points of view.
Figures 4 and 5 show a welding device in accordance with the invention. References 10 and 11 again denote superimposed parts to be welded, for example aluminum foils or other compression weldable metal. Unlike the previous technique, the welding tool 13 is provided with a tooth 14 whose width is a fairly large mul = tiple of the nominal thickness t of the parts 10 and 11 to be welded, practically at least three times this thickness . The length 1 of tooth 14 or of the welded area is again a multiple of its width ¯w, but this minimum length may be a little less than in the case of figures 1 to 3, in practice three times the width w of the rectangular area, or more.
With such a device, when the upper tool 13 is lowered over the superimposed pieces 10 and 11 to be compressed, as shown by arrow P, a large amount of metal is displaced because of the relatively pressing surface. extent, compared to that of Figure 1. The amount of metal which creeps causes the metal to creep upward around tooth 14, that is, as Figure 6 clearly shows, it is produces a kind of stamping.
In other words, whereas in the case of FIG. 1, with a tool width of the order of the nominal thickness t, the metal flows substantially laterally with respect to the surfaces in contact, in the case of Figure 4, with the tool width equal to a relatively large multiple of the workpiece thickness, the metal surrounding the compression area is pushed back around the tool and the weld extends to surfaces neighbors outside the compressed rectangular area, as Figure 6 clearly shows. In fact, as the welded metal retains its strength during creep, the load is distributed by the metal itself and the impression made in the underside, side of the tool 12, is not the impression of tooth 14 , as it would be if the metal had no mechanical resistance.
The thickness d1 of the compressed part may be equal to approximately 40% of the total thickness T for aluminum, but it will correspond, in any case, to the weldability of the material. Welding takes place over the entire rectangular weld area and surrounding surfaces, as shown in Figure 6, due to metal creep, as described and reproduced in the drawings. However, since the weld extends beyond the actual compression area determined by the welding tool, the final thickness d1 may be greater, and ultimately it may be equal to the total thickness. T. In the latter case, the welded joint is located on the sides or outside of the rectangular compression area determined by the shape of the tool.
Although the process described above is particularly suitable for welding relatively thin parts, especially metal sheets, it can also be applied to welding thicker parts, such as plates or sheets, if the additional deformation due to the rise of the metal. metal around tools is acceptable. For example, parts 10 and 11 may consist of a pair of bus bars of an electrical apparatus; in this case the enlarged welding surface has the advantage of a significant reduction in the electrical resistance of the welded joint.
The contact surfaces of the pieces to be welded 10 and 11 are suitably cleaned, by mechanical brushing for example, in order to remove the oxide layer and any other material foreign to the metal before welding. However, thanks to the relatively large pressure surfaces used in accordance with the invention, the cleaning, as far as it is necessary,
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The process of removing the oxide layer, can be omitted in some cases, the layer being broken by the relatively large initial pressure and the large amount of metal which creeps, the welding of the surfaces being ensured by the greatest creep of metal compared to previous welding processes.
Conceivably, the pressure is greatest along the long sides of the rectangle, its effectiveness gradually diminishing from the center to the ends and giving an elliptical-shaped creep imprint laterally extending beyond the rectangular area of compression. , as shown by the shape of the projection 15. Therefore, this kind of welding gives a larger surface joint relative to that of the known spot welds shown in Figures 1 to 3, where the weld area is substantially limited to the compression area or island delimited by the welding tool.
This increase in both the weld area and the thickness of the metal at the weld location provides a correspondingly greater mechanical resistance and a decrease in the electrical resistance of the weld. 'such a welded joint,
Although a single weld point has been shown, by way of example, in the drawing, it is understood that the sheets can be rounded off by several welds arranged in a row, or in two rows -. '- in staggered rows. preferably, to have a joint having the best capacity. @ mechanical and electrical characteristics.
A double row of staggered welds is shown in Figure 8; it can be carried out by means of a tool with several welding teeth or, in several successive operations, by means of a tool with only one welding tooth. If only spot welds have been described and shown, the weld seam may be in the form of a continuous, straight, curved or other line, for example a wavy or zigzag line. This line can be interrupted to form a series of welds as shown, forming any desired pattern, and to meet any requirements and conditions.
To make it easier to weld very thin sheets, the sheet can be doubled or folded in two or more thicknesses, as shown in Figure 9. In the latter case, the material still flows perpendicular to the sheets, some stamping taking place. , as in the case of a single pair of sheets, and the welding is done between all the metal surfaces in contact. To obtain good results, it is necessary, as shown in figure 9, to place the additional thicknesses of metal towards the outside compared to the parts to be welded 10 and 11, because the reduction in thickness of the layers decreases towards the center and the outer layers reinforce the inner layers which make up the true seam by extending the weld area out of the weld area.
The imprint or penetration left by the welding tool may be the same as for a single pair of sheets. In this case, the metal of the superimposed sheets again rises around the tool or tooth 14, in much the same way as in the case of a single pair of sheets, the conditions being entirely different from those of 'a pair of solid pieces or equivalent plates' having the same total thickness. If desired, the sheets can be folded several times to provide a seal of the desired strength and quality. In the case of superimposing a relatively large number of sheet thicknesses, it may be necessary to increase the depth of the indentation or penetration, to ensure proper welding of all metal surfaces. contiguous superimposed ,.
It has been observed that with tools the width of which is several times greater than the thickness of the material to be welded, the welded surfaces in contact, between two layers of material (welding interfaces), are not flat, as one might expect, but well undulated, the lines of the ridges (or hollows) of the undulations being more or less parallel to the longitudinal axis of the faces of the tools. In itself, this wave
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The bonding of the weld itself does not necessarily enhance the strength of the weld, but it certainly helps to break up any oxide layer left on the surfaces to be welded.
In some cases, this can be advantageous for the process, because mechanical brushing can be dispensed with and this is the case when sealing the ends of deformable tubes, such as lead toothpaste tubes. or aluminum, as experience has shown that satisfactory welds can be made without. mechanical brushing, with tools whose width is ten times the thickness of the material, a thickness reduction of about 60% being practiced. The welds are made by means of parallel jaws, one on each side of the flattened end of a tube, as shown in Figure 10, the tube 30 having its lower end 31 flattened by a weld 32. The end 31 can then be folded over weld 32, for appearance.
Above, reference has been made generally to welding tools for use in presses, but it is obvious that the invention can also be applied to welding wheels. An aluminum foil pouch may be made from two aluminum foils the edges of which are welded by welding wheels each capable of having a welding surface the width of which is a relatively large multiple of the thickness of the aluminum foil. leaf. The wheels can have chamfered soldering surfaces as described in UK Patent Application No. 20,467 / 49; thus, for sheets 0.002 inch (0.05mm) thick, the weld surfaces may be at an angle of about 10 to the midplane of the weld.
By using a tool width which is a substantial multiple of the thickness of the metal, there is still the advantage that the reduction in thickness, in percentage, for a satisfactory weld is reduced. Obviously, with a larger tool width, more metal flows, but in some cases, such as the case of deformable tubes, this additional creep is taken into account by increasing the length of the tube.
CLAIMS.
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A method of compression welding of relatively thin parts of a material which can be welded by compression, characterized in that the welding pressure is applied to a surface having the form of a strip whose width is a large multiple and at the same time. less triple the thickness of the parts.
2. A method of compression welding of a part made of a material which can be welded by Compression onto another part made of a material which can be welded by compression, characterized in that the welding pressure is applied to the first part on a shaped area. strip whose width is a significant multiple and at least three times the thickness of said part.
3. A method of cold compression welding of a pair of aluminum foils, overlapping at least in part, characterized in that the welding pressure is applied, without any external heat input, to an area. in the form of a strip the width of which is a significant multiple and at least three times the thickness of a sheet.
4. A method of compression welding a pair of aluminum foils, overlapping at least in part, of a thickness of less than 0.030, inch (0.75 mm), characterized in that: applies the welding pressure to an area the dimension of which in any direction is a multiple, large and at least three times the thickness of a sheet.
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