Procédé pour obtenir un article métallique par soudage bout à bout de deux bords d'au moins une feuille métallique, appareil pour la mise en ouvre de ce procédé et article obtenu au moyen de ce procédé La présente invention se rapporte à un procédé et à un appareil pour obtenir un article métallique par soudage bout à bout. de deux bords d'au moins une feuille métallique.
Le procédé .selon l'invention est caractérisé en cc: qu'on aligne les bords à souder l'un contre l'autre au moye n d'organes venant en con tact avec ces bords jointifs et qu'ils limitent dans un espace confiné, en ce qu'on fait pas- er un courant à travers les bords jointifs, de nmanière à les chauffer localement et instanta nément- à la température de soudage, en ce qu'on presse simultanément ces bords l'un contre l'autre, et en ce qu'on interrompt immédiatement après le courant de chauffage. Ce procédé peut:
être mis en ouvre, par exemple pour la fabrication de récipients tels que des boîtes en fer blanc. Les épaisseurs (le la feuille métallique à. laquelle le procédé est appliqué sont de préférence d'environ 0,? i, Ç),.3, mm jusqu'à. environ 1,5 mm. On a remarqué que l'on ne pouvait. pas utiliser la technique connue de l'a soudure bout à bout (le feuilles relativement épaisses à des feuilles aussi minces que celles indiquées ci-dessus.
On utilise de préférence une matière en feuille métallique travaillée, par exemple la- minée < l froid. Pour souder les bords en re gard de la. feuille, les bords doivent être chauffés à- une température à laquelle ils @'@z;nolli"ent:
ou fondent. Cependant., les par- fies de la feuille adjacentes aux bords ne doi vent pas être- amollies simultanément, ni être chauffées à une température à laquelle elles changent leur structure ou modifient leur composition par évaporation. Même si ces par ties ne sont pas chauffées à tel point que leurs propriétés physiques et chimiques soient influencées préjudiciablement, la chaleur s'étendant dans celles-ci peut provoquer une dilatation de ces parties et, par conséquent, un cintrage ou un gonflement qui, après re froidissement, donne lieu à une ,
déformation de l'article soudé. Les corps métalliques 1-u- bulaires de boîtes sont souvent revêtus d'un nié tal fondant à basse température, tel que de l'étain, et ;si la chaleur de soudage s'étend dans les parties adjacentes aux bords à sou der, ces parties peuvent être chauffées à tel point que le revêtement soit endommagé.
En outre, le joint soudé des corps tubulaires des boîte:, doit être suffisamment fort pour résis ter à un emboutissage du corps et à un double soudage lorsque les rebords sont reliés aux fonds supérieur et inférieur de la boîte.
Dans une forme d'exécution particulière du procédé selon l'invention, on prend une feuille en acier doux telle qu'utilisée habi tuellement pour des corps tubulaires de boîtes et dont l'épaisseur ne dépasse pas 1.,5 mm.
On a constaté dans ce cas que la circulation de courant pendant moins d'un cycle d'un cou- rani alternatif de 60 périodes par second, c'est-à-dire pendant moins que 1/60 de seconde (0,017 seconde) donne des résultats satisfai- sants. Si le temps de circulation de courant est réduit à la moitié d'une période d'un cou rant alternatif à 60 périodes, les soudures obtenues ainsi, c'est-à-dire en moins de 0,009 seconde, sont encore tout à fait salis- faisantes,
résistantes et uniformes sur la lon gueur entière des bords en regard des feuilles réunies. On peut également utiliser avantageu sement un courant alternatif de plus grande fréquence tel que 300 à 500 périodes par se conde; la circulation du courant est alors maintenus sur plus d'un cycle et la synchro nisation exacte du :départ du cycle de sou dage et de l'application de la pression avec le cycle de courant est de moindre importance.
Cependant, ce procédé n'est pas limité à l'em ploi de courant alternatif; toute autre source électrique pour chauffer les bords alignés de façon rapide et locale à la température de soudage peut être utilisée efficacement, telle que, par :exemple, de courtes décharges: de cou rant continu.
Dans le soudage bout à bout et par con séquent à la suite de l'échauffement élevé des bords, des effets dus à l'atmosphère ambiante sur ceux-ci, tels que l'oxydation (combus tion), écoulement et: évaporation de la ma -hère fondue, .apparaissent. Pour empêcher ceci, on couvre la ligue de soudure formée par les bords alignés de la feuille ainsi que les parties adjacentes de cette ligne par des or ganes en matière réfractaire ou non conduc trice de l'électricité, telle que, par exemple, du carboründum (carbure de silicium), du sili- eate de zirconium revêtu convenablement de graphite ou autre matière.
Les surfaces pro tectrices de ces organes limitent entre elles mi espace confiné dans lequel on place et on chauffe les bords à souder. Ces surfaces pro- tectrices s'appuient sur les parties de la feuille adjacentes à la ligne de soudure et servent, par conséquent, également à mainte nir les bords de la feuille en alignement tan dis que s'effectue leur soudure. Le glissement des bords l'un <U>sur</U> l'autre et le refoulement latéral de la matière amollie ou fondue,''tors-; que les: bords sont pressés ensemble sont em pêchés par lesdites surfaces protectrices.
L'épaisseur du joint soudé sera ainsi égal ou n'excédera que faiblement l'épaisseur de la feuille et, puisque le glissement des bords l'un sur l'autre est empêché, sera dans tous les cas considérablement moindre que deux fois l'épaisseur de la. feuille.
Les organes en matière réfractaire ou non conductrice de l'électricité sont également mauvais conducteurs de la chaleur et, par conséquent, limitent la dissipation de la cha leur ou la radiation de celle-ci à partir de la ligne de soudure et aident @à. obtenir un chauf fage concentré et rapide des bords.
Ces or ganes! empêchent :également ou limitent l'accès de l'atmosphère ambiante (l'air) aux bords à température élevée et, par là,, leur détériora tion par oxydation (combustion); inverse ment, un écoulement ou une évaporation de la matière à température élevée, en particu lier de la. matière en fusion vers les bords, est empêché par les surfaces protectrices des- dits organes et, ainsi, un changement préjudi- c.iabIe de la.
composition de la matière, de même que la formation de soufflures ou trous vers la ligne de soudure pouvant réduire la résistance mécanique ou fermeture herméti que du joint sont évités. Avec une composi tion appropriée de la matière des surfaces protectrices, on peut également obtenir une action d'écoulement sur le métal fondu ver, l'es coins.
Si l'on fait passer du courant électrique à travers et; entre les bords pour les chauffer localement et rapidement ,à la. température de soudage, il est essentiel que la résistance des surfaces non conductrice appliquées. de cha que côté de la ligne de soudure soit telle qu'un court-circuit de ce courant et par suite sa fuite par la résistance élevée (résistance de contact) entre les bords alignés soit empêché.
On, comprendra que, pour la soudure effi cace bout à bout d'une feuille, les surfaces en regard des bords doivent être ajustées, c'est-à-dire qu'elles doivent se compléter aussi exactement que possible, de telle sort, que du métal amolli ou en fusion des bords chauffés puisse se souder et remplir complè tement et instantanément tous les interstices entre les bords sur leurs longueurs devant M re réunies.
L'appareil selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend deux supports mobiles l'un par rapport à l'autre, les surfaces por tantes de chacun d'eux étant isolées électri quement l'une de l'autre, une électrode asso ciée à chacune desdites surfaces et à, des moyens pour presser chaque électrode indivi duellement sur la feuille disposée entre l'élec trode et la surface de support en regard, des organes en matière réfractaire disposés de part et d'autre de la feuille entre les élec trodes, ces organes réfractaires formant un espace confiné dans lequel les bords de la feuille peuvent glisser et être alignés, des moyens pour rapprocher les électrodes et les surfaces associées, de manière à presser lesdits bords l'un contre l'autre dans l'espace confiné susdit, et des moyens pour fournir le courant électrique aux électrodes.
L'invention a éga lement pour objet un article obtenu au moyen du procédé décrit ci-dessus.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appa reil selon l'invention.
Fig. 1 est une vue en élévation de cette forme d'exécution adaptée en particulier pour former des corps tubulaires de boîtes en fer blanc pour la conservation des aliments.
Fig. 2 est une vue en plan par-dessous, le long de la ligne 2-2 de la fig. 1, montrant les électrodes appliquées à la feuille métal lique.
L'appareil représenté comprend un bâti 10 sur lequel est monté un arbre de broche ou mandrin 11 s'étendant au-dessus du plan du dessin. Le diamètre extérieur du mandrin est pratiquement égal au diamètre intérieur du corps tubulaire à souder. Le mandrin est de préférence en une matière non magnétique et sa surface non conductrice de l'électricité, de sorte qu'il ne peut pas y avoir de court- circuit entre les électrodes, comme il sera dé crit par la suite. Dans l'exemple représenté; le mandrin 11 est constitué par une douille 13 en matière isolante montée sur le bâti et par un noyau métallique 12, de préférence non magnétique, pouvant tourner dans la douille 13 et dans le bâti 10.
La douille 13 est munie d'un évidement longitudinal 14, dans lequel est monté un bloc 15 de matière non conduc trice de l'électricité, dure et réfractaire, telle que du carborundum, du silicate de zirco nium revêtu de graphite ou contenant du graphite, de la céramique ou du verre.
Un prolongement ou bras 17 s'étend à partir du bâti 10 (et du plan du dessin) et comporte un organe 18 monté de façon à cou lisser sur lui dans une direction verticale, par exemple au moyen d'un assemblage à queue d'aronde non représenté. Des supports 19 sont disposés de manière à, coulisser dans des alésages verticaux de l'organe 18 et por tent ensemble un bloc 20 de matière dure et réfractaire comme celle du bloc 15. Les sur faces en regard des blocs 15 et 20 s'appuient sur les surfaces opposées des extrémités d'une feuille ou ébauche 48 devant former un corps tubulaire pour une boîte, ou sur les extrémités de deux feuilles séparées, puisqu'on ne se limite pas au soudage des extrémités d'une même feuille.
La position de l'organe 18 peut être dé terminée, par exemple, par une came qui, pendant le fonctionnement, abaisse et soulève cet organe par rapport au prolongement 17 et au bloc 15 ; dans ce cas, la position la plus basse de l'organe 18 peut être fixée au moyen d'une vis de réglage 21 traversant une saillie 51 de l'organe 18. Dans la forme d'exé cution représentée, l'extrémité de la vis 21 bute contre le prolongement 17, et, en la fai sant tourner dans un sens ou dans l'autre, l'organe, 18 et par suite le bloc 20 peuvent. être abaissés ou soulevés du bloc 15 et des extrémités de la feuille 48. Un ressort 22 est disposé entre le support 19 et l'organe 18 pour presser élastiquement le bloc 20 sur les extrémités de la feuille placée entre les blocs 15 et 20.
Une plaque 23 s'étend à partir du bâti 10 parallèlement à l'axe du noyau 12 et porte une électrode 24 de même longueur; la pla que 23 est montée à coulisse sur le bâti 10 dans le sens de la double flèche 50. Un autre organe de support 52 est fixé rigidement sur le bâti 10 et s'étend au-dessus de la plaque 23 le long de celle-ci. Des vis 25, prévues dans des trous de l'organe 52, s'appuient sur des ressorts 26 qui reposent sur la plaque 23; au moyen des vis d'ajustage 25, la pression des ressorts 26 sur la plaque 23 et l'électrode 24 peut être réglée.
Un secteur 27 est découpé dans la douille 13 près de l'évidement 14 à son extrémité, opposée à l'électrode 24; un bras 53 du noyau 12 s'étend dans le secteur 27 et se termine par un organe d'appui 28 en une matière non conductrice de l'électricité et réfractaire. La surface extérieure de l'organe 28 forme une partie du cylindre sur lequel est disposée l'ébauche ou feuille à souder.
Un bras 30 est relié rigidement au noyau 12 à une extrémité de celui-ci faisant saillie du bâti 10 (au-dessous du plan du dessin). Une autre électrode 32 est portée par une pla que 31 coulissant sur le bras 1 dans la direc tion de la double flèche 56. Un support 54 est monté rigidement sur le bras 30 et fait saillie à partir de celui-ci parallèlement à l'axe du noyau 12 et de l'électrode 32. Des vis 33, prévues dans des trous du support 54, s'appuient contre des ressorts 35 qui reposent sur la plaque 31; la pression de ces ressorts peut être réglée par l'ajustage des vis 33 dans le support 54.
Les deux séries d'organes de support 52, 54, des plaques 23, 31 et des électrodes 24, 32 sont de même longueur que le mandrin 11 et s'étendent parallèlement à l'axe de ce man drin sur une longueur au moins égale à la largeur de la feuille à souder. Elles sont dis posées de telle manière que les électrodes 24, 32 sont pratiquement parallèles à la ligne de contact 49 et au bloc 20, mais légèrement espacées de ceux-ci.
Une tige 36 en une matière magnétique est articulée au bras 30 et s'étend avec son extrémité libre dans un électro-aimant 35 qui est monté à articulation au moyen d'un bouchon 57 sur un autre prolongement 55 du châssis 10.
Une source de courant alternatif, par exemple le réseau principal, est reliée à tra vers un relais électronique 47 avec l'électro aimant 35 et, en parallèle avec lui, avec un transformateur réducteur de tension 40. L'embranchement du circuit conduisant à l'électro-aimant 35 comprend en série une impédance 46, de préférence une bobine de self-induction, qui détermine l'énergie élec trique et sa phase agissant sur l'électro aimant 35. Une borne du secondaire 41 du transformateur 40 est connectée à travers un conducteur 42 à l'électrode 24 et son autre borne par le conducteur 44 à l'électrode 32. Ainsi, le relais 47 commande simultanément l'électro-aimant et le transformateur 40, leur action étant de cette manière synchronisée. automatiquement.
Pendant le fonctionnement, on peut sup poser qu'au départ les électrodes 24 et 32 sont légèrement soulevées de la surface exté rieure de la douille 13 et de l'organe d'appui 28 respectivement, au moyen des vis 25, 33, et que le bloc 20 est également légèrement soulevé du bloc 15 juxtaposé au moyen de la vis 21. Les extrémités d'une ébauche formée par une feuille mince, pour une boîte par exemple, ou les extrémités de deux feuilles séparées sont placées sur la surface extérieure de la douille 13 et de l'organe d'appui 28 sous l'es électrodes 24 et respectivement 32. Ces extrémités sont étroitement alignées ou sont même en léger contact l'une avec l'autre entre les blocs 15 et 20. Les électrodes 24 et 32 sont abaissées et serrées au moyen des vis 25 et 33 sur la feuille 48 disposée sur la douille 13 et l'organe 28 respectivement.
Le bloc 20 est ensuite abaissé sur les extrémité alignées et sur les parties adjacentes de la feuille avec une pression déterminée par la position extrême de la vis 21 et la compres sion résultante du ressort 22. Cette pression est assez forte pour maintenir jointives les extrémités de la feuille en alignement et pour empêcher leur glissement l'une sur l'au tre (recouvrement) pendant les phases subsé quentes du fonctionnement; cette pression ne doit toutefois pas être assez élevée pour em pêcher un léger mouvement d'une extrémité du feuille entre les blocs.
Le relais électronique 47 est excité et per met, par exemple, de laisser passer une pé riode d'un courant alternatif à 60 périodes.
Au début de la période, l'électro-aimant 35 est excité et attire la tige 36, déplaçant ainsi le bras 30 dans le sens des aiguilles de la montre, de sorte que le noyau 12 avec le bras 53 et l'organe d'appui 28, de même que l'électrode 32 sont déplacés simultanément dans le sens des aiguilles de la montre et entraîne la partie de la feuille serrée entre eux. L'extrémité de la feuille est ainsi dépla cée entre les blocs 15, 20 vers l'autre extré mité de la feuille qui est serrée entre l'élec trode 24 et la douille 13 et maintenue fixe entre les blocs 15 et 20.
Après que les deux extrémités ont été amenées en léger contact sur toute leur lon- guer suivant la, ligne 49, on envoie un cou rant de chauffage qui circule du secondaire 41 du transformateur 40 vers les électrodes 24 et 32, et à travers ladite ligne de contact 49 entre les électrodes. Toute fuite de courant d'une électrode à l'autre est empêchée par la matière isolante de la douille 13, de l'organe d'appui 28 et des blocs réfractaires 15 et 20. L'échauffement dû à ce courant sera maxi mum à l'endroit où il traverse la ligne de contact 49.
En effet, la résistance de contact entre les extrémités suffit pour produire une température concentrée élevée vers celles-ci et à augmenter leur température instantanément au point d'amollissement ou de fusion de la matière métallique de la feuille. Pendant la seconde moitié de la période de courant, les extrémités ainsi chauffées sont pressées en semble; puisque la conductibilité électrique du métal amolli ou fondu à la ligne de con tact 49 est considérablement plus faible que celle de la feuille adjacente, l'effet de résis tance par échauffement du courant passant par cette ligne est maintenu et les bords se soudent complètement dans l'espace limité par les blocs 15 et 20. Dès que la période du courant est terminée, la circulation du courant à travers les deux embranchements suivant le relais 47 est interrompue par ce lui-ci.
Le courant de chauffage ou de soudage venant du transformateur 40 cesse immédia tement et l'électro-aimant 35 est désexcité, de sorte que la, pression sur les bords est relâ chée et finalement supprimée. Lorsque les électrodes 24 et 32 sont desserrées en tour nant les vis 25 et 33 et que le bloc 20 est soulevé en tournant la vis 21, le métal à la ligne de soudure s'est suffisamment refroidi pour se solidifier. Une fois la soudure ter minée, l'article est enlevé du mandrin 11.
Comme indiqué plus haut, une soudure uniforme nécessite un montage ou un emboî tement suffisamment précis des extrémités jointives pour que le métal ramolli et de pré férence fondu puisse remplir complètement et instantanément tous les interstices entre les extrémités de la feuille. Par conséquent, si on coupe les extrémités de la, feuille de telle ma nière que des bavures apparaissent, il peut être parfois désirable de les meuler selon une forme plus précise avant le soudage. En gé néral, des crans ou dents répartis également sur les extrémités présentant une profondeur d'environ 0,25 mm n'affectent pas d'une façon défavorable le soudage bout à bout.
De telles surfaces rugueuses peuvent même présenter un avantage en établissant un léger contact entre les extrémités, car les petites saillies d'une extrémité viennent en contact avec les saillies ou avec la surface de l'autre extré mité et établissent entre elles des ponts mé talliques individuels de très petite section et, par conséquent, une résistance qui laisse pas ser le courant de soudage et qui développe rapidement une température élevée. Les sail lies fondent presque immédiatement et s'écoulent dans les interstices entre les extré mités, ce qui a pour effet de faciliter leur union.
Grâce â l'action de la bobine de self- induction 46, le courant excitant l'électro- aimant 35 est faible au commencement de la période de courant alternatif. Par conséquent, les extrémités sont déplacées l'une vers l'au tre en léger contact. La résistance électrique entre lest bords sera ainsi plus grande lorsque le courant de chauffage commence à circuler et la température la plus haute sera dévelop pée instantanément à cet endroit.
Si, par la suite, le courant augmente, en excitant l'élec- tro-aimant 35 et en pressant fortement les bords l'un contre l'autre, ceux-ci sont chauf fés par la chaleur concentrée développée ainsi au voisinage de leur point de fusion, c'est- à-dire à la température propre de soudage.
Les blocs 15 et 20 pressent et couvrent les bords, ainsi que les parties de la feuille à l'arrière de ceux-ci pendant le soudage qui vient d'être décrit et empêchent l'accès de l'air ambiant et, par suite, l'oxydation (com bustion) des bords à température élevée. Ces derniers, en particulier s'ils sont fondus, ten dent à s'échapper ou à se répandre et à se vaporiser. Les blocs 15 et 20 s'appuyant con tre les bords ramollis ou fondus, empêchent ou limitent un tel écoulement ainsi que la va porisation. La matière de la ligne de soudure n'est par conséquent pas détériorée et, après refrodissement, une soudure métallique uni forme et résistante est obtenue.
Le refoule ment latéral des bords ramollis est également limité ou empêché par les blocs 15 et 20 pres sés contre la ligne de soudure à partir des côtés opposés avec une pression réglable; les blocs forment ainsi le métal ramolli ou fondu, de sorte qu'après refroidissement, l'épaisseur du joint sera égale ou n'excédera que faible ment l'épaisseur de la feuille. Un léger re foulement jusqu'à environ 20 % ou davantage de l'épaisseur de la feuille est parfois désira ble, si, par la suite, le joint est destiné à être travaillé à froid.
Pour réaliser les effets décrits plus haut, les blocs 15 et 20 de formation et exerçant une pression doivent présenter une surface de pression plate et lisse à faible frottement. La faible conductibilité calorifique de la ma tière constituant ces blocs protège le métal chauffé de la ligne de contact des extrémités de la feuille contre le refroidissement par l'air atmosphérique qui l'entoure. Le graphite qui peut être incorporé aux blocs ou appliqué sur ceux-ci agit comme lubrifiant solide facili tant le glissement des extrémités de feuille mobiles entre les blocs 15 et 20.
Si le gra phite est brûlé pendant l'opération de sou dure, en particulier si la surface de pression d'un bloc ne se conforme pas exactement à la surface d'une extrémité de feuille et que l'air peut, par conséquent, pénétrer entre ces surfaces, l'oxyde de carbone ou le bioxyde développé protégera efficacement les bords à température élevée d'une oxydation. Du gra phite brûlé peut être remplacé soit par diffu sion de graphite contenu dans la matière du bloc vers sa surface de pression, soit par apport de graphite ou d'un composé conte nant ou dégageant du carbone.
Si l'on désire obtenir une action de fusion sur la matière métallique des bords chauffés, la composition des blocs doit être choisie en conformité; des compositions contenant du silicate de zirco nium ou un silicate de sodium insoluble pa raissent être efficaces dans ce cas et permet tent de combiner et d'éliminer des scories et les oxydes, ainsi que de former un film sur le métal chaud, de sorte qu'il reste inoxy dable.
Pour assurer la soudure de feuilles min ces sur toute la longueur de leurs bords, il est important d'utiliser des électrodes en une ma tière de bonne conductibilité calorique pou vant être espacées suffisamment de la ligne de soudure, de sorte qu'elles ne conduisent pas de chaleur loin des bords chauffés de façon indésirable. D'autre part, une électrode ne doit pas être trop éloignée de la ligne de soudure pour éviter que les extrémités de la feuille mince et flexible ne se courbent ou se gondolent lorsqu'elles sont pressées ensemble par les électrodes au lieu que la pression agisse sur les bords chauffés, et pour raccour cir le chemin du courant à travers les extré mités de la feuille vers la ligne de soudure et, par suite, éviter des pertes d'énergie électri que dans celles-ci.
Les électrodes en métal et en particulier en une matière ferreuse en feuille d'épaisseur n'excédant pas 1,52 mm sont de préférence espacées d'environ 3,18 mm de la ligne de soudure; l'expérience montre cependant qu'une soudure uniforme peut être rapidement et pratiquement instantanément réalisée sans augmenter la température de la matière en feuille au-dessus de 300 C à une distance de 0,25 mm environ de la ligne de soudure, de sorte qu'une latitude relativement grande est donnée pour disposer les électro des près de la ligne de soudure.
Pour obtenir la soudure instantanée sur toute la longueur des bords en contact, il est essentiel que la densité du courant de chauffage passant par ces bords et à travers la ligne de soudure soit aussi uniforme que possible sur celle-ci. L'expérience a montré que cet effet peut être réalisé en formant les électrodes comme représenté à la fig. 2 où elles sont plus éloignées de la ligne de sou dure au centre qu'à leurs extrémités. On évite ainsi une concentration du courant vers le mi lieu de la ligne de soudure.