Procédé de soudure électrique en bout d'un conducteur en cuivre sur un conducteur en aluminium. La présente invention se rapporte à un procédé de soudure électrique en bout d'un conducteur en cuivre sur un conducteur en aluminium, en vue notamment de la fixation de pièces telles qu'embouts, raccords en cuivre sur des fils ou câbles en aluminium, procédé dans lequel on fait passer du cou rant de soudure dans les parties à souder, de manière à créer une zone de jonctionne- ment par soudure ayant une résistance mé canique accrue et n'engendrant pas dans le circuit électrique de résistance additionnelle.
C'est un fait bien connu que la soudure électrique en bout de métaux volatils et oxy dables, et notamment de l'aluminium, pré sente de grosses difficultés. Les applications industrielles d'un tel procédé de soudure sont toutefois très étendues, et le besoin de sou dures à la fois simples et rapides à effectuer tout en étant résistantes se fait très forte ment sentir. On sait par exemple que les conducteurs électriques en aluminium, soumis lors du pas sage du courant a de fortes variations d'in tensités, chauffent aux pinces ou aux prises assurant les branchements du circuit consi déré (prises de compteurs, de fusibles, de contacteurs, de boîtes de dérivation, etc.).
Ce phénomène d'échauffement est dû à la couche d'alumine naturelle qui enveloppe ces conducteurs en assurant leur inoxydabilité, et il se localise aux points d'application des vis ou des mâchoires des pinces ou des prises. Il peut en résulter à la. longue le desserrage des conducteurs et une mise hors d'usage des pinces, avec pyrogénation des isolants, et même une fusion des conducteurs au voisi nage des pinces, avec tous les inconvénients qui en résultent. Cet échauffement ne se pro duit plus au contraire lorsque le conducteur serré dans les pinces et les prises est en cuivre, en argent ou en un métal analogue. Les conducteurs nobles sont toutefois d'un prix de revient prohibitif et d'un poids trop élevé pour l'installation tout. entière de nombreux circuits.
On comprendra aisément que l'on pourra remédier à, ces inconvénients si l'on remplace simplement les tronçons conduc teurs en aluminium serrés dans les pinces ou les prises de contact par des éléments en cuivre, de façon à supprimer cet échauffe ment. Ce remplacement partiel des conduc teurs nécessite toutefois la réalisation d'une solidarisation en bout, qui ne peut être obte nue de façon simple que si l'on dispose d'un procédé de soudure rapide et donnant des points de soudure mécaniquement résistants.
Le but. de l'invention est. de créer un pro cédé de soudure électrique permettant. de réaliser cette solidarisation en bout. de conduc teurs de ce type. Le procédé faisant l'objet de l'invention est caractérisé en ce que les parties à souder sont préalablement taillées afin de réduire au minimum leur surface de contact, qu'on inter pose entre elles une pastille à base d'étain, et qu'on réalise ainsi, au passage du courant, une fusion locale déterminant la formation d'un alliage ternaire aluminium-étain-cuivre dont le point de fusion est plus élevé et la ténacité plus grande que l'aluminium de l'un des conducteurs.
On peut disposer autour des éléments à souder, dans la partie recouvrant la partie extrême, un manchon protecteur qui vient s'adapter sur ces éléments et empêche tout contact avec l'air extérieur. Suivant la nature des éléments à souder, ce manchon pourra avoir la forme d'une douille engagée sur les conducteurs ou les câbles, d'une douille double pouvant être appliquée sur les faces interne et externe des tubes, ou de bandes s'appli quant de part et d'autre des plaques à souder. Ce manchon protecteur sera en métal, en alliage ou en matière réfractaire, par exemple en silice, pour pouvoir être arraché ou brisé après la soudure.
Enfin, on peut accélérer le chauffage au voisinage de cette intersurface à l'aide d'une flamme dirigée sur les extrémités à souder, ou au moyen d'une résistance électrique entou rant lesdites extrémités. Dans ces deux cas, l'échauffement provoqué par le passage du courant est combiné à un chauffage extérieur.
Le dessin annexé représente, à. titre (l'exemple, différentes formes d'exécution du procédé faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue schématique de la position des deux conducteurs coupés suivant des sections droites et dont on veut effectuer la soudure.
Les fig. 2 et 3 montrent, schématiquement, l'effet de l'échauffement lorsque l'un des con ducteurs est taillé en pointe.
La fig. 4 est une vue schématique d'une forme d'exécution du procédé.
La fig. 5 est une vue schématique mon trant les deux conducteurs soudés. La fig. 6 montre une forme d'exécution du procédé pour souder en bout deux tubes, par soudure autogène et avec un métal d'apport.
La fig. 7 est une vue schématique mon trant le procédé utilisé pour la soudure en bout de deux plaques, par soudure autogène et avec métal d'apport..
La fig. 8 montre une variante du procédé de soudure avec chauffage auxiliaire exté rieur.
La fig. 9 montre une autre position d'élé ments métalliques à souder.
Si l'on se reporte tout d'abord à. la fig. 1, on a représenté schématiquement deux pinces 1 et 2 dans lesquelles sont serrés un conduc teur en aluminium 3 et un conducteur en cuivre 4, ces conducteurs étant en contact l'un avec l'autre par l'ensemble de la surface de leur section droite extrême. On compren dra aisément que, si l'on fait passer un cou rant de tension relativement réduite dans ces conducteurs, il ne va. se produire sur l'inter- surface, entre leurs extrémités, aucun échauf fement particulier capable d'assurer la- sou dure.
Dans la fig. 2, l'extrémité du conducteur en cuivre 4 est taillée en pointe, comme mon tré en 5, et l'intersurface entre ces deux con ducteurs est alors réduite à la pointe 6. Si l'on fait passer un courant électrique dans ces conducteurs, on comprend que l'effet Joule va être localisé en ce point 6 et va pro voquer la. fusion de l'extrémité du conducteur en aluminium 3 et son épanouissement comme montré sur la fig. 3, ce phénomène s'aceoni- pagnant, comme indiqué plus haut, d'une pe tite explosion, conjointement à la vaporisation du métal et à la projection dans l'air ambiant de fines particules de métal liquide.
Dans le cas de l'aluminium considéré ici, il se pro duit en outre une oxydation de la partie extrême, tous ces phénomènes coopérant pour empêcher l'obtention d'une soudure mécani- , quement acceptable.
Dans la fig. 4, on a disposé, avant. de faire passer le courant et autour de la partie extrême des conducteurs, un manchon 8 qui vient s'adapter sur les parties extrêmes des conduc- teurs, et dans lequel ceux-ci pénètrent à Frottement doux. On remarquera, qu'une pas tille (le métal d'apport 9 à, base d'étain qui peut être formée d'une pâte est interposée entre 1a pointe en cuivre 5 et le conducteur d'aluminium 3, un décapant étant appliqué sur la pointe de cuivre 5 pour fixer l'étain de première fusion. Lors du passage du cou rant, la fusion de ce métal d'apport coopère à la soudure.
Il est évident que l'application (lu manchon sur les conducteurs n'a pas besoin d'être étanche à l'air, cette étanchéité étant obtenue de toute façon par dilatation de l'air lors de la chauffe du métal pendant la sou dure. La liaison ainsi obtenue entre les deux conducteurs 3 et 4 est montrée schématique ment sur la fig. 5, sur laquelle la pointe de contact, en cuivre par exemple, est représen tée en pointillé, la zone de soudure ainsi for mée correspondant à une zone d'interpénétra tion des particules des deux métaux. On a montré ici le conducteur en cuivre 4 serré dans une pince de contact 10. Comme indiqué précédemment, le contact, obtenu sur ce con ducteur en cuivre sera satisfaisant, et la plus (grande partie du circuit pourra être formée en fils d'aluminium 3.
Le manchon 8 formant L'enceinte protec trice permettant la réalisation de la soudure peut être en métal et demeurer sur la partie soudée des conducteurs, ou bien être par exemple en matière réfractaire céramique ou autre, que l'on peut casser une fois la sou dure réalisée pour permettre la séparation de ce manchon. Il restera alors simplement deux conducteurs soudés en bout et assemblés de façon résistante. On peut également dégager ce manchon en l'ouvrant suivant l'une de ses génératrices, puis en l'arrachant des conduc teurs soudés.
La tension utilisée dans cette opération sera de préférence de l'ordre de zéro à trois volts, (le façon à, obtenir une simple fusion du métal, et en aucun cas une vaporisation de celui-ci, et les intensités du courant utilisé pour cette soudure pourront varier de 1 à plusieurs centaines d'ampères par millimètre: carré suivant la nature des métaux.
Dans le cas de tubes, on procède comme montré sur la fig. 6. On considère ici deux tubes 11 et 12 qu'il s'agit de souder en bout. On taille alors les extrémités en regard de ces tubes en biseau, comme indiqué en 13 et 1.4. On applique sur la face externe des tubes, de part et d'autre de leur intersurface, un manchon externe 15, les parties en biseau 13 et 14 des tubes se trouvant approximativement dans la partie médiane de ce manchon. On introduit ensuite à l'intérieur des tubes 11 et 12 une douille interne 16 pénétrant à frotte ment doux dans ces tubes, et qui est solidaire d'une tige 18 permettant d'amener cette douille en position convenable à l'intérieur du manchon 15.
Comme montré sur la fig. 6, la longueur de la tige 18 sera étudiée pour faire saillie de l'extrémité de l'un des tubes, afin de permettre la commande de l'introduction et du dégagement de la douille 16.
On a interposé entre les arêtes 13 et 14 une pastille 20 de métal d'apport à base d'étain dont. la fusion va se faire en même temps que celle des extrémités des tubes, et qui va, coopérer à. leur soudure. Cette soudure s'effectue alors en-principe sur Fintersurface 19, entre l'arête 13 du tube 11 et la pastille de métal d'apport 20.
On a représenté schématiquement sur la fig. 7 la. soudure en bout de plaques 21 et 22 en cuivre et en aluminium. Dans ce cas, on taille les bords des plaques à souder en bi seaux, comme montré en 23 et 24, on inter pose une pastille à. base d'étain et on applique, de part et d'autre, des bandes 25 et 26 venant recouvrir les extrémités de ces plaques. On fait. alors passer le courant. en exerçant sur les plaques 21 et 22 des forces dirigées l'une vers l'autre, pour réaliser la soudure comme indiqué précédemment.
Suivant. une variante du procédé décrit, on favorise l'échauffement au voisinage de Fintersurface entre les extrémités de deux conducteurs ou éléments métalliques à souder par un chauffage extérieur, par exemple de la manière montrée sur la fig. 8, Pour faciliter la soudure d'un conducteur en aluminium 3 avec un conducteur en cuivre 4 serrés dans les pinces 1 et ? et dont les extrémités 27 et 28 sont logées dans un man chon protecteur 8, avec interposition d'une pastille 9 d'un alliage d'étain ou d'étain entre l'arête 28 du conducteur en aluminium 3 et la pointe 27 prévue à l'extrémité du conduc teur en cuivre 4 pour assurer la.
soudure sui vant une section théorique 19, on chauffe le manchon 8 au moyen d'une flamme 29 pen dant le passage du courant électrique de sou dure, tout en exerçant sur les conducteurs 3 et 4 des forces P1 et P2 dirigées l'une vers l'autre, l'une de ces forces pouvant être rem placée par une butée fixe. On comprendra aisément que la chaleur supplémentaire four nie par la flamme 29 va activer l'échauffement des parties extrêmes des conducteurs et, par suite, leur fusion et la formation de la sou dure.
Suivant une autre variante encore, on dis pose autour du manchon 8 une résistance électrique 30 alimentée en courant par des conducteurs 31 et 32, et on fait passer le cou rant dans cette résistance en même temps que dans les conducteurs 3 et 4 pour obtenir une chaleur supplémentaire facilitant la fusion des métaux et, par suite, leur soudure.
Pour faciliter la mise en ouvre du procédé décrit, on peut. utiliser pour assembler par soudure en bout des conducteurs, des barres, des tubes ou des éléments analogues, des man chons préparés à l'avance. Pour effectuer une soudure avec métal d'apport, on pourra par exemple fixer solidement par compression la pastille à base d'étain dans le manchon à la distance voulue de sa base, et recouvrir en suite tout ou partie de l'intérieur dudit man chon et la pastille d'un décapant convenable, sous forme de vernis par exemple. Il est ainsi possible de disposer à l'avance de toute une série de manchons de formes et calibres diffé rents suivant les soudures à effectuer.
Les manchons utilisés à cet effet et munis de vernis décapant pourront être de toute na ture convenable et par exemple en laiton, cuivre, fer, nickel, matière réfractaire, etc. Pour l'utilisation d'un manchon 8 de ce type, on introduit dans ce dernier, comme montré sur la fit,. 9, une extrémité d'un con ducteur 4, pour amener la tranche extrême de celui-ci en contact avec la pastille 9, puis l'autre élément à souder 3 de l'autre côté du manchon, cet- élément 3 étant taillé en pointe par exemple et pénétrant dans la partie du manchon 8 recouverte par le vernis décapant 33.
Il suffit alors de faire passer le courant dans ces éléments métalliques en exerçant sur chaque élément une pression F, Fa dirigée vers le manchon pour assurer la soudure.\ Dans toutes les formes d'exécution du pro cédé décrites, une fusion locale est réalisée. déterminent la formation d'un alliage ternaire aluminium-étain-cuivre dont le point de fu sion est plus élevé et la ténacité plus grande que l'aluminium de l'un des conducteurs.