Procédé et appareil pour le soudage électrique d'objets métalliques. La présente invention comprend un pro cédé pour le soudage électrique d'objets mé talliques et un appareil pour la mise en aeuvre de ce procédé.
Il existe un procédé de soudage électrique pour réunir des fils métalliques de relative ment petits diamètres par l'emploi d'une dé charge d'un condensateur conjointement avec un engagement de percussion des surfaces à souder au moment de la décharge de conden sateur. Bien que ce procédé soit hautement satisfaisant pour des fils métalliques de re lativement petits diamètres, on se heurte à des difficultés lorsqu'on s'en sert pour la réunion de fils métalliques de relativement grands diamètres par suite de;, grandes dimensions requises, dans ce cas, pour le condensateur.
Or l'invention permet l'utilisation d'une décharge d'énergie électrique aussi pour des objets de relativement grandes dimensions et le nouveau procédé présente la particularité que les objets sont maintenus ensemble avec leurs surfaces à souder en prise l'une avec l'autre et sont soumis à une décharge d'éner- gie électrique passant par les objets, puis, les dites surfaces en prise sont séparées l'une de l'autre pour l'établissement d'un arc électri que et, immédiatement après, elles sont ra menées, avec un effet de percussion, de nou veau en prise l'une avec l'autre pour réaliser le soudage.
L'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé .comporte un dispositif pour main tenir les objets ensemble avec leurs surfaces à souder en prise l'une avec l'autre et un or gane de percussion mobile disposé pour com- :@mander d'abord ledit dispositif de façon à occasionner la séparation, l'une de l'autre, desdites surfaces en prise et produire, ensuite, le ramenage en prise de ces dernières avec effet de percussion en vue du soudage de ces surfaces.
Cet appareil peut comporter un trans formateur électrique dont le seéondaire est destiné à être relié aux objets à souder, tan dis que le primaire est destiné à être relié à une source de courant et est commandé par un relais à commande automatique mis sous la dépendance de l'organe de percussion mo bile, le tout en vue de faire passer un courant électrique par les objets à souder pendant qu'ils sont maintenus en prise l'un avec l'au tre, préalablement à leur séparation.
Au dessin ci-annexé, donné à titre d'exem ple: La fig. 1 est une élévation de face d'une forme d'exécution de l'appareil suivant l'in vention; La, fig. 2 en est une vue de côté corres pondante; Les fig. 3 et 4 en représentent un détail à plus grande échelle, ainsi qu'une variante de ce détail; La fig. 5 montre le schéma d'une instal lation électrique combinée avec l'appareil pour la réalisation de décharges électriques.
L'appareil représenté. aux fig. 1 à 3 com porte une base de support 1 munie d'une table horizontale 2. à laquelle sont fixées plusieurs tiges-guides verticales 3 au moyen d'écrous 4, ces tiges-guides étant isolées, au point de vue électrique, de la table 2, au moyen de douilles et rondelles isolantes intercalaires. Les extré mités supérieures des tiges-guides 3 sont en- tretoisées par une traverse 5 qui y est fixée d'une façon ajustable. Un. mouton 6 se guide par des plaques latérales supérieure e infé rieure 7, 8 sur les tiges-guides 3.
Il est pourvu, à son extrémité inférieure, d'une portion amincie 9 pour recevoir un mandrin de serrage 1.0 servant à tenir un fil ou corps métallique supérieur 11 à souder à un autre fil ou corps métallique inférieur dont on parlera plus loin. La plaque 8 est pourvue de trous taraudés pour la réception de vis d'ajustement 12 re posant sur des plateaux 18 supportés, à leur tour, par des ressorts à boudin 14 entourant les tiges-guides 3. Les plateaux 13 sont re tenus en position par des vis 15 qui se vissent dans des colonnettes isolantes sur la table 2 et traversent librement des trous pratiqués dans les plateaux.
On voit par ce qui précède que le mouton 6 formant marteau de percussion est élastique- ment supporté par les ressorts 14 dans une position appropriée entre les tiges-guides 3 directement au-dessus de la table 2. Les vis 12 servent à ajuster la position du mouton 6 par rapport à un autre mandrin, 16, qui est monté sur la table 2 verticalement sous le mandrin 10. Le mandrin 16 comporte un manchon saisisseur 38 destiné à tenir le fil ou corps métallique inférieur 21 et engagé par la fourche d'un levier fourchu 17 qui fait fonc tion d'armature pour un électro-aimant 18 supporté par Lui prolongement 19 de la table 2.
Le levier 17 est pivoté en 20 et, par l'ac tion de cet électro-aimant, il peut être dé placé, à l'encontre d'un ressort 22, de façon a. amener le fil ou corps métallique inférieur 21 en prise avec le fil ou corps métallique su- sérieur 11 et à maintenir ces fils en contact l'un avec l'autre quand le mouton 6 est ajusté à la distance voulue par rapport au mandrin de serrage inférieur 16.
Un autre mouton 23 est disposé au-dessus du mouton fi et se guide par une plaque 2.1 sur les tiges-guides 3. Il est fixé à une tige 25, laquelle est vissée dans un trou taraudé du mouton 23 et y est bloquée au moyen d'un écrou 26. La tige 25 passe par une ou verture de la traverse 5 et comporte à son ex trémité supérieure un aeillet 27 par lequel le mouton 23 peut être soulevé à une position opérative. La distance sur laquelle le mouton 23 est susceptible d'être soulevé, peut être ajustée exactement au moyen d'un collier d'ajustement 28, fixé sur la tige 25 au moyen de vis de fixation.
Le mouton 23 soulevé par la tige 25 peut être maintenu en position éle vée par un levier d'enclenchement 29 articulé sur une pièce de support 30 fixée à la traverse 5. Le' levier 29 forme aussi l'armature d'un électro-aimant 31 également porté par la pièce de support 30.
Quand le mouton 23 est soulevé, le levier d'enclenchement 29 est ajusté de façon à s'en clencher au collier 28, avec lequel il sera maintenu en engagement par l'excitation de l'électro-aimant 31.. Un ferme-circuit 32 est monté sur l'une des tiges-guides 3 et est dis posé par rapport au mouton 23 de façon à être amené à s'ouvrir, quand le mouton 23 des- tend, par l'action d'une butée 33 prévue sur le mouton 23. Ce ferme-circuit est utilisé pour ouvrir un circuit, électrique qui oblige le cir cuit primaire d'un transformateur électrique fournissant l'énergie au soudage, à s'ouvrir, comme ce sera amplement décrit plus loin.
Un coupleur 34, formé de deux étriers en forme d'U, relie la plaque, 7 du mouton 6 et la plaque 24 du mouton 23 l'une à l'autre et est disposé pour permettre un soulèvement fa cile du mouton 6 lorsque les corps métalli ques ont été réunis et qu'on désire les enlever de l'appareil. La fig. 3 représente les mandrins de ser rage 10 et 16 à plus grande échelle pour bien faire voir leur-construction détaillée. Comme montré dans cette figure, des câbles élec triques 35 sont reliés aux mâchoires du man drin inférieur 36, qui porte le corps métal lique inférieur à souder 21.
On remarquera dans cette figure que le corps 21 repose sur la partie supérieure de la base de support 1 de l'appareil, sur laquelle il prend un point d'appui fixe. Le corps métallique supérieur à souder 11 est fixé dans le mandrin 10 au moyen d'une vis de fixation 36. Les câbles électriques 35 se relient à une borne du cir cuit secondaire du transformateur de soudage précité, dont l'autre borne est reliée au man drin supérieur 10 au moyen d'un câble y at taché à l'aide d'une vis de fixation 37. La fourche du levier 17 embrasse librement le manchon 38 du mandrin 16 et s'engage aussi sous ce manchon pour le soulever avec le corps métallique 21.
La fig. 4 montre une variante du man drin 16 supportant une plaquette métallique plate 39 au moyen d'une tige 40 à tête élargie 41 pourvue d'un siège pour la réception de la plaquette 39. Celle-ci constitue l'un des corps à souder ensemble. 0n_ voit par cette variante que des corps métalliques autres que des fils ou tringles, peuvent aussi être soudés ensemble par l'emploi de l'appareil décrit. Dans cet variante, la plaquette 39 peut, par exemple, constituer le- corps d'une soupape auquel doit être soudée la tige de soupape.
L'énergie électrique nécessaire au soudage est fournie, comme indiqué plus haut, par un transformateur électrique dont le secondaire 48 (fig. 5) est en circuit avec les deux corps 11, 21 à souder ensemble, tandis que son pri maire 47 est alimenté de courant par une gé nératrice clé courant continu 42 à excitation en série 43 et à excitation en dérivation 44 relié en série avec une résistance réglable 45. Le circuit de cette génératrice est commandé par un relais à commande électromagnétique 46 et par un coupe-circuit à commande ma nuelle 46a.
Le relais 46 comporte une bobine de commande 51 reliée aux bornes de la géné ratrice 42 par l'intermédiaire d'un ferme-cir- cuit 32 et disposée pour agir sur l'organe mo bile du relais à l'encontre d'un ressort 53. L'organe mobile du relais 46, à son tour, peut agir sur un coupe-circuit 52 à l'encontre d'un ressort 54, ce coupe-circuit commandant le circuit de la bobine de l'électro-aimant 18 re liée aux bornes de la génératrice 42. Comme décrit plus haut, le mouton 23 est maintenu en position élevée par le levier d'enclenche ment 29 soumis à l'action de l'électro-aimant 31, dont la bobine est reliée par l'intermé diaire d'un ferme-circuit à commande ma nuelle 55 aux bornes de la génératrice 42.
Pour se servir de l'appareil décrit, les corps métalliques 11 et 21 à souder ensemble sont fixés dans les mandrins 10 et 16 et le mouton 6 est ajusté de telle manière que, quand les corps 11, 21 sont séparés l'un de l'autre, un arc électrique de longueur appro priée jaillisse entre eux. Le mouton 23 est éle vé à une position opérative où il est retenu par la mise en position d'enclenchement du levier 29 et par l'excitation de l'électro aimant 31, cette excitation étant due à la fer meture du ferme-circuit 55. Bien entendu, le ferme-circuit 32 est en position de fermeture et le relais 46 a sa bobine 51 excitée, alors que le circuit primaire du transformateur est fermé par le coupe-circuit 46a.
Quand la bo bine du relais 46 est excitée, son organe mo bile de contact est en position de fermeture et permet au ressort 54 de fermer le coupe- circuit 52, produisant l'excitation de l'électro- aimant 18, lequel attire le levier 17 en main tenant les corps à souder en contact l'un avec l'autre.
L'appareil est maintenant en état de pro duire le soudage, la position des parties étant celle indiquée dans le schéma de la fig. 5. Les diverses opérations s'accomplissent en ouvrant le ferme-circuit 55 pour interrompre le cir cuit d'excitation de l'électro-aimant 31 et pro voquer, par là, le déclenchement du levier 29, afin de permettre au mouton 23 de tomber.
Dans sa chute, le mouton 23 ouvre le ferme- circuit 32 en faisant buter la butée 33 contre la poignée de celui-ci, ce qui produit la dés- excitation de la bobine 51 du relais 46. Celui- ci effectue, par suite, non seulement l'ouver ture du circuit primaire, mais produit aussi, par butée, l'ouverture du coupe-circuit 52 de façon à interrompre le circuit d'excitation de l'électro-aimant 18.
Deux effets résultent ainsi de la chute du mouton 23 ouvrant le ferme-circuit 32, à savoir l'ouverture du cir cuit primaire du transformateur et la désexci- tation, suivant immédiatement, de l'électro aimant 18 qui maintient les corps à souder l'un contre l'antre, le corps inférieur 21 pou vant alors s'abaisser et produire la formation d'un arc électrique entre les extrémités ad jacentes des corps à souder.
On remarquera que, quand le circuit pri maire du transformateur est ouvert, un cou rant est induit dans l'enroulement secondaire 48 du transformateur, qui se décharge par les corps 11 et 21, et quand ceux-ci sont séparés l'un de l'autre, un arc électrique jaillit entre eux. Peu après l'établissement de l'arc élec trique entre les corps 11 et 21, le mouton 23 heurte le mouton 6 et produit le réengage ment, cette fois-ci avec un effet de percus sion, des deux corps à souder pour réaliser le soudage de ceux-ci.
L'ensemble du fonctionnement de l'appa reil, après sa mise en jeu, n'exige qu'une fraction de seconde, mais néanmoins, il se manifeste par une succession distincte de dif férentes phases. Dans une première phase, le circuit primaire du transformateur est inter rompu, puis les corps à souder sont séparés l'un de l'autre pour l'établissement d'un arc électrique et, finalement, les corps sont ra menés en prise avec un effet de percussion pour effectuer le soudage. La réunion des deux corps a lieu pendant que le courant in duit dans le secondaire du transformateur est de valeur suffisante pour produire le dévelop pement d'une chaleur intense aux surfaces à réunir.
De plus, l'engagement par percussion complète l'effet de l'énergie électrique à tel point qu'un joint intime et parfait s'obtient entre les deux corps à souder, qu'ils soient d'un même métal ou de métaux différents.
Bien qu'on ait représenté une génératrice de courant continu comme source de courant pour alimenter l'enroulement primaire du transformateur, toute autre source de cou rant continu pourrait être employée. L'inven tion n'est évidemment pas limitée à l'emploi d'une installation électrique comme celle dé crite ci-dessus en regard de la fig. 5; toute autre installation donnant la succession dé crite des opérations pourrait être utilisée. De plus, au lieu du mandrin inférieur, on pour rait se servir du mandrin supérieur pour ob tenir le mouvement d'écartement relatif entre les deux corps à souder en vue de l'établisse ment, au moment critique, d'un arc électrique entre eux.
Method and apparatus for electric welding of metallic objects. The present invention comprises a process for the electric welding of metallic objects and an apparatus for carrying out this process.
There is a method of electric welding for joining wire of relatively small diameters by the use of a discharge of a capacitor together with a percussive engagement of the surfaces to be welded at the time of the discharge of the capacitor. While this method is highly satisfactory for relatively small diameter wires, difficulties are encountered when using it for joining relatively large diameter wires together due to the large dimensions required in this process. this case, for the capacitor.
However, the invention allows the use of an electrical energy discharge also for objects of relatively large dimensions and the new method has the particularity that the objects are held together with their surfaces to be welded in engagement with one another. other and are subjected to a discharge of electric energy passing through the objects, then, said engaging surfaces are separated from each other for the establishment of an electric arc and, immediately thereafter, they are carried out, with a percussion effect, again in engagement with each other to carry out the welding.
The apparatus for carrying out this method comprises a device for holding the objects together with their surfaces to be welded in engagement with each other and a movable percussion organ arranged to control: 'first said device so as to cause the separation, from one another, of said engaging surfaces and then to bring them back into engagement with a percussion effect for the purpose of welding these surfaces.
This apparatus may include an electrical transformer whose secondary is intended to be connected to the objects to be welded, tan say that the primary is intended to be connected to a current source and is controlled by an automatically controlled relay placed under the control of the movable percussion member, the whole with a view to passing an electric current through the objects to be welded while they are kept in engagement with one another, prior to their separation.
In the accompanying drawing, given by way of example: FIG. 1 is a front elevation of an embodiment of the apparatus according to the invention; The, fig. 2 is a corresponding side view; Figs. 3 and 4 show a detail thereof on a larger scale, as well as a variant of this detail; Fig. 5 shows the diagram of an electric instal lation combined with the apparatus for carrying out electric discharges.
The device shown. in fig. 1 to 3 comprises a support base 1 provided with a horizontal table 2. to which are fixed several vertical guide rods 3 by means of nuts 4, these guide rods being electrically insulated from the table 2, by means of insulating insulating sleeves and washers. The upper ends of the guide rods 3 are braced by a cross member 5 which is fixed thereto in an adjustable manner. A sheep 6 is guided by upper and lower side plates 7, 8 on the guide rods 3.
It is provided, at its lower end, with a thinned portion 9 for receiving a clamping mandrel 1.0 serving to hold an upper metal wire or body 11 to be welded to another lower metal wire or body which will be discussed later. The plate 8 is provided with tapped holes for the reception of adjustment screws 12 resting on plates 18 supported, in turn, by coil springs 14 surrounding the guide rods 3. The plates 13 are held in position. by screws 15 which are screwed into insulating columns on the table 2 and freely pass through holes made in the plates.
It can be seen from the above that the ram 6 forming the percussion hammer is resiliently supported by the springs 14 in a suitable position between the guide rods 3 directly above the table 2. The screws 12 serve to adjust the position. of the ram 6 relative to another mandrel, 16, which is mounted on the table 2 vertically under the mandrel 10. The mandrel 16 comprises a gripping sleeve 38 intended to hold the wire or lower metal body 21 and engaged by the fork of a forked lever 17 which acts as an armature for an electromagnet 18 supported by it, an extension 19 of the table 2.
The lever 17 is pivoted at 20 and, by the action of this electromagnet, it can be displaced, against a spring 22, so as to. bringing the lower wire or metal body 21 into engagement with the upper wire or metal body 11 and to keep these wires in contact with each other when the ram 6 is adjusted to the desired distance from the chuck lower 16.
Another sheep 23 is placed above the sheep fi and is guided by a plate 2.1 on the guide rods 3. It is fixed to a rod 25, which is screwed into a tapped hole of the sheep 23 and is blocked there by means a nut 26. The rod 25 passes through one or opening of the cross member 5 and comprises at its upper end an eyelet 27 by which the ram 23 can be lifted to an operative position. The distance over which the sheep 23 is capable of being lifted can be adjusted exactly by means of an adjustment collar 28, fixed on the rod 25 by means of fixing screws.
The sheep 23 raised by the rod 25 can be maintained in the raised position by a latching lever 29 articulated on a support piece 30 fixed to the cross member 5. The lever 29 also forms the frame of an electromagnet. 31 also carried by the support part 30.
When the ram 23 is lifted, the engagement lever 29 is adjusted so as to engage with the collar 28, with which it will be kept in engagement by the excitation of the electromagnet 31. 32 is mounted on one of the guide rods 3 and is positioned relative to the ram 23 so as to be caused to open, when the ram 23 extends, by the action of a stop 33 provided on the sheep 23. This circuit closer is used to open an electrical circuit which forces the primary circuit of an electric transformer supplying the energy for welding to open, as will be fully described later.
A coupler 34, formed of two U-shaped stirrups, connects the plate 7 of the ram 6 and the plate 24 of the ram 23 to each other and is arranged to allow easy lifting of the ram 6 when metal bodies have been reunited and it is desired to remove them from the apparatus. Fig. 3 shows the chucks 10 and 16 on a larger scale to show their detailed construction. As shown in this figure, electric cables 35 are connected to the jaws of the lower handle 36, which carries the lower metal body to be welded 21.
It will be noted in this figure that the body 21 rests on the upper part of the support base 1 of the device, on which it takes a fixed fulcrum. The upper metal body to be welded 11 is fixed in the mandrel 10 by means of a fixing screw 36. The electric cables 35 are connected to a terminal of the secondary circuit of the aforementioned welding transformer, the other terminal of which is connected to the. upper sleeve 10 by means of a cable stained there by means of a fixing screw 37. The fork of the lever 17 freely embraces the sleeve 38 of the mandrel 16 and also engages under this sleeve to lift it with the metal body 21.
Fig. 4 shows a variant of the man drin 16 supporting a flat metal plate 39 by means of a rod 40 with an enlarged head 41 provided with a seat for receiving the plate 39. The latter constitutes one of the bodies to be welded together . 0n_ sees by this variant that metal bodies other than son or rods, can also be welded together by the use of the apparatus described. In this variant, the plate 39 may, for example, constitute the body of a valve to which the valve stem must be welded.
The electrical energy required for welding is supplied, as indicated above, by an electrical transformer whose secondary 48 (fig. 5) is in circuit with the two bodies 11, 21 to be welded together, while its primary 47 is powered. of current by a key direct current generator 42 with excitation in series 43 and excitation in shunt 44 connected in series with an adjustable resistance 45. The circuit of this generator is controlled by an electromagnetically controlled relay 46 and by a circuit breaker to order manual 46a.
The relay 46 comprises a control coil 51 connected to the terminals of the generator 42 by means of a circuit closer 32 and arranged to act on the moving member of the relay against a spring. 53. The movable member of the relay 46, in turn, can act on a circuit breaker 52 against a spring 54, this circuit breaker controlling the circuit of the coil of the electromagnet 18 re linked to the terminals of the generator 42. As described above, the ram 23 is held in the raised position by the locking lever 29 subjected to the action of the electromagnet 31, the coil of which is connected by the intermediary of a manually operated circuit closer 55 to the terminals of the generator 42.
To make use of the apparatus described, the metal bodies 11 and 21 to be welded together are fixed in the mandrels 10 and 16 and the ram 6 is adjusted in such a way that when the bodies 11, 21 are separated from one another. on the other, an electric arc of the appropriate length shoots out between them. The ram 23 is raised to an operative position where it is retained by the engagement of the lever 29 and by the excitation of the electromagnet 31, this excitation being due to the closing of the circuit closer 55 Of course, the circuit closer 32 is in the closed position and the relay 46 has its coil 51 energized, while the primary circuit of the transformer is closed by the circuit breaker 46a.
When the relay coil 46 is energized, its moving contact member is in the closed position and allows the spring 54 to close the circuit breaker 52, producing the excitation of the electromagnet 18, which attracts the lever. 17 by hand holding the bodies to be welded in contact with each other.
The apparatus is now ready to perform welding, the position of the parts being that shown in the diagram in fig. 5. The various operations are accomplished by opening the circuit closer 55 to interrupt the excitation circuit of the electromagnet 31 and thereby trigger the release of the lever 29, in order to allow the ram 23 to fall.
In its fall, the ram 23 opens the closure 32 by making the stop 33 abut against the handle of the latter, which produces the de-energization of the coil 51 of the relay 46. The latter therefore performs not only the opening of the primary circuit, but also produces, by stop, the opening of the circuit breaker 52 so as to interrupt the excitation circuit of the electromagnet 18.
Two effects thus result from the fall of the ram 23 opening the circuit closure 32, namely the opening of the primary circuit of the transformer and the de-energization, immediately following, of the electromagnet 18 which maintains the bodies to be welded. 'one against the other, the lower body 21 then being able to lower itself and produce the formation of an electric arc between the adjacent ends of the bodies to be welded.
It will be noted that, when the primary circuit of the transformer is open, a current is induced in the secondary winding 48 of the transformer, which is discharged through the bodies 11 and 21, and when these are separated one from the other. another, an electric arc shoots out between them. Shortly after the establishment of the electric arc between the bodies 11 and 21, the ram 23 strikes the ram 6 and produces the re-engagement, this time with a percussion effect, of the two bodies to be welded to achieve the welding of these.
The whole operation of the apparatus, after it has been put into play, requires only a fraction of a second, but nevertheless, it manifests itself in a distinct succession of different phases. In a first phase, the primary circuit of the transformer is interrupted, then the bodies to be welded are separated from each other to establish an electric arc and, finally, the bodies are brought into engagement with a percussion effect to perform welding. The reunion of the two bodies takes place while the current induced in the secondary of the transformer is of sufficient value to produce the development of an intense heat at the surfaces to be united.
In addition, the engagement by percussion completes the effect of electrical energy to such an extent that an intimate and perfect joint is obtained between the two bodies to be welded, whether they are of the same metal or of different metals. .
Although a direct current generator has been shown as the current source for supplying the primary winding of the transformer, any other direct current source could be used. The invention is obviously not limited to the use of an electrical installation such as that described above with reference to FIG. 5; any other installation giving the described sequence of operations could be used. In addition, instead of the lower mandrel, one could use the upper mandrel to obtain the relative spacing movement between the two bodies to be welded with a view to establishing, at the critical moment, an electric arc between. them.