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La présente invention est relative à un procédé ef à un appareil propre à souder des coutures longitudinales dans des tubes de métal où des coutures le long desquelles deux parties de métal, telles que des bandes, sont soudées ensemble.
Jusqu'à présent, les procédés utilisés commerciale. ment/de préférence,pour souder électriquement des coutures dans des tubes de métal et d'autres coutures semblables, consistaient généralement à chauffer les bords opposés d'un intervalle longitudinal à la couture par chauffage par iunduc- tion juste lorsque l'intervalle est en train d'être fermé, mais ces procédés entraînaient des difficultés et une .perte de rendement considérables dans le transfert d'une énergie suffisante des bobines de chauffage au métal, en particu- lier dans le cas de tubes de matériau non ferreux.
Une tel- le difficulté vient du fait qu'une partie considérable de ces courants de chauffage tels qu'ils sont induits dans le métal du tube, tend à s'écouler suivant des lignes écartées de la couture, ou dans le cas d'un tube, suivant des lignes qui s'étendent circonférentiellement autour du tube au lieu d'être limités aux bords de la couture ou de l'intervalle, qui doivent être assemblés.
Un autre procédé proposé jusqu'à présent consistait à chauffer les bords de l'intervalle par un courant à han- te fréquence appliqué en le conduisant de manière telle qu'il s'écoule de part et d'autre du point de soudage le long des bords d'intervalle qui doivent être chauffés.
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La présente invention procure des procédés à plus- ieurs variantes, perfectionnés et de grand rendement, et des appareils pour appliquer par conduction du courant de chauffage à desfréquences radioélectriques et de .telle manière que la trajectoire ou lestrajectoires du courant suivent les bords qui doivent être soudés ensemble à la couture, avec pas ou peu de tendance du courant à se dis- perser par rapport aux bords ou à la couture.
Suivant un aspect de la présente invention, un tube de métal dont la couture doit être soudée, ou deux pièces de métal opposées dont des parties doivent être soudées ensem- ble le long d'une couture, sont avancées de manière continue et rapide devant un point de soudage et de préférence alors qu'une borne de source de courant à fréquence radioélectri- que est appliquée à un point quelque peu en avant du point de soudage, aux deux bords opposés à souder ensemble sui- vant la couture. L'autre borne de la source de courant à fréquence radioélectrique est appliquée au métal au point de soudage ou à ses environs, et ainsi le courant à haute fréquence circule suivant des lignes parallèles aux bords du métal de la couture désirée, d'une borne à l'autre.
Pour faire que l'écoulement de courant soit étroitement confiné aux bords du métal le long de la couture à souder, l'un ou l'autre des conducteurs de courant à haute fréquence est placé pour s'étendre suivant et à peu de distance de la li- gne de couture dé sirée, ce conducteur s'étendant de préfé- rence à proximité étroite de la ligne de couture, du point de première application du courant au point de soudage ou à un point à proximité de celui-ci.
La mise en place du con- ducteur de courant de cette manière fait que le trajet de moindre impédance pour le courant dans le métal à souder est
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confiné étroitement à la ligne de la couture, sans gêner l'avancement des bords de métal à souder et encore sans enecher la forte pression tendant à r approcher les bords au point de soudage ou près de celui-ci.
Suivant un procédé proposé jusqu'à présent pour sou- der avec un courant à fréquence radioélectrique appliqué par conduction pour souder les bords de l'intervalle dans un tube de métal, 1'intervalle était maintenu ouvert en avant du point de soudure et des contacts de polarités opposées étaient appliqués aux bords d'intervalle opposés, en avant du point de soudage,en sorte que l'écoulement de courant partant des contacts, respectivement le long des bords écar- du tés de la couture, et allait de part et d'autre/point de soudage où 1'intervalle était fermé. Avec la présente inven- tion, cependant, les bords opposés à souder peuvent être soit écartés pour donner un intervalle avant le point de soudage, ou peuvent être rapprochés en un point quelconque en avant du point d'application de courant.
Ce dernier mode est avantageux dans certaines circonstances en sorte que les problèmes posés par des irrégularités dans la largeur de l'intervalle entre les bords de métal s'avançant rapide-.' ment peuvent être évités, et on peut éviter de façon généra- le des irrégularités possibles du fait du chauffage inégal des bords opposés.
Suivant une autre forme de réalisation de la pré- sente invention, le contact à courant à fréquence radioélec" trique qui est applique au voisinage du point de soudage est appliqué à l'aide ce l'un ou des deux galets de métal utilisés pour presser les bords soudes fermement ensemble au point de soudage de la couture. Ceci pemmot en fait l'ap- plication de haute fréquence sans qu'il y ait possibilité que le contact utilisé dans la région du point de soudage
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ait une possibilité d'attaquer du métal chaud à la couture et faire apparaître un écaillage irrégulier ou d'autres dif. ficultés, même si le tube est de petit diamètre.
Suivant un autre aspect de la présente invention, le courant à fréquence radioélectrique est amené à être encore concentré et contrôlé le long des bords de la couture par le montage de bandes ou de blocs de matière magnétique convenable le long de ces bords en avant du point de soudure.
L'une des difficultés pour chauffer convenablement les bords à souder consiste dans le contrôle du courant de chauffage en sorte que le métal ne soit pas chauffé trop ou trop .peu le long des parties supérieures ou inférieures de ces bords.
C'est-à-dire que dans le cas de soudage d'un tube, par exem. ple, si les surfaces extrêmes le long des bords de la cou- ture sont chauffées avec excès, particulièrement dans le cas où le tube est de métal relativement épais, le métal fondu tendra à se renfler vers le haut et à former une cou- ture avec une surface extérieure irrégulière, et si les bords de la couture, à l'intérieur du tube.sont chauffés avec excès, le métal fondu fera un renflement irrégulier à l'intérieur du tube- Aussi dans le cas où deux bandes de matières différentes ou d'alliages différents doivent être soudées ensemble, le bord de l'une peut nécessiter des con- ditions de chauffage autres que le bord,opposé,de l'autre, pour former une soudure uniforme.
Mais avec l'utilisation de blocs ou de bandes de matière magnétique suivant l'inven- tion, ces problèmes peuvent être facilement résolus et on peut produire une couture soudée uniformément, à grande vitesse .
Divers autres objets et objets plus spécifiques, d'autres particularités et avantages de l'invention ressor-
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liront de la description donnée ci-dessous considérée avec les dessins illustrant à titre d'exemple certaines formes préférées de l'invention*
Sur les dessins: - la figure 1 est une vue en perspective, quelque peu schématique, montrant une forme de réalisation de l'in- vention; - la figure 2 est une coupe transversale suivant la ligne 2-2 de la figure 1; - les figures 2a, 2b et 2c sont des coupes sembla- bles à la figure 2 mais montrant certains changements possi- bles de l'invention; - la figure 3 est une coupe transversale faite sen- siblement suivant la ligne 3-3 de la figure 1; - les figures 3a et 3b sont des vues semblables à la figure 3 mais montrant des variantes de réalisation de l'invention;
- la figure 4 est une vue semblable à la figure 1 mais montrant une forme de réalisation, en variante, de l'invention; - lafigure 5 est un plan, avec coupe partielle de la forme de réalisation de la figure 4,; - les figures 6 et 7 respectivement sont des coupes fragmentées faites sensiblement suivant leslignes 6-6 et 7-7 de la figure 5, respectivement - la figure 9 est une coupe semblable à la figure 7 mais montrant une construction quelque peu modifiée; - la ligure 9 est une perspective d'une autre forme de réalisation; - la figure 10 est une coupe faite suivant la ligne 10-10 de la figure 9 ; - la figure 11 est une vue semblable à la figure 10
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mais montrant une l'orme quelque peu modifiée;
- la figure 12 est une vue en perspective d'une autre forme de réalisation et illustrant d'autres particula- rités de l'invention; - la ligure 13 est une vue prise suivant la ligne 13-13 de la figure 12 et montrant certaines parties en coupe verticale; - la figure 14 est une vue latérale de l'appareil de la figure 13; - la figure 15 est une coupe sensiblement suivant la ligne 15-15 de la figure 14; - la figure 16 est une vue semblable à la figure 12; mais montrant une autre forme de réalisation de l'invention, et - la figure 17 est une vue latérale de l'agencement de la figure 16.
En se référant maintenant aux dessins avec plus de détail, un tronçon de tube métallique est indiqué en 10 tandis qu'il avance dans la direction indiquée par la flèche, dans un laminoir à tubes ayant des galets de pression habi- tuels en 11, 12 pour presserles bords du tube qui doivent être soudés en contact l'un avec l'autre, au point de souda- ge w ou près de celui-ci. C'est-à-dire qu'en mettant l'in- vention en pratique de la manière montrée à la figure 1, le tube tandisqu'il avance a été préalablement mis en forme généralement tubulaire, mais a encore un intervalle longitu- dinal 13, les bords opposés de l'intervalle étant indiqués par 13a et 13b .
Cependant, les galets de pression tels que 11 et 12, ou quelques autres moyens équivalents, servent non seulement à faire avancer le tube, mais encore à amener les bords de l'intervalle l'un contre l'autre au point de souda- ge indiqué en w.ou près de celui-ci
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Suivant la présente invention,du courant de chauf- fage de préférence à fréquence radioélectrique est amené d'une source de courant S convenable à un contact 14 qui comme montré le mieux à la figure 2 , peut venir en contact avec le tube à coulissement et y appliquer le courant non seulement à la surface du tube de chaque c8té de l'interval- le, mais, si on le désire, ce contact peut être formé avec une partie pendante 14a pour appliquer du courant aux sur- faces opposées, s'approchant l'und de l'autre , de l'inter- valle.
Si on le désire, la partie 14a peut jouer le rôle d'écarteur dans l'intervalle pour maintenir l'intervalle à la largeur désirée en ce point à une distance prédéterminée ou réglable en avant du point de soudage où les bords de l'intervalle sont ou ont été amenés ensemble par les galets presseurs .
En variante, comme montré à la figure 2a, le con- tact 14' peut être en contact à coulissemant avec les surfa- ces du,tube seulement de l'un ou de l'autre côté de l'inter- valle ou comme montré à la figure 2b, le contact 14" peut , ;' être conforme pour entrer en contact avec seulement la sur- face approchante dans l'intervalle .
Dans tous les cas décrits ci-dessus, il sera habi- tuellement nécessaire ou au moins désirable de refroidir le contact et ceci.peut être fait en faisant entrer un courant R d'eau ou d'un autre fluide de refroidissement par un tu- be isolant 15 dans une cavité 16 à travers le contact, de là sortant par un tube 17 qui peut comprendre aussi l'une des connexions à courant comme indiqué aux figures 1 et 2.
Des conduits de refroidissement semblables sont indiqués au? figures 2a et 2b .
Du contact 14 ( ou des contacts tels que 14' ou 14' du courant à haute fréquence suit les/trajets indiqués par
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des lignes pointillées 18, 19 le long des bords approchant de l'intervalle, vers le point de soudage, les courants le long de ces trajets étant an parallèle jusqu'à ce qu'ils ar- rivent dans un second contact 20. Le contact 20, comme mon- tré le mieux à la figure 3, est de préférence conformé avec une large rainure indiquée en 21 à sa face inférieure, en sorte que ses surfaces 22 et 23 viendront en contact à cou- lissement avec le tube en des points espacés de 1,'un et l'autre côté de la couture ou intervalle, qui peuvent avoir été chauffés sensiblement jusqu'au point de fusion dans le temps où le tube arrive au point de ce contact.
De préféren- ce, te contact 20 n'est pas .fait en sorte de porter à coulis, sèment contre la couture chauffée mais est conformé en sorte de faire pont sur la couture, comme montré à la figure 3, pour ne pas troubler ou gratter le métal fondu. Comme dans le cas du contact 14, le contact 20 est de préférence pourvy de conduits à fluide, par exemple d'une conduite d'entrée d'eau 25, d'une cavité 26 et d'un conduit de sortie 27.
Le conduit de sortie 27, comme montré à la figure 1, peut com- prendre aussi l'une des connexions à la source de courant à fréquence radioélectrique et, comme montré en outre aux figures 1 et 3, la partie de conduite 27 est de préférence située en sorte qu'elle s'étende le long des bords de l'in-
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tervalle du tube qui s'approchent,/UN s2esë sÀéx&àaXô Zô long deux bords lie rttxcc axxrxbà xsxs.îSNB3aëK/ au milieu de la couture et près de et au dessus de celle-ci sur une distance considérable en arrière vers le contact 14, don- nant ainsi une connexion de retour à haute fréquence située en sorte de tendre fortement à concentrer les écoulements de courant 18, 19 près de et suivant les bords, qui s'approchent de l'intervalle, en faisant que ces bords s'échauffent pro-
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gressivement et rapidement) de plus en plus,
surtoute la distance dû contact 14 au contact 20. A ce dernier contact, les trajets de courant 18, 19 peuvent diverger quelque peu en passant dans les parties de contact 22 et 23.
La construction et l'agencement du premier contact en 14b tel que montré à la figure 3b est particulièrement désirable dans certains cas pour être utilisér avec l'agen- cement autrement semblable à celui de la figure 1, ou en conjonction avec des parties telles que 20a , 27a comme à la figure 4. A la figure 3b, on remarquera que le contact 14b est monté sur des moyens de support qui s'étendent sui- vant la fente du tube, le contact ayant deux parties respec- tivement qui sont en contact avec la surface intérieure du métal du tube de côtés opposés de l'intervalle.
Avec cette forme de contact, le support est de préférence pressé, de manière à pouvoir céder, vers le haut par quelque moyen con- venable agissant dans la direction de la flèche verticale montrée, en sorte que lesbarties de contact poussetsur le tube de métal de part et d'autre de l'intervalle, assurant que l'intervalle reste ouvert et à distance du support de contact.
Si le métal du tube est d'épaisseur sensible et si l'on utilise des contacts tels que décrits plus haut, il peut y avoir une certaine tendance à ce que la partie exté- rieure de la soudure soit chauffée plus que la ligne de sou- dure suivant l'intérieur du tube, c'est-à-dire que le cou- rant peut ne pas pénétrer aussi loin que désiré pour chauf- fer toute la profondeur de métal à l'intervalle. Cependant, avec l'agencement montré à la figure 3b, cette tendance ou difficulté est évitée parce que le courant sera appliqué à la surface intérieure du métal du tube aux bords de l'inter- valle et tend à s'écouler le long des bords de l'intervalle et plus ou moins vers le haut au dessus de celui-ci lorsque
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ces bords approchent des autres contacts tels qu'en 20.
Ainsi les bords en entier seront chauffés convenablement sur toute laur profondeur, bien que le métal soit relativement épais.
L'agencement de la figure 3b a encore l'avantage qu'un lourd bloc de métal peut être utilisé pour former le contact 14b, et il sera continuellement élevé tandis qu'il s'use, par la force élastique dirigée vers le haut dont question ci-avant et reste encore en contact uniforme. Aussi, un tel contact à l'intérieur du tube évitera que des griffures ou d'autres marques indésirables se produisent à l'extérieur du tube et si on l'emploie en même temps qu'un contact comme en 20a à la figure 4, il n'y aura pas de marque du tout produite sur le tube .
Alors que le point de soudage w a été indiqué pour la clarté en un point juste au delà du contact 20, on peut, si on le désire, placer le contact 20 en sorte de faire pont sur le point de soudage, ou on peut même le situer quelque peu au delà du point de soudage.
Comme indiqué ci-avant, le contact utilisé est de préférence à fréquence radioélectrique et avec des généra- teurs de fréquences à tubes à vide dont on dispose, ces fréquences peuvent être par exemple dans le voisinage de 100. 000 cycles par seconde ou jusqu'à 300.000 ou 400.000 cycles ou davantage. Avec toutes ces fréquences, les former coulissantes de contact qui sont utilisées de préférence ( bien que non nécessairement, à la place de contacts à roulement) ne produiront, connue cela a été montré, pas de difficultés dues à la formation d'arcs ou broutage et ces contacts sont capables de conduire ces courants à haute fré. quence dans le métal du tube avec une très faible perte par résistance, bien que les surfaces du tube ne soient pas tou- jours lisses et régulières.
Il n'y aura ni arc ni broutage
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au point de soudage, puisque les courants venant des trajets 18 et 19 sont parallèles. Ainsi l'uniformité de la soudure sera assurée.
Alors que, avec les formes de réalisation décrites de l'invention, le tube est montré s'avançant à travers le laminoir à tube avec l'intervalle ouvert tandis qu'il s'approche de l'appareil de la figure 1, l'invention, si on le désire, peut aussi être mise en pratique de manière telle
1 que le tube s'aporoche de cet appareil avec son intervalle fermé.
Par exemple, comme montré à là figure 2c, lorsque les bords de l'intervalle 13a et 13b s'approchent du contact 14' ils ont déjà été amen0s en contact, et comme montré à la figure 3a ils sont maintenus ensemble jusqu'à ce qu'ils ar- rivent au point de oudage à ou près du contact 20, la pra- tique de ce procédé étant autrement sensiblement la même que ce qui se produit à la figure 1 lorsqu'on utilise un contact tel que 14' de la figure 2a . Çe procédé à intervalle fermé est particulièrement avantageux'pour les raisons exposées plus haut et aussi lorsque l'on doit souder des tronçons de tube relativement courts, parce que la soudure peut être pro- duite jusque sensiblement tout au bord des tronçons de tubes.
Atec le procédé comme suivant les figures 2a et 3a, les contacts 14' et 20 peuvent être amenés relativement près l'un de l'autre particulièrement si l'on a une source de courant relativement puissante et si l'espace disponible pour l'appareil ou la longueur du tube est limité .
Avec toutes les formes d'exécution de l'invention décrites plus haut, connue on procure des trajets parallèles directs 18, 19 au courant à haute fréquence entre les con- tacts 14 et 20, il n'y aura pas une tendance sensible à ce que le courant se disperse quelque part autour ou au revers du tube, et particulièrement avec la Lori do retour 27
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située tout près de la couture ou de l'intervalle, la grande majorité du courant sera concentrée le long de celle-ci* En outre, comme le courant suit un trajet le long de la con- nexion d'amenée 17, le contact 14, les trajets 18 et 19 et le contact 20, qui sont tous proches de la connexion de re- tour 27, la réactance du circuit peut être maintenue assez faible,
rendant possible de procurer efficacement un fort courant de chauffage concentré le long de la couture à sou- der, à l'aide d'un générateur à haute fréquence de dimensions modérées. Avec un générateur de dimensions données, la vi- tesse avec laquelle le tube peut être avancé à travers le laminoir à tube, pendant qu'il est soudé, est beaucoup plus grande oue ce n'est possible avec la plupart des appareils à souder des tubes qui étaient disponibles dans le commerce jusqu'à présent.
Avec toutes les formes de l'invention décri- tes plus haut, on comprendra que les contacts tels que 14 et 20, sont de préférence montés Sur des supports isolants con- venables qui, pour la clarté, ne sont pas montrés et de pré- férence ils sont rendus réglables longitudinalement par rap- port à la trajectoire du tube en sorte que les bords de l'in- tervalle du tube soient chauffés convenablement aveclos sources de courantdont on dispose, avant d'arriver au point de soudage et aussi oue le contact 20 neut être disposé en avant du point de soudage ou directement au-dessus de ce point, ou le suivant. Dans certains cas, cette dernière moda- lité peut être préférée pour assurer un chauffage des bords de l'intervalle croissant jusqu'à un maximum lorsque les bords se touchent et sont soudés.
Au contraire, dans certains cas, il peut être préférable de mettre le contact 20 en avant du point de soudage, déviant ainsi le courant de soudage du point de soudage juste avant qu'il soit atteint .
Avec la forme de procédé suivant l'invention telle
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qu..- montrée auxfigures 4-7 inclusivement, certaines des parties correspondant à celles de la figure 1 sont identi- fiées par les mêmes chiffres de référence, avec l'indice a.
Ici l'intervalle dans le tube 10a est montré fermé avant son arrivée au contact 14a, semblablement au cas de la fi- gure 2a. En outre, dans cette forme de réalisation, alors que l'électrode ou le contact 14a peuvent être semblables aux contacts correspondants décrits plus haut quant à leur construction ou leur montage, le contact 20a est monté de telle sorte qu'il coopère avec les surfaces supérieures de l'un ou des deux galets 11a et 12a qui appliquent la pr,es- sion pour maintenir bien fermés les bords de ltintervalle au point de soudage.
En conséquence, lestrajets de courant de- puis le contact 14a suivront des lignes parallèles le long de et près de la ligne de couture comme indiqué en 18a et 19a c'est-à-dire en suivant en dessous le conducteur 27a jusqu'à la région générale où le point de soudage est at- teint entre les galets de pression, après quoi le courant divergera et passera à travers lesgalets de pression jusque dans le contact 20a et le conducteur 27a. Les galets lla et 12a dans ce cas seront isolés de leurs supports par des manchons isolants 30. Cette forme de réalisation de l'inven- tion est particulièrement désirable pour être utilisée dans des cas où le contact tel qu'an 20a ne touchera pas, de pré- férence, directement le métal chaud du tube au voisinage du point de soudage.
Cet agencement est a.ussi particulièrement avantageux dans des cas où le tube est tout à fait petit en diamètre ou dans des cas où on désire utiliser l'équipement pour des tubes de différentes petites dimensions transversa- les sans risquer de trouble pour ajuster la position de l'é- lectrode 20a spécialement pour faire face aux exigences de chaque cas, tout en évitant tout danger de voir les électro- des gratter contre le métal chaud du tube . Comme en raison
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de la présence de la connexion du.
conducteur 27a, le courant sous cette connexion sera étroitement concentré suivant la ligne de couture sur une distance considérable au delà du contact 14a , les bords à souder seront convenablement chauf- fés malgré que le courant juste en avant du point de soudage en diverge et passe dans les galets de pression.
Comme indiqué à la figure 8, la forme en coupe transversale de la partie du conducteur refroidie par le fluide, qui passe suivant la couture et' au-dessus, peut , si on le désire, n'être pas circulaire comme indiqué en 31.
C'est-à-dire que la forme en section transversale de ce con- ducteur peut être changée en sorte d'amener les portions latérales en 32. 33, par exemple, plus près de la surface du métal du tube que la partie médiane et ainsi produire des changements dans la figure de distribution de la chaleur suivant la couture. Par exemple, de telles sections trans- versales irrégulières peuvent être utilisées pour assurer un chauffage convenable le long de la ligne de couture sans surchauffer les bords proprement dits, dans le cas par exem- ple d'un tube de métal de très faible épaisseur.
L'agencement montré aux figures 9 et 10 est sembla- ble à celui des figures 4-7, sauf qu'ici des bandes de maitè= re magnétique m. par exemple comme indiqué en 35 et 36, peuvent être agencées le long de la partie de conducteur 27a et aussi, si on le désire, une autre bande comme montrée en 37 peut être avantageusement montée à l'intérieur du tu- be suivant la ligne de couture et en dessous de celle-ci. De telles bandes de matière magnétique peuvent être d'oxyde magnétique coulé ou fritté, et de matières isolantes, de pré- férence des types maintenant bien connus en soi et qui ont un faible facteur de pertes et une grande résistivité par
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exe ple de la matière existant sur le marché sous la marque Ferramic de la Général Ceramic & Steel Corporation.
On comprei -dra que d'autres moyens à noyau magnétique peuvent être utilisés, de préférence des moyens tels qu'ils aient une perméabilité (mu) plus grand.e que 1 (de préférence sensible- ment plus grande) et les particules magnétiques étant de préférence sous forme divisée en sorte .que les pertes de courant y soient réduites au minimum. Par exemple, du fer carbonyle finement divisé mélangé d'une matière isolante résineuse synthétique convenable, peut être utilisé.
Comme montré aux figures 9 et 10, les bandes magné- tiques 35 et 36 respectivement peuvent être supportées sur des bandes à angle isolées 1 comme en 38,39 fixées de maniè- re détachable par des vis 40 par exemple à l'électrode 14a, La tige ou bande magnétique 37 datas le tube peut être portée de toute manière désirable par une chaise (non montrée) si- tuée en avant du contact 14a et s'étendant à travers une fente dans le tube.
Avec l'agencement des bandes de matière magnétique comme à la figure 10, l'effet de chauffage maxi- mum à la couture tendra à se produire aux régions hachurées indiquées en 41, assurant que les parties de surface inté- rieure pnes de la couture ou à la ,couture en 42 soient chauf. fées à un degré quelque peu moindrepermettant ainsi d'évi- ter tout danger de boursoufflement du métal dans l'espace à l'intérieur du tube dans des cas où il est important que les- régions de la couture soient lisses à l'intérieur du tube.
Dans des cas où on désire chauffer la région de la couture 1: la fois intérieurement et extérieurement au tube avec un degré plus grand d'uniform fté, des bandes de matière magnétique peuvent être agencées cornue montré à la figure 11 en 43 et 44.
En général, l'apport d'éléments magnétiques tout,
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contre le trajet où stécoule le courant à haute fréquence, produit une augmentation de la réactance de ces trajets de courant, tendant ainsi à faire que les trajets de courant se déc-alent d'avantage des éléments magnétiques, par exemple vers la couture et vers la face inférieure de la couture avec les parties comme à la figure-11, tandis qu'en l'absence des éléments magnétiques, les trajets de courant tendraient plus à suivre la face supérieure de la couture et seraient un peu plus distribuées de part et d'autre de la couture.
Tant de facteurs sont mis en jeu pour déterminer l'effet de chauffage qui tendra à se produire plutôt le long de l'extérieur de la couture qu'en des points plus près de l'intérieur de la couture ou à l'intérieur de la couture, qu'il est préférable de déterminer par aes essais où exactement les bandes de matière magnétiques doivent être placées au mieux et de combien elles doivent être écar tées du conducteur 27a. et du métal du tube pour contrôler une distribution de chauffage désirée dans la couture.
Un comprendra què les appareils tels que ou semblables à ceux qui ont été décrits plus haut peuvent être utilisés pour souder non seulement une couture dans un tube, mais aussi souder une couture entre des bords opposés d'autres parties métalliques, telles que des bandes et analogues,des précautions étant seulement prises pour que soit changée convenablement la forme des galets d'application de pression et analogues, comme visible à la figure 12, pour convenir àudes bandes, mobiles, par exemple, au lieu d'un tube.
Dans le cas où les bandes sont de matières ou d'alliages diffé- rents ayant par exemple des propriétés différentes au chauf- fage, on peut pour assurer une distribution convenable de la chaleur dans la couture à souder, régler l'une des bandes d'un côté de la couture avec l'écart au métal plus ou moins
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grand que l'écart avec la bande de matière magnétique de l'autre côté de la couture, ou bien l'une des bandes magné- tiques peut être supprimée complètement pour assurer le de- gré désiré de chauffage dans les bords respectifs de chaque bande.
En plus, une ou plusieurs de ces bandes peuvent être d'une matière non magnétique de bonne conductivité, comme le cuivre. Au contraire de:ce que l'on pourrait croire d'après une considération superficielle, de la pression, si de telles bandes ou blocs sont faits de métal bon conducteur tel que du cuivre, cela produira un effet qui est sensible- ment opposé à celui qui est prqduit lorsqu'on utilise une matière magnétique. C'est-à-dire qu'en amenant par exemple un bloc de cuivre tout près du trajet du courant à haute fréquence, l'impédance de ce trajet sera réduite en sorte que le courant s'écoulera alors plus près de ce bloc ou bande isolée de cuivre.
Ainsi, par exemple, dans le cas de la pièce 37 à la figure 10, celle-ci pourrait être formée de cuivre et avoir ainsi l'effet tendant à. ce que le cou- rant suive un trajet plus près de-la face inférieure de la couture 42.
Pour satisfaire aux diverses exigences des différen- tes circonstances, les montures de ces bandes seront faites d e préférence réglables, une forme de réalisation d'un tel, agencement réglable étant montrée aux figures 12-14 inclus.
Dans les exemples particuliers montrés sur ces dernières figures, des bandes telles que 50 et 51 sont soudées ensem- ble en un point de soudure W pendant qu'elles avancent et sont pressées ensemble par des galets de forme convenable 52 et 53. Aussi, comme montré ici, en avant du point de soudure, les bandes sont séparées par un intervalle 54. Ce- pendant, on comprendra que pour ce oui concerne les élément:; réglables de matière magnétique qu'on décrit, ils pourraient
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être utilisés aussi bien avec un intervalle fermé, son, sur un tronçon de tube avançant ou entre une paire de bandes à souder ensemble.
Aussi, par exemple, le trajet de circuit à haute fréquence de la forme de réalisation particulière montrée aux figures 13-14, se trouve entre une paire de supports d'élec- trodes 55,56 qui portent des patins de contact 57 et 58 res- pectivement, venant en contact avec des côtés opposés de l'intervalle 54, en sorte que le courant s'écoule de ces patins de contact le long des bords de l'intervalle de part et d'autre du point de soudage w.
Un tel trajet de cir- cuit est décrit dans la demande de brevet aux Etats-Unis n 421,768, déposée le 8 avril 1954 et dans la demande précédente n 332,422 déposée le 21 janvier 1953 et mainte- nant abandonnée, la matière de ces demandes étant décrite aussi dans le brevet belge n 550.677 accordé le 31 août 1954. Cependant, l'agencement prévoyant un trajet de circuit tel que celui de la figure 1 pourrait aussi être utilisé avec les éléments magnétiques réglables qui seront décrits maintenant en se référant aux figures 12-14.
Comme montré sur ces figures, les éléments de matiè- re magnétique peuvent comprendre des blocs ou analogues de matière ferromagnétique finement divisée enrobée dans.une matière isolante comme décrit plus haut et indiqué ici par 60 et 61. Ils peuvent être retenus par des vis de montage 6: (voir figure 15) dans des éléments de maintien isolants tels que 63, 64. Ces éléments de maintien à leur tour peuvent être retenus dans des endroits réglables verticalement à l'ai- de de vis 65 passant par des fentes ou ouvertures verticales dans des pièces isolantes comme en 66,67, qui à leur tour sont fixées par des vis 6$ aux côtés des supports d'électro-
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des, par exemple.
Comme les éléments de matière magnétique tendent à être surchauffés en présence d'un champ magnétique à haute fréquence, des moyens pour les refroidir sont prévus, par exemple sous forme de jets d'un fluide de refroidisse- ment introduit par les conduits 70, 71 agencés de telle sor- te que le fluide de refroidissement soit projeté dans l'es- pace au-dessus de la couture à souder et juste en avant des éléments magnétiques 60, 61.
La forme de réalisation de l'invention montrée aux figures 16 et 17 est semblable à celle des figures 12 et 14', sauf qu'ici un bloc unique de matière magnétique tel que 75 est agencé pour être 'porté de manière réglable juste au dessus de l'intervalle de la couture. Une chaise isolante 76 en forme d'U formant un support pour ce bloc est montrée avec l'élément 75 porté dessus et la chaise à son tour a ses extrémités supportées respectivement par les supports d'é- lectrodes 55a et 56a, les pièces étant reliées par des vis 77 et 78 qui passent à travers des ouvertures fendues en sorte de permettre un degré désiré de réglage vertical ou longitudinal pour la position de la pièce magnétique 75.
Incidemment, l'agencement tel que montré aux figures 16 et 17 est indiqué comme établi pour fonctionner sur un tronçon de tube .au lieu de bandes comme indiqué à la figure 12, et avec l'intervalle du tube ouvert en avant du point de soudage, mais on comprendra que dans l'un et l'autre cas, des agencements peuvent être établis pour fonctionner sur des bandes ou des tubes, et avec l'intervalle soit ouvert, soit fermé dans le cas où un agencement de circuit générale- ment de la forme de la figure 1 est adopté.
Dans l'agencement montré aux figures 16 et 17, une tige supplémentaire de matière magnétique comme indiquée en
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80 peut être montée à l'intérieur du tube dans un but corres- pondant à celui de la bande de matière magnétique indiquée en 37 à la figure 7.
Les éléments de matière magnétique tels que montrés aux figures 12-17 inclus peuvent naturellement, si on le dési. re, être plus allongés pour s'étendre le long de la couture à souder, et semblablement dans le cas des figures 9-11.
L'emploi des éléments ou bandes réglables de matière magnétique dans le soudage pour assembler des bandes d'alli- ages différents est particulièrement avantageux lorsque les bandes sont d'alliages différents qui ont des points de fusion ou des résistances électriques différentes. Une illus- tration de ceci apparaîtra par exemple à la figure 13, où, si la bande 50 est d'acier à grande vitesse, par exemple, et si la bande 51 est d'acier à forte teneur en carbone, l'é- lément de matière magnétique 60 sera ajusté plus près de la bande 50 que l'élément 61 par rapport à la bande 51, le de- gré de proximité pour les meilleurs résultats dans chaque cas étant déterminé par tâtonnement.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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The present invention relates to a method and an apparatus suitable for welding longitudinal seams in metal tubes where seams along which two parts of metal, such as bands, are welded together.
So far, the processes used commercially. Ment / preferably, for electrically welding seams in metal tubes and other similar seams, generally involved heating the opposing edges of a gap longitudinal to the seam by heating by iunduc- tion just when the gap is in. being closed, but these methods caused considerable difficulty and loss of efficiency in transferring sufficient energy from the heating coils to the metal, particularly in the case of tubes of non-ferrous material.
One such difficulty arises from the fact that a considerable part of these heating currents, as induced in the metal of the tube, tend to flow along lines apart from the seam, or in the case of a tube, following lines that extend circumferentially around the tube instead of being limited to the edges of the seam or gap, which are to be stitched together.
Another method proposed heretofore has been to heat the edges of the gap with an applied free-frequency current conducting it in such a way that it flows either side of the weld point along. gap edges that need to be heated.
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The present invention provides improved, highly efficient, multi-variant methods and apparatus for conductionally applying heating current at radio frequencies and such that the current path or paths follow the edges which are to be. welded together at the seam, with little or no tendency for the current to disperse from the edges or the seam.
In accordance with one aspect of the present invention, a metal tube whose seam is to be welded, or two opposing pieces of metal whose parts are to be welded together along a seam, are continuously and rapidly advanced past a seam. weld point and preferably while a radio frequency current source terminal is applied at a point somewhat forward of the weld point, to the two opposite edges to be welded together following the seam. The other terminal of the radio frequency current source is applied to the metal at or around the weld point, and so the high frequency current flows along lines parallel to the edges of the metal of the desired seam, from a terminal to the other.
To cause the current flow to be tightly confined to the edges of the metal along the weld seam, either of the high frequency current conductors is placed to extend along and at a short distance. the desired seam line, this conductor preferably extending in close proximity to the seam line, from the point of first application of the current to the weld point or to a point near it.
Placing the current conductor in this way causes the least impedance path for the current in the weld metal to be
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closely confined to the line of the seam, without impeding the advancement of the edges of the metal to be welded and again without enechering the strong pressure tending to approach the edges at or near the welding point.
According to a method heretofore proposed for welding with a radio frequency current applied by conduction to weld the edges of the gap in a metal tube, the gap was held open in front of the weld point and contacts. of opposite polarities were applied to the opposite gap edges, in front of the weld point, so that the current flow from the contacts, respectively along the spaced edges of the seam, and went on both sides other / weld point where gap was closed. With the present invention, however, the opposing edges to be welded can either be spread apart to give a gap before the weld point, or can be brought together at any point ahead of the point of current application.
The latter mode is advantageous in certain circumstances so that the problems posed by irregularities in the width of the gap between the rapidly advancing metal edges. This can be avoided, and irregularities possible due to uneven heating of the opposing edges can be avoided in general.
According to another embodiment of the present invention, the radio frequency current contact which is applied in the vicinity of the weld point is applied with the aid of one or both of the metal rollers used to press. the edges welded firmly together at the weld point of the seam. This allows the application of high frequency without there being the possibility of the contact used in the region of the weld point.
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has a possibility of attacking hot metal at the seam and causing irregular chipping or other dif. difficulties, even if the tube is small in diameter.
In accordance with another aspect of the present invention, the radio frequency current is caused to be further concentrated and controlled along the edges of the seam by mounting strips or blocks of suitable magnetic material along these edges forward of the stitch. Welding.
One of the difficulties in properly heating the edges to be welded is in controlling the heating current so that the metal is not heated too much or too little along the upper or lower portions of these edges.
That is, in the case of welding a tube, e.g. ple, if the extreme surfaces along the edges of the seam are heated to excess, particularly where the tube is of relatively thick metal, the molten metal will tend to bulge upward and form a seam with an irregular outer surface, and if the edges of the seam, inside the tube. are overheated, the molten metal will make an irregular bulge inside the tube- Also in the case where two strips of different material or different alloys must be welded together, the edge of one may require other heating conditions than the opposite edge of the other to form a uniform weld.
But with the use of blocks or strips of magnetic material according to the invention, these problems can be easily solved and a welded seam can be produced evenly at high speed.
Various other more specific objects and objects, other features and advantages of the invention emerge.
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will read from the description given below considered with the drawings illustrating by way of example certain preferred forms of the invention *
In the drawings: - Figure 1 is a perspective view, somewhat schematic, showing an embodiment of the invention; - Figure 2 is a cross section taken on line 2-2 of Figure 1; FIGS. 2a, 2b and 2c are sections similar to FIG. 2 but showing certain possible changes of the invention; - Figure 3 is a cross section taken substantially along line 3-3 of Figure 1; - Figures 3a and 3b are views similar to Figure 3 but showing alternative embodiments of the invention;
- Figure 4 is a view similar to Figure 1 but showing an embodiment, as an alternative, of the invention; - Figure 5 is a plan, with partial section of the embodiment of Figure 4; - Figures 6 and 7 respectively are fragmentary sections taken substantially along lines 6-6 and 7-7 of Figure 5, respectively - Figure 9 is a section similar to Figure 7 but showing a somewhat modified construction; - Figure 9 is a perspective of another embodiment; - Figure 10 is a section taken along line 10-10 of Figure 9; - Figure 11 is a view similar to Figure 10
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but showing a somewhat modified elm;
FIG. 12 is a perspective view of another embodiment and illustrating other features of the invention; FIG. 13 is a view taken along line 13-13 of FIG. 12 and showing certain parts in vertical section; FIG. 14 is a side view of the apparatus of FIG. 13; - Figure 15 is a section taken substantially along line 15-15 of Figure 14; - Figure 16 is a view similar to Figure 12; but showing another embodiment of the invention, and - Figure 17 is a side view of the arrangement of Figure 16.
Referring now to the drawings in more detail, a section of metal tube is indicated at 10 as it advances in the direction indicated by the arrow, in a tube rolling mill having customary pressure rollers at 11, 12. to press the edges of the tube which are to be welded in contact with each other at or near the welding point w. That is, by practicing the invention as shown in Figure 1, the tube as it advances has previously been shaped generally tubular, but still has a longitudinal gap. 13, the opposite edges of the gap being indicated by 13a and 13b.
However, pressure rollers such as 11 and 12, or some other equivalent means, serve not only to advance the tube, but also to bring the edges of the gap against each other to the point of welding. indicated in w. or near it
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According to the present invention, heating current, preferably at radio frequency, is supplied from a suitable current source S to a contact 14 which, as best shown in Figure 2, can contact the sliding tube and Apply current therein not only to the surface of the tube on each side of the gap, but, if desired, this contact can be formed with a pendant 14a to apply current to the opposing surfaces, s' approaching one of the other, of the interval.
If desired, part 14a can act as a spacer in the gap to keep the gap at the desired width at that point at a predetermined or adjustable distance ahead of the weld point where the edges of the gap are or have been brought together by the pinch rollers.
Alternatively, as shown in Figure 2a, the contact 14 'may be in sliding contact with the surfaces of the tube only on either side of the gap or as shown. in Figure 2b, the contact 14 "can,; ' be compliant to contact only the approaching surface in between.
In all of the cases described above, it will usually be necessary or at least desirable to cool the contact and this can be done by allowing a stream R of water or other coolant to enter through a pipe. be insulator 15 in a cavity 16 through the contact, from there exiting through a tube 17 which may also include one of the current connections as shown in Figures 1 and 2.
Similar cooling ducts are shown in? figures 2a and 2b.
Contact 14 (or contacts such as 14 'or 14' high frequency current follows the / paths indicated by
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dotted lines 18, 19 along the edges approaching the gap, toward the weld point, the currents along these paths being parallel until they reach a second contact 20. The contact 20, as best shown in Figure 3, is preferably formed with a wide groove indicated at 21 on its underside, so that its surfaces 22 and 23 will come in sliding contact with the tube at points. spaced 1 and the other side of the seam or gap, which may have been heated to substantially the melting point by the time the tube reaches the point of that contact.
Preferably, the contact 20 is not made so as to bear grout, sow against the heated seam but is shaped so as to bridge the seam, as shown in FIG. 3, so as not to disturb or scrape the molten metal. As in the case of contact 14, contact 20 is preferably provided with fluid conduits, for example a water inlet conduit 25, a cavity 26 and an outlet conduit 27.
The outlet conduit 27, as shown in figure 1, may also include one of the connections to the radio frequency current source and, as further shown in figures 1 and 3, the conduit part 27 is of preferably located so that it extends along the edges of the
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tervalle of the tube approaching, / A s2esë sÀéx & àaXô Zô long two edges binds rttxcc axxrxbà xsxs.îSNB3aëK / in the middle of the seam and near and above it a considerable distance back towards contact 14, don - thus creating a high-frequency return connection located so as to strongly tend to concentrate the current flows 18, 19 near and following the edges, which approach the gap, causing these edges to heat up pro -
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gradually and rapidly) more and more,
over the entire distance from contact 14 to contact 20. At the latter contact, the current paths 18, 19 may diverge somewhat as they pass through the contact portions 22 and 23.
The construction and arrangement of the first contact at 14b as shown in Figure 3b is particularly desirable in some instances for use with the arrangement otherwise similar to that of Figure 1, or in conjunction with parts such as 20a, 27a as in Figure 4. In Figure 3b, it will be noted that the contact 14b is mounted on support means which extend following the slot of the tube, the contact having two parts respectively which are in contact. contact with the inner surface of the tube metal on opposite sides of the gap.
With this form of contact, the carrier is preferably pressed, so as to be able to yield, upward by some suitable means acting in the direction of the vertical arrow shown, so that the contact parts push onto the metal tube. on either side of the gap, ensuring that the gap remains open and away from the contact support.
If the metal of the tube is of substantial thickness and if contacts as described above are used, there may be some tendency for the outer part of the weld to be heated more than the weld line. - hard depending on the inside of the tube, ie the current may not penetrate as far as desired to heat the entire depth of metal at the interval. However, with the arrangement shown in Figure 3b, this tendency or difficulty is avoided because the current will be applied to the inner surface of the metal of the tube at the edges of the gap and tends to flow along the edges. of the interval and more or less upwards above it when
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these edges approach other contacts such as 20.
Thus the entire edges will be heated suitably over the entire depth, although the metal is relatively thick.
The arrangement of Figure 3b has the further advantage that a heavy block of metal can be used to form the contact 14b, and it will be continuously raised as it wears, by the upwardly directed elastic force which question above and still remains in uniform contact. Also, such a contact inside the tube will prevent scratches or other unwanted marks from occurring on the outside of the tube and if it is used at the same time as a contact as in 20a in Figure 4, there will be no mark at all produced on the tube.
While the weld point has been indicated for clarity at a point just beyond contact 20, contact 20 can, if desired, be placed so as to bridge the weld point, or it can even be bridged. locate somewhat beyond the weld point.
As indicated above, the contact used is preferably at radio frequency and with available vacuum tube frequency generators, these frequencies can be, for example, in the vicinity of 100,000 cycles per second or up to. at 300,000 or 400,000 cycles or more. With all of these frequencies, forming them sliding contact which are preferably used (although not necessarily in place of rolling contacts) will, as has been shown, not produce any difficulties due to arcing or chatter. and these contacts are capable of conducting these high fre currents. quence in the metal of the tube with very low resistance loss, although the surfaces of the tube are not always smooth and even.
There will be no arc or chatter
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at the welding point, since the currents coming from paths 18 and 19 are parallel. Thus the uniformity of the weld will be ensured.
While, with the disclosed embodiments of the invention, the tube is shown advancing through the tube rolling mill with the gap open as it approaches the apparatus of Figure 1, the tube is invention, if desired, can also be put into practice in such a manner.
1 that the tube vaporizes from this apparatus with its closed interval.
For example, as shown in figure 2c, when the edges of gap 13a and 13b approach contact 14 'they have already been brought into contact, and as shown in figure 3a they are held together until whether they arrive at the point of oudage at or near contact 20, the practice of this method being otherwise substantially the same as what occurs in Figure 1 when using a contact such as 14 'of the figure 2a. This closed gap process is particularly advantageous for the reasons set out above and also when relatively short pipe sections have to be welded, because the weld can be produced to substantially the entire edge of the pipe sections.
With the method as in Figures 2a and 3a, the contacts 14 'and 20 can be brought relatively close to each other particularly if one has a relatively powerful current source and the space available for it. device or tube length is limited.
With all the embodiments of the invention described above, which are known to provide direct parallel paths 18, 19 to the high frequency current between contacts 14 and 20, there will not be a substantial tendency for this. that the current disperses somewhere around or on the back of the tube, and particularly with the Lori do retour 27
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located very close to the seam or gap, the vast majority of the current will be concentrated along it * In addition, since the current follows a path along the supply connection 17, the contact 14 , paths 18 and 19 and contact 20, which are all close to return connection 27, the reactance of the circuit can be kept quite low,
making it possible to efficiently provide a strong heating current concentrated along the seam to be welded, using a high frequency generator of moderate size. With a generator of given dimensions, the speed with which the tube can be advanced through the tube rolling mill, while it is being welded, is much greater than is possible with most pipe welding machines. tubes which were commercially available until now.
With all of the forms of the invention described above, it will be understood that contacts such as 14 and 20 are preferably mounted on suitable insulating supports which, for clarity, are not shown and should not be shown. They are made adjustable longitudinally with respect to the path of the tube so that the edges of the gap of the tube are suitably heated with your current sources available, before reaching the welding point and also the contact 20 can not be disposed in front of or directly above the weld point, or the next. In some cases, the latter modality may be preferred to provide heating of the edges of the increasing gap to a maximum when the edges touch and are welded.
On the contrary, in some cases it may be preferable to put the contact 20 forward of the weld point, thereby deflecting the welding current from the weld point just before it is reached.
With the form of the method according to the invention such
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qu ..- shown in Figures 4-7 inclusive, some of the parts corresponding to those of Figure 1 are identified by the same reference numerals, with the subscript a.
Here the gap in tube 10a is shown closed before it arrives at contact 14a, similar to the case of Figure 2a. Further, in this embodiment, while the electrode or contact 14a may be similar to the corresponding contacts described above in construction or mounting, contact 20a is mounted such that it cooperates with the surfaces. top of one or two rollers 11a and 12a which apply pressure to keep the edges of the gap tightly closed at the weld point.
Accordingly, the current flows from contact 14a will follow parallel lines along and near the seam line as indicated at 18a and 19a i.e. following conductor 27a below to the seam line. general region where the weld point is reached between the pressure rollers, after which the current will diverge and pass through the pressure rollers to contact 20a and conductor 27a. The rollers 11a and 12a in this case will be isolated from their supports by insulating sleeves 30. This embodiment of the invention is particularly desirable for use in cases where the contact such as 20a will not touch, preferably, the hot metal of the tube directly in the vicinity of the weld point.
This arrangement is also particularly advantageous in cases where the tube is quite small in diameter or in cases where it is desired to use the equipment for tubes of different small transverse dimensions without risking trouble in adjusting the position. electrode 20a specially to meet the requirements of each case, while avoiding any danger of the electrodes scratching against the hot metal of the tube. As due
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the presence of the connection.
conductor 27a, the current under this connection will be tightly concentrated along the seam line a considerable distance beyond the contact 14a, the edges to be welded will be suitably heated although the current just ahead of the weld point diverges and passes in the pressure rollers.
As shown in Figure 8, the cross-sectional shape of the fluid-cooled portion of the conductor, which passes along the seam and above, may, if desired, not be circular as shown at 31.
That is, the cross-sectional shape of this conductor can be changed so as to bring the side portions at 32. 33, for example, closer to the metal surface of the tube than the middle portion. and thus produce changes in the pattern of heat distribution following the seam. For example, such irregular cross sections can be used to provide adequate heating along the seam line without overheating the actual edges, for example in the case of a very thin metal tube.
The arrangement shown in Figures 9 and 10 is similar to that of Figures 4-7, except that here magnetic master bands m. for example as shown at 35 and 36, can be arranged along the conductor part 27a and also, if desired, another strip as shown at 37 can be advantageously fitted inside the tube along the line seam and below it. Such tapes of magnetic material may be of cast or sintered magnetic oxide, and of insulating materials, preferably of the types now well known per se and which have a low loss factor and high resistivity per se.
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example of the material existing on the market under the Ferramic brand of the General Ceramic & Steel Corporation.
It will be understood that other magnetic core means may be used, preferably such means that they have a permeability (mu) greater than 1 (preferably substantially greater) and the magnetic particles being. preferably in divided form so that current losses are minimized therein. For example, finely divided carbonyl iron mixed with a suitable synthetic resinous insulating material can be used.
As shown in Figures 9 and 10, the magnetic tapes 35 and 36 respectively can be supported on insulated angled tapes 1 as at 38,39 detachably attached by screws 40, for example to the electrode 14a, Magnetic rod or tape 37 in the tube may be carried in any desirable manner by a chair (not shown) located in front of contact 14a and extending through a slot in the tube.
With the arrangement of the bands of magnetic material as in Figure 10, the maximum heating effect at the seam will tend to occur at the hatched regions indicated at 41, ensuring that the inner surface portions of the seam or at the, seam 42 are heated. fairies to a somewhat lesser degree thus avoiding any danger of the metal swelling in the space inside the tube in cases where it is important that the seam regions be smooth inside the tube. tube.
In cases where it is desired to heat the seam region 1: both internally and externally to the tube with a greater degree of uniformity, bands of magnetic material may be arranged as shown in Fig. 11 at 43 and 44.
In general, the input of all magnetic elements,
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against the path where the high frequency current flows, produces an increase in the reactance of these current paths, thus tending to cause the current paths to move away more from the magnetic elements, for example towards the seam and towards the underside of the seam with the parts as in figure-11, while in the absence of the magnetic elements, the current paths would tend more to follow the upper face of the seam and would be a little more distributed on both sides. other of sewing.
So many factors are involved in determining the heating effect which will tend to occur more along the outside of the seam than at points closer to the inside of the seam or inside the seam. seam, which it is preferable to determine by aes tests where exactly the strips of magnetic material should be best placed and how far they should be away from the conductor 27a. and tube metal to control a desired heat distribution in the seam.
It will be appreciated that apparatus such as or similar to those described above can be used to weld not only a seam in a tube, but also weld a seam between opposite edges of other metal parts, such as bands and bands. the like, care being only taken to suitably change the shape of the pressure application rollers and the like, as shown in Fig. 12, to suit belts, movable, for example, instead of a tube.
In the case where the bands are of different materials or alloys, for example having different heating properties, it is possible to ensure a suitable distribution of heat in the seam to be welded by adjusting one of the bands of '' one side of the seam with the gap to the metal more or less
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large than the gap with the strip of magnetic material on the other side of the seam, or one of the magnetic strips can be removed completely to ensure the desired degree of heating in the respective edges of each strip .
In addition, one or more of these bands may be of a non-magnetic material of good conductivity, such as copper. Contrary to: what one might think from a superficial consideration, from the pressure, if such strips or blocks are made of a good conductive metal such as copper, it will produce an effect which is appreciably opposite to that which is produced when using a magnetic material. That is, by bringing, for example, a block of copper close to the path of the high frequency current, the impedance of this path will be reduced so that the current will then flow closer to this block or insulated copper strip.
Thus, for example, in the case of part 37 in FIG. 10, this could be formed of copper and thus have the effect of. that the current follows a path closer to the underside of the seam 42.
To meet the various requirements of different circumstances, the mounts of these bands will preferably be made adjustable, one embodiment of such an adjustable arrangement being shown in Figures 12-14 inclusive.
In the particular examples shown in these latter figures, bands such as 50 and 51 are welded together at a weld spot W as they advance and are pressed together by suitably shaped rollers 52 and 53. Also, as shown here, in front of the weld point, the bands are separated by an interval 54. However, it will be understood that for this yes concerns the elements :; adjustable magnetic material as described, they could
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be used both with a closed gap, sound, on an advancing section of tube or between a pair of strips to be welded together.
Also, for example, the high frequency circuit path of the particular embodiment shown in Figures 13-14, lies between a pair of electrode holders 55,56 which carry contact pads 57 and 58 res. - Pectively, coming into contact with opposite sides of the gap 54, so that the current flows from these contact pads along the edges of the gap on either side of the weld point w.
Such a circuit path is described in United States Patent Application No. 421,768, filed April 8, 1954 and in previous application No. 332,422 filed January 21, 1953 and now discontinued, the subject matter of such applications being also described in Belgian Patent No. 550,677 granted August 31, 1954. However, the arrangement providing for a circuit path such as that of Figure 1 could also be used with the adjustable magnetic elements which will now be described with reference to Figures 12. -14.
As shown in these figures, the elements of magnetic material may comprise blocks or the like of finely divided ferromagnetic material encased in an insulating material as described above and indicated herein as 60 and 61. They may be retained by set screws. mounting 6: (see figure 15) in insulating retaining elements such as 63, 64. These retaining elements in turn can be retained in places which can be adjusted vertically by means of screws 65 passing through slots or openings verticals in insulating pieces as in 66.67, which in turn are fixed by screws 6 $ alongside the electro-
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des, for example.
As the elements of magnetic material tend to be overheated in the presence of a high frequency magnetic field, means for cooling them are provided, for example in the form of jets of a cooling fluid introduced through the conduits 70, 71. arranged in such a way that the coolant is projected into the space above the seam to be welded and just in front of the magnetic elements 60, 61.
The embodiment of the invention shown in Figures 16 and 17 is similar to that of Figures 12 and 14 'except that here a single block of magnetic material such as 75 is arranged to be adjustably worn just above. of the seam interval. A U-shaped insulating chair 76 forming a support for this block is shown with the element 75 carried on it and the chair in turn has its ends supported by the electrode supports 55a and 56a respectively, the parts being. connected by screws 77 and 78 which pass through slotted openings so as to allow a desired degree of vertical or longitudinal adjustment for the position of the magnetic part 75.
Incidentally, the arrangement as shown in Figures 16 and 17 is shown as set up to operate on a section of tube instead of strips as shown in Figure 12, and with the gap of the open tube ahead of the weld point. , but it will be understood that in either case arrangements can be made to operate on tapes or tubes, and with the gap either open or closed in the event that a generally circuit arrangement of the form of Figure 1 is adopted.
In the arrangement shown in Figures 16 and 17, an additional rod of magnetic material as shown in
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80 may be mounted inside the tube for a purpose corresponding to that of the strip of magnetic material indicated at 37 in Figure 7.
Elements of magnetic material as shown in Figures 12-17 inclusive may of course, if desired. re, be more elongated to extend along the weld seam, and similarly in the case of Figures 9-11.
The use of the adjustable elements or bands of magnetic material in welding to join bands of different alloys is particularly advantageous when the bands are of different alloys which have different melting points or electrical resistances. An illustration of this will appear, for example, in Figure 13, where, if the strip 50 is of high speed steel, for example, and if the strip 51 is of high carbon steel, the e- Magnetic material element 60 will fit closer to strip 50 than element 61 to strip 51, the degree of proximity for the best results in each case being determined by trial and error.
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