Brevet FR2012263A1 — publié le 19700313

-1- 2012263 Les chalumeaux à plasma classiques "bien connus des spécialistes sont normalement télécommandés. Les câbles contenant des fils électriques et la tuyauterie pour le gaz inerte vont du poste de commande au chalumeau qui ne peut pas être commandé à partir 5 de l'extrémité de travail. Un inconvénient évident de ce type de chalumeau est que les organes de commande sont éloignés de l'opérateur, ce qui nécessite quelquefois un opérateur supplémentaire pour modifier les variables de commande. Ce genre de fonctionnement est inefficace et prend du temps. En outreT si l'opérateur 10 veut changer l'arc pour effectuer un travail différent de celui qu'il vient d'exécuter, il doit rajuster les paramètres du chalumeau au poste éloigné et, par conséquent, il ne peut pas passer d'un mode de travail à un autre sans revenir au poste de commande. Les chalumeaux connus à plasma fonctionnent -uniquement sui-15 vant le mode par transfert, c'est-à-dire que l'arc est établi entre l'électrode et la pièce mise à la masse. Le mode de travail sans transfert, c'est-à-dire à arc entre l'électrode et le chalumeau mis à la masse n'est utilisé que pour amorcer initialement le chalumeau, après quoi l'arc est transféré immédiatement à la 20 pièce pendant l'exécution du travail. Ce type de chalumeau connu ne peut pas fonctionner pendant le travail en mode sans transfert qui se prête à d'autres types de travaux au chalumeau, par exemple le découpage, le brasage ou le soudage. Quand un gaz inerte est utilisé pour nettoyer une pièce 25 avant le soudage avec un chalumeau connu, le gaz de désoxydation est introduit par un conduit séparé. Le gaz froid de nettoyage risque de provoquer de minuscules fissures ou craquelures en cratères dans la soudure ou dans des zones environnantes. Les chalumeaux à plasma classiques ont par ailleurs l'incon-30 vénient qu'ils doivent être amorcés par court-circuit momentané, c'est-à-dire que l'électrode est mise en contact avec la masse du chalumeau pour en être ensuite écartée après l'amorçage. Ceci provoque un brûlage excessif de l'électrode en tungstène. L'invention a pour objet un chalumeau miniature à plasma, 55 ÇLU.Î comprend, dans son manche, tous les organes de commande qui sont nécessaires pour changer les variables ou paramètres de travail de manière que l'opérateur puisse effectuer des réglages minutieux sur la pièce elle-même, lorsqu'il est nécessaire d'y procéder. 69 22608 -2- 2012263 L'invention concerne donc un chalumeau miniature à plasma manoeuvré à la main, du type dans lequel un arc jaillit à l'extrémité d'une électrode et ionise un gaz inerte environnant, tel que l'argon, pour effectuer différentes opérations de soudage et 5 de coupe. Les organes de commande, situés habituellement à un endroit ou poste éloigné, sont montés dans l'enveloppe du chalumeau et permettent ainsi à l'opérateur de faire tout réglage nécessaire du chalumeau à main sans revenir aux organes de commande disposés au poste de commande. Les organes de commande comprennent une 10 combinaison d'un interrupteur et d'un régulateur à rhéostat de commande de courant,- ainsi qu'un commutateur pour transférer la connexion électrique à la masse du chalumeau à la pièce, c'est-à-dire pour faire passer le chalumeau du mode de travail sans transfert au mode de travail à transfert et à nouveau au mode de tra-15 vail sans transfert, selon les besoins. Un avantage d'un mode d'exécution préféré de l'invention sur les dispositifs connus réside dans le fait que le chalumeau miniature contenant lui-même tous les éléments de réglage de paramètres supprime la nécessité d'un second opérateur placé au poste de té-20 lécommande. L'opérateur du chalumeau peut changer les variables ou paramètres sur le chalumeau lui-même sans avoir à se fier au jugement d'un second opérateur placé devant le tableau de commande éloigné, de sorte qu'une meilleure opération de soudage ou de coupe peut être réalisée du fait de la possibilité offerte par le 25 dispositif de l'invention d'effectuer des réglages minutieux du chalumeau au fur et à mesure que les conditions changent. L'opérateur peut passer d'un mode de travail.à transfert à un mode de travail sans transfert puis à nouveau au mode de travail à transfert, à volonté, simplement en manipulant un bouton 30 placé sur le chalumeau. Le mode de travail sans transfert peut être utilisé pour divers modes de fonctionnement du chalumeau. Par exemple, on peut utiliser le chalumeau pour le soudage à basse température, le brasage ou le soudage à haute température en réglant les paramètres du chalumeau de façon qu'il s'adapte aux con-35 ditions correspondantes de fonctionnement. Les chalumeaux à plasma connus fonctionnent -uniquement en mode à transfert. Dès que le contact avec la pièce est rompu, le chalumeau doit être à nouveau amorcé, tandis que le dispositif selon l'invention revient automatiquement au mode sans transfert quand le contact avec la pièce 69 22608 _3_ 2012263 est rompu. En outre, l'opérateur peut effectuer les réglages requis, à volonté, en actionnant avec son doigt,, en fonction des conditions de chauffage de chaque opération particulière, un cadran solidaire 5 du rhéostat de commande de courant monté dans l'enveloppe du chalumeau. De cette manière, une diminution ou augmentation du courant peut être choisie selon les "besoins, ou bien un réglage continu peut être maintenu pendant un intervalle de temps donné quelconque pendant que l'arc à plasma fonctionne. 10 Le gaz inerte utilisé pour nettoyer la pièce avant le souda ge est chauffé dans le chalumeau miniature lui-même, ce qui supprime le risque de formation de craquelures en cratères ou fissures provoquées par l'apport d'un gaz inerte froid dans les chalumeaux connus. Dans le dispositif de l'invention, l'électrode est dispo-15 sée à une distance réglée de la masse pour un amorçage sans transfert par utilisation d'une tension à haute fréquence, ce qui évite la nécessité d'un amorçage par court-circuit et empêche un brûlage excessif de l'électrode en tungstène. L'électrode n'est pas déplacée après 113Eorçâge du chalumeau suivant le mode de travail sans 20 transferto Un refroidissement par eau est utilisé au lieu d'un refroidissement par air pendant le fonctionnement. Les chalumeaux classiques sont refroidis par de l'air, ce qui exige des ailettes multiples pour la dissipation de la chaleur, de sorte qu'ils sont 25 relativement grands et encombrants. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention. 30 Sur ces dessins : - la f-igure 1 est un schéma du circuit de commande du chalumeau à plasma selon l'invention ; - la figure 2 est une vue générale en perspective du chalumeau à plasma et illustre les différentes fonctions de commande ; 35 - la figure 3 est une vue en élévation de profil avec coupe partielle, avec arrachement, du chalumeau et montre les emplacements de tous les organes de commande de fonction ; - la figure 4- est une coupe axiale de la tête du chalumeau et illustre l'emplacement de l'électrode par rapport aux passages des BA0 ORIGINAL* 4 69 22608 -4- 2012263 des gaz, etc. - la figure 5 est une coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 3 et illustre la "lentille" ou guide du gaz et l'emplacement des orifices de sortie du gaz de nettoyage. 5 La figure 1, à laquelle on va se référer maintenant, est un schéma illustrant le chalumeau à plasma miniature. Le poste fixe, désigné dans son ensemble par la référence 10, est relié au chalumeau 24 par tin tronçon d'une certaine longueur d'un flexible 22 renfermant plusieurs tubes. Le poste fixe 10 contient une source 10 d'énergie 12, un circuit d'amorçage 18 à haute fréquence, un circuit 20 de sélection de fonctionnement à transfert ou sans transfert, ainsi qu1une source d'alimentation en eau 14 et une source de gaz inerte 16, tous ces éléments aboutissant dans le chalumeau 24-. Le chalumeau 24 comprend une enveloppe 26 sur laquelle est 15 fixée une tête 28 comportant une chemise d'eau, un rhéostat 32 et le commutateur 36 de fonctionnement est régime à transfert ou sans transfert. La mise en marche du poste de commande 10 s'effectue au post© de travail au moyen du rhéostat 32 fixé sur le chalumeau 24. On £0 place le rhéostat au moyen d'un cadran dans la position de réglage voulue, ce qui déclenche la succession suivante d'opérations dans le poste fixe 10. Tout d'abord l'eau 14 et le gaz inerte 16 sont mis en circulation au moyen d'électro-vannes et d'un système de minutage classi-25 que (non représenté) qui produit des écoulements d'eau et de gaz pendant un laps de temps réglé précédant la mise en marche du système d'amorçage 18 à haute fréquence. Le système à haute fréquence établit un arc entre l'électrode 54 et la tête 28, ce qui ionise le gaz inerte environnant. Immédiatement après l'amorçage le sys-30 tème haute fréquence est arrêté automatiquement et le chalumeau 24 est prêt à être utilisé. On peut employer un circuit à haute fréquence, tel que celui qui est proposé dans la publication "Marks' Mechanical Engineers' Handbook", pages 13-34, paragraphe 2. Pour transférer l'arc du chalumeau 24- à la pièce 29, le commutateur 36 35 de sélection de fonctionnement est enfoncé et coupe la connexion de masse de la tête 28 du chalumeau ët de l'électrode 54 et transfère cette connexion de masse à la pièce 29. Quand le chalumeau est éloigné de la pièce, l'arc retourne automatiquement au mode sans transfert. Le poste de commande 10 comporte un circuit simple à 69 22608 -5- 2012263 relais de verrouillage et à détecteur de tension. Quand la tension de l'arc monte à une valeur réglée, le relais de verrouillage est réexcité, ce qui transfère automatiquement la connexion de masse au chalumeau (mode sans transfert). Pour ramener à nouveau l'arc 5 à la pièce 29, l'opérateur enfonce à nouveau l'interrupteur 36. La figure 2 est une vue en perspective du chalumeau 24 et montre en particulier les emplacements du rhéostat 32 et du bouton de transfert 36 qui sont fixés par vissage à des montures formant une seule pièce avec la demi-enveloppe 26. Le chalumeau peut être 10 actionné entièrement par une seule main. L'opérateur a la possibilité, en touchant du doigt un cadran, de réaliser le réglage optimal du chalumeau en fonction des exigences 'du travail. Le chalumeau 24 comprend deux demi-enveloppes 26 et 27, de préférence en matière plastique armée, qui retiennent la tête 28 par des vis 30 15 montées dans des bossages 31 taraudés situés dans la demi-enveloppe 27 (figure 3). Le rhéostat 32 et le commutateur de transfert 36 sont fixés à la demi-enveloppe 27. Un capuchon 34, en caoutchouc, protège le chapeau de retenue "chaud" 48 représenté sur la figure 3» 20 La tête 28 du chalumeau représentée sur les figures 3 et 4, est brasée à une entrée métallique 76 de gaz inerte et à des conduits 84 et 86 d'arrivée et de départ d'eau, qui servent d'éléments de support pour le chalumeau 24. Les tubes métalliques contournent le rhéostat 32 et l'interrupteur 36 et aboutissent aux raccords. 25 70, 78 et 79 situés dans la partie arrière du manche du chalumeau 24. Les conduits métalliques sont isolés électriquement des fils métalliques conducteurs et de composants contenus dans le corps du chalumeau par les fourreaux protecteurs 88. Les conduits métalliques conducteurs 76, 84 et 86 remplissent une fonction supplémen-30 taire. Le fil métallique chaud 72 provenant de la source d'énergie électrique 12 et passant à-1'intérieur du conduit 38 en caoutchouc, destiné au gaz inerte, est soudé au connecteur 70 à partir duquel le conduit conducteur 76 transporte le courant jusqu'à l'enveloppe 44 d'électrode. Le gaz inerte passant sur le fil 72 le refroidit. 35 Le fil de masse 80 partant du circuit 20 de siélection de fonctionnement et passant dans le conduit en caoutchouc 40 destiné à l'eau est soudé au connecteur 78 qui relie à la masse le conduit métallique 84 qui aboutit à la chemise d'eau 46. Le fil de masse est refroidi de la même manière que le fil "chaud" 72. 69 22608 2012263 La figure 4 est une vue détaillée de la tête 28 du chalumeau. Le chapeau de retenue 48, l'enveloppe 44 de l'électrode, le fourreau 52 et l'électrode 54-, en tungstène, sont séparés électriquement de l'enveloppe 46 de la chemise d'eau par une isolation 60 5 en léflon. Le fourreau intérieur 56, vissé sur l'isolation 60, est soudé à l'enveloppe extérieure 46, l'espace entre ces éléments délimitant la chambre 50 de circulation d'eau. Le bouton 62 d'injection d'arc à plasma, servant de masse à l'électrode 54- dans le mode de fonctionnement sans transfert est vissé dans la garniture 10 56. Le bouton 62 est interchangeable avec d'autres boutons ayant des orifices'centraux 65 de dimensions différentes. La figure 5 est une vue du dessous du dispositif de la figure 4 qui représente plus clairement la "lentille" à gaz ou guide à gaz 66, l'anneau de retenue 68 et le bouton 62, et qui illustre. 15 les rapports existants entre le conduit d'entrée d'eau 84 et le conduit de sortie d'eau 86. Le chalumeau 24 fonctionne de la manière suivante : avant l'amorçage, l'eau provenant de la source 14 circule dans les conduits 40 et 84 et autour de la chambre 50 puis revient à la sour-20 ce d'alimentation 14 par les conduits de retour 86 et 42. En même temps, du gaz d'épuration provenant de la source d'alimentation 16 est envoyé par les conduits 38 et 76 dans la chambre supérieure 51 à gaz inerte, et, par les orifices 53, dans une chambre 58 dont il sort par des orifices 64 et 65 du bouton 62. Une partie 25 du gaz inerte en écoulement est diffusée à travers la "lentille" ou guide à gaz 66. La lentille à gaz est retenue par un clips élastique annulaire 68 qui est serré élastiquement contre la gorge annulaire 69 ménagée dans l'enveloppe 46. Après un intervalle de temps minuté, le circuit haute fréquence 18 amorce un arc et dé-30 clenche ainsi le fonctionnement du chalumeau, puis s'arrête. L'électrode réglable 54 en tungstène est' réglée de telle sorte qu'une distance de l'ordre de 1,8 mm sépare le bout de l'électrode du bouton 62, cette distance étant suffisamment petite pour que le système haute fréquence amorce l'arc, ce qui évite la nécessité 35 d'un amorçage d'arc par court-circuit. Une certaine partie du gaz inerte réchauffé, sortant de la chambre 58 par les orifices 64, est diffusée à travers la "lentille" à gaz 66 vers la pièce. La source d'énergie 12 a normalement une capacité ou débit nominal de 50 ampères, ce qui permet d'utiliser le chalumeau de 69 22608 -7- 2012263 diverses manières. La température de la flamme du chalumeau peut être réglée à une valeur comprise entre 92°C et 13.300°C, simplement en plaçant le cadran du rhéostat 32 dans une position de réglage voulue. Ainsi s'offrent à l'opérateur différentes possibili-5 tés allant.de la soudure à "basse température à la coupe d'aciers à haute résistance. Par conséquent, le chalumeau miniature est d'une grande souplesse d'emploi. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite ci-dessus qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et que l'on 10 pourra y apporter toutes variantes entrant dans son esprit et sans sortir de son cadre. 69 22608 -8- 2012263 REVENDICATIONS 1. Chalumeau à plasma destiné à être tenu à la main et caractérisé en ce qu'il comprend : une tête qui forme une chambre d'ionisation entourant une électi'ode et comportant une sortie de jet 5 de plasma, un conduit reliant une source de gaz inerte et ladite chambre et comportant une partie conductrice fixée à ladite tête, connectée à line source d'énergie électrique et placée en contact électrique avec ladite électrode, une enveloppe, qui forme un manche, enfermant ladite partie conductrice et étant aboutée à la 10 tête du chalumeau, un premier commutateur disposé dans l'enveloppe, à proximité de ladite partie conductrice de conduit, étant destiné à commander et faire varier linéairement le ~ commutateur , passant à travers une paroi de 11 enveloppe et pou-15 vant être manipulé à la main de façon à actionner ce premier commutateur, un second commutateur disposé dans l'enveloppe étant destiné à faire passer le chalumeau dans l'un ou l'autre des deux modes de fonctionnement à transfert et sans transfert, et un second élément de commande connecté à ce second commutateur et traversant 20 une paroi de l'enveloppe et étant destiné à être manipulé à la main afin de manoeuvrer ce second commutateur. 2. Chalumeau à plasma selon la Revendication 1, caractérisé en ce qu'une paroi de l'enveloppe comporte une première ouverture par laquelle, passe le premier élément de commande qui a la forme 25 d'un disque, le second élément de commande passant par une seconde ouverture d'une paroi de l'enveloppe. 5. Chalumeau à plasma suivant la Revendication 2, caractérisé en ce que l'enveloppe comprend deux demi-enveloppes pouvant être séparées le long d'un plan et dont l'une comporte des éléments de 30 montage desdits premier et second commutateurs. 4. Chalumeau à plasma selon la Revendication 1, caractérisé en ce que le premier commutateur est un rhéostat et que le premier élément de commande est un disque rotatif qui fait saillie sur 1'enveloppe. 35 5. Chalumeau à plasma selon la Revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de chauffage de la source de gas inerte et une partie du gaz est ionisée par ladite électrode, un distributeur qui assure la répartition d'une partie du gaz inerte chauffé non ionisé sur une pièce comportant des o.uvertures qué à l'électrode, un premier élément de commande, 69 22608 -9- 2012263 autour de la périphérie de la chambre d'ionisation et une sortie annulaire entourant ladite sortie du jet de plasma. 6. Chalumeau à plasma selon la Revendication 1, caractérisé en ce. .que ledit conduit comprend au moins un tube flexible, reliant 5 ladite source de gaz inerte ët ladite partie conductrice qui est rigide, la source d'énergie électrique étant reliée par un conducteur passant à l'intérieur du tube flexible et aboutissant à la dite partie conductrice du conduit auquel il est relié électriquement . 10 7« Chalumeau à plasma selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ladite tête comporte un dissipateur de chaleur et l'enveloppe comprend un circuit de circulation de fluide dont les conduits d'entrée et de sortie communiquent avec une chambre fermée par une chemise et entourant la tête du chalumeau. 15 8. Chalumeau à plasma selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie conductrice dudit conduit est inclinée sur la tête du chalumeau à laquelle elle est fixée et sert d'élément de support pour la tête et l'enveloppe.