Brevet FR2036829A1 — publié le 19701231

Dans le domaine des techniques de soudage et de découpage des matériaux, on a d*Jà utilisé des plasmas d'arc électrique. On rappelle à ce sujet qu'on désigne SOUS le vocable "plasma" une atmosphère ionisée et chaude, constituée par des ions positifs et des électrons, formant une masse gazeuze en un état globalement neutre. On peut distinguer les dispositifs utilisés pour le soudage de ceux adaptés au découpage, ou encore de ceux permettant la projection de particules métalliques, dite aussi "métalisation". En ce qui concerne le soudage, par exemple, deux catégories distinctes de procédés existent et correspondent, l'une à l'utilisation d'électrodes consommables, atest-i-dire à l'apport d'un métal étranger d celui des deux pigea à souder, l'autre a la fusion des livres des deux pièces disposées en regard l'une de l'autre, cette fois sans apport de métal étran- ger i celui des deux pièces. On sait déjà utiliser les intéressantes propriétés des plasmas pour effectuer les diverses opérations énumérées ci-avant. Présentement, pour constituer un plasma d'arc élèc- trique, que l'on utilise des électrodes consommables ou non, l'~lectrode est disposée au centre d'un cylindre creux dans lequel arrive le gaz sous pression qui deviendra le plasma. Ce cylindre est conformé en une tuyère disposée à proximité du joint A souder, de sorte que le flux gazeux se transforme en plasma en formant une enveloppe de l'arc fflpro#reme#t-- dit, qui s'établit entre les pièces à souder et l'électrode. On peut d'ailleurs noter que le courant gazeux a deux rôles principaux : d'une part bien entendu, l'alimentation de l'arc et la constitution du plasma qui est confondu avec ledit arc, et d'autre part, une réfrigération relative de la périphérie du plasma, réfrigération qui provoque une contraction de l'arc et une meilleure efficacité du plasma qui est en quelque sorte axialement concentré. On constate cependant que dans les dispositifs connus, une partie non négligeable du flux gazeux s'échappe sur les cotés du plasma sans participer d'aucune manière à la constitution dudit plasma. Il résulte de cet état de choses des consommations de gaz importantes dont une partie en pure perte. L'invention entend pallier cet inconvénient. Pour ce faire, le demandeur a repensé entièrement les manières d'opérer antérieurement connues, et propose un nouveau procédé de génération de plasma d'arc électrique. Selon ce procédé, le plasma est engendré par un dispositif comportant au moins une électrode -creuse et une arrivée de gaz destiné à devenir le plasma. On fait alors passer le flux de gaz a l'intérieur de l'électrode. Dans une variante avantageuse de réalisation, onfait véhiculer par le flux gazeux un mélange complémentaire; pulvérulent d'un matériau de protection et/ou d'apport. L'invention sera mieux comprise et des caractéris- tiques secondaires, ainsi que leurs avantages, apparattront au cours de la description d'une réalisation-donnée ci-dessous A titre d'exemple. Il est entendu que la description et les dessins ne sont donnés qutà titre indicatif et non limitatif. Il sera fait référence au dessin annexé, dans lequel la figure unique est une coupe schématique d'un dispositif - illustrant la mise en oeuvre du procédé conforme i l'invention. Sur la figure unique, on a représenté un dispositif, parmi de nombreux autres possibles, qui applique le procédé conforme à l'inventlon. Ce dispositif est constitué par une électrode 1, qui est creuse. Une admission du gaz qui est destiné a devenir le plasma, est constituée par un conduit 2, rendu solidaire de l'électrode 1 par vissage par exemple et relié å une source de gaz sous pression. Un réservoir 3, muni. d'un organe de contre du débit du matériau pulvérulent 4 qu'il continent est adapté sur l'électrode 1, dans laquelle il débouche par un orifice 5. L'organe de contre du débit du matériau 4 est, par exemple, constitué par une vanne papillon 6 disposée sur le conduit 7 qui relie le réservoir 3 å l'électrode 1. Le dispositif représenté est destiné à des opérations de soudage de deux pièces 8 et 9, le chant 8a de la pièce 8 étant disposé en regard du chant 9a de la pièce 9. Par ailleurs, un générateur de courant 10 a son négatif 11 relié à l'électrode 1 en lla, cependant que son positif 12 est relié à la pièce 8 en 12a. On a représenteX schématiquement un dard 13 qui sort par l'embouchure 14 de l'électrodelet a son extrémité centrale 13a orientée vers le Joint à souder, entre les chants 8a et 9a dé. places 8 et 9. On précisera encore que le matériau 4 contenu dans le réservoir 3 est, soit un matériau de protection, analogue au matériau d'enrobage des électrodes consommables classiques utilisées, par exemple, en soudage électrique, soit un métal d'apport, soit un mélange convenablement dosé de matériaux d'enrobage et de métaux d'apport. Enfin,la laflèche incurvée F indique le parcours suivi par le flux gazeux provenant du conduit 2. En fonctionnement, l'électrode 1 etbla pièce 8 étant branchées sur le générateur de courant 10, de manière à être à des potentiels différents, un arc électrique s'établit entre les bords de l'embouchure 14 de l'électrode 1 et les chants 8a et 9a des pièces 8 et 9. Comme, par ailleurs, un flux gazeux parvient par le conduit 2, dans l'électrode creuse 1, en suivant la flèche F, ce flux arrive su centre même de l'arc électrique et sort de l'électrode par l'embouchure 14. Il est en grande partie ionisé par l'arc et en élève la température, en constituant précisément le plasma qui se conforme alors en un dard 13. Il est probable qu'une partie du flux gazeux, au sortir de l'embouchure 14, stéchappe du dard 13 avant d'être ionisée, mais on conçoit bien que cette partie est de bien moindre importance que celle qui est perdue dans les dispositifs classiques. En effet, dans ces derniers, selon ce qui a déjà été dit, -le flux gazeux vient lécher la périphérie de l'arc électrique, figurée par le dard 13 pour fixer les idées, et n'est pas contraint pour s'échapper, de traverser l'arc du dard 13. Il lui est donc plus facile de s'échapper hors du dard 13, que dans le cas présent où il est injecté au centre du dard l) dans la zone la plus chaude et par suite le. plus ionisante du dard 13. On a d'ailleurs constaté prati#u(r.ent qu'effectivement le rendement du dispositif conforme à l' lvention pour la formation d'un plasma est supérieur d celui des dispositifs ant6- rieurs, pour une consommation plus faible de gaz. On peut aussi, selon l'invention, faire entratner par le flux gazeux (flèche F) des particules du matériau 4, distribuées en quantité suffisante vers l'orifice 5, par action sur la vanne papillon 6 par exemple. De cette manière, on a la possibilité de reconstituer le métal qui manque sur les chants 8a et 9! par suite des chanfreins effectués pour assurer un bon soudage. De la mame façons onpeut associer les qualités de protection, notamment contre l'oxydation, des matériaux classiques. d'enrobages des électrodes, connus également sous le vocable "flux d'enrobage", qu'il ne faut pas confondre avec le flux gazeux suivant le parcours de la flèche F, aux caPact- ristiques propres au plasma, en choisissant le matériel 1 4en correspondance. On retiendra que, dans d'autres disposit fs que celui représenté, on pourrait-ne pas avoir la nécessité de l'apport de matdriau 4. Dans de tels dispositifs, ou IJlen la vanne papillon 6 serait maintenue fermée et obturerait le conduit 7, ou bien encore, tout simplement, il n'y aurait pas de réservoir 3 installé à demeure. On notera également que l'apport de métal peut très bien être assuré par l'électrode 1 elle-m8me, qui est alors une électrode consommable. Un avantage secondaire, mais néanmoins important des dispositifs conformes à l'invention, est la disparition de la tuyère d'arrivée de gaz qui équipe les dispositifs connus auparavant. On obtient une électrode 1 dont l'embouchure 14 est de ce fait bien dégagée, ce qui permet une meilleure vision, par l'ouvrier soudeur, de la position de l'électrode par rapport au joint souder. Cette caractéristique conduit à ;'abten- tion d'une bonne précision dans l'exécution du joint soudé, donc accroît entre la qualité de la soudure. Un autre avantage consécutif à l'absence de tuyère, réside dans la diminution considérable de la distance à laquelle il est maintenant possible d'approcher l1électrode 1 des pièces 8 et 9. En effet, précédemment, l'embouchure 14 de l'électrode 1 était en retrait par rapport à l'embouchure de la tuyère, alors que présentement, on peut disposer l'embouchure 14 à l'emplace- ment même où était disposée l'embouchure de la tuyère des dispositifs antérieurs. Cette caractéristique permet de se contenter de générateurs de courant 10 de tensions plus faibles qu'au paravant. L'invention n1 est pas limitée au procédé dont on a donné une application ci-avant, mais en couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient lui être apportées sans sortir de son cadre, ni de son esprit. En particulier, on conçoit bien qu'utiliser un conduit central délimité par plusieurs électrodes accolées, ou tout au moins très voisines les unes des autres au moins å leurs extrémités en regard des pièces à souder, et injecter le gaz destiné a devenir le plasma au moyen de ce conduit central, est encore opdrer selon le procédé conforme à l'invention. En effet, ce groupement d'électrodes multiples constitue un équivalent de l'électrode creuse décrite ci-avant. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la génération de plasma d'are électri- que par un dispositif comportant au moins une électrode creuse et une arrivée de gaz destiné à devenir le plasma, caractérisé en ce qu'on fait passer le * flux de gaz à l'intérieur de l'électrode. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait véhiculer par le flux gazeux un mélange compldmentaire pulvérulent d'un matériau de protection et/ou d'apport.