Brevet FR2121672A1 — publié le 19720825

Cette invention concerne unebuse amovible destinée à la tête d'un chalumeau de soudage à l'arc sous atmosphère de gaz. Un gaz tel que le gaz carbonique, l'hélium, l'argon ou un de leurs mélanges,traverse la buse du chalumeau et an sort de façon 5 à isoler de l'atmosphère extérieure la zone de soudage et de façon à la protéger contra l'action des impuretés de l'atmosphère. La paroi intérieure de la buse reçoit les projections du métal de soudure, si bien qu'elle doit être nettoyée au bout d'un temps relativement court (par exemple, environ 1 heure d'utilisation 10 normale). Ce problème des projections de métal ainsi que les températures extrêmement élevées atteintes au cours des opérations de soudage (environ 3300°C-6700°C) limitent la durée de vie utile, d'une buse type utilisée aujourd'hui dans les chalumeaux de soudage industriel. La durée de vie d'une buse dépend des 15 conditions opératoires : dans les conditions normales, sa durée de vie est voisine de 40 heures ; dans des conditions sévères, la buse soit être remplacée au bout d'un temps relativement court. On rencontre des problèmes similaires de projection de métal de soudure dans le cas de la surface extérieure des tubes de guidage 20 de fil métallique ou électrode des chalumeaux de soudage, ce qui réduit la durée de vie utile des tubes (par exemple environ 4 heures d'utilisation normale). Cette invention fournit une surface de revêtement en graphite pyrolyfcique à l'intérieur, de l'extrémité de la buse et facultativement sur la face extérieure 25 d'un tube de guidage de fil métallique ou électrode , ce qui diminue considérablement leur adhérence aux projections de métal de soudure. En outre, l'invention fournit une buse et un tube de guidage dont la durée de vie utile est beaucoup plus longue. Par suite de l'adhérence réduite des projections de métal de soudure, 30 il faut beaucoup moins d'effort et beaucoup moins de temps pour nettoyer la surface de graphite pyrolytique. La buse amovible destinée à un chalumeau de soudage sous atmosphère de gaz est revêtue intérieurement de graphite pyrolytique dont les plans a-b sont concentriques à l'axe de la buse. 35 Ce revêtement accroît la durée de vie de la buse et rend la surface intérieure de la buse nettement moins adhérente aux projections de métal, ce qui facilite le nettoyage. On peut parvenir facilement à ce résultat en montant une pièce rapportée tubulaire en graphite pyrolytique à l'intérieur de l'extrémité 40 de sortie de la buse, ou en fabriquant l'ensemble de la buse 72 00482 2121672 en graphite pyrolytique orienté. De même, la buse peut être facultativement dotée d'un tube de guidage du fil métallique, tube dont la face extérieure est formés en graphite pyrolytique orienté concentriquement. 5 De nouvelles caractéristiques et avantages de la présente invention deviendront évidentes aux hommes de l'art après lecture de la description suivante avec référence aux dessins annexés dans lesquels les numéros de repères similaires indiquent des parties similaires et dans lesquels s 10 La Figure 1 est une vue schématique d'un chalumeau de soudage sous atmosphère de gaz équipé d'appareils connexes et de pièces à souder, ledit chalumeau comportant une buse amovible dans laquelle se trouve incorporé un des modes de réalisation de cette invention ; 15 La Figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la partie antérieure du chalumeau représenté sur la Figure 1 ; La Figure 3 est une vue en coupe longitudinale de la partie antérieure d'un autre chalumeau de soudage sous atmosphère de gaz incorporant une buse qui représente un autre mode de réali-20 sation de l'invention ; La Figure 4 est une vue en coupe transversale prise selon la ligne 4-4 de la Figure 3 ; et La Figure 5 est une vue en coupe d'une buse représentant un autre mode de réalisation de l'invention. 25 Comme on le sait, le graphite pyrolytique est une substance fortement anisotrope par suite de sa structure cristalline orientée* qui est constitué par une série de couches ou plans parallèles qui sont généralement désignés sous le nom de plans a-b. La direction perpendiculaire aux plans a-b est généralement désignée 30 sous le nom d'axe c ou de direction c. La conductivité thermique du graphite pyrolytique est maintes fois plus grande dans les plans a-b que dans la direction c perpendiculaire à ces plans. L'adhérence moins marquée des projections de métal de soudure, obtenue par utilisation de surfaces constituées par du graphite 35 pyrolytique orienté, aboutit à deux résultats importants. En premier lieu, une proportion importante des projections de métal ne peut pas du tout coller à la surface. En second lieu, la quantité de métal projeté qui adhère réellement à la surface d'une buse ou d'un tube de guidage est beaucoup plus facile 40 à enlever car elle ne se lie pas solidement au graphite 72 00482 3 2121672 pyrolytique comme elle le fait dans le cas d'autres surfaces ( par exemple, cuivre). Comme le montrent les Figures 1 et 2, un chalumeau de soudage 1C à l'arc sous atmosphère de gaz sert à former une 5 soudure 12 entre les plaques d'acier 14 et 16. Le chalumeau 10 est raccordé à une alimentation en gaz 18 qui est par exemple une source d'un gaz de protection tel que l'argon ou le gaz carbonique et à une source de métal d'apport ou fil de métal 20 qui est par exemple du fil d'acier enroulé sur une bobine. 10 Une source d'énergie électrique 22 qui peut fournir du courant soit continu, soit alternatif, est connectée entre le chalumeau 10 et les pièces à souder 14 et 16. Le chalumeau 10 présente une tête ou puits chaleur 24 à l'intérieur duquel se trouve disposée longitudinalement l'électrode métallique 26 qui est 15 une électrode consommable que dévide une alimentation en fil 20. Un gaz de protection repéré par les flèches 28 traverse la tête 24 du chalumeau et s'écoule autour de l'électrode métallique consommable 2 6 pour l'isoler de l'atmosphère extérieure. La tête 24 du chalumeau comporte une buse amovible 30 qui 20 est représentée en détail sur la Figure 2. La buse 30 est montée de façon amovible dans la tête 24 du chalumeau au moyen' d'un bossage fileté 32 vissé à l'intérieur de l'extrémité taraudée 34 de la tête 24 de chalumeau. La buse 30 est amovible de façon à faciliter son remplacement, et un grand nombre de busessont 25 prévues pour permettre leur remplacement. Le tube de guidage 52 comportant un alésage central 54, une partie intérieure 54 et une partie extérieure 62 disposées respectivement à l'intérieur des parties intérieure et extérieure de la buse 3C, est disposé concentriquement à l'intérieur de la buse 30 et est monté dans 30 la tête 24 du chalumeau de la manière habituelle,(par exemple par filetage ou par fixation d'un mandrin de serrage). Le tube de guidage 52 est prévu afin de supporter le fil métallique ou électrode 2 6 et de l'alimenter en courant. sftant donné que le tube de guidage 52, tout comme la buse 30, est soumis à des 35 projections de soudage, il est de préférence fabriqué en graphite pyrolytique dont les plans a-b sont orientés concentriquement à l'axe dudit tube. Sinon,, le tube de guidage 52 peut par exemple être en métal, par exemple en cuivre, ayant une surface extérieur par exemple une gaine ou un revêtement, en graphite pyrolytique 40 ayant le même objet. Le tube de guidage 52 est amovible, ce qui 72 00^82 4 2121672 facilite son remplacement, et un grand nombre de tubes de guidage 52 sont prévus pour permettre leur remplacement. Le système décrit sur la Figure 1 comprend des chalumeaux de soudage sous atmosphère de gaz inerte avec électrode consom-5 mable (métal d'apport). Cette invention peut également s'appliquer à d'autres types de système de soudage sous atmosphère de gaz inerte avec électrode réfractaire (par exemple tungstène), à des dispositifs de soudage à l'arc immergé, etc. La partie extérieure de la buse 3C, représentée sur la 10 Figure 2, est revêtue intérieurement de graphite pyrolytique grâce à une pièce rapportée tubulaire 36. Comme le montrent schématiquement les lignes horizontales parallèles, la pièce rapportée 36 comporte des plans a-b de graphite pyrolytique orientés concentriquement à l'axe de ladite pièce rapportée, 15 si bien qu'il y a une conduction de la chaleur le long des plans a-b à travers la buse 30 et dans le puits de chaleur 24 d'où la chaleur se dissipe. La pièce rapportée 3S est montée à force à l'intérieur de l'extrémité de.la buse ou tube de support 30. Cet assemblage serré ou à force s'obtient par exemple 20 facilement par serrage à la presse eu frettage à chaud. La buse ou tube de support 30 qui est par exemple en cuivre est chauffée à environ 600°C et la pièce rapportée 3 6 est montée à force à l'intérieur de la buse. Lorsque la buse 30 se refroidit, on obtient un ajustage serré. On peut utiliser tout autre moyen 25 approprié de fixation tel que serrage par collier, emboutissage, rivetage, brasage ou cimentation à température élevée . L'ensemble de la buse 30 peut être fabriqué avec le même graphite pyrolytique que la pièce rapportée 36 (comme le montre la Figure 5), mais on fabrique des buses plus robustes et plus économiques 30 de la façon décrite plus loin. On peut par exemple fabriquer la pièce rapportée tubulaire 36 de la façon suivante afin d'obtenir une structure dans laquelle les plans a-b du graphite pyrolytique sont orientés concentriquement à l'axe de ladite pièce rapportée. 35 On dépose un tube de graphite pyrolytique sur une tige en graphite polycristallin (ayant par exemple 12,7 mm de diamètre et 304 mm de long) dans un four sous vide. Les conditions de dépôt sont les suivantes : 6 litres par minute de gaz naturel, 6 litres par minute d'hydrogène, une température 40 de 2100°C et une pression absolue de 13 mm de mercure. On retire 72 0048?. 5 2121672 la tige intérieure et on usine alors le tube extérieur de façon à ce qu'il ait un diamètre extérieur de 15,85 mm et des pièces rapportées sont coupées à des longueurs de 17,78 mm. On monte à force un de ces tronçons sous forme d'une pièce 5 rapportée dans un manchon de cuivre précédemment décrit et on place l'ensemble sur un pistolet de soudage à l'arc sous atmosphère de gaz avec électrode consommable. On fait travailler £ le pistolet sous 250 ampères en utilisant O,7 m /mm de CO2 et un fil d'acier à teneur moyenne en carbone de 0,762 mm (métal 10 d'apport). On fait travailler la buse comportant la pièce rapportée pendant 80 heures et on ne note qu'une usure minimale. On la nettoie toutes les 8 heures pour enlever les projections de métal. Dans les conditions d'utilisation normale, une buse en cuivre standard est généralement usée au bout de 40 heures 15 et doit être nettoyée toutes les heures. On fabrique le tube de guidage de fil métallique 52 selon des techniques de dépôt similaires de façon à obtenir une structure de graphite pyrolytique dont les plans a-b sont orientés concentriquement à l'axe dudit tube. On remarque à nouveau que le tube est rendu moins adhérent 20 aux projections de métal et que sa durée de vie (par exemple environ 4 heures) est prolongée de façon similaire. Les dimensions du tube de guidage sont typiquement voisines de 0,8 mm de diamètre intérieur et de 76 à loi mm de long ; le diamètre extérieur du tube est voisin de 4,8 mm-6,4 mm. 25 On voit sur les Figures 3 et 4 une pièce rapportée 36A constituée de graphite pyrolytique, emmanchée à force dans le contre-alésage 38A de la buse 30A. Comme le montrent achémati-quement les lignes horizontales parallèles de la Figure 3 et les cercles concentriques de la Figure 4, les plans a-b du graphite 30 pyrolytique de la pièce rapportée sont orientés concentriquement à l'axe de ladite pièce rapportée. La buse 3CA qui comporte facultativement une bride extérieure 50A coulée d'une seule pièce à la partie intérieure de la buse 30A, est montée sur la tête 24A du chalumeau par un mandrin à serrage 46A qui maintient la buse 35 30A en comprimant la bride extérieure 5GA. D'autres modes de réalisation de l'invention seront évidents aux hommes de l'art. Par exemple, la buse d'un chalumeau de soudage à l'arc peut être constituée par du graphite pyrolytique orienté et ne pas comporter de pièces rapportées (voir Figure 5). 40 Sur cette figure, on voit que les plans a-b du graphite pyrolytique 72 00482 6 2121672 sont orientés concentriquement à l'axe de ladite buse, comme le montrent schématiquement les cercles concentriques. La buse 30B peut facultativement être dotée d'un tube de guidage de fil dont la face extérieure est en graphite pyrolytique orienté, 5 comme déjà mentionné. On obtient le graphite pyrolytique par dépôt de vapeur chimique de graphite à des températures supérieures à environ 2000°C. Il se forme ainsi un graphite pyrolytique très orienté et anisotrope qui est cristallin dans un même plan et qui a des propriétés fortement anisotropes. Par 10 exemple, la conductivité thermique dans ces plans orientés est à peu près 200 fois plus grande que la conductivité thermique dans une direction normale aux plans d'orientation. Le graphite pyrolytique ainsi que les procédés d'obtention de ce dernier sont décrits dans le brevet E.U.A. N° 3.375.308. Voir en particulier 15 les paragraphes débutant colonne 2, ligne 59 et colonne 3, ligne 36. Un autre brevet décrivant le graphite pyrolytique utilisé dans cette invention est le brevet E.U.A. N° 3.410.746. Naturellement, le terme tubulaire employé ici ainsi que dans les revendications annexées englobe non seulement les formes cylindriques 20 mais également les formes coniques. 72 00482 2121672 REVENDICATIONS 1. Pièce rapportée tubulaire pour chalumeau de soudage sous atmosphère de gaz à électrode disposée longitudinalement dans une buse tubulaire conductrice du gaz, caractérisée par le fait 5 qu'elle est constituée de graphite pyrolytique dont les plans a-b sont orientés concentriquement à l'axe de ladite pièce rapportée tubulaire, ce qui rend ladite pièce rapportée réfrac-taire à la chaleur de soudage et à .l'adhérence des projections de métal de soudure et ce qui diminue le dépôt de ces projections 10 et facilite l'enlèvement desdites projections de métal de ladite buse. 2. Buse pour chalumeau de soudage sous atmosphère de gaz, caractérisée par le fait qu'elle comprend la pièce rapportée selon la revendication 1, et un tube de support en matériau 15 réfractaire, ladite pièce rapportée étant montée dans ledit tube de support. 3. Buse selon la revendication 2, caractérisée par le fait que ledit tube de support présente un contre-alésage à l'extrémité de sortie et que ladite pièce rapportée est montée dans 20 ledit contre-alésage. 4. Buse tubulaire pour chalumeau de soudage sous atmosphère de gaz, caractérisée par le fait qu'elle est constituée de graphite pyrolytique dont les plans a-b sont orientés concentriquement à l'axe de ladite buse. 25 5. Buse selon la revendication 2 associée à un tube de guidage d'électrode monté concentriquement à l'intérieur de ladite buse, ledit tube de guidage ayant une surface extérieure en graphite pyrolytique dont les plans a-b sont orientés concentriquement à l'axe dudit tube. 30 6. Buse selon la revendication 4 associée à un tube de guidage d'électrode monté concentriquement à l'intérieur do ladite, buse, ledit tube de guidage ayant une surface extérieure en graphite pyrolytique dont les plans a-b sont orientés concentriquement à l'axe dudit tube.