Brevet FR2121671A1 — publié le 19720825

212U71 Cette invention concerne la buse 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 et sort de la buse du chalumeau 5 de façon à isoler de l'atmosphère extérieure ]a zone de soudage et à la protéger contre l'action des impuretés de l'atmosphère. La paroi intérieure de la buse reçoit les projections du métal d'apport, et doit être nettoyée au bout d'un temps relativement court (environ 4 minutes d'utilisation). Ce problème 10 des projections de métal d'apport ainsi que les températures extrêmement élevées atteintes au cours du soudage (environ 3300°C-6700°C) limitent la durée de vie utile d'une buse type utilisée aujourd'hui dans les chalumeaux de soudage industriels. La durée de vie d'une buse dépend des conditions opératoires; 15 dans des conditions sévères, la buse doit être remplacée au bout de 2 à 4 heures. Cette invention prévoit une surface de carbone pyrolytique qui recouvre intérieurement l'extrémité de la buse, ce qui empêche les projections de métal d'apport d'adhérer à la buse ou tout au moins rend cette adhé-20 rence nettement moins grande. En outre, cette invention fournit une buse dont la durée de vie utile est beaucoup plus longue. Par suite de l'adhérence réduite des projections de métal, il faut beaucoup moins d'effort et beaucoup moins de temps pour nettoyer la surface de carbone pyrolytique. 25 La buse amovible du chalumeau de soudage sous atmosphère de gaz est revêtue intérieurement d'une pièce rapportée en matériau composite contenant du carbone pyrolytique, ce qui augmente la durée de vie de le. buse et ce qui rend la surface intérieure de la buse moins adhérente aux projections de métal 30 de soudure et ce qui facilite par là-même le nettoyage. Pour- y parvenir on monte une pièce rapportée tubulaire en matériau composite revêtu de carbone pyrolytique à l'intérieur de l'extrémité de sortie de la buse. Le carbone pyrolytique peut être légèrement anisotrope ou fortement anisotrope sous forme de 35 graphite pyrolytique. Le revêtement est déposé sur un support tubulaire approprié, tel que le graphite polycristallin ou de préférence un feutre carbonisé. Le feutre est revêtu par imprégnation de carbone pyrolytique et peut présenter une couche extérieure supplémentaire de graphite pyrolytique. Cette pièce 40 rapportée en matériau composite revêtu© de graphite pyrolytique 72 00481 2121671 contenant un feutre carbonisé est de beaucoup prëf éjée par suite de sa durabilité remarquable dans les conditions de service sévères. Les nouvelles caractéristiques et avantages de la présente 5 invention deviendront évidente aux hommes de l'art après la lecture de la description suivante avec référence aux dessins annexés dans lesquels les numéros de repère identiques désignent des pièces similaires et dans lesquels : La Figure 1 est une vue schématique d'un chalumeau de 10 soudage sous atmosphère d'azote équipé des appareils connexes et de la pièce à souder, ledit chalumeau présentant une buse amovible qui incorpore l'un des modes de réalisation de cette invention ; La Figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la 15 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 dans lequel se trouve incorporée une buse représentant un autre mode de réalisation de cette invention ; et 20 La Figure 4 est une vue en coupe prise selon la ligne 4-4 de la Figure 3. Comme le montrent les Figure 1 et 2, on utilise un chalumeau lo de soudage à l'arc sous atmosphère de gaz de façon à former une soudure 12 entre les plaques d'acier 14 et 16. Le 25 chalumeau 10 est raccordé à une alimentation en gaz 18 qui est par exemple une source de gaz telle que l'argon ou le gaz carbonique et à une source de métal d'apport ou fil de métal 20 qui est par exemple un fil d'a-cier enroulé sur une bobine. Une source d'énergie électrique 22 qui peut fournir du courant soit 30 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 de chaleur 24 à l'intérieur duquel est disposée longitudinalement l'électrode ou fil de métal 26 qui est une électrode consommable amenée par une source de fil de métal 20. 35 Le gaz de protection repéré par les flèches 28 s'écoule en traversant la tête du chalumeau 24 autour de l'électrode métallique consommable 26 afin de l'isoler de l'atmosphère extérieure. La tête 24 du chalumeau comporte une buse amovible 30 qui est représentée en^tail sur la Figure 2. La buse 30 est montée 40 de façon amovible à l'intérieur de la tête 24 du chalumeau à 72 00481 l'aide d'un bossage fileté 32 qui est vissé dans la partie taraudée de la tête du chalumeau 24. La buse 30 est amovible de façon à faciliter son remplacement. Un certain nombre de buses 30 sont fournies de façon à permettre leur remplacement. 5 Le système décrit sur la Figure 1 comporte les chalumeaux sous atmosphère de gaz carbonique ainsi que les chalumeaux sous atmosphère de gaz inerte avec électrode consommable (métal d'apport). Cette invention peut également s'appliquer aux autres types de systèmes de soudage sous atmosphère de 10 gaz inerte avec électrode réfractaire tels que les systèmes de soudage à électrode en tungstène, aux dispositifs de, soudage à l'arc immergé, etc. L'extrémité extérieure de la buse 30 représentée sur la Figure 2 est revêtue sur sa face intérieure de carbone 15 pyrolytique grâce à la pièce rapportée tubulaire 36. La pièce rapportée 36 est montée à force dans l'extrémité de la buse 30. Cet assemblage serré ou à force s'obtient par exemple facilement par serrage à la presse ou frettage à chaud. La buse 30 qui est par exemple en cuivre est chauffée à environ 600°C et 20 la pièce rapportée 36 est montée à force dans cette dernière. Lorsque la buse 30 se refroidit, on réalise un ajustage serré ou ajustage à force. On peut utiliser tout autre moyen approprié de fixation tel que serrage par collier, emboutissage, rivetage, brasage ou cimentation par haute température. L'ensemble de 25 la buse 30 peut être faite avec le même matériau composite que la pièce rapportée 36 mais on fabrique des buses résistantes et économiques de la manière décrite ici. La pièce rapportée tubulaire 36 est par. exemple faite selon les exemples suivants : 30 EXEMPLE I Revêtement de graphite pyrolytique sur un substrat de graphite On usine un cylindre en graphite polycristallin à partir d'une barre de base. On revêt ce cylindre de graphite pyrolytique dans un four sous vide à température élevée en ytilisant 35 un flux de méthane gazeux à 2100°C et sous une.pression de 5 mm de façon à obtenir un revêtement de graphite pyrolytique d'environ 0,13 mm d'épaisseur. EXEMPLE II Feutre imprégné de carbone pyrolytique 40 On imprègne un feutre aiguilleté de rayonne carbonisée de 72 00481 4 carbone pyrolytique en plaçant les feuilles du feutre carbonisé dans un four sous vide et en les traitant à 1100°C sous une pression de 5 mm de méthane pendant une durée voisine de 20 heures. On usine alors les feuilles pour former une pièce rapportée 5 ayant la forme d'un cylindre et on les traite ensuite dans le four sous vide pendant encore 60 heures dans les conditions mentionnées plus haut de façon à obtenir une masse volumique 3 de 1,4 g/cm . On emboutit alors ces pièces rapportées dans les buses en cuivre. 10 Sinon on peut tout d'abord donner au feutre carbonisé une forme tubulaire, puis l'imprégner de. carbone pyrolytique. Un quelconque type de tissu ou de feutre carbonisé convient parfaitement. EXEMPLE III 15 Feutre imprégné de carbone pyrolytique portant à sa surface un revêtement supplémentaire On traite les pièces rapportées comme-dans l'Exemple II, puis on les revêt de graphite pyrolytique comme décrit dans l'Exemple I avant de les emboutir dans les buses en cuivre. 20 Le revêtement n'a que 0,013 mm d'épaisseur. Reportons-nous maintenant à la Figure 2 : la pièce rapportée 36 est formée comme dans l'Exemple I et porte à sa surface un revêtement extérieur de graphite pyrolytique 40 déposé sur un support cylindrique 42 en graphite polycristallin. 25 Dans les Figures 3 et 4, on voit une pièce rapportée 36JV fabriquée selon le mode opératoire de l'Exemple. III et dont le revêtement extérieur 44A au graphite pyrolytique est déposé sur un support tubulaire 45A imprégné de carbone pyrolytique comme décrit dans l'Exemple III. La buse 30A est montée dans 30 la tête 24A du chalumeau de soudage par un mandrin à serrage 46A qui maintient la buse 3QA en comprimant une bague en 0 50ft: constituée en une matière élastomère résistant aix températures élevées. Les termes graphite pyrolytique et carbone.pyrolytique 35 sont largement utilisés et bien compris. Le carbone pyrolytique est constitué par du carbone formé par dépôt de vapeur chimique à des températures supérieures à environ 700°C, et le graphite pyrolytique est une forme cristallisée du carbone pyrolytique qui se forme par dépôt de vapeur chimique à des températures 40 supérieures à environ 2000°C. Les cavités pyrolytiques types 72 00481 s 212167:. permettant de préparer ces matières anisotropes sont mentionnées dans les Exemples I, XI et III. Le graphite pyrolytique et les procédés permettant de l'obtenir sont en outre décrits dans le Brevet E.U.A. No. 3.375.308. Voir en particulier le 5 paragraphe qui commence dans la colonne 2, ligne 59 et dans la colonne 3, ligne 56. Un autre brevet qui décrit le graphite pyrolytique utilisé dans cette invention est le Brevet E.U.A. No. 3.410.746. Une pièce rapportée type pour cette invention a les di-ÎO mensions suivantes : diamètre extérieur : 15,8 mm; diamètre intérieur : 12,7 mm et longueur : 19 mm. Un revêtement pyrolytique utile pour cette invention peut avoir une épaisseur comprise entre environ O,0127 mm et 2,5 mm; il a par exemple une épaisseur de 0,127 mm. 15 On va maintenant étudier le fonctionnement des chalumeaux de soudage à l'arc sous atmosphère de gaz dans lesquels sont incorporées ces pièces rapportées. ESSAI A On introduit dans des buses de chalumeaux trois types 20 de pièces rapportées fabriquées selon les Exemples I, II et III et on les essaie dans des chalumeaux de soudage sous atmosphère de gaz dans des conditions opératoires identiques en utilisant un fil métallique de 2,3 mm et en effectuant les mêmes opérations de soudage sur des plaques en acier normalisé. On fait travailler 25 une buse en cuivre conventionnelle d'une manière identique afin qu'elle puisse servir de témoin. On effectue l'essai pendant une durée de 20 heures. Il faut pour nettoyer la buse témoin une durée de 206 minutes par suite du dépôt de métal de soudure dû aux projections. Pour nettoyer la buse de l'Exemple I il ne 30 faut que 34 minutes. Pour nettoyer celle de l'Exemple II il faut 28 minutes et pour nettoyer la buse de l'Exemple 33 il faut 22 minutes au total. ESSAI B On fait travailler quatre des buses en matériau composite 35 du type de l'Exemple III dans trois ateliers de soudage différents On fait travailler trois d'entre elles pendant 60 heures et il ne se produit qu'une érosion minimale avant l'achèvement de l'essai. On fait travailler la quatrième buse pendant 870 heures avant d'achever 40 l'essai. Toutes les quatre buses restent dans un état excellent 72 00481 6 2121671 et nécessitent un nettoyage moins fréquent et plus facile que la buse témoin. ESSAI C On fait travailler une buse en matériau composite construite 5 selon le mode opératoire de l'Exemple III pendant 479 heures sans qu'il se produise d'altération apparente en utilisant un chalumeau de soudage sous atmosphère de gaz inerte avec électrode consommable fonctionnant dans les conditions suivantes : courant de 170 à 360 ampères, gaz composé de 70% de C02 et 10 de 30% d'argon et fil en acier inoxydable à faible teneur en carbone de 4,7 mm. 72 00481 7 REVENDICATIONS 1. Pièce rapportée tubulaire en matériau composite pour chalumeau de soudage sous atmosphère de gaz à électrode disposée longitudinalement dans une buse tubulaire conductrice du gaz, 5 caractérisée par le fait qu'elle comprend un support tubulaire sur lequel est déposé un revêtement de carbone pyrolytique, ce qui permet à la pièce rapportée.de résister à la chaleur de soudage et aux projections de métal de soudure et ce qui facilite l'enlèvement desdites projections de métal de ladite 10 buse. 2. Pièce rapportée selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit support est essentiellement constitué de graphite polycristallin. 3. Pièce rapportée selon la revendication 2, caractérisée 15 par le fait que ledit revêtement a une épaisseur d'environ 0,013 mm à 0,25 mm. 4. Pièce rapportée selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit support est essentiellement constitué de feutre carbonisé et que ledit revêtement imprègne ledit feutre. 20 5. Pièce rapportée selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'elle peut porter à sa surface un revêtement supplémentaire de graphite pyrolytique. 6. Pièce rapportée selon la revendication 5, caractérisée par le fait que ledit revêtement de graphite pyrolytique a 25 une épaisseur d'environ 0,013 mm à 0,25 mm. 7. 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 réfrac-taire, ladite pièce rapportée étant montée dans ledit tube 30 de support. 8. Buse selon la revendication 7, 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 ledit contre-alésage.