Brevet FR2170983A1 — publié le 19730921

La présente invention concerne un dispositif dlamo*-5ege d'un arc de soudage sous flux protecteur et plus particulièrement une électrode auxiliaire reliée à la masse qui facilite l'amorçage de l'arc dans l'appli#ation des procédés T.I.G. et M.I.G. avec ou sans métal d'apport, principalement lorsque, du fait de I1automa- tisme de l'installation, on peut être porté à utiliser des distances inhabituelles pour le démarrage de l'opération. On sait que les soudeuses habituellement utilisées pour mettre en oeuvre ces procédés ont à leur extrémité caté arc une buse constituée dans un matériau réfractaire et isolant qui délimite la torche du coté de l'électrode où s'amorce l'arc. Au moment de l'amorçage la haute tension appliquée sur lté- lectrode crée un champ qui charge électriquement la buse réfractaire. La répartition des lignes équipotentielles à l'extérieur de la-buse s'oppose alors à l'ionisation du gaz à l'intérieur de la buse et l'amorçage de l'arc en est retardé. En conséquence, l'invention a pour objet un procédé pour augmenter le pouvoir disruptif de déclenchement d'un arc électrique et un appareil dans lequel une électrode auxiliaire reliée à là masse est disposée extérieurement à la buse, cette électrode auxiliaire limitant le champ électrique à l'intérieur de la buse, ce qui favorise l'ionisation du gaz et par suite l'amorçage de l'arc. L'invention a également pour objet d'exploiter la chute de pression qui se produit danttétranglement du flux gazeux avant la sortie de la buse lorsque son bec est pincé, ce qui augmente le pouvoir disruptif d'amorçage de l'arc. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés, et donnant à titre indicatif mais nullement limitatif une forme de réalisation de l'invention. Sur ces dessins la figure 1 est une vue en coupe d'une buse de torche de soudage de l'art antérieur avec un tracé indicatif des lignes équipotentielles; la figure 2 est une vue analogue avec un tracé indicatif de l'écoulement du flux gazeux; la figure 3 est un schéma de principe; la figure 4 est une vue analogue à celle des figures 1 et 2 d'un dispositif suivant l'invention; la figure 5 est un diagramme explicatif. On voit sur la figure i une buse réfractaire classique 1 à l'intérieur de laquelle une électrode de soudage 2 soumise au potentiel élevé d'une source à haute tension est en position d'amorçage de l'arc de soudage en face d'un assemblage à souder 3. On voit que toutes les lignes équipotentielles 4 sont disposées extérieurement à la buse 1, entre celle-ci, portée pratiquement à la tension de travail,-et la pièce 3 qui est à la masse. Dans ces conditions, il n'existe pas à l'intérieur de la buse sur le parcours d1 de tendance à l'ionisation des gaz qui affluent, comme on le voit sur la figure 2, suivant l'écoulement suivant les flèches ri du flux 5 , et l'amorçage de l'arc en est retardé. L!invention a donc pour objet de modifier la position du champ des lignes de force en disposant sur la torche 10 une électrode à la masse 8 au voisinage et à l'extérieur de la buse i, comme on le voit sur la figure 4, ce qui a pour effet de contenir à l'intérieur de la buse les lignes équipotentielles 9 et de permettre l'ionisation du gaz protecteur. De plus, si le bec 6 de la buse 1 est pincé, et mme si l'on a recours au dispositif classique dit "gas lens" de stabilisation de l'écoulement gazeux, les lignes du flux s'étranglent avant la sortie de la buse. On se trouve alors en présence du phénomène appelé "paradoxe de Venturi" selon lequel (figure 3) Si étant la section du goulot U1 la vitesse du fluide 7 qui s'écoule suivant les flèches t la lasection de la sortie élargie u2 la vitesse du fluide qui s'échappe suivant les flèches f3 P1 la pression au niveau de l'étranglement P2 la pression à la sortie on a. en vertu de la formule de Bernouilli où p est la masse spécifique du#l#tiide. On voit donc que sur le trajet référencé d1 la pression est notablement plus faible que la pression P2 à la sortie de la buse. L'invention a donc pour second objet d'exploiter cette particularité en la combinant avec la concentration du champ électrique à l'intcrieur de la buse de façon à obtenir, suivant la loi de Paschen, un produit: "pression p x distance d " favorable vis-à-vis du potentiel disruptif. En effet, on voit que, si p1 Le potentiel disruptif augmente en effet relativement vite avec le produit p x d (figure 5) par rapport à la partie basse de la courbe et il est souhaitable que le déclenchement d'un arc se fasse pour une distance torche-pièce d2 la plus grande possible. Conformément à l'invention, la décharge est encore facilitée par la faculté que possède une différence de potentiel à haute fréquence de passer à travers un milieu isolant par capacité. La décharge est entretenue après l'amorçage dans le flux de gaz ionisés à l'extrémité il de l'électrode. il va de soi que la présente invention a été décrite cidessus à titre d'exemple préférentiel indicatif mais nullement limitatif et que l'on pourra introduire toute équivalence dans ses éléments constitutifs sans sortir de son cadre défini. par les revendications annexées. REVEl:DicATIONs 1 - Procédé d'action sur le pouvoir disruptif de l'amorcage d'un arc sous flux gazeux, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: établir un champ électrique à l'intérieur du flux gazeux et amorcer l'arc en tirant parti d'une diminution de la pression d'écoulement du flux au niveau de ce champ. 2 - Torche pour mettre en oeuvre le procédé de la rerendi- cation 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une buse en matériau réfractaire, une électrode axiale à l'intérieur de la buse, un dlspositif d'alimentation en haute tension de l'électrode, un dispositif d'écoulement d'un flux gazeux à l'intérieur de la buse, le long de l'électrode, une électrode auxiliaire à la. masse appliquée le long de la paroi de la buse, le bec de la buse étant pincé de façon à provoquer un étranglement du flux gazeux avant sa sortie du bec. 3 - Torche de soudage suivant la revendication 1, caracté- risée en ce qute champ électrique à l'intérieur de la-buse étant établi sur une distance d1 caractéristique structurale de labri cation, l'amorçage de l'arc de soudage au moyen de la torche sur une pièce à souder reliée à la masse se déclenche pour une distance ce électrode-pièce d2 relativement grande par rapport à la distance d1 pour un pouvoir disruptif donné sur la base du produit de la pression du gaz à l'intérieur de la torche par la distance caractéristique structurale d1. 4 - Machine à souder, caractérisée en ce qu'elle comprend une torche suivant la revendication 3 et un dispositif de lentille électrostatique connu sous la désignation "arc lens" adapte à la buse. 5 - Machine à souder automatique, caractérisée en ce qu'elle comprend une torche suivant la revendication 3 et un dispositif de lentille électrostatique connu sous la désignation "arc lens"' adapté ~ la#ursc#e. de soudage suivant l'une quelconque des revendi- cations 2 et 3,caractérisée en ce qu'une tension de polarisation alternative où continue est éventuellement appliquée. 7 - Cordon de soudure obtenu au moyen d'une torche de soudage suivant l'une quelconque des revendications 2,3 et 5,caracté- risé en ce que la zone fondue est particulièrement régulière