Brevet FR2358233A1 — publié le 19780210

La présente invention concerne un outil de soudage électrique avec un circuit de refroidissement comprenant une tubulure d'alimentation en réfrigérant de la zone dégageant de la chaleur et a refroidir, ainsi qu'une tubulure d'évacuation du réfrigérant de cette zone. De tels outils de soudage, qui peuvent être des pistolets de soudage, pistolets de soudage en atmosphère' protégée, porte-électrode ou autres, sont connus dans les formes de réalisation les plus diverses. Les sollicitations électriques et thermiques de ces outils de soudage risquent de produire de forts échauffements. Il est donc apparu avantageux de recourir a des dispositions particulières, pour limiter l'échauf- fement des pièces sollicitées thermiquement dans des limites évitant tout dérangement fonctionnel et toute usure importante. La limitation de l'échauffement est obtenue par l'emploi de matériaux bons conducteurs de la chaleur, l'augmentation des masses ou surfaces et/ou la circulation forcée de réfrigérants gazeux ou liquides, tels que gaz carboniques, air, azote, eau, huile, fréon, etc. On connait par exemple des pistolets de soudage en atmosphère pro tétée des types les plus divers, dans lesquels le réfrigérant, de l'eau de préférence, est dirigé vers la zone de la pointe de contact et la buse a gaz par des canaux séparés. Dans la zone dégageant de la chaleur, une bonne transmission thermique est assurée vers le réfrigérant qui arrive dans le canal, puis est évacué après échauffement. La cession de chaleur s'effectue donc essentiellement dans la zone où cette chaleur est produite, a savoir au voisinage de la pointe de contact et de la buse a gaz. L'invention a pour objets d'assurer une évacuation particulièrement efficace de la chaleur et de réaliser un outil de soudage compact, de production économique et adaptable aux exigences les plus diverses. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, une surface agrandie est réalisée sur pratiquement toute la longueur des tubulures d'alimentation et d'évacuation du réfrigérant, afin d'assurer une bonne transmission de chaleur sur cette longueur, une masse appropriée d'un matériau bon conducteur de la chaleur produisant un bon flux thermique entre la zone dégageant de la chaleur et l'autre zone, comprenant les tubulures d'alimentation et d'évacuation du réfrigérant. Le principe de l'invention consiste a ne pas évacuer seulement la chaleur dans la zone ou elle est produite, mais a utiliser l'écoulement total du réfrigérant dans l'outil de soudage pour l'évacuation de la chaleur, c'est-à-dire à produire une transmission thermique dans l'ensemble de l'outil. Ce résultat est obtenu par une bonne transmission thermique entre la zone dégageant de la chaleur et le reste de l'outil, ainsi que par une bonne transmission thermique dans la zone ou le le réfrigérant circule vers la zone dégageant de la chaleur, grâce à la.réalisation de grandes surfaces de transmission de la chaleur. Il n'y a donc pas de division du circuit de refroidissement en une zone d'alimentation et d'évacuation, sans transmission thermique notable, et une zone de transmission thermique. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, un second circuit de refroidissement identique est branché en parallèle avec le premier, entre l'entrée et la sortie du réfrigérant. La réalisation de l'outil de soudage sous forme d'un corps tubulaire permet de loger les deux circuits de refroidissement dans des tubes concentriques. Les espaces annulaires ainsi formés sont divisés chacun suivant leur section en moitiés séparées, dont une assure l'alimentation en réf ri- gérant et l'autre son évacuation, l'accroissement de surface étant obtenu au moyen de gorges longitudinales dans les espaces annulaires correspondants. Dans cette forme de réalisation, deux espaces annulaires sont disposés concentriquement dans des tubes. Chaque espace annulaire est divisé sensiblement en deux moitiés suivant la section, une assurant l'alimentation en réfrigérant et l'autre son évacuation. La surface, fortement agrandie par des gorges longitudinales, assure déjà une bonne absorption de chaleur dans cette zone. Le résultat est encore amélioré par le fait que les gorges longitudinales sont plates et offrent ainsi une grande surface, sur laquelle la chaleur est évacuée par le liquide en mouvement. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'outil est réalisable sous forme de pistolet de soudage ou de pistolet de soudage en atmosphère protégée. Dans le cas de sollicitations thermiques particulièrement importantes, et selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, un troisième circuit de réfrigérant peut être prévu dans la buse à gaz, en parallèle avec le second. La buse a gaz employée peut être réalisée de diverses façons. Il n'y a qu'un écoulement relativement court dans la partie adjacente de la buse a gaz, ou cette dernière comprend des demi-espaces annulaires avec des gorges longitudinales, s'étendant jusqu'a la pointe de la buse. Lorsque l'outil est réalisé en pistolet de soudage en atmosphère protégée, l'alimentation en gaz inerte peut se faire de façon connue par un espace annulaire, situé suivant la section entre les deux espaces annulaires concentriques du premier et du second circuit de réfrigérant. Cet espace annulaire destiné aux gaz inertes peut aussi être muni de gorges longitudinales, réalisées dans un tube en matériau isolant électrique, de façon à isoler électriquement la zone de la buse a gaz de la zone de la pointe de contact. Cette forme de réalisation s'est révélée être particulièrement économique et compacte, car on dispose pour toutes les canalisations de fluide d'espaces annulaires concentriques dans des tubes appropriés, avec des gorges longitudinales. Le corps ainsi réalisé se plie facilement pour présenter la forme requise. Le filetage d'extrér,lité du corps tubulaire interdit avantageusement des moments fléchissants sur la zone comprenant les bagues d'étan chéité et les gorges annulaires, au début du troisième circuit de refroidissement. Cette construction est mécaniquement très stable et se traduit par une charge uniforme. Elle permet en outre le montage de buses a gaz différentes sur le même outil de soudage. L'expérience montre que l'eau est un réfrigérant particulièrement bien adapté a. cet usage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'exemples de réalisation et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est la coupe, suivant l'axe I-I de la figure 7, de l'extré- mité d'un pistolet de soudage en atmosphère protégée, opposée a la buse à gaz et a la pointe de contact; la figure 2 est la coupe de l'autre extrémité du pistolet de soudage en atmosphère protégée de la figure 1; la figure 3 est une élévation correspondant a la figure 2, illustrant le montage d'une autre forme de réalisation de la buse à gaz; la figure 4 est une élévation avec coupe partielle illustrant l'utilisation de la buse selon figure 3; la figure 5 est la coupe suivant l'axe CD de la figure l; la figure 6 est la coupe suivant l'axe EF de la figure 1; la figure 7 est la coupe suivant l'axe GH de la figure i; la figure 8 est la coupe suivant l'axe AB de la figu#re 1; la figure 9 représente une forme de réalisation simple de pistolet de soudage en atmosphère protégée selon l'invention, avec un circuit de refroidissement; la figure 10 représente un pistolet de soudage en atmosphêre protégée semblable celui de la figure 9, mais avec un second circuit de refroidissement en parallèle avec le premier; la.figure 11 représente un pistolet de soudage en atmosphère protégée semblable a celui de la figure 10, mais avec un troisième circuit de refroidissement en parallèle avec le second dans la buse a gaz; et la figure 12 est la coupe suivant l'axe JK#des figures 2 et 11. Le pistolet de soudage en atmosphère protégée, selon la forme de réalisation des figures 1, 2, 5, 6, 7, 8 et 12, est décrit en premier. Il comprend un corps tubulaire 1, formant le tube extérieur dans lequel se trouvent d'autres tubes. Un carter initial 2 élargi du corps tubulaire 1 est formé à ltèx- trémité représentée sur la figure 1. Il lui correspond un carter final 3 sur la figure 2. Un carter d'alimentation 4 est relié au carter initial 2. Ces deux carters sont isolés électriquement par un manchon 5. Des bagues 6 assurent l'étancheite des canaux parcourus par les divers fluides dans cette zone. La longueur du manchon isolant 5 est relativement grande dans la zone des alésages 12 et 22, afin d'y interdire la formation d'une pile locale et par suite une corrosion. Le tube intérieur 7, comprenant un alésage 8, constitue le logement du fil d'apport. L'alimentation en réfrigérant se fait par la tubulure 10 et son évacuation par la tubulure 9 Acf. figures 9 a 11). La tubulure d'évacuation du réfrigérant 9 est reliée, par une dérivation il dans le carter d'alimentation 4, a un alésage 12 d'évacuation du réfrigérant du second circuit de refroidissement. Un canal de réfrigérant 13 du second circuit de refroidissement, dans lequel débouchent les gorges longitudinales 14 d'evacuation du second circuit, aboutit a Cet alésage 12. Les gorges longitudinales 15 d'évacuation du premier circuit de refroidissement débouchent dans la dérivation 11 d'évacuation. L'évacuation du réfrigérant, représentée sur la figure 1 et se terminant en 9, correspond a l'alimentation, qui commence en 10. La distribution des divers circuits de refroidissement et la réalisation constructive sont illustrées notamment par les figures 5 a 7 et 8. Par raison de clarté, les pièces situées à l'intérieur du tube isolant 19 et représentées sur la figure 7 ne le sont pas sur la figure 6. Il en est de même pour les pièces 7, 20 et 19, situées dans le tube intérieur 18 sur la figure 5. L'évacuation du réfrigérant a partir des gorges longitudinales 14.s'effectue par les alésages et canaux 13, 12, il et 9; l'alimentation en réfrigérant s'effectue de même à partir de 10, par une dérivation d'alimentation 21 (cf. figure 7). Le réfrigérant circule ensuite dans l'alésage 22 pour l'alimentation du second circuit de refroidissement, réalisé dans le manchon isolant 5, Cet alésage 22 aboutit un canal 23 d'alimentation du second circuit de refroidissement (cf. figure 5). Les deux circuits de refroidissement sont logés dans des espaces annulaires concentriques, comme le montrent en particulier les figures 8 et 5 a 7. Les espaces annulaires sont divisés chacun suivant leur section en deux moitiés. Une moitié assure l'alimentation en réfrigérant et l'autre son évacuation. Sur la figure 8, l'espace annulaire du second circuit de refroidissement est réalisé dans le corps tubulaire. L'alimentation en réfrigérant s'effectue par des gorges longitudinales 16 sur une moitié de la section et l'évacuation par des gorges longitudinales 14 sur l'autre moitié. Le tube intérieur 18 assure l'étanchéité entre les gorges longitudinales 14 et 16. Le tube intérieur 18 contient le tube isolant 19 en matière plastique, comportant des gorges longitudinales 27 pour le gaz inerte. Ce dernier alimente ces gorges longitudinales par l'alésage 26 d'un tube 25. Le tube isolant 19 contient le tube extérieur 20 du premier circuit de refroidissement. Ce tube extérieur comprend les gorges longitudinales 17 d'alimentation en réfrigérant sur une moitié de la section et les gorges 15 d'évacuation sur l'autre moitié, pour le premier circuit de refroidissement.Le tube intérieur 7, d'alésage 8, est logé dans ce tube extérieur 20 du premier circuit de refroidissement. Des nervures d'étanchéité 24-et 28 (figures 7 et 5), faisant partie du tube extérieur 20 ou du corps tubulaire 1, séparent les gorges longitudinales 17 d'alimentation des gorges longitudinales 15 d'évacuation du premier circuit de refroidissement, ainsi que les gorges longitudinales d'alimentation 16 des gorges longitudinales d'évacuation 14 du second circuit de refroidissement. Le tube isolant 19 du second circuit de refroidissement, nette ment représenté sur la figure 8, est simplement indiqué par un trait sur les figures 1 et 2, car il #est relativement mince. Les deux ùorges longitudinales 15 et 17 du premier circuit de refroidissement sont réunies par des gorges annulaires 30 dans la zone de la pointe de contact 31. Les gorges longitudinales 14 et 16 sont de même réunies par des gorges annulaires 33 dans le carter final 3. Une bague 32 de distribution du gaz est prévue à la sortie des gorges 27 d'alimentation en gaz inerte. Le boîtier final 3 comprend deux gorges annulaires 34 et 35, décalées longitudinalement et dont l'étanchéité est assurée par des bagues 44. La gorge annulaire 34 est reliée a un canal de liaison 42 et la gorge annulaire 35 à un canal de liaison 43. Ces canaux de liaison 42 et 43 assurent l'alimentation d'un troisième circuit de ref roi- dissement, qui est en parallèle avec le second circuit de refroidissement et se trouve dans la buse à gaz 40. Des gorges longitudinales 37 d'alimentation et des gorges longitudinales d'evacuation 36 sont réalisées dans le corps tubulaire de la buse à gaz 40 pour former ce troisième circuit de refroidissement (cf. aussi figure 12). Une liaison est établie à la partie antérieure par des gorges annulaires 38.La structure de ce troisième circuit de refroidissement est identique à celle du second circuit. Une autre forme de réalisation de la buse à gaz est possible, dans laquelle les gorges longitudinales 36 et 37 sont supprimées et seul un court écoulement de réfrigérant s'effectue dans la buse de forme appropriée, entre le canal de liaison 43 et le canal de liaison 42. Cette forme de réalisation n'est pas représentée. La forme de réalisation selon figures 3 et 4 ne comprend pas de troisième circuit de refroidissement. L'outil utilisé est toutefois le méme que dans le cas des figures 1 et 2, sans la buse à gaz 40. Une bague coulissante 50 est montée sur les gorges annulaires 34 et 35, afin d'assurer leur étanchéité. Un filetage 41 permet de visser un manchon de serrage 51, dans lequel s'enfiche la buse à gaz 52 sans circuit de refroidissement, selon une autre forme de réalisation. Ce filetage 41 sert aussi à la fixation de la buse à gaz 40 selon la forme de réalisation de la figure 2. Il évite la charge mécanique de la zone des gorges annulaires 34, 35 et des bagues d'étanchéité 44 par des moments fléchissants. Les figures 9 a 11 représentent schématiquement divers circuits de refroidissement et formes de réalisation selon l'invention. La figure 9 represente une forme de réalisation simple, avec un circuit de refroidissement dans la zone de la pointe de contact 31. Il, s'agit de nouveau d'un pistolet de soudage en atmosphère protégée, avec des gorges 27 d'alimentation en gaz inerte. La réalisation pratique se fait en glissant simplement les tubes 7, 20, 19 et 19 les uns dans les autres (cf. figures 8 et 12). Le tube 18 constitue alors le tube extérieur de l'ensemble de l'outil de soudage. La forme de réalisation selon figure 10 comprend deux circuits de refroidissement en parallèle dans l'ensemble du corps tubulaire. Un circuit de gaz inerte est de nouveau prévu. La structure de cette forme de réalisation correspond a celle des figures 1, 4 et 8. La forme de réalisation selon figure 11 comprend un troisième circuit d refroidissement en parallèle, dans la buse à gaz 40. Cette forme de réalisation correspond à celle des figures 2 et 12. Les mêmes outils de soudage sont utilisés pour les formes de réalisation selon figure 10 ou Ilr avec d'autres buses a gaz (cf. figure 2 ou figures 3 et 4). Le manchon isolant 5 et le carter initial 2 sont réalisables sous forme d'une seule pièce en matériau isolant, afin d'éviter encore mieux la formation d'une pile locale et la corrosion correspondante. L'invention crée un outil de soudage, et notamment un pistolet de soudage en atmosphère protégée, d'utilisation universelle sous les formes de réalisation les plus diverses. La chaleur produite se répartit bien sur le corps de l'outil et des dispositions constructives appropriées (surface agrandie, etc.l assurent une évacuation de la chaleur sur toute la longueur de l'outil de soudage en atmosphère protégé. La chaleur est pratiquement absorbée puis évacuée de l'entrée jusqu'a la sortie du réfrigérant dans l'outil. Ce système peut être étendus en fonction des sollicitations thermiques. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Outil de soudage électrique avec un circuit de refroidissement comprenant une tubulure d'alimentation en réfrigérant de la zone dégageant de la chaleur et à refroidir, ainsi qu'une tubulure d'évacuation du réfrigérant de cette zone, ledit outil étant caractérisé par la réalisation d'une surface agrandie sur pratiquement toute la longueur des tubulures d'alimentation et d'évacuation du réfrigérant, afin d'assurer une bonne transmission de chaleur sur cette longueur, cependant que ledit outil est constitué par un matériau bon conducteur de la chaleur dans la zone dégageant la chaleur et dans la zone où elle est enlevée, cette dernière comprenant les canalisations d'alimentation et d'évacuation du réfrigérant. 2. Outil de soudage selon revendication 1, caractérisé par un second circuit de refroidissement, en parallèle avec le premier circuit de refroidissement, entre l'entrée et la sortie du réfrigérant. 3. Outil de soudage selon une des revendications 1 et 2, comportant un corps tubulaire et caractérisé en ce que les circuits de refroidissement sont logés dans des espaces annulaires concentriques, une moitié de la section d'un espace annulaire servant a l'alimentation en réfrigérant et l'autre moitié a l'évacuation du réfrigérant; et les surfaces agrandies sont formées par des gorges longitudinales dans les espaces annulaires. 4. Outil de soudage selon une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé par sa réalisation en pistolet de soudage, dont la zone dégageant de la chaleur et à refroidir constitue la pointe de contact. 5. Pistolet de soudage selon revendication 4, caractérisé par réalisation en pistolet de soudage en atmosphère protégée, dont la pointe de contact et la buse a gaz constituent la zone dégageant de la chaleur et a refroidir. 6. Pistolet de soudage en atmosphère protégée selon revendications 5 et 2, caractérisé en ce que le premier circuit de refroidissement aboutit dans la zone de la pointe de contact et le second dans la zone de la buse a gaz. 7. Pistolet de soudage en atmosphère protégée selon revendication 6, caractérisé par un troisième circuit de refroidissement en parallèle entre le second circuit de refroidissement aboutissant la buse a gaz et cette dernière. 8. Outil de soudage selon une quelconque des revendications 3 a 7, caractérisé par des gorges annulaires parallèles dans les zones dégageant de la chaleur et à refroidir, pour l'écoulement du réfrigérant entre les gorges longitudinales d'alimentation en réfrigérant et les gorges longitudinales d'évaucation du réfrigérant. 9. Pistolet de soudage en atmosphere protégé selon revendications 7 et 8, caractérisé par des gorges annulaires, assurant le branchement en parallèle du second et du troisième circuit de refroidissement, décalées longitudinalement et comportant une étanchéité entre elles. 10. Pistolet de soudage en atmosphère protégée selon revendication 6, caractérisé en ce que l'alimentation en gaz inerte s'effectue par un espace annulaire, situé sur la section entre les deux espaces annulaires du premier et du second circuit de refroidissement. 11. Pistolet de soudage en atmosphère protégée selon revendication 10, caractérisé en ce que espace annulaire du gaz inerte comporte également des gorges longitudinales, réalisées dans un tube en matériau isolant électrique, qui isole électriquement la zone de la buse à gaz de la zone de la pointe de contact. 12. Pistolet de soudage en atmosphère protégée selon revendications 7 et 9, caractérisé en ce que les gorges annulaires, décalées sur l'extrémité du corps tubulaire servant à la fixation de la buse à gaz, sont ouvertes vers l'extérieur et séparées par des bagues d'étanchéité; et la buse à gaz coulisse sur les gorges annulaires ouvertes de façon que le troisième circuit de refroidissement se trouve dans le corps de ladite buse. 13. Pistolet de soudage en atmosphère protégée selon revendications 8 à 12, caractérisé par un espace annulaire pour le troisième circuit de refroidissement dans le corps de la buse a gaz, une moitié de la section de l'espace annulaire servant à l'alimentation en réfrigérant et l'autre moitié à ltévacuation du réfrigérant; et la surface agrandie est formée par des gorges longitudinales. 14. Pistolet de soudage en atmosphere protégée selon une des revendications 12 et 13, caractérisé par un filetage sur l'extrémité extérieure du corps tubulaire, pour le vissage de buses à gaz différentes. 15. Pistolet de soudage en atmosphère protégée selon revendications 12 et 14, caractérisé par une bague coulissante, glissée sur la zone des gorges annulaires ouvertes vers l'extérieur; et par le vissage d'une buse à gaz appropriée sur ledit filetage. 16. Outil de soudage selon une quelconque des revendications 1 a 15, caractérisé en ce que le réfrigérant est un liquide, et de l'eau de préférence.