Brevet FR2461184A1 — publié le 19810130

e- La présente invention est relative à un dispo- sitif de joint soudable destiné à 4tre utilisé avec des machines à souder automatiques telles qu'un dispositif de soudure à tungs- téensous gaz inerte. Plus particulièrement, l'invention est re- lative à un dispositif de joint soudable qui dirige l'arc de soudure vers un emplacement qui est correctement aligné avec le joint, même si la source de l'arc n'est pas alignée avec le joint. les pièces métalliques se raccordant sont fré- quemment soudées ensemble en utilisant des machines automatiques à souder bien connues, telles qu'un dispositif de soudure à tungstène sous gaz inerte. Lorsque des machines à souder automa- tiques de ce type sont utilisées, l'4rosion de l'extrémité de l'électrode peut être la cause que le contact de l'arc électri- que avec les pièces soudées se fasse sur un c8té du joint au lieu d'être aligné de façon précise avec ce joint. Ce défaut d'alignement de l'arc électrique par rapport au joint peut éga- lement être provoqué par un dégazage du matériau soudé, par une excentricité de la bride qui maintient les pièces à souder, et par d'autres facteurs bien connus. Ce défaut d'alignement de l'arc électrique par rapport à l'emplacement du joint soudé peut avoir pour conséquence que la chaleur se concentre sur un côté du Joint à souder et n'atteigne pas le niveau nécessaire sur l'autre c8té de ce joint soudé, ce qui se traduit par une péné- tration incomplète de la soudure des pièces. La présente invention part de l'art antérieur et éflmine les problèmes mentionnés ci-dessus en créant un dis- positif de joint soudable caractérisé en ce qu'il comporte un premier et un second organes métalliques cylindriques, ces or- ganes présentant des surfacesaxialement en regard, délimitant un joint circonférentiel à souder, un capot annulaire métallique étant disposé radialement vers l'extérieur de ces surfaces et encerclant le joint, ce capot comportant une crête annulaire placée radialement à l'extérieur et alignée radialement avec le joint, ce capot comportant une première et une seconde surfa- ces périphériques s'étendant axialement à partir de la crête dans des directions opposées et s'étendant radialement vers l'in- térieur à partir de cette crête vers ces organes. Il est sou- haitable que les surfaces périphériques délimitent entre elles un angle d'environ 900 jusqu'à environ 150 inclus et de pré- - férence d'environ 1300. Grâce à cette disposition, l'invention prévoit une cr8te précise ou pics et la résistance à l'écoulement de l'énergie en provenance de l'électrode vers la crête est infé- rieure à la résistance à l'écoulement de l'énergie en prove- nance de l'électrode vers tou-beautre partie du capot. cela permet que l'électrode ne soit pas alignée r-dialement par rap- port à la crête et au joint, tout en donnant la certitude que l'arc électrique entrera en contact avec le capot à l'emplace- ment de la crête selon un alignement radial précis avec le joint à souder. Des exemples de réalisation de l'invention vont être exposés plus en détail ci-dessous en se référant aux des- sins ci-joints dans lesquels s - la figure 1 est une vue en élévation latérale d'un assemblage de buse d'injection de mazout utilisant un dispositif de Joint soudable conforme à l'invention, - la figure 2 est une coupe longitudinale à plus grande échelle d'une partie de la buse d'injection de ma- zout représentée sur la figure 1 avant la soudure du joint, l'électrode étant correctement alignée avec ce joint, - la figure 3 est une vue similaire à la figure 2, mais avec l'électrode présentant un défaut d'alignement par rapport au joint. - la figure 4 est une vue similaire aux fi- gures 2 et 3 après que la soudure ait été terminée, -la figure 5 est une coupe longitudinale à plus grande échelle d'une variante de l'invention, la figure 6 est une vue similaire kla figure 5 après que la soudure ait été terminée, En se référant maintenant plus en détail aux dessins, la figure I représente un assemblage de buse d'inJec- tion de mazout destinées à être utilisé dans une turbine à gaz. L'assemblage de buses comporte un bottier de buse 11, un raccord d'entrée de mazout 12 soudé au bottier 11 au joint de soudure 14, et une buse 15 soudée au bottier 11 au joint de sou- dure 16. Le bottier 11 peut contenir un diviseur de débit ou une vanne à section variable (non représentée), telle que la vanne décrite dans le brevet US 3 022 954. La buse 15 peut être une buse à double orifice du type décrit dans le brevet U S 3 024 045. La figure 2 montre la structure du dispositif de joint soudable 14 avant l'opération de soudure. Le bottier 11 comporte une surface périphérique externe cylindrique 17 qui est délimitée par une surface terminale 18 perpendiculaire à l'axe. De façon similaire9 le raccord d'entrée 12 comporte une surface périphérique externe cylindrique 19 qui est délimitée par une surface terminale 20 perpendiculaire à l'axe. Les surfa- ces terminales 18 et 20 délimitent en coopération un joint qui doit être soudé pour assembler le bottier 11 et le raccord d'en- trée 12. Dans un exemple de réalisation préféré, le diamètre des surfaces cylindriques 17 et 19 est de l'ordre de 12,7 à 25,4 mm et l'épaisseur nominale de parois du bottier 11 et du raccord d'entrée 12 adjacent au joint soudé est de l'ordre de 3,175 mm. De matériau constituant les parties du bottier 11 et du raccord d'entrée 12 qui doivent être soudées ensemble est de préférence moulé en acier inoxydable AMS 5362. En variante, ce matériau peut être moulé en acier inoxydable AMS 5754 ou en tout autre matériau convenable. Le dispositif de joint soudable représenté sur la figure 2 comporte en outre un capot métallique annulaire 25. Le capot 25 comporte une crête annulaire aigae s'étendant radia- lement vers l'extérieur 26 qui est radialement alignée avec le joint délimité par les surfaces terminales 18 et 20. La crête 26 a un rayon inférieur à 3,175 mm et dans une réalisation particu- lièrement préférée, le rayon de la crête 26 ne dépasse pas 0,381 mm. De capot 25 comporte également une première et une seconde surfaces périphériques 27 et 28 s'étendant axialement à partir de la crête 26 dans des sens opposés et s'étendant radialement vers l'intérieur à partir de la crête 26 vers les surfaces cy- lindriques 17 et 19. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2, le capot 25 est d'un seul tenant avec le rac- cord d'entrée 12. Toujours en se référant à la figure 2, le con- tour de chacune des surfaces périphériques 27 et 28 dans un plan axial passant par l'axe du bottier 11 et du raccord 12 est une ligne droite, et ces lignes droites délimitent entre elles un angle 29. Pour obtenir une orientation locale correcte de l'arc électrique par rapport au joint défini entre les surfaces 18 et 20, il est souhaitable que cet angle 29 ne soit pas infé- rieur à environ 900 et ne soit pas supérieur à environ 150 . Dans un exemple de réalisation plus particulièrement préféré, cet angle 29 est de 1300. Lorsque le joint soudable représenté sur la figure 2 doit être soudé, le bottier 11 et le raccord d'entrée 12 sont bridés dans une fixation appropriée (non représentée), dans un dispositif de soudure automatique 30, bien connut à tungstène sous gaz inerte. Une électrode 31 du dispositif de soudure 30 est alignée radialement à l'extérieur avec le joint défini par les surfaces 18 et 20. L'intérieur et l'extérieur du bottier 11 et du raccord d'entrée 12 sont purgés avec un gaz inerte approprié, et un arc électrique 32 passe entre l'extré- mité de l'électrode 31 et le capot 25. Du fait que la résistance à l'écoulement de l'énergie en provenance de l'électrode 31 vers le capot 25 est moindre à l'emplacement de la crgte 26 qu'en tout autre emplacement sur le capot 25, et du fait que la cr4te 26 est disposée en étant alignée radialement vers l'extérieur de façon précise avec le joint défini entre les surfaces ter- minales 18 et 20, l'arc électrique 32 est aligné de façon pré- cise avec ce joint, Dans un exemple de réalisation préférés, la tension d'arc entre l'électrode 31 et le capot 25 est maintenue à environ 7,7 Volts. Le bottier 11 et le raccord d'entrée 12 sont alors entrainés en rotation par rapport à l'électrode fixe 31 pour effectuer la soudure autour de toute la circonférence du bottier 11 et du raccord d'entrée 12. Dans l'exemple de réa- lisation particulièrement préféré, la vitesse de rotation est de l'ordre de 1 à 2 révolutions par minute. Il peut se présenter que l'extrémité de l'électrode 31 ne soit pas alignée avec le joint délimité entre les surfaces terminales 18 et 20. Cela peut dtre dû à l'érosion de l'électrode 31, au dégazage des matériaux soudés, ou à d'autres facteurs bien connus. Ce cas o l'électrode 31 n'est pas alignée avec le joint entre les surfaces 18 et 20, est représenté sur la figure 3. Antérieure- ment à la présente invention, ce défaut d'alignement pouvait provoquer une concentration de chaleur sur l'un des c8tés du joint et se traduire par un niveau de chaleur insuffisant sur l'autre cSté de ce joint, se traduisant par une pénétration in- complète de la soudure à l'emplacement du joint. Grâce à la présente invention, cependant,l'arc électrique 32 reste entre 5.- l'électrode 31 et la crête 26, si bien que cet arc électrique 32 reste aligné radialement de façon précise avec le joint. Après l'achèvement de la soudure, le capot 25, le boitier 11 et le raccord 12 sont fondus ensemble pour constituer le joint soudé 14 comme le montre la figure 4, Pour une application correcte de ltinvention, la pente des surfaces périphériques 27 et 28 partant de la crête 26 doit être suffisamment grande pour que la tension d'arc entre l'électrode 31 et la crête 26 reste essentiellement cons- tante lorsque l'extrémité de l'électrode 31 se déplace de 0,635 mm d'un c8té et de l'autre du centre du joint. Si la pente des surfaces périphériques 27 et 28 ne satisfait pas à cette exigence, le dispositif de soudure automatique 30 réagira à la modification de la tension d'arc et déplacera l'électrode 31 radialement d'une manière bien connue, Cela peut provoquer le déplacement de l'arc électrique pour l'éloigner de la crête 26 et se traduire par une concentration de chaleur sur un côté du joint, qui aura pour conséquence une pénétration incomplète de la soudure, L'expérimentation a mis en évidence d'autres avantages. L'un de ces avantages est que la crête 26 procure un guide visuel permettant à l'opérateur d'aligner l'électrode 31 avec le joint entre les surfaces 18 et 20, même si l'opéra- teur ne peut pas voir le joint lui-même après que le bottier 11 et le raccord d'entrée 12 aient été bridés au départ dans le dispositif de soudure automatique. Un autre avantage est que la précision accrue permet de souder selon une bande relative- menté troite pour obtenir une pénétration complète de la sou- dure"dans les pièces à souder. Cela permet d'utiliser des ten- sions d'arc basses et des intervalles réduits entre l'électrode 31 et le joint, ce qui se traduit par une réduction de la ten- dance pour le matériau soudé à fluer vers l'intérieur du bottier Il et du raccord d'entrée 12. Après que l'assemblage de buse d'injection de mazout représenté sur la figure 1 ait été utilisé dans une turbine à gaz pendant un certain temps, il peut être souhaitable de reconstituer lassemblage de buse,. Pour ce faire, la soudure 14 est coupée avec un outil de coupe approprié (non représenté) pour permettre de séparer le boitier 11 et le raccord d'entrée 120 La soudure 16 est coupée de façon similaire pour permettre 6.- 2461184 la séparation du bottier 11 et de la buse 15. Cela est décrit plus en détail dans le brevet U S No 3 709 529. Des procédures appropriées de remise en état sont alors appliquées au bottier 11, au raccord d'entrée 12, et à la buse 15 ainsi qu'aux com- posants qui leur sont associés, et toutes ces pièces sont en- suite resoudées. Le resoudage du joint 14 est effectué en utili- sant le dispositif de joint soudable représenté sur la figure 5. Dans le dispositif de joint soudable de la figure 59 les parties correspondantes à celles représentées sur les figures 2 à 4, sont désignées par les mêmes numéros de référence, mais avec le suffixe a. Le bottier 11a et le raccord d'entrée 12a sont iden- tiques au bottier 11 et au raccord d'entrée 12, à cette excep- tion près que les surfaces terminales 18a et 20a sont séparées l'une de l'autre par une distance axiale d e à la coupe mention- née ci-dessus du joint soudé 14. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 5, le capot 25 d'un seul tenant repré- senté sur les figures 2 et 3 est remplacé par un capot séparé a. Le capot 25a est de préférence usiné à partir du même ma- tériau de base que celui utilisé pour le bottier 1la et le rac- cord 12a. Le capot 25a comporte une partie centrale qui s'étend entre les surfaces 18a et 20a en étant en contact avec elles. Le capot 25a comporte également une partie périphérique avec une crête 26a et des surfaces périphériques rectilignes 27a et 28a. L'étendue axiale des surfaces 27a et 28a est supérieure à la distance axiale entre les surfaces i18a et 20a. La soudure du bottier 11a et du raccord 12a est alors effectuée de la même manière que celle décrite ci-dessus en se référant aux figures 2 à 4 et le résultat 14a de cette soudure est représenté sur la figure 6. - REVEND 1C A T IONS 1.- Dispositif de joint soudable caractérisé en ce qu'il comporte un premier et un second organes métalliques cylindriques, ces organes présentant des surfaces axialement en regard, délimitant un joint circonférentiel à souder, un ceapot annulaire métallique étant disposé radialement vers l'extérieur de ces surfaces et encerclant le joint, ce capot comportant une crête annulaire placée radialement à l'extérieur et alignée ra- dialement avec le Joint, ce capot comportant une première et une seconde surfaces périphériques s'ttendant axialement à par- tir de la cr4te dans des directions opposées et s'étendant ra- dialement vers l'intérieur à partir de cette crête vers ces organes. 2.- Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le contour des surfaces périphériques selon un plan axial est discontinu à l'emplacement de la crête. 3.- Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au moins une de ces surfaces périphériques s'étend selon une ligne essentiellement d4roite dans un plan axial. 4.- Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le contour de chacune de ces surfaces périphéri- ques dans un plan axial est une ligne essentiellement droite. 5.- Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que l'angle compris entre ces lignes droites va d'environ 900 à environ 150 inclus, et est de préférence d'en- viron 1300À 6.- Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 5, caractérisé en ce que la pente de ces surfa- ces est suffisamment raide pour que la tension d'arc utilisée pour souder le dispositif reste essentiellement constante, lors- que la source de cet arc demeure à une distance radiale fixe de ces organes et que cette source se déplace axialement de 0,635 mm à partir du centre du joint. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 6, caractérisé en ce que le capot est d'une seu- le pièce avec l'un des organes. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que le capot est une pièce distincte du premier et du second organes. 8.- 9.- Dispositif selon la revendication 8, carac- téris6 en ce que le capot comporte une partie centrale annulaire disposée entre les surfaces axialement en regard et en contact avec chacune de ces surfaces, ce capot comportant une partie pé- riphérique annulaire disposée radialement vers l'extérieur de la partie centrale et d'un seul tenant avec cette partie centrale, cette partie périphérique ayant une étendue axiale supérieure à la distance axiale entre les surfaces axialement en regard. 10.- Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 9, caractérisé en ce que le premier et le seeond organes constituent chacun une partie d'un assemblage de buse de mazout. 11.- Appareillage pour la mise en oeuvre d'un dispositif de Joint soudable selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 10, appareillage caractérisé en ce qu'il comporte en dehors du dispositif de Joint soudable, un dispositif de soudure automatique, ce dispositif de soudure automatique comportant une électrode adjacente à la crête du dispositif de joint souda- ble de façon qu'un arc électrique présentant une tension d'aró prédéterminée puisse être établi entre cette électrode et la or te.