Brevet FR2500346A1 — publié le 19820827

L'invention concerne un dispositif de guidage et d'alimentation électrique du fil constituant l'électrode consommable dans une installation de soudage à l'arc. Une telle installation de soudage comporte dans un bâti, des moyens d'alimentation de la lance de soudage en fil de métal d'apport, des moyens d'alimentation en courant électrique de soudage et éventuellement des moyens d'alimentation en flux solide pulvérulent, si le soudage a lieu sous flux solide. Le fil constituant ltélectrode consommable est amené au voisinage de la zone à souder et alimenté en courant électrique grâce à un dispositif de guidage et d'alimentation électrique, appelé lance de soudage, qui est fixé sur l'installation de soudage de manière à être alimenté en fil consommable et en courant électrique et qui est constitué par un corps en matériau conducteur, tel que le cuivre, muni de moyens de guidage du fil. La lance de soudage est reliée à l'une de ses extrémités à la tête de soudage de l'installation de façon à recevoir le fil en métal d'apport qui traverse la lance de soudage suivant toute sa longueur pour ressortir à l'extrémité de celle-ci opposée à son extrémité reliée à la tête de soudage. Cette extrémité de la lance de soudage est disposée au voisinage de la pièce à souder pour y amener le fil de métal d'apport. L'alimentation électrique de la tête de soudage permet l'alimentation de la lance qui est en contact direct avec celle-ci. Les moyens de guidage du fil dans la lance de soudage sont d'autre part prévus pour que le fil soit en contact électrique avec la lance pendant son passage dans celle-ci et qu'il soit ainsi alimenté en courant électrique, si bien qu'un arc se forme entre le fil et la pièce à souder au moment où celui-ci sort de la lance à son extrémité voisine de la pièce à souder. De façon à éviter la création d'arc électrique entre l'extrémité de la lance et les parois du chanfrein de soudure, la lance est recouverte d'une couche de matière isolante, par exemple de l'alumine. Dans les dispositifs selon l'art antérieur, la lance est généralement réalisée sous la forme d'un tube de contact constituant, une pièce massive en cuivre percée de part en part d'un orifice calibré pour le passage du fil. Lors de son passage dans l'orifice calibré de la lance, le fil est en contact frottant avec les parois de cet orifice. Le fil pénétrant dans orifice de la lance présente généralement une certaine courbure car il est enroulé sur une bobine de stockage portée par l'installation de soudage. Cette courbure augmente les frottements qui sont responsables d'une certaine ovalisation de l'orifice de la lance au bout d'un certain temps de fonctionnement. Cette détérioration entraîne une modification des paramètres de soudage, puisque l'alimentation du fil en courant électrique ne se fait plus qu'au niveau de zones de faible longueur du conduit de la lance de soudage. Il se produit également des arcs électriques entre le fil et la lance de soudage à l'intérieur du conduit. Par ailleurs, le guidage du fil consommable, ntest plus aussi précis, si bien que ce fil ne débouche plus exactement au niveau de la zone à souder. Dans la demande de brevet français no 2 440 808, de façon à pallier ces inconvénients, on a prévu une bague de guidage ajustée de façon concentrique dans l'extrémité de la lance de soudage. Cette bague est réalisée en un matériau résistant au frottement ayant une bonne conductibilité thermique et électrique. Cependant, dans un tel dispositif, il peut être difficile d'introduire le fil dans -la bague de guidage parfaitement calibrée, en début d'opération. D'autre part, une telle lance de soudage équipée dlune bague de guidage à l'inconvénient d'avoir une faible section de passage du courant, puisque celle-ci se réduit à la section de contact de la bague de guidage. Ceci entraîne un échauffement néfaste de la lance dû à une densité de courant éleva Enfin, même si l'on prévoit de fabriquer la bague dans un matériau résistant au frottement, celle-ci peut présenter une usure prohibitive après un temps d'utilisation plus ou moins long. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de guidage et d'alimentation électrique du fil constituant l'électrode consommable dans une installation de soudage à l'arc, comportant un corps en matériau conducteur relié à l'une de ses extrémités à l'installation de soudage et muni de moyens de guidage du fil suivant sa longueur permettant le contact électrique entre le corps conducteur et le fil et le passage de ce fil depuis l'extrémité du corps conducteur relié à l'installation de soudage, recevant le fil et assurant ltarrivée du courant électrique, jusqu'à l'extrémité opposée où le fil ressort et subit la fusion par l'arc électrique au voisinage de la pièce à souder, ce dispositif de guidage et d'alimentation électrique devant permettre d'avoir une section de passage du courant importante, et un guidage efficace du fil meme après une longue durée de fonctionnement, tout en autorisant une introduction facilitée du fil dans les moyens de guidage de la lance de soudage, en début d'opération. Dans ce but, le corps conducteur comporte deux branches séparées, sensiblement parallèle et dirigées suivant la longueur de ce corps ménageant entre-elles sur une partie de leur longueur, un espace pour le passage du fil sans contact avec ces branches qui sont reliées entre-elles et à l'installation de soudage, à l'une de leurs extrémités, par une pièce de liaison comportant un canal de passage du fil et qui ménagent à leur autre extrémité un passage pour le fil avec contact électrique sur une certaine longueur jusqu'à sa sortie au voisinage de la pièce à souder, un moyen de règlage de l'écartement des deux branches étant d'autre part disposé sur ces branches, dans une position intermédiaire entre les deux extrémités. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, dans le cas d'une machine de soudage à l'arc sous flux solide et à lance verticale permettant le soudage bout à bout de deux viroles d'acier par remplissage d'un chanfrein étroit. La figure l est une vue en élévation de la tête et de la lance de soudage en position de travail. La figure 2 est une vue suivant B de la figure l. La figure 3 est une vue en plan de la lance de soudage. La figure 4 est une vue en coupe suivant A-A de la figure 3. Sur la figure 1, on voit la tête de soudage 1 comportant une pièce de raccordement et d'alimentation électrique 2 à l'intérieur de laquelle vient se fixer la lance de soudage 3 grâce à des trous de fixation 4. Un conducteur électrique 6 permet d'amener le courant électrique à la pièce 2 qui à son tour alimente la lance 3. La lance3 est placée, ainsi qu'il est visible à la figure 2, de façon que sa dimension transversale la plus faible soit dans la direction transversale du chanfrein de soudage 8. Ainsi on peut introduire facilement celle-ci dans les chanfreins étroits. Le fil de soudage 7 débouche à l'extrémité de la lance 3 non reliée à la tête de soudage l au niveau du chanfrein de soudage 8 ménagé entre les pièces 9 et 10 en cours de soudage. Le contact entre le fil 7 et la lance 3, suivant une zone de section importante, ainsi qu'il sera expliqué ci-dessous, permet l'alimentation du fil en courant électrique, si bien qu'un arc électrique éclate entre le fil et les pièces 9 et 10 et que le métal de ce fil se dépose dans le chanfrein 8. Un moyen de stockage et d'alimentation en flux solide 12 et un conduit 13 dont l'extrémité inférieure est reliée à l'extrémité de la lance 3 permettent d'amener le flux 14 au niveau de la zone de soudage. Sur la figure 3, on voit que la lance de soudage comporte deux branches parallèles 15 et 16 reliées entre elles à une de leurs extrémités par une pièce de liaison 17. Les pièces 15 - 16 et 17 sont en cuivre et sont reliées par assemblage à tenon et mortaise et par brasure. La pièce de liaison 17 comporte à sa partie centrale un canal 18 évasé à son extrémité extérieure permettant l'introduction et le passage du fil. Cette pièce de liaison 17 comporte également deux trous 19 et 20 permettant de la relier à la pièce 2 solidaire de la tête de soudage, au niveau des trous 4 dont ltécartement est le même que l'écartement des trous 19 et 20. Sur la plus grande partie de leur longueur, les branches 15 et 16 sont séparées par un espace (e). Le diamètre du trou 18 et la largeur de espace (e) sont supérieurs au diamètre du fil 7, si bien que celui-ci lorsqu'il traverse la lance de soudage suivant la direction longitudinale xx' de celle-ci n'est pas en contact avec la lance sur la première partie de son parcours. Les extrémités des branches 15 et 16 du corps conducteur en cuivre constituant la lance, opposées à la pièce de liaison 17 sont en revanche éloignées l'une de l'autre d'une distance beaucoup plus faible que la distance (e). Ainsi qu'il est visible sur la figure 4, les surfaces en regard des branches 15 et 16 au niveau de leurs extrémités sont usinées de façon à ménager entre-elles un canal de passage du fil 23 d'un diamètre très légèrement supérieur à celui du fil. L'extrémité d'entrée 24 du canal 23 est usinée suivant un tronc de cône permettant de faciliter l'introduction du fil dans le canal 23. En se référant à la figure 1, on voit qu'un dispositif de règlage de l'écartement des branches 15 et 16 de la lance de soudage constitué par un étrier 25 est disposé entre les deux extrémités de ces branches vers la partie basse de celle-ci. Une vis 26 engagée dans un trou taraudé de l'étrier 25 et en appui latéralement sur la branche 15 de la lance de soudage, cependant que l'extrémité opposée de l'étrier est en appui sur la branche 16, permet de règler l'écartement des deux branches 15 et 16. Par ailleurs, ainsi qu'il apparait sur la figure 2, deux lames d'acier 27 et 28 fixées sur les branches 15 et 16 permettent de limiter le rapprochement de ces deux branches à une certaine valeur correspondant exactement au diamètre du fil. On comprend ainsi que pour l'introduction du fil dans la lance de soudage on peut laisser les branches 15 et 16 légèrement écartées si bien que le canal 23 a un diamètre supérieur au diamètre du fil et, qu'avant la mise en fonctionnement de l'installation de soudage, on peut règler l'écartement des branches de façon à ce que la dimension du canal 23 corresponde exactement au diamètre du fil. Celui-ci est alors en contact sur l'ensemble de la longueur du canal 23 avec le corps conducteur constituant la lance de soudage. Si en cours d'utilisation, il apparait une certaine usure des parois du canal 23, il sera possible de règler à nouveau l'écartement des branches et donc la dimension de ce canal par serrage de la vis 26 de l'étrier 25. On voit que les principaux avantages du dispositif suivant l'invention sont de permettre une réalisation très simple de la lance de soudage tout en assurant une grande section de passage du courant d'alimentation du fil, la longueur du canal 23 pouvant être éventuellement augmentée suivant la section du passage désirée, ainsi qu'un guidage et un contact parfait entre le fil 7 et la lance de soudage 3, même après une assez longue période de fonctionnement de la lance de soudage. Par ailleurs, l'introduction du fil est très facile puisque la structure de la lance permet d'avoir accès à celui-ci jusqu'à son entrée dans le canal 23 par la partie tronconique 24 et qu'au moment de l'introduction du fil, le diamètre du canal 23 est supérieur au diamètre du fil. Mais l'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit, elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi qu'on peut imaginer des branches constituant la lance de soudage de formes différentes, un mode d'assemblage de ces branches avec la pièce de liaison 17 différent d'une liaison par brasure et un dispositif de règlage de l'écartement des branches 15 - 16 autre qu'un étrier et une vis. On peut également imaginer la réalisation du corps conducteur constituant la lance de soudage sous forme monobloc, la pièce 17, formant l'extrémité de la lance joignant les deux branches. L'invention s'applique dans tous les cas où l'on utilise une installation de soudage à l'arc avec un métal d'apport sous forme d'un fil. REVENDICATIONS 1. Dispositif de guidage et d'alimentation électrique du fil constituant l'électrode consommable dans une installation de soudage à l'arc, comportant un corps (3) en matériau conducteur, relié à l'une de ses extrémités à l'installation de soudage (1 - 2) et muni de moyen de guidage du fil suivant sa longueur, permettant le contact électrique entre le corps conducteur (3) et le fil (7) et le passage de ce fil, depuis l'extrémité du corps conducteur (3) reliée à l'installation de soudage (1 - 2) recevant le fil et assurant l'arrivée du courant élec- trique, jusqu'à l'extrémité opposée où le fil (7) ressort et subit la fusion par l'arc électrique, au voisinage de la pièce à souder, caracterisé par le fait que le corps conducteur (3) comporte deux branches séparées (15 - 16) sensiblement parallèles et dirigées suivant la longueur de ce corps (3), ménageant entre-elles sur une partie de leur longueur un espace pour le passage du fil (7) sans contact avec ces branches (13 16) qui sont reliées entre-elles et à l'installation de soudage (l - 2) à l'une de leurs extrémités, par une pièce de liaison (17) comportart un canal (18) de passage du fil (7) et qui ménagent à leur autre extrémité un passage (23) pour le fil (7) avec contact électrique sur une centaine longueur, jusqu'à sa sortie au voisinage de la pièce à souder, un moyen de règlage (25 - 26) de l'écartement des deux branches (15 - 16) étant d'autre part disposé sur ces branches (15 - 16) dans une position intermédiaire entre leurs extrémités. 2. Dispositif de guidage et d'alimentation suivant -la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen de règlage de l'écartement des deux branches (15 - 16), est constitué par un étrier (25) dont une extrémité est en appui sur l'une des branches (16) et par une vis (26) engagée dans un trou taraudé pratiqué dans l'étrier (25) et en appui sur l'autre branche (15) du corps conducteur (3). 3. Dispositif de guidage et d'alimentation suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que le passage (23) du fil (7) entre les branches (15 et 16) a son extrémité de sortie a une dimension légèrement supérieure au diamètre du fil, lorsque le moyen de règlage (25 - 26) de l'écartement des branches (15 - 16) n'agit pas sur celles-ci, pour permettre une introduction facilitée du fil (7) dans le canal de la lance de soudage. 4. Dispositif de guidage et d'alimentation suivant l'une quelconque des revendications 1 - 2 et 3 caractérisé par le fait que des pièces d'écartement (27 - 28) sont fixées respectivement sur les branches (15 - 16) pour limiter le rapprochement de celles-ci sous l'effet du moyen de règlage (25 - 26).