Brevet FR2506194A1 — publié le 19821126

La présente invention concerne le domaine du soudage électrique et a notamment pour objet une torche de soudage à l'arc sous gaz de protection dans un Joint à fente profonde et étroite. L'invention s'applique notamment au soudage de pièces de forte épaisseur. On connait une torche destinée au soudage à l'arc sous gaz de protection dans un joint à fente profonde et étroite, comprenant une pièce conductrice avec une électrode placée suivant une normale à la surface à souder, et deux buses dont l'une est placée avant et l'autre après l'électrode (suivant le sens de déplacement de cette dernière par rapport à la pièce à souder). La pièce conductrice, les buses et les parois du Joint, forment autour de l'électrode un espace clos rempli de gaz de protection (cf. brevet d'invention France 10 2272781, 1976). Cette construction de la torche n'absurde une bonne protection gazeuse que dans le cas où l'électrode utilisée est placée suivant une normale à la surface à souder. Lorsque la torche en question est utilisée pour souder avec une électrode inclinée, à une grande profondeur du bras, la protection gazeuse devient sensiblement moins efficace. D'autre part, pendant l'exploitation de la torche corsidérée, les buses sont périodiquement obstruées par les éclaboussures de métal fondu. On connaît aussi une autre torche de soudage à l'arc sous gaz de protection dans un Joint à fente profonde et étroite, comprenant une pièce conductrice avec une électrode et une buse à section en O" à doubles parois, ltespace entre ces éléments étant mis en communication avec un tuyau d'amenée de gaz. Une rangée d'orifices horizontaux est pratiquée à la partie supérieure de la paroi extérieure de la buse. Lors du soudage, la pièce conductrice et la buse sont introduites dans le Joint. La buse est alors placée au-dessus de l'arc de façon que l'axe de la buse et l'axe de 1' électrode inclinée se croisent sur le fond du Joint. La protection de l'arc est assurée par le courant de gaz s'écoulant de la buse, tandis que la protection dudit courant de gaz contre les aspirations d'air lors de l'injection est assurée par le gaz carbonique provenant des orifices de la partie supérieure de la buse (ci 0 certificat d'auteur URSS, NO 566432, 13.08.1975). La construction considérée de la torche n'assure pas une protection suffisante de la zone de l'arc et du bain de fusion, par suite de la réduction de la section de passage de la buse, due à l'adhésion des éclaboussures de métal. Les éclaboussures ainsi accumulées peuvent atteindre le bain de fusion et provoquer des défauts dans le cordon de soudure, de sorte qu'il est nécessaire diarrêter périodiquement le soudage et d'enlever les éclaboussures de la torche. D'autre part, la disposition de la buse au-dessus de l'arc rend difficile le contre de la position de l'électrode dans le Joint par rapport aux bords à souder. On s'est donc proposé de perfectionner la torche de soudage à l'arc dans un Joint à fente profonde et étroite de façon à supprimer l'éventualité d'un engorgement de la buse par les éclaboussures de métal fondu et le risque de pénétration des éclaboussures accumulées dans le bain de fusion, ce qui permettrait d'élever la qualité du soudage et le rendement du processus. Ce problème est résolu à l'aide d'une torche de soudage à l'arc sous gaz de protection dans un Joint à fente profonde et étroite, du type comprenant une pièce conductrice avec une électrode, et une buse d'amenée du gaz de protection dans la zone de soudage, communiquant avec un tuyau d'amenée de gaz et présentant au moins une rangée d'orifices horizontaux, caractérisée, suivant l'invention, en ce que la buse est constituée par une chambre close réalisée sous forme d'un coin symétrique dont l'arête vive est orientée vers ltélectrod et se trouve dans le mtme plan que l'axe de cette dernière, et en ce qu'au moins une rangée complémentaire d'orifices dont les axes se trouvent dans un mtme plan sensiblement perpendiculaire aux parois du Joint à souder sont pratiqués dans les parois latérales et le fond de la chambre. Pour assurer une bonne protection gazeuse de la zone de soudage lors de la réalisation de soudures circulaires à différentes courbures, il est rationnel d'équiper la torche d'un écran monté avec possibilité de variation de son angle d'inclinaison par rapport au fond de la chambre, sur la face extérieure de la paroi opposée à l'arate vive de la chambre. La torche de soudage à l'arc dans un Joint à fente profonde et étroite, réalisée en conformité avec la présente invention, assure une bonne protection gazeuse de l'arc et du bain de fusion contre la pénétration de l'air, supprime la pénétration des éclaboussures accumulées de métal dans le bain de fusion, permet de réduire le débit de gaz de protection et de contrôler la position de l'électrode par rapport aux parois du Joint. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d' exemples non limitatifs, avec références au dessin unique non limitatif annexé dans lequel - la figure I représente une vue d'ensemble de la torche de soudage à l'arc dans un Joint à fente profonde et étroite - la figure 2 est une vue de la torche de la figure 1 suivant la flèche A - la figure 3 est une vue suivant III-III de la figure 1. La torche de soudage à l'arc dans un Joint à fente profonde et étroite comprend une pièce conductrice 1 (figures 1,2) dont la partie supérieure est en contact avec la plaque refroidie d'amenée de courant de la tête de soudage(non représentée sur les figures)et une électrode inclinée 2 fixée dans la pièce conductrice 1. A la partie inférieure de la pièce conductrice 1 est fixée rigidement une chambre close 3 en forme de coin à l'extrémité aigus dont l'arête vive est orientéevers l'électrode 2 et se trouve dans le même plan que l'axe de cette dernière. La cavité de la chambre 3 communique avec un tuyau 4 d'amenée de gaz. Une rangée horizontale d'orifices 5 est pratiquée à la partie supérieure des parois latérales de la chambre 3 et, en outressdeux rangées d'orifices 6 sont pratiquées dans les parois latérales et dans le fond de la chambre 3. Les axes des orifices 6 de chaque rangée se trouvent dans un mbme plan sensiblement perpendiculaire aux parois 7 du Joint. Par les orifices 5, 6, le gaz de protection, par exemple le mélange argon-gaz carbonique, arrivant par le tuyau 4 s'écoule dans la cavité de la chambre 3 La rangée d'orifices 5 sert à couper l'air (protection extérieure de la zone de soudage), et les orifices 6 servent à créer lwatmosphère de protection dans la zone de l'arc. Les orifices 5 et 6 se trouvent hors de la zone d'adhérence effective des éclaboussures de métal.La limite de la zone où sont disposés les orifices 6 (figure 3) est choisie en conformité avec ltéquatiov suivante où est la distance de l'arbte vive à la limite de la zone des orifices 12, la différence des distances entre la longueur totale de la chambre 3 et la valeur de li o( , l'angle du coin la valeur du Jeu minimal entre la chambre 3 et les parois 7 du joint de la pièce à souder E, un coefficient égal au rapport du débit de gaz de protection dirigé vers la zone de l'arc au débit du gaz assurant la protection extérieure, dirigé hors de la zone de l'arc et variant habituellement dans les limites de 2 à 8. La chambre 3 est montée sur la pièce 1 derrière l'électrode 2 suivant le sens de cheminement de cette dernière par rapport à la pièce à souder. Cette disposition permet de supprimer la pénétration des éclabowoores de métal et des amas d'oxydes de la chambre 3 dans le bain de fusion et, en plus, assure un bon contrôle du processus de soudage. Sur la face extérieure de la paroi opposée à l'arête vive de la chambre 3 on a fi é un écran 8 de manière qu'on puisse changer l'angle de son inclinaison par rapport au fond de la chambre 3. L'écran 8 assure un jeu constant entre la partie supérieure de la torche et le fond 9 du Joint de pièces à souder à différentes courbures. La torche de soudage à l'arc dans un Joint à fente profonde et étroite fonctionne de la façon suivante. On introduit la torche dans le Joint à fente profonde et étroite en assurant la coincidence de l'axe de ltelec- trode avec le plan axial du Joint et on règle la profondeur requise du bras de l'électrode 2 de façon que la distance entre le fond de la chambre 3 etle fond 9 du Joint soit d'environ 20 mm et que la distance entre l'écran 8 et le fond 9 du joint soit d'environ 10 mm. Au moyen du tuyau 4 on amène le mélange de gaz de protection dans la chambre 3, on amorce ltarc et on commence à souder. En sortant des orifices 5 et 6, les Jets de gaz de protection se heurtent contre les parois 7 du Joint à souder et se subdivisent en deux flux B et C s'écoulant en opposition le long des parois 7 du joint. Les parois extérieures en coin de la chambre 3 et les parois 7 du Joint forment un espace ayant une résistance plus faible à 1' écoulement du gaz dans la direction de l'électrode 2 et une résistance plus élevée à ltécoulement du gaz dans la direction opposée à l'électrode 2. Pour cette raison, la majeure partie du gaz de protection (le flux B est sensiblement plus grand que le flux C) se dirige vers la zone de l'arc allumé et l'autre partie du gaz (flux C) se dirige dans la direction opposée en assurant la protection extérieure de la zone de l'arc allumé contre l'aspiration d'air. Les flux B et C du gaz de protection débouchant des orifices 6 pratiqués dans le fond de la chambre 3, se répartissent d'uue façon analogue. Afin de maintenir un volume constant du flux C lors du soudage de pièces à différente courbure, on maintient le Jeu entre l'écran 8 et le fond 9 du Joint à souder en 2 modifiant l'angle d'inclinaison de l'écran 8 par rapport au fond de la chambre 3. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés quià titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs coiabinaisons, Si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. REVENDICATIONS I. Torche de soudage à l'arc sous gaz de protection dans un Joint à fente profonde et étroite, du type comprenant une pièce conductrice avec une électrode, et une buse d'amenée de gaz de protection vers la zone de soudage, communiquant avec un tuyau d'amenée de gaz et présentant au moins une rangée horizontale d'orifices, caractérisée en ce que la buse est constituée par une chambre close (3) sous forme d'un coin symétrique dont l'arête vive est orientée vers l'électrode (2) et se trouve dans le mtme plan que l'axe de cette dernière, et en ce qu'au moins une rangée complémentaire d'orifices (6), dont les axes se trouvent dans un mOrne plan sensiblement perpendiculaire aux parois (7) du joint à souder, sont pratiqués dans les parois latérales et le fond de la chambre (3). 2. Torche de soudage à l'arc dans un Joint à fente profonde et étroite, conforme à la revendication I caractérisée en ce qu'elle comporte un écran (8) fixé avec possibilité de variation de son angle d'inclinaison par rapport au fond delà chambre (3), sur la face extérieure de celle des parois de ladite chambre qui est opposée à l'arête vive.