Brevet FR2512717A2 — publié le 19830318

FR 2512717 A2 19830318 FR 8117517 A 19810916 Perfectionnements aux tubes contact pour le soudage à l'arc. L'invention est relative aux appareils de soudage à l'arc, dans lesquels un arc électrique est entretenu entre un fil ou une baguette de métal d'apport et une ou plusieurs pièces conductrices le long desquelles se dépose un cordon du métal d'apport amené à l'état de fusion par l'arc. Afin de guider un fil métal d'apport avancé en direction de la pièce au fur et à mesure de la consommation de ce métal, il est courant d'utiliser un tube contact en un matériau bon conducteur de l'électricité, tel que du cuivre, percé d'un canal longitudinal dans lequel circule ce fil. La paroi du canal transmet au métal d'apport le courant électrique nécessaire à l'entretien de l'arc. Comme on l'a indiqué dans la Demande de Brevet principal, on a vérifié qu'il était avantageux d'entourer l'extrémité antérieure d'un tel tube contact, et notamment sa face frontale jusqu'au point de sortie du fil de métal d'apport, à l'aide d'une gaine électriquement et thermiquement isolante. Une telle gaine présente l'avantage de protéger la surface externe du tube de contact contre les projections de. métal en fusion qui ne manquent pas de se produire pendant l'opération de soudage. Elles empêchent ces projections d'atteindre la surface du tube et d'y adhérer. On évite ainsi la détérioration physique et thermique du tube de contact lui-même sous l'effet de la température extrêmement élevée des particules de métal en fusion projetées. Cette gaine évite aussi tout collage de l'extrémité du fil d'apport contre la partie frontale du tube contact préjudiciable au mouvement régulier du fil.La gaine permet encore et surtout d'empêcher la formation d'arcs parasites entre la surface externe du tube de contact, laquelle se trouve placée sous haute tension, et tout autre point de l'environnement de la soudure, notamment, par exemple, en bordure d'une buse destinée à diriger sur le métal en fusion du cordon de soudure un gaz approprié L'invention vise des améliorations à de tels tubes de contact pourvus de gaines protectrices. Conformément à un aspect de l'invention, un tube de contact pour machine de soudage à l'arc cmprenant un corps conducteur ménageant un canal interne longitudinal dont la paroi est propre à guider et alimenter en courant électrique un fil de métal d'apport avancé au-delà de la face frontale du tube en direction d'une pièce à souder, est caractérisé en ce qu'une partie au moins de la surface externe du tube est revêtue d'un matériau isolant réfractaire aux hautes températures, tel qu'une céramique. Ce revêtement peut être directement appliqué sur la face externe du tube de contact, en général en cuivre. Cette application s'effectue alors avantageusement par projection directe de particules de céramique sur cette surface, par des procédés connus. On obtient ainsi une couche de protection d'épaisseur relativement uniforme sur la partie externe du tube de contact exposée aux projections en provenance du bain de soudure, y compris sa face frontale. Selon une autre forme de réalisation, on réalise le revêtement protecteu#r de la surface externe du tube en adaptant un manchon en céramique autour de la partie antérieure de ce tube. La face frontale de ce manchon est fermée à l'excep tion d'une ouverture pour le passage du fil de métal d'apport. Selon un autre mode de réalisation, on enfile un manchon protecteur autour de l'extrémité antérieure du tube de contact, qui comprend une armature métallique revêtue exté- rieurement, par exemple par projection, d'une couche d'un matériau réfractaire tel qu'une céramique. La face interne de l'armature est de préférence isolée électriquement du tube contact par une garniture, par exemple en un matériau réfractaire de type fibreux, ou à base céramique. Cette armature peut avantageusement être formée d'un tube métallique en acier inxoydable réfractaire, ou tout autre métal, tel que de l'inconel,capable de résister à des températures très élevées, fermé à son extrémité antérieure et fixé par sertissage sur le tube de contact. Dans tous les cas, on obtient des revêtements extérieurs pour tubes de contact capables de résister à des températures de 1000 à 11000 C et pouvant éventuellement atteindre 20000 sans dommage pour l'intégrité du tube et en particulier sans affecter le défilement régulier du fil de métal d'apport à la sortie de la face frontale du tube contact. Les essais menés à bien par le Demandeur ont montré qu'il règne des températures extrêmement élevées dans l'environnement du tube contact d'un appareillage de soudage. Les projections de métal en fusion et les arcs élémentaires qui jaillissent dans l'environnement de la soudure en formation peuvent atteindre des températures largement supérieures aux quelques centaines de degrés pour lesquelles sont adaptés la plupart des matériaux d'isolation électrique et thermique usuels. Avec des matériaux du type réfractaire tels que des céramiques ou toute autre matière de propriétés équivalentes sur le plan de la résistance à la chaleur et de l'isolation électrique, dont l'alumine est un bon exemple, on est parvenu à d'excellents résultats en ce qui concerne l'accroissement de longévité des tubes contact utilisés et la qualité des travaux exécutés en utilisant ces derniers. Enfin, les revêtements protecteurs du type préconisé conformément à l'invention sont particulièrement favorables en association avec des dispositifs de rattrapage de jeu du type décrit par exemple dans la Demande de Brevet N0 80 13 102 déposée le 12 juin 1980 au nom du Demandeur. Un tel dispositif de rattrapage de jeu améliore, la continuité de contact entre le fil de métal d'apport et le tube de contact au fur et à mesure de l'usure née du frottement des pièces en contact. Un dispositif de gaine ou de manchon à revêtement externe réfractaire du type décrit précédemment peut être adapté à l'extrémité antérieure du tube de contact, autour du dispositif de rattrapage de jeu pour le protéger contre l'action mécanique dzrecte des projections et leur action thermique. Une telle combinaison permet d'augmenter encore la longévité des tubes contact en maintenant la qualité des soudures réalisées à un niveau élevé. Les explications et la description d'exemples non limitatifs qui suivent sont données en, référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure. i représente une vue d'un tube contact conven tionnel, la figure 2 représente une vue en section longitudinale d'un tube contact tel que celui de la figure 1 amélioré conformément à l'invention; la figure 3 illustre une autre forme de réalisation d'un tube contact amélioré conformément à l'invention; la figure 4 illustre en coupe longitudinale la constitution d'un manchon protecteur pour un tube contact tel que celui de la figure 3; et la figure 5 est une vue en bout du tube contact de la figure 4 vu selon les flèches V-V de la figure 4. Un tube contact 10 comprend un corps de forme allongée, en cuivre généralement#percé dans sa partie axiale d'un canal 12 qui s'étend entre son extrémité arrière 14 et sa paroi frontale 16. L'extrémité arrière du tube forme un embout fileté 18 permettant son montage dans une machine de soudage à l'extrémité d'une alimentation en fil d'apport. Le fil d'apport, guidé à l'intérieur du canal 12 et traversé par un courant électrique dépasse à l'avant de la face frontale 16 d'une quantité suffisante pour permettre la formation et l'entretien d'un arc électrique entre son extrémité et une pièce non représentée en face du tube 10. La surface extérieure 19 du tube 10 présente une forme antérieure conique s'amincissant en d i r e c t i o n de la face frontale 16.Malgré sa forme légèrement effilée, cette face extérieure, nue, est exposée aux projections à très haute température qui jaillissent du bain de métal en fusion au niveau de la soudure. Un tube 10 analogue à celui de la figure 1 est représenté en coupe longitudinale sur la figure 2 après que sa surface externe 19 ait fait l'objet d'un traitement par projection de céramique. Celle-ci forme un revêtement externe 20 de 3 à 4 dixièmes de millimètres dépaisseur,de couleur blanche, qui s'étend jusqu'aux abords immédiats de la sortie 17 du canal 12 dans la partie frontale 16. Ce revêtement 20 est formé à l'aide, par exemple, d'un pistolet tel que commercialisé par les établissements CHPOLANSKI ainsi que par d'autres établissements spécialisés dans le traitement de surface par pulvérisation de divers types de matériaux. Un cordon d'alumine est alimenté au pistolet et bru lé par une flamme à haute température. Les produits ainsi enflammés sont projetés à l'aide d'un courant d'air sous pression élevée en direction de la surface à revêtir, celleci ayant été préalablement sablée. Le revêtement 20 réfractaire ainsi obtenu empêche les projections de métal en fusion d'adhérer au tube contact ou de l'endommager,et notamment de venir détériorer son extrémité frontale 16 au voisinage de la sortie 17 du tube. Il en résulte à la fois une amélioration de la qualité de la soudure, en l'absence de formation d'arcs parasites entre le tube de contact et l'autre partie de l'équipement de soudage, et une amélioration de la longévité du tube, par diminution de l'usure de la partie frontale 16. Un tube de contact 30 à rattrapage de jeu (figure 3) comprend un corps cylindrique principal 32 en cuivre pourvu à sa partie arrière d'un embout fileté 34 et percé d'un canal longitudinal 36. Il se termine par une partie tronconique frontale 38. Dans la partie intermédiai-re du corps 32 est ménagée une échancrure 40 dont le fond est plan et parallèle à l'axe du canal 36 qu'il coupe. L'échancrure est limitée par deux flancs transversaux espacés longitudinalement,42 et 44,qui servent de butées longitudinales à une pièce d'appui 46 logée à l'intérieur de l'échancrure 40. La face 48 de cette pièce d'appui dirigée vers le fond de l'échancrure 40 viens en appui contre le fil d'apport passant dans le canal 36.Elle est maintenue dans une position de serrage du fil à l'aide de clips ou ressorts tels que 50 et 52 logés dans une gorge 56 pratiquée dans la surface externe du corps 32 autour de l'échancrure 42 et qui se prolonge dans la pièce d'appui 46 (portion de gorge 56'). La profondeur de cette gorge et le diamètre des clips ou ressorts 50 et 52 sont tels que le dispositif formé par la pièce d'appui 46 et les ressorts 50 et 52 n'excède pas en diamètre celui du corps 32. Le diamètre du corps 32 est sensiblement égal au diamètre de la paroi interne 60 d'un tube cylindrique en céramique 62 ouvert à une de ses extrémités 64 de façon à pouvoir être enfilé à l'avant du tube 30 pour recouvrir le dispositif de rattrapage de jeu 40, 46, 56 lorsque l'extrémité frontale 38 bute contre une paroi 66 fermant l'extrémité antérieure du tube 62. Un trou 68 est ménage dans cette paroi 66 pour permettre la sortie du fil de métal d'apport dans le prolongement du canal 36. Le manchon de céramique 62 est solidarisé de manière permanente avec le tube de contact 30 par une colle ciment haute température pour céramique. L'épaisseur du tube 62 est d'environ 1 millimètre, sa longueur de 25 millimitres et son diamètre externe de 12 millimètres environ, dans cet exemple. Lorsque les conditions d'utilisation du tube de contact rendent un tube de céramique tel que 62 inadapté en raison de sa fragilité, par exemple lorsque les tubes de contact, au lieu d'être utilisés sur des machines de soudage automatique, sont destinés à des postes de soudage à la main, on peut utiliser un manchon 69 du type représenté aux figures 4 et 5. Celui-ci omprend une armature tubulaire cylindrique 70 réalisée en acier inoxydable réfractaire, dans cet exemple et d'épaisseur 5/10mm environ. Ce tube embouti est ouvert à une de ses extrémités 72 et fermé à son extrémité opposée par une paroi 74 dans laquelle un trou central 76 est percé pour le passage du fil de métal d'apport.Extérieurement, le tube métallique 70 est revêtu, par projection au pistolet, d'une couche de céramique 75 d'épaisseur d'environ : 2 à 3/10 de mm et qui recouvre toute la face avant 74. A l'intérieur, le fond du tube 74 est occupé par deux pastilles de céramique percées en leur centre, .78, maintenues en place par une gaine de protection cylindrique interne 80 réalisée par un tressage de fibres de silice capable de résister à une température de 12000 C qui vient s'adapter étroitement autour de la partie antérieure du corps 32 de tube de contact 30 (figure 3). Le manchon 69 peut être monté et fixé sur le tube 32 par sertissage de son extrémité 72 au voisinage d'un épaulement 82 ménagé vers la partie arrière du corps 32. On a ainsi réalisé une protection pour tube de contact qui isole la surface de ce dernier électriquement et thermiquement des influences extérieures au cours de l'opération de soudure et permet d'obtenir une très sensible amélioration de ses performances. On a notamment constaté des durées de fonctionnement satisfaisantes de tubes de contact ainsi équipés pouvant dépasser 50 ou 60 heures. Revendications. 1. Tube contact pour machine de soudage à l'arc comprenant un corps conducteur (10) ménageant un canal interne longitudinal (12) dont la paroi est propre à guider et à alimenter en courant électrique un fil de métal d'apport avancé au-delà de la face frontale (16) de ce tube en direction d'une pièce à souder, caractérisé en ce qu'une partie au moins de la surface externe de ce tube est revêtue d'un matériau électriquement isolant (20) et réfractaire aux hautes températures tel qu'une céramique. 2. Tube contact selon la revendication 1, caractérisé en ce que ce revêtement (20) couvre notamment la face frontale (16) du tube autour du trou de sortie du fil de métal d'apport. 3. Tube contact selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ce revêtement (20) est appliqué par projection directement sur ladite portion de surface externe (19) du tube de contact (10). 4. Tube contact selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le tube comprend un mécanisme de rattrapage de jeu (40, 46, 50, 52) dont le diamètre externe n excède pratiquement pas celui du tube (32) et ledit revêtement réfractaire forme la surface externe d'un manchon (62; 69) protecteur adapté autour de l'extrémité antérieure du tube (32) et fermé sur sa face frontale (66; 74) à l'exception d'un passage (68; 76) pour le fil de métal d'apport 5. Tube contact selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le revêtement est constitué par un manchon (62) en céramique adapté autour de la partie antérieure du tube (32) et fermé sur sa partie frontale (66) à l'excep- tion d'un passage (68) pour le fil de métal d'apport 6.Tube contact selon l'une des revendications 1 à 4, carac térisé en ce que le revêtement réfractaire forme la partie extérieure d'un manchon composite (69) comprenant une ar-mature métallique réfractaire (70) et un revêtement interne (80) électriquement isolant en contact avec la surface extérieure dudit tube (32), ce manchon étant fermé sur sa face frontale (74) sauf au passage (76) du fil de métal d'apport. 7. Tube contact selon la revendication 6, caractérisé en ce que le manchon (69) est fixé sur le tube (30) par sertissage de l'armature métallique interne (70) autour du corps (32) du tube de contact. 8. Tube contact selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que l'armature métallique est un tube métallique (70) fermé à son extrémité frontale (74) et réalisé en un métal réfractaire tel qu'!un acier inoxydable, de l'inconel ou analogue. 9. Tube contact selon la revendication 8, caractérisé en ce que le revêtement interne du tube d'armature (70) comprend au moins une pastille de céramique (78) logée au fond de ce tube contre la face interne de sa paroi frontale (74). 10. Tube contact selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que le revêtement interne du manchon (69)# comprend une gaine interne (80) en un matériau fibreux tapissant sa paroi interne. 11. Tube contact selon la revendication 6, caractérisé en ce que le revêtement externe du manchon (69) est obtenu par projection d'une céramique (75) sur l'armature (70).