Brevet FR2512719A1 — publié le 19830318

Lors de la soudure de pièces d'ouvrage et notam- ment lors de la soudure de métaux, mais également d'autres matières, on utilise souvent une source de température élevée telle qu'un arc électrique ou une flamme de gaz. La chaleur intense amène la matière de la pièce d'ouvrage et celle de la matière d'apport à s'évaporer de manière à former, au cours d'une condensation subséquente, des particules de fumée à l'extérieur de la zone la plus chaude. La fumée comprend de petites particules, la plupart étant des particules d'oxydes métalliques, mais également du dioxyde de silicum Les particules sont de dimensions si petites qu'elles sont en suspension dans l'air avec une vitesse de chute tellement faible qu'elles suivent le mouvement du courant d'air chaud ascendant formé au- dessus du point de fusion et qu'elles sont répandues dans l'air sous la forme de fumée. L'invention a par conséquent pour objet principal un procédé qui résout le problème posé par les fumées dangereuses et gênantes ainsi qu'un dispositif bien ap- proprié pour une telle utilisation lors de la mise en oeuvre de ce procédé. L'objet de l'invention est obtenu par l'intermédiaire d'un procédé et d'un dispositif conformes à la présente invention dont les caractéristiques résultent des reven- dications annexées qui font ainsi partie de la présente description. L'invention est décrite dans ce qui suit et montre la façon dont on peut empêcher l'étalement des fumées particulièrement produites lors du soudage de pièces d'ouvrage et plus spécialement en liaison avec le soudage à arc électrique en chargeant électriquement les parti- cules et en les amenant à se déposer et à adhérer à des objets mis à la masse, tels que par exemple la pièce d'ouvrage, et cette disposition permet d'empêcher l'ap- parition de fumées. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'inven- tion sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig 1 illustre l'invention appliquée à un soudage manuel de type habituel. La fig 2 est un schéma d'un circuit électrique pouvant être utilisé en liaison avec l'invention. Les fig 3 à 7 montrent des variantes de réalisation d'une électrode à haute tension pour la suppression des fumées. La charge des particules de fumée est produite en bombardant la fumée avec les charges électriques d'une électrode à haute tension Squi est placée près du point de fusion L'électrode à haute tension peut être soit positive, soit négative par rapport à la terre et présente de préférence une tension comprise entre 1 000 et 100 000 volts Afin de faciliter l'écoulement des char- ges électriques provenant de l'électrode à haute tension par l'intermédiaire d'un conducteur à pointe, cette électrode peut de préférence être équipée d'une ou plu- sieurs électrodes à pointe de ce type ou à bord aiguisé. Un champ électrique et un courant de charges électriques se produisent entre l'électrode à haute tension et un objet à la masse, par exemple la pièce d'ouvrage Une partie de ces charges est captée par les particules de fumée, de sorte que celles-ci sont chargées électriquement et ainsi attirées vers le bas par l'objet à la masse. L'invention est illustrée à la fig 1 sous forme d'un exemple dans lequel elle est appliquée, en même temps qu'une électrode revêtue, dans une opération de soudage habituelle La pièce d'ouvrage 1 est reliée, par l'intermédiaire d'un câble à la masse 2, aux pinces à la masse 2 A d'un poste de soudage de type connu Une 127199 électrode de soudage usuelle 3 est, par l'intermédiaire d'une poignée 4 et d'un conducteur 5, reliée à la pince de tension du poste de soudage, et l'opération de soudage a lieu de manière normale avec une tension et un courant normaux Tout ce qui précède est de technique connue. Lq poignée 4 est cependant également pourvue d'une électrode à haute tension 6 qui, par l'intermédiaire d'un conducteur à haute tension 7, est reliée à une source à haute tension dont la pince à la masse est, de préférence par l'intermédiaire d'une branche de câble à la masse 2, reliée à la pièce d'ouvrage 1 Un courant de charge s'écoule vers le bas en direction de la pièce d'ouvrage l et le point de soudage en chargeant électriquement les particules de fumée et en les amenant à trouver leur chemin vers la pièce d'ouvrage 1 et à adhérer à celle-ci et, jusqu'à un certain point, à l'électrode de soudage. La séparation des particules de fumée est facilitée par un courant d'air (vent électrique) qui se produit à partir de l'électrode à haute tension 6 en direction de la pièce d'ouvrage 1, ce courant d'air contrecarrant la montée de l'air chaud provenant du point de fusion. Très peu de particules sont par conséquent répandues dans l'air, et la formation de fumée provenant de l'opé- ration de soudure est presque complètement éliminée. En utilisant plusieurs électrodes à haute tension dans une disposition entourant le point de fusion, il est alors possible d'éliminer également la fumée restante. L'intensité du courant nécessaire à l'électrode à haute tension 6 est, de préférence, inférieure à 1 m A pour une opération de soudage normale effectuée à la main. Ainsi la puissance nécessaire de sortie du générateur à haute tension est faible, moins de 100 W, ce qui fait que la source de tension peut dtre réalisée à faible coût L'intensité d'un courant de 1 m A n'est pas dange- reuse pour l'être humain La source de haute tension est conçue de telle manière qu'elle peut fournir un courant constant, ce qui empêche la formation de violentes étincelles et décharges si l'électrode à haute tension vient à proximité d'objets à la masse Un rhéostat en série 6 A, à la liaison de l'électrode à haute tension et du conducteur à haute tension 7, peut également con- tribuer à la formation d'un courant de sortie régulier, et à la suppression des étincelles Si la source à- haute tension et le rhéostat série 6 A sont convenablement conçus, la suppression peut même être tellement efficace que l'on puisse toucher l'électrode à haute tension 6 sans aucune sensation de gêne. Une partie des charges provenant de l'électrode à haute tension 6 vient toucher le-soudeur Ceci n'im- plique aucune sensation de gêne tant que le soudeur se trouve en liaison électrique avec la terre et que les charges électriques qu'il reçoit sont évacuées de manière continue vers la terre Cependant, au cas o il est isolé de la terre, il recevra graduellement des charges électriques, et il peut subir des étincelles déplaisantes de décharges au cas o il toucherait des objets à la masse Afin d'assurer que le soudeur est bien à la masse, il est souhaitable que la poignée de soudage 4 comprenne un câble à la masse 9 qui, par l'intermédiaire d'une résistance de limitation de courant, est relié à la partie conductrice de la poignée de soudage Des gants usuels de protection en cuir ne constituent aucun empêchement car de tels gants présen- tent une conductibilité suffisante. Le schéma électrique dans le soudage manuel de pièces d'ouvrage est illustré à la fig 2 Les références à cette figure présentent les significations suivantes. 1 pièce d'ouvrage, 2 liaison à la masse pour la pièce d'ouvrage, 2 A pince à la masse, 2512 i 19 3 électrode de soudage, 4 poignée de soudage avec 9 liaison à la masse pour le soudeur, câble de soudage, 6 électrode à haute tension, 6 A rhéostat série pour l'électrode à haute tension, 7 conducteur à haute tension, 8 source de courant de soudage, 10 générateur à haute tension, il résistance de limitation d'intensité, 12 partie de surface conductrice. Lors du soudage de pièces d'ouvrage de petite dimension, il est approprié d'augmenter la surface à la masse et, par conséquent l'absorption des fumées, en plaçant la pièce d'ouvrage 1 sur une plaque ou fixation à la masse en matière conductrice de plus grande dimen- sion Dans certains cas, il peut également être avantageux de placer un écran de matière conductrice entre le point de soudage et de tels objets qu'il est nécessaire de protéger contre des dépôts de particules de fumée. Le générateur à haute tension 10 et la source de courant 8 peuvent évidemment être assemblés de manière appropriée afin de former un ensemble unitaire Le générateur haute tension 10 peut, dans un tel cas, être de préférence commandé par le courant de soudage de telle sorte qu'il ne crée la haute tension que lorsque l'opération de soudage est en cours. L'élimination des fumées en chargeant électriquement les fumées a été décrite ci-dessus dans une application permettant d'effectuer à la main l'opération de soudage. Un procédé analogue peut toutefois être utilisé afin de réduire les fumées en liaison avec d'autres procédés de soudage tels qu'un soudage à la machine, un soudage au chalumeau à gaz, un soudage à l'argon, un soudage au laser, etc, que certainessubstances d'apport soient utilisées ou non. Il n'est évidemment pas nécessaire que l'électrode à haute tension 6 soit portée par la poignée de soudage 4, car cette électrode peut également être montée en d'autres endroits Elle peut, à titre d'exemple, être montée sur une pièce de liaison qu'il est approprié de fixer à la pièce d'ouvrage ou à tout autre point proche du point de soudage. Le courant des charges électriques provenant d'une électrode en pointe (fig l et 3) a sensiblement son origine à la pointe elle-même, et est dirigé dans sa direction Les charges entraînent les molécules de l'air, et un courant d'air se produit en direction de la pointe Toutefois, un tel vent électrique peut par- fois être tellement fort qu'il souffle une partie des particules des fumées de soudage d'une manière purement mécanique avant que ces particules aient eu le temps de se déposer elles-mêmes sur l'objet à la masse la plus proche. Selon la présente invention, le vent électrique peut dans un tel cas être modéré, et un résultat encore meilleur de suppression des fumées peut être obtenu par l'intermédiaire d'une électrode à haute tension qui est prévue pour assurer une décharge simultanée dans différentes directions afin de réduire le vent électrique. Une telle électrode peut, de manière appropriée, présenter plusieurs pointes dirigées dans au moins deux directions opposées, de sorte que les vents élec- triques provenant des différentes pointes se neutralisent au moins en partie l'une l'autre Cette réduction du vent électrique peut de préférence être également ob- tenue par l'intermédiaire d'une électrode comprenant un disque transversal présentant une périphérie aiguisée o les décharges se produisent simultanément dans dif- férentes directions. La fig 3 montre l'électrode en pointe apparaissant à la fig 1, et les fig 4 et 5 montrent différentes variantes de réalisation de cette électrode selon la présente invention, la résistance du vent électrique ayant été réduite par le fait que la décharge électrique se produit dans des directions opposées La fig 6 montre une variante de la réalisation selon la fig 4, les angles entre les côtés de l'électrode situés le plus près du bord de décharge étant différents; Si on désire éviter le plus possible le vent électrique, et modérer le vent électrique ainsi que la formation du vortex qui a lieu en liaison avec une décharge dans un plan, les pointes et/ou les bords se trouvent, de pré- férence, dans des plans différents (plusieurs angles dans l'espace) comme indiqué en traits discontinus aux fig 4 et 5 Un type d'électrode à décharge conique est illustré à la fig 7 o le vent électrique n'est pas aussi fort que lorsqu'une simple électrode à pointe est utilisée, mais, de toute façon, ce vent électrique présente une certaine direction. Lorsqu'on utilise l'électrode à haute tension au voisinage immédiat d'un objet à la masse qui occupe un emplacement asymétrique, à titre d'exemple une élec- trode de soudage, et que l'on ne désire pas qu'une par- tie trop importante du courant de décharge prenne le trajet le plus court en direction de l'objet à la masse, on utilisede préférence, un disque à bord moins aiguisé tourné vers l'objet à la masse Le bord moins aiguisé a pour résultat une diminution de la force du champ et, par conséquent, de l'intensité de la décharge dans cette direction. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits en détail car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. 12719 REVENDICATIONS 1 Procédé utilisé en liaison avec un soudage électrique ou un soudage au chalumeau à gaz, caractérisé en ce que l'air proche du point de soudage est soumis à une décharge électrique douce entre une électrode ( 6), de préférence une électrode à pointe, qui est soumise à une tension continue élevée, et une électrode à la masse ( 1), de manière que des particules de fumée formées pendant l'opération de soudage soient chargées électri- quement pour être amenées à se déposer sur l'électrode à la masse. 2 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il com- prend au moins une électrode ( 6), de préférence une électrode à pointe, un organe amovible ( 4) pour le sup- port de l'électrode près du point de soudage, une source de courant ( 10) pour la production d'un courant continu à haute tension, une borne de la source de courant étant reliée à l'électrode ( 6), et un organe permettant de coupler entre elles la seconde borne de la source à haute tension ( 10) et une pièce d'ouvrage devant être soudée ou tout autre objet à la masse placé au point de soudage. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'électrode ( 6) est' montée sur un support ( 4) des électrodes de soudage. 4 Dispositif selon la revendication 3, dans lequel l'électrode ( 6) est une électrode à pointe et qui est caractérisé en ce que l'électrode ( 6) est sensi- blement parallèle à l'électrode de soudage ( 3) placée dans le support ( 4) des électrodes de soudage. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, monté dans un support des électrodes de soudage comprenant une poignée et caractérisé en ce que la poignée présente une surface conductrice ( 12) avec un organe ( 9) pour la mise à la masse, de préférence par l'intermédiaire d'une résistance ( 11),afin de limiter le courant. 6 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'électrode est montée sur un organe de sup- port prévu pour être disposé ou placé près de la pièce d'ouvrage. 7 Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la source de courant à haute tension est placée en liaison avec un circuit court de l'électrode vers la terre afin de produire une inten- sité du courant qui est au plus d'environ 1 m A, et de préférence bien inférieure. 8 Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le générateur à haute tension ( 10) est une source de courant constant. 9 Dispositif selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé par une résistance série de limitation de courant ( 6 A) montée entre la source ( 10) de courant à haute tension et l'électrode ( 6). 10 Dispositif selon la revendication 9,caractérisé en ce que le rhéostat série ( 6 A) est placé près de l'élec- trode ( 6). 11 Dispositif selon l'une des revendications 2 à , caractérisé en ce que la source de courant à haute tension est prévue pour être commandée par le circuit du courant de soudage de telle manière qu'il ne fonctionne que lorsqu'une opération de soudage est en cours. 12 Dispositif selon l'une des revendications 2 à 11, caractérisé en ce que l'électrode à haute tension est prévue pour fournir une décharge simultanée dans des directions différentes afin de réduire le vent électrique. 13 Dispositif selon la revendication 12, carac- térisé en ce que l'électrode à haute tension présente plusieurs pointes orientées dans différentes directions. 14 Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'électrode à haute tension présente la forme d'un disque avec au moins un bord aiguisé o a lieu la décharge. Dispositif selon la revendication 12, carac- térisé en ce que la pointe de décharge de l'électrode à haute tension est un bord de la surface d'enveloppe. 16 Dispositif selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que l'électrode à haute tension est asymétrique, de sorte que la décharge est supprimée dans certaines directions afin de compenser l'influence d'objets adjacents mis à la masse. 17 Dispositif selon la revendication 16, carac- térisé en ce que l'électrode à haute tension présente un ou plusieurs bords o a lieu la décharge, ce bord créant des directions différentes pour une décharge. 18 Dispositif selon la revendication 16, carac- térisé en ce que l'électrode à haute tension présente plusieurs pointes plus ou moins pointues ou qui sont réparties dans différentes directions dans l'espace avec des dispositions plus ou moins régulières.