Brevet FR2539658A1 — publié le 19840727

Perfectionnements aux installations de soudage par arc électrique. L'invention est relative au soudage, notamment au soudage par arc électrique. Des procédés de soudage par arc électrique sont connus dans lesquels un fil de métal d'apport est avancé en direction de la zone de soudure au fur et à mesure de sa consommation. Afin de diriger l'extrémité du fil avec précision, on fait en général sortir cette dernière d'un tube de guidage comportant un canal calibré au diamètre du fil. Selon les procédés appliqués, l'arc électrique est formé entre une électrode et la pièce à souder ou directement entre l'extrémité du fil de métal d'apport et cette pièce. Dans ce dernier cas, on utilise le tube de guidage également pour transmettre au fil le courant nécessaire à l'amorçage et à l'entretien de l'arc. Le tube de guidage est alors appelé "tube contact". La transmission s'effectue par le contact du fil et de la paroi interne du canal de guidage du fil. Afin de compenser l'usure de cette paroi au fur et à mesure de l'avance du fil, on peut avantageusement prévoir un dispositif de rattrapage de jeu qui maintient le fil en appui contre la paroi du canal. De tels tubes de guidage fonctionnent dans un environnement extrêmement sévère. Les tubes subissent non seulement l'usure résultant de l'avance du-filmais ils sont soumis à des températures très élevées et reçoivent, en provenance du bain de soudure, des projections de métal en fusion qui tendent à les obstruer ou à les détériorer. Ces projections sont spécialement nuisibles dans le cas où le tube de guidage est entouré d'une buse par laquelle s'effectue le soufflage d'un gaz, actif ou inerte, en direction de la soudure. L'ouverture de la buse peut alors s'obstruer sous l'effet des projections métalliques qui s'accumulent à sa surface et à celle du tube. Enfin, en cas d'incident, il arrive que le fil du métal d'apport n'avance plus et que la zone en fusion à son extrémité remonte en direction du tube de guidage qui peut ainsi être sérieusement endommagé.Dans le cas d'un tube contact, cette action peut encore être aggravée par la remontée de l'arc électrique lui même en direction du tube. Le Demandeur a effectué de nombreux essais pour mettre au point des solutions à ces nombreuses difficultés. La présente invention vise des perfectionnements permettant notamment d'éliminer pratiquement les conséquences néfastes des remontées de métal en fusion vers un tube de guidage.Elle permet également d'améliorer le fonctionnement des buses de soufflage ge soumises à des projections de métal en fusion. Selon un premier aspect de l'invention, il est prévu un tube de guidage d'un fi de métal d'apport pour une installation de soudage, notamment par arc électrique, du type comprenant un corps tubulaire percé d'un canal longitudinal pour le guidage du fil vers l'extrémité de ce tube en direction de la zone de soudure et un embout monté à l'extrémité de ce tube, percé d'untrou dans le prolongement du canal de guidage en un matériau présentant une faible adhésivité à l'égard des particules métalliques en fusion projetées autour de la soudure,le tube étant caractérisé en ce que cet embout est réalisé en un matériau à base de carbone, notamment en graphite. Comme il est décrit notamment dans la Demande de Brevet français NO 81 24180 déposée le 23 décembre 1981 au nom du même Demandeur,on parvient à réduire sensiblement la détérioration des tubes contacts résultant des remontées de métal d'apport en munissant ces tubes d'un embout réfractaire. Les essais à l'aide d'embouts en céramique ont donné des résultats intéressants. Cependant, le Demandeur s'est aperçu que, dans certains cas, le métal d'apport s'échauffant et se liquéfiant à l'intérieur du trou de l'embout pouvait, par dilatation, provoquer la fissuration de la céramique. Or, on a maintenant constaté qu'en, réalisant un tel embout en une matière à base de carbone, notamment en graphite, cet inconvénient se trouvait supprimé. Un embout en graphite forme un excellent bouclier thermique. Aucune particule de métal en fusion ne peut y adhérer. Une telle particule coule le long de l'embout et sort de celuici par le trou que présente ce dernier, de sorte qu'il n'y a plus de risque que sa dilatation endommage le tube. Etant donné la conductibilité électrique du carbone et en particulier du graphite, on peut, si on le désire, dans le cas d'un tube contact, isoler la face antérieure du corps tubulaire (généralement en cuivre) et l'embout en graphite en interposant un matériau électriquement isolant, par exemple une pastille de céramique ou de mica pour interrompre l'arc en cas de remontée de ce dernier. Cependant, on s'est aperçu. qu'une telle isolation n'était pas indispensable. En effet, le graphite étant conducteur, en cas de blocage de fil d'apport et de fusion de ce dernier dans l'embout, une zone ionisée se maintient dans le gaz entre l'embout en graphite et la pièce. L'arc ne remonte pas au-delà du graphite vers la partie métallique du tube contact et celle-ci reste intacte. En outre, l'intervalle entre l'extrémité du tube contact et la pièce, qui détermine la forme du cordon de soudure, n'est pas influencé par la présence d'une partie céramique à l'origine du tube contact. La disposition selon l'invention est particulièrement avantageuse en liaison avec une gaine de protection montée autour du corps du tube de guidage. Cette gaine peut être utilisée pour maintenir l'embout en place à l'extrémité du corps tubulaire grâce à un rétrécissement à l'avant de ladite gaine. On peut également fixer directement l'embout à base de carbone selon l'invention à l'extrémité du corps tubulaire et utiliser celui-ci pour le maintien longidutinal de la gaine autour de ce corps. Cette gaine est avantageusement isolante à l'extérieur, de façon à éviter toute possibilité de formation d'arc entre le tube contact et une buse métallique entourant le tube pour le soufflage de gaz. A cet égard, on peut avantageusement prévoir que la saillie de l'embout à base de carbone par rapport à la gaine de protection soit faible à l'extérieur du tube contact. Cela minimise également les risques de dommage mécanique de 1'embout. L'expérience montre que; quel que soit le type d'incident, toute projection métallique en fusion, ou toute remontée de métal d'apport fondu, coule sur l'embout. Cette constatation est également mise à profit, selon un second aspect de l'invention dans une forme de réalisation selon laquelle on garnit l'intérieur d'une buse de soufflage de gaz, au voisinage de son embouchure, à laide d'un revêtement à base de carbone et notamment de graphite. Comme l'embout, la buse devient donc auto-nettoyante. Sur un corps de buse métallique, on prévoit alors avantageusement d'interposer une protection électriquement isolante entre la gaine de graphite et le corps métallique de la buse. Ainsi, sont évités les risques d'amorçage entre la buse et l'extérieur du tube contact, notamment de son embout en graphite. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description, qui suit, de modes de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue-en coupe longitudinale d'un tube contact; les figures 2A et 2B sont des vues de parties de l'extrémité frontale du tube contact; la figure 3 illustre une autre forme de réalisation d'un tube contact; la figure 4 est une vue en coupe selon un plan diamétral d'une buse de soufflage de gaz dans une installation de soudage. Un tube contact 10 (figure 1) comprend un corps métallique cylindrique 12, en cuivre rouge, percé d'un canal longitudinal 14 calibré pour le guidage, entre son entrée 16 et sa sortie 18, d'un fil de métal d'apport. Le corps 12 ou tube comprend une queue postérieure 20, cylindrique, pourvue d'un filetage 22 à sa périphérie. Grâce au filetage, le tube contact peut être vissé dans une tête de torche de soudage d'un type connu, non représentée. La queue 20 est solidaire d'une collerette 24 de plus grand diamètre que cette queue. Cette collerette est reliée par un épaulement 26 à la partie antérieure 28 du corps de tube 12, laquelle se termine par une face antérieure 30 perpendiculaire au canal axial 14. Une tête cylindrique 32, coaxiale au corps 12 et solidaire de ce dernier, fait saillie à l'avant de la face 30. Cette tête est également pourvue d'un filetage externe 34. L'extrémité 18 du canal 14 débouche dans la face antérieure 36 de la tête 32. Sur le filetage 34 est vissé un embout 40 réalisé en graphite. A cet effet, l'embout 40 comporte dans sa face postérieure 42 une cavité cylindrique 44 pourvue d'un taraudage sur sa paroi cylindrique interne. Un trou axial 46 est percé dans la face avant de l'embout 40 dans le prolongement du canal 14 pour la sortie du fil de métal d'apport avançant dans ce canal. La face 42 postérieure de l'embout 40 est en contact avec la face antérieure 30 du corps de tube 12. L'embout 40 a une surface latérale cylindrique 50 raccordée à sa face postérieure 42. Cette surface 50 a un diamètre sensiblement égal au diamètre externe de l'avancée 28 du tube 12. Elle est raccordée vers l'avant, par un épaulement circulaire 52, à une surface latérale externe cylindrique 54 de l'embout 40. A l'extrémité de cette dernière, l'embout présente une forme tronconique 56 convergeant vers l'orifice de sortie 58 du trou 46. Une gaine protectrice 60 est enfilée sur la partie avant 28 du corps de tube 12 et sur la surface cylindrique 50 de l'embout 40. L'extrémité postérieure 64 de la gaine 60 vient en butée contre l'épaulement 26 formé par la collerette 24 par l'intermédiaire d'un joint annulaire en "VITON" qu'on peut se procurer chez HELLERMANN FRANCE TOUSSUS LE NOBLE 78530 BUC. A son extrémité antérieure 66, la gaine 60 bute contre l'épaulement 52 ménagé dans l'embout 40.Ainsi, la gaine 60 est maintenue longitudinalement en position autour de l'avancée 28 du tube 12 entre les épaulements circulaires 26 et 52. Cette gaine 60 peut être un manchon en aluminium ayant subi un traitement d'anodisation sur sa face extérieure qui la rend isolante électriquement Elle peut être également en un métal autre que l'aluminium, par exemple en acier réfractaire,mais dont la face externe est recouverte d'un dépôt d'aluminium qui est ultérieurement anodisé. Un tel dépôt d'aluminium peut être obtenu à l'aide d'une électrolyse par le procédé mis au point par les Etablissements HEGIN GALVANO ALUMINIUM BV Sportlaan 8 - 8181 HEERDE (Hollande). Le procédé d-'anodisation met en oeuvre un électrolyte sans eau conforme à celui décrit par les Demandes de Brevets allemands SIEMENS NO P 31 33162.9 et NO P 32 02265.4. Dans une variante, montrée à la partie supérieure de la figure 1, l'ensemble est recouvert par un fourreau en TJVITON", qui est une matière résistante à haute température (3750C) isolante électriquement et qui joue un rôle de protection mécanique. Ce fourreau est posé à froid et mis dans un four à 1750. Etant thermorétractable, il épouse le profil du dispositif. Transversalement à l'axe du corps métallique 12 est formé dans celui-ci un perçage conique 70 qui se rétrécit entre la surface externe de l'avancée tubulaire 28 et une ouverture 72 par laquelle il débouche dans la paroi du canal 14. Une bille 74 est logée à l'intérieur du trou conique 70, et dont le diamètre est légèrement supérieur à celui de l'ouverture 72 de façon à pouvoir pénétrer en partie à l'intérieur du canal 14 sans toutefois atteindre la paroi opposée du canal 14. La bille 74 est sollicitée par un ressort 76 de forme conique qui est entièrement logée dans le trou 70, dans l'épaisseur de l'avancée tubulaire métallique 28. La spire extérieure de ce ressort 76, ou plus grande spire, prend appui contre la face interne de la gaine 60. Cette gaine, grâce à son revêtement d'alumine, agit comme une protection thermique du ressort 76.Lorsqu'un fil de métal d'apport est avancé à l'intérieur du canal 14, -la bille 74 tend à repousser ce fil contre la partie opposée de la paroi interne de ce canal de façon à maintenir constamment un bon contact électrique entre le tube 12 et le fil de métal d'apport. Le courant électrique est amené au corps tubulaire 12 par la tête de torche,non représentée, dans laquelle est vissée la queue 20. Les dimensions diamétrales extérieures de la gaine 62, de la face latérale 54 de lembout 40 et de la collerette 24 sont déterminées dans cet exemple de telle façon que la surface externe de l'assemblage formé par ces éléments soit sensiblement continue. Sur les figures 2A et 2B: P désigne le diamètre externe de l'avancée tubulaire 28; Q le diamètre de l'embout fileté 32; L la longueur de ce dernier; R désigne le diamètre interne de la cavité cylindrique 44 dans l'embout 40; S le diamètre externe de la partie latérale 50 et T le diamètre externe de la paroi latérale 54 de l'embout 40. On a indiqué dans le tableau ci-dessous les valeurs en mm de L, P, Q, R, S et T pour trois types de tubes contact destinés respectivement à recevoir# des fils de métal d'apport dont les diamètres sont compris entre 0,6 et 3,2 mm. FIL f 0,8 1,0 1,2 t L 3,80 3,80 3,80 P 5,8 7,20 9,2 Q 4x60 5x75 6x80 R 4x60 5x75 6x80 S 5,70 7,10 9,10 T 6,4 8,00 10, Dans tous ces exemples, les dimensions longitudinales de l'embout 40 sont identiques, à savoir respectivement 1 mm pour la paroi 50, 5 mm pour la paroi 54, et 0,5 mm pour la paroi tronconique 56. Dans la variante montrée dans la figure 3, le canal 14 débouche à son extrémité antérieure 18 directement dans la face antérieure 30 sans qu'une tête de fixation soit prévue à l'avant de cette face. Deux perçages coniques 70 sont prévus pour loger deux dispositifs de rattrapage de jeu à bille 74 et ressorts coni- ques 76. Les ressorts 76 sont maintenus à l'intérieur de l'épaisseur de la paroi du tube 28 par une gaine 61 dont la constitution au point de vue matériau peut être identique à celle de la gaine 60 de la figure 1. A sa partie postérieure, la gaine 61 vient buter contre l'épaulement 26 formé au raccord entre le corps de l'avancée tubulaire 28 et la collerette 24. La partie antérieure de la gaine 61 comprend à son extrémité une portion rabattue 90. L'espace compris entre la portion rabattue 90 et la face antérieure 30 du corps 12 est occupé par une partie postérieure cylindrique 92 d'un embout 95 en graphite.Cette partie 92 est raccordée par un épaulement- 96 à une partie 97 cylindrique de plus petit diamètre qui fait saillie à l'avant de la gaine 61 hors de l'ouverture 98 délimitée par la portion rabattue 90. L'épaulement circulaire 96 vient buter contre la surface interne de la portion rabattue 90. Entre la face postérieure 99 de l'embout en graphite 95 et la face antérieure 30 du tube 12 est insérée une rondelle isolante 100 qui peut être constituée en une céramique ou simplement en mica. Tout autre matériau réfractaire peut d'ailleurs éventuellement être utilisé à condition d'être isolant ou revêtu d'une pellicule isolante Le diamètre de la rondelle 100 est égal à celui de la partie postérieure 92 de l'embout 95 et tous deux sont légèrement inférieurs au diamètre interne de la gaine 61 de façon à pouvoir se déplacer transversalement à l'axe du canal 14. A l'intérieur de la rondelle 100, le canal 14 se prolonge par un trou cylindrique traversant 102, puis à l'intérieur de l'embout 95 parut trou traversant 105. Dans l'exemple représenté à la figure 3, ce trou n'a pas un diamètre uniformé; il s'évase entre la partie postérieure de l'embout et la face antérieure 106 de ce dernier. Le jeu diamétral ménagé ainsi à l'intérieur entre d'une part la rondelle 100 et l'embout 95 et, d'autre part, la gaine 60, permet à la rondelle et à l'embout de se déplacer transversalement en suivant les changements de position du fil au fur et à mesure de l'usure de la paroi interne du canal 14 sous l'effet du dispositif à rattrapage de jeu à ressorts coniques 76. Dans le dispositif de la figure 1, le courant d'alimentation de l'arc se propage le long du tube contact jusqu'à l'extrémité de l'embout en graphite 40, et cela même en l'absence de fil de métal d'apport. En conséquence, si ce dernier se trouve bloqué et que son extrémité en fusion, en saillie, remonte vers l'embout 40, celui-ci laisse couler la soudure. Cette dernière s'échappe par gravité (les installations de torches de soudage étant généralement orientées avec l'extrémité du tube contact dirigée vers le bas). Aucun blocage ne se produit à l'intérieur du trou 46 et la portion en cuivre 12 du tube contact n'est pas endommagée. Le même phénomène se produit dans le cas de l'appareil de la figure 3. Dans ce dernier cas, toutefois, lorsque l'extrémité du fil de métal d'apport est remontée jusqu'au trou 102,l'arc électrique s'interrompt, l'embout conducteur 95 n'étant plus alimenté. Bien entendu, l'embout en graphite tel que 40 ou 95 peut être fixé de façon différente de celle qui est illustrée aux figures 1 et 3. On pourrait notamment, à la place du filetage ou du sertissage, coller l'embout à la partie métallique du tube. La colle utilisée est alors avantageusement un ciment graphite connu sous le nom de Cerastil, teneur GC, comme vendu par la maison ELECO PRODUITS, 126 boulevard Victor Hugo, 92110 Clichy. Cette colle est conductrice de l'électricité. L'embout lui-même peut être réalisé en carbone ou tout autre matériau à base de carbone. On se réfère maintenant à la figure 4. Une buse 120 comprend une tête 122 prolongée à son extrémité postérieure par une queue filetée 124 permettant la fixation de la buse à l'extrémité d'une torche de soudage, non ##représentée. Vers sa partie antérieure, la buse est prolongée par une partie effilée 125. La buse est percée d'un canal sensiblement cylindrique 130 à sa partie antérieure et qui débouche en 132 en formant une embouchure propre à souffler un gaz, amené par le canal 130, en direction d'une zone de soudure à l'avant de cette torche. On a représenté à l'intérieur de la buse un tube contact axial 140 avec un fil de métal d'apport 142 guidé par ce tube. A l'extrémité 144 du fil 142 jaillit un arc électrique 145 entretenu par le courant circulant entre le fil de métal d'apport et la pièce à souder.A partir de l'embouchure 132, l'intérieur de la buse 130 est revêtu d'une gaine 150 en graphite. Celle-ci est constituée par un manchon inséré à l'intérieur d'un logement limité à sa partie postérieure par un épaulement 152 dans la paroi interne du canal de soufflage de gaz 130. La gaine 150 est maintenue en place par des clips tels que 160. La buse est réalisée en un matériau métallique, par exemple du cuivre ou du laiton. Afin d'isoler sa surface interne, celle-ci est revêtue d'une couche d'alumine isolante. Cette couche peut être obtenue à partir d'un revêtement d'aluminium déposé électrolytiquement comme il a été décrit précédemment. Ce revêtement est ensuite transformé superficiellement en alumine par anodisation. La surface interne 154 du logement de la gaine de graphite 150 est revêtue de cet isolant. La gaine se trouve donc isolée électriquement par rapport au reste du corps de la buse. Dans une variante, on dispose à l'intérieur de la buse une chemise en aluminium 153 anodisée sur toute sa surface. La chemise se termine à ses deux extrémités (comme montré sur la partie supérieure de la figure 4) par un rebord, le rebord arrière étant interposé entre la buse et la gaine de graphite et le rebord avant entre l'extrémité de la buse et un épaulement qui termine la gaine de graphite. On a constaté qu'avec une telle gaine de revêtement 150 en graphite dans une buse 120, les projections métalliques en provenance de la zone de soudure en fusion n'adhéraient pas sur sa face interne. Ces projections coulent le long du canal 130 et retombent par l'embouchure 132 vers la zone de soudure, la buse étant normalement utilisée dans une position verticale ou inclinée vers le bas. Grâce à l'isolation réalisée par la gaine de graphite 150, on évite tout amorçage entre le fil de métal d'apport 142 et cette gaine. Dans une variante, la gaine de revêtement, au lieu d'être en graphite, est en carbure de silicium. Revendications. 1. Tube de guidage d'un fil de métal d'apport pour une installation de soudage, notamment par arc électrique, du type comprenant un corps tubulaire (12) percé d'un canal longitudinal (14) pour le guidage du fil vers l'extrémité de ce tube en direction de la zone de soudure et un embout (40) en un matériau présentant une faible adhésivité à l'égard des particules:ïimétalliques en fusion dans l'environnement de la soudure, monté à l'extrémité de ce tube et percé d'un trou (46) dans le prolongement du canal de guidage, caractérisé en ce que cet embout (40) est réalisé en un matériau à base de carbone, notamment en graphite. 2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit embout (40) coopère avec une gaine de protection (60) entourant le corps (26) du tube, soit en participant au maintien de la gaine en position sur le tube, soit en étant retenu à l'extrémité du corps de tube par ladite gaine. 3. Tube selon la revendication 2,dans lequel le courant électrique alimentant l'arc de soudage est transmis au fil de métal d'apport par contact avec la paroi du canal (14) du corps tubulaire, caractérisé en ce que ladite gaine (60) est extérieurement isolante et assure le montage et la protection d'un dispositif de rattrapage de jeu (74, 76) logé à l'intérieur de la paroi du corps tubulaire (28). 4. Tube selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'embout (95) présente une partie postérieure (92) retenue à l'intérieur de la gaine (61) par un rétrécissement (90) à l'extrémité de celle-ci, et une partie antérieure (97) faisant saillie hors de la gaine à l'avant du tube. 5. Tube selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par l'interposition d'un matériau (100) électriquement isolant entre la face antérieure (30) du corps tubulaire et la partie postérieure (92) de l'embout (95). 6. Tube selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'embout (40) est vissé sur une tête filetée (32) solidaire de la face antérieure (30) du corps tubulaire. 7. Tube selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'embout (40) forme à sa partie postérieure un épaulement circulaire (52) contre lequel vient buter l'extrémité antérieure de la gaine de protection (60) entourant le tube. 8. Tube selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'embout présente une face antérieure tron- conique (56) dans la petite base duquel débouche le trou (46) en prolongement du canal de guidage. 9. Buse pour le soufflage d'un gaz au voisinage d'une zone de soudure dans une installation de soudage, notamment une installation dans laquelle on fait jaillir un arc électrique entre une pièce à l'intérieur de la buse et la zone de soudure à l'avant de cette dernière, caractérisée en ce que la partie interne de la buse au voisinage de son embouchure de sortie est revêtue d'un matériau (150)- à base de carbone tel que du graphite. 10. Buse selon la revendication 9 réalisée à partir d'un corps métallique (124, 122, 125), caractérisée en ce qu'un revêtement électriquement isolant est interposé entre ledit matériau (15) à base de carbone et la surface du corps métallique de la buse (120).