Brevet FR2559410A1 — publié le 19850816

Dispositif pour le guidage et l'alimentation électrique d'un fil de métal apport pour la soudure à l'arc. L'invention a pour objet un dispositif de guidage et d'alimentation électrique d'un fil de métal d'apport pour la soudure à l'arc, dénommé-ci-après pour abréger "tube contact". Un tel tube contact est habituellement constitué essentiellement par un corps allongé en un métal très bon conducteur de l'électricité, de préférence en cuivre ou alliage du cuivre,présentant un canal longitudinal pour le guidage du fil de métal d'apport. La transmission du courant électrique au fil se fait par contact avec la surface du canal. Pour minimiser la résistance ohmique de contact, le jeu radial entre le fil et la paroi du canal du tube doit être aussi faible que possible.Cependant, compte tenu des fluctuations du diamètre du fil, un diamètre trop faible du canal peut conduire à un blocage du fil ou à une résistance excessive à l'avancement, qui peut avoir des conséquences très gênantes. Pour résoudre ce dilemme, on a déjà proposé de munir le tube contact d'un dispositif d'appui exerçant une poussée transversale sur le fil dans le canal pour assurer un bon contact surfacique entre le fil et la paroi du canal en regard du point de poussée du dispositif d'appui. L'expérience a montré que cette disposition n'est pas suffi sante pour supprimer toutes les difficultés précitées. En effet, le cuivre ou alliage de cuivre,constituant la paroi du canal du tube contact, est peu résistant à l'usure. La pression que doit exercer le dispositif d'appui pour assurer un bon contact entre le fil et la paroi du canal entraîne donc à la longue une creusure localisée de cette paroi dans la zone d'appui. Cette creusure épouse étroitement le contour du fil, de sorte qu'en cas d'augmentation momentanée du diamètre de celui-ci, on retrouve le risque de blocage. Il a également été proposé, pour diminuer l'usure du corps du tube, de réaliser celui-ci en un alliage de cuivre plus dur que le cuivre lui-même, un tel alliage pouvant contenir par exemple du béryllium, du chrome, du zirconium ou du tellure.Mais on a constaté que 11 élévation de température subie par le tube lors du fonctionnement de la machine de soudage provoque un recuit de l'alliage, dont la résistance à l'usure retombe pratiquement au niveau de celle du cuivre pur. Un tel recuit est également observé, avant même l'uti lisation du tube, lorsqu'on y fixe par brasage un bouclier en céramique par exemple, destiné à éviter l'adhérence des projections de- soudure sur la face avant du tube. Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients énon cés ci-dessus, et de fournir un tube contact assurant pen dant une longue durée d'utilisation un guidage rdgulier du fil de métal d'apport et un bon contact électrique entre celui-ci et le tube. Le tube contact comprend, selon l'invention, un embout en un matériau réfractaire, conducteur de l'électricité, et d'une tenue à l'usure meilleure que le métal bon conducteur de l'électricité constituant le corps du tube contact, embout étant en contact électrique avec ce corps. L'embout présente un canal de guidage pour le fil, disposé dans l'alignement du canal longitudinal traversant le corps et en aval de ce canal longitudinal par rapport au défilement du fil, le diamètre du canal de l'embout étant plus petit que celui du canal du corps. Un dispositif de poussée ou d'appui au moins partiellement logé dans le corps a son point d'action situé immédiatement en amont de l'entrée du fil dans le canal de guidage de l'embout. Le dispositif d'appui, situé très près de l'embout, presse le fil contre la surface du canal de guidage ménagé dans celui-ci, le frottement entre le fil et le corps métallique étant sensiblement réduit ou même supprimé du fait de la différence de diamètre entre le canal de guidage de L'embout et le canal longitudinal du corps métallique, de sorte que toute usure appréciable du corps métallique est éliminée, avec les risques de blocage qu'elle comporte. La-tenue à l'usure de l'embout réfractaire évite l'apparition d'une creusure dans le canal de l'embout. Grâce à son caractère réfractaire, le matériau constitutif de l'embout est à l'abri de transformations d'origine thermique susceptibles d'altérer ses propriétés mécaniques. Le passage du courant électrique entre le corps métallique et le fil se fait par l'intermédíaire de l'embout. Ceci n'en traîne pas une augmentation sensible de la résistance électrique,l'embout étant lui-même conducteur de l'électricité, même s'il l'est moins que le corps métallique, et étant en bon contact électrique à la fois avec le corps et avec le fil. Le métal constitutif du corps est, de préférence, à base de cuivre. Ce peut être du cuivre à peu près pur ou un alliage de cuivre choisi uniquement pour sa conductibilité électrique et pour son faible prix de revient, sa résistance à l'usure étant indifférente. Le matériau constituf de l'embout peut être un des carbures réfractaires et résistants à l'usure connus dans la technique, parmi lesquels le carbure de silicium et divers carbures de métaux de transition tels que le carbure de tungstène. La suppression pratiquement complète du frottement entre le fil et la surface du canal longitudinal du corps dépend d'un choix approprié de la distance entre le point d'action du dispositif d'appui et l'entrée du canal de guidage de l'embout et de la différence de diamètres entre ce dernier et le canal longitudinal du corps, compte tenu de la rigidité du fil. Pour un fil d'un diamètre de l'ordre de 1 mm en un des métaux d'apport habituellement utilisés, on obtient un excellent résultat en fixant cette distance entre 1 et 1,5 mm environ, et cette différence de diamètres entre 0,2 et 0,3 mm environ.Pour un fil de 1 mm de diamètre nominal, le diamètre du canal de guidage de l'embout peut être compris entre 1,3 et 1,4 mm et celui du canal longitudinal du corps entre 1,6 et 1,7 mm. Le tube contact selon l'invention peut être muni à son extrémité avant d'un bouclier en un matériau réfractaire sur lequel n'adhèrent pas les projections de métal provenant d'un bain de soudure, et présentant un trou de passage pour le fil situé dans le prolongement du canal de guidage de l'embout. Selon le travail de soudure à effectuer, le bouclier peut être électriquement conducteur ou isolant. Lorsqu'on soude des pièces de grandes dimensions, il est avantageux de chauffer les pièces sur une région relativement étendue autour de la zone de soudure pour éviter des contraintes mécaniques au refroidissement. On prévoit alors avantageusement un bouclier en un matériau électriquement conducteur, par exemple en graphite, et une partie du courant électrique amené au tube contact s'écoule entre le bouclier et les pièces à souder par l'intermédiaire des gaz ionisés par la différence de potentiel élevée nécessaire à la production de l'arc électrique, contribuant ainsi à l'échauff e- ment désiré des pièces. Si, au contraire, on travaille sur des pièces de petites dimensions susceptibles d'être détériorées par un échauffement excessif, un bouclier isolant, par exemple en céramique, permet une concentration du courant électrique dans le fil d'apport et la limitation de la puissance thermique dégagée à celle nécessaire à la réalisation de la soudure. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée donnée ci-après à titre d'exemple et des dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un tube contact selon l'invention; - la figure 2 est une vue partielle en coupe longitudinale du tube contact de la figure 1 traversé par un fil de métal d'apport; - la figure 3est une vue en élévation d'un bouclier utilisable dans une variante du tube contact de la figure 1. Le tube contact représenté aux figures 1 et 2, destiné à une machine de soudage à l'arc électrique, comprend un corps allongé 1 en cuivre, ayant une forme générale de révolution autour d'un axe, percé d'un canal axial longitudinal 2 pour le passage d'un fil 3 de métal d'apport visible à la figure 2. Le corps 1 comporte une partie médiane 4 de plus grand diamètre extérieur, limitée par un épaulement arrière 5 et un épaulement avant 6. On désigne ici par avant le côté du tube contact dirigé en fonctionnement vers la soudure, c'està-dire par lequel le fil 3 sort du tube, et par arrière le côté où le fil 3 pénètre dans le tube contact. L'épaulement arrière 5 raccorde la partie médiane 4 à une partie arrière 7 munie d'un filetage extérieur pour la fixation du tube contact dans une tête de torche de soudage. En avant de l'épaulement avant 6, le corps 1 est recouvert jusqu'à son extrémité avant par une gaine 8 en aluminium anodisée extérieurement et intérieurement, dont la couche superficielle d'alumine assure l'isolement électrique de la partie avant du corps 1 vis-à-vis de l'extérieur et évite l'adhérence des éclaboussures de soudure. La gaine 8 peut être immobilisée sur le corps 1 par un dispositif d'encliquetage non représenté. Dans un évidement 9 du corps 1 en forme de cône à axe transversal, est logé un dispositif de poussée 10 composé d'un ressort conique 11 et d'une bille 12. Les formes coniques de l'évidement 9 et du ressort 11 vont en se rétrécissant de l'extërieur du corps vers son axe. Comme on le voit à la figure 2, le ressort 11 est sous contrainte entre la surface inté rieure de la gaine 8 et la bille 12, et pousse celle-ci contre le fil 3. Le tube contact comprend également, selon l'invention, un embout 13 par exemple en carbure de tungstène nickelé, logé dans un évidement axial à l'avant du corps 1. L'embout 13 est en bon contact électrique avec le corps 1, par exemple grâce à sa fixation sur celui-ci par un brasage dit à l'argent. Ilestpercé d'un canal de guidage 14 de diamètre plus petit que le canal longitudinal 2, et qui prolonge celui-ci dans le sens de l'avance du fil 3.L'entrée du canal 14 est élargie par un chanfrein 14'. Cette entrée se trouve à une faible distance axiale du point 15 de contact entre la bille 12 et le fil 3, en aval de ce point par rapport au sens de déplacement du fil 3. Onvoità la figure 2 que le dispositif 10 exerce sur le fil 3 une poussée transversale (dirigée vers le bas sur la figure) et provoque le frottement du fil contre l'embout 13 en un point 16 situé à l'entrée du canal de guidage 14, les points 15 et 16 appartenant à des génératrices opposées du fil 3 en forme générale de cylindre de révolution. Grâce à la différence de diamètres entre les canaux 2 et 14,de l'ordre de 0,2 à 0,3 mm, et à la proximité des points 15 et 16, distants dans la direction longitudinale d'environ 1 d 1,5 mm, le fil 3 frotte en 16 contre la surface du canal 14 sans frotter contre la paroi du canal 2 face au point 15. L'usure du corps 1 est donc supprimée, avec les risques de blocage qu'elle comporte. L'embout 13 est quant à lui suffisamment dur pour pouvoir guider le fil 3 pendant très longtemps sans que se manifeste une usure sensible en leur zone de contact.Le dispositif d'appui 10 assure un bon contact électrique au point 16 entre le fil et 1'embout 13, qui, conjugué avec le bon contact électrique entrel'embout 13 et le corps 1 et avec une conductibilité électrique suffisante du matériau de l'embout, permet d'amener le courant de soudage du corps 1 au fil 3 sans résistance ohmique de contact excessive. La longueur de l'embout 13 est d'environ 5 mm. Le matériau constitutif de l'embout 13 étant réfractaire, il peut être porté aux températures élevées nécessaires au brasage et à celles développées par les opérations de soudage sans perte de ses caractéristiques mécaniques. Le tube contact comprend également un bouclier 17 en céramique, par exemple à base d'alumine ,situé à son extrémité avant, et présentant un canal de sortie 18 prolongeant le canal de guidage 14 de l'embout 13. Le diamètre du canal 18 peut être égal à celui du canal 14 ou légèrement supérieur. Le bouclier 17 présente une portion arrière cylindrique 19 de même diamètre extérieur que l'embout 13 auquel elle est adjacente, logée à l'extrémité avant de l'évidement du corps 1 dontlefond est occupé par l'embout 13. A la portion arrière 19 se raccorde une portion médiane 20 de même diamètre que la partie avant du corps 1 et s'appuyant par un épaulement 25 sur la face avant de celui-ci. Le bouclier se termine par nne portion avant 21 en forme de calotte sphérique dont le diamètre de base est celui de la portion médiane 20. La gaine 8 s'étend sur la périphérie de la portion médiane 20 et est rabattue vers l'intérieur sur la zone périphérique de la portion avant 21. Le bouclier 17 évite l'adhérence des projections de métal provenant du bain de soudure sur l'extrémité avant du tube contact. Grâce à la continuité entre le bouclier 17 et la gaine 8, toute la partie avant du tube contact est protégée contre ces projections. Le bouclier 17 est, de préférence, solidarisé par brasage avec l'embout 13. Les matériaux constitutifs de ces deux pièces ayant des coefficients de dilatation thermique voisins, le cyclage thermique qui se produit lors du fonctionnement du tube contact ne risque pas de provoquer une rupture ou une fissuration de la céramique, comme ce serait le cas si le bouclier céramique était solidarisé par brasage avec le corps en cuivre, dont le coefficient de dilatation est sensiblement différent de celui de la céramique. Un second embout 22, identique à l'embout 13, est prévu à l'entrée du tube contact, dans un évidement ménagé à l'extrémité arrière de la partie arrière 7 du corps 1 et dont les dimensions- correspondent aux dimensions extérieures de l'embout 22. Ce dernier a pour fonction d'améliorer le guidage du fil de métal d'apport au travers du tube contact compte tenu du jeu relativement grand entre le fil et le corps métallique 1. Le bouclier 17' représenté à la figure 3 diffère du bouclier 17 par l'absence de la portion arrière 19 et par le fait que la portion avant 21' a un diamètre de base inférieur au diamètre extérieur de la portion cylindrique 20' et est raccordée à celle-ci par un épaulemen#t 30. Ce bouclier est destiné à être posé sur la face avant d'un corps métallique ou d'un embout de guidage résistant à l'usure et à être maintenu en place par une extrémité rabattue vers l'intérieur d'une gaine analogue à la gaine 8, s'appuyant sur l'épaulement 30. L'embout de guidage peut être soit brasé au corps métallique comme dans la réalisation de la figure 1, soit serti par déformation de l'extrémité avant du corps métallique, l'embout étant logé dans un évidement dont la profondeur est approximativement égale à la longueur de l'embout. Suivant une autre variante, le bouclier peut comporter à la fois un épaulementtel que 30, destiné à recevoir l'extrémité rabattue d'une gaine protectrice, et une portion arrière telle que 19 brasée ou non à un embout tel que 13. D'autres changements peuvent être apportés aux réalisations décrites sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, comme expliqué plus haut, le bouclier en céramique peut être, en fonction du traval à effectuer, remplacé par un bouclier en un matériau conducteur de l'électricité, par exemple en graphite. L'embout de guidage résistant à l'usure peut avoir un diamètre extérieur égal à celui de la partie avant du corps métallique et être monté sur la face avant de celui-ci. La portion avant du bouclier peut avoir une forme autre que celle d'une calotte sphérique. La distancevisibleà la figure 2 entre le fil de métal d'apport 3 et la zone de la paroi du canal longitudinal 2 faisant face au dispositif de poussée 10 peut être réduite ou même s'annuler dans la mesure où il n'en résulte pas un frottement conduisant à une usure appréciable du corps métallique. L'embout arrière 22 n'est pas indispensable et peut être supprimé. Le bouclier 17 peut également être supprimé lorsque l'adhérence des projections n'est pas à craindre. Revendications. 1. Dispositif pour le guidage et l'alimentation électrique d'un fil de métal d'apport pour la soudure à l'arc ou tube contact comprenant un corps allongé (1) en un métal très bon conducteur de l'électricité présentant un canal longitudinal (2) pour le défilement d'un fil de métal d'apport, et un dispositif de poussée (10) au moins partiellement logé dans ledit corps allongé et exerçant une poussée transversale sur le fil (3) dans ledit canal, caractérisé en ce qu'il comprend un embout (13) en un matériau réfractaire, conducteur de l'électricité et d'une tenue à l'usure meilleure que ledit métal du corps, en contact électrique avec ledit corps, présentant un canal de guidage (14) pour le fil, disposé dans l'alignement dudit canal du corps et en aval de celui-ci par rapport au défilement du fil et ayant un diamètre plus petit que celui du canal longitudinal, et en ce que le point d'action du dispositif de poussée est situé immédiatement en amont de l'entrée du fil dans ledit canal de guidage de l'embout. 2. Tube contact selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit métal est à base de cuivre. 3. Tube contact selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit matériau réfractaire est un carbure. 4. Tube contact selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit embout (13) est solidarisé audit corps allongé (1) par brasage. 5. Tube contact selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif de poussée (10) comprend une bille (12) s'appuyant sur le fil sous la pression d'un ressort conique (11). 6. Tube contact selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance entre le point d'action du dispositif de poussée (10) et l'entrée du canal de guidage (14), et la différence de diamètres entre le canal longitudinal (2) et le canal de guidage, sont choisiesdefaçon a éviter un frottement appréciable entre le fil et la paroi du canal longitudinal. 7. Tube contact selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite distance est comprise entre 1 et 1,5 mm environ et que ladite différence de diamètres est comprise entre 0,2 et 0,3 mm environ. 8. Tube contact selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend à son extrémité avant un bouclier (17) en un matériau réfractaire n'adhérant pas aux projections de métal provenant d'un bain de soudure, muni d'un trou de passage (18) pour le fil situé dans le prolongement dudit canal de guidage (14). 9. Tube contact selon la revendication 8, caractérisé en ce que le matériau du bouclier (17) est électriquement isolant. 1Q. Tube contact selon la revendication 9, caractérisé en ce que le bouclier est en céramique. 11. Tube contact selon la revendication 10, caractérisé en ce que le bouclier est en alumine. 12. Tube contact selon la revendication 8, caractérisé en ce que le matériau du bouclier est conducteur de l'électricité. 13. Tube contact selon la revendication 12, caractérisé en ce que le bouclier est en graphite. 14. Tube contact selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que le bouclier (17) est solidarisé à l'embout par brasage. 15. Tube contact selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, sur sa partie avant, est enfilée une gaine tubulaire (8) dont la surface extérieureaumoins est électriquement isolante et ne permet pas l'adhésion des projections de métal provenant d'une zone de soudure. 16. Tube contact selon la revendication 15, caractérisé en ce que ladite surface extérieure est en alumine. 17.Tube contact selon la revendication 16, caractérisé en ce que ladite gaine est en aluminium anodisé. 18. Tube contact selon l'une des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que ladite gaine constitue un contre-appui pour le dispositif de poussée. 19. Tube contact selon la revendication 5 et la revendication 18, caractérisé en ce que le ressort conique est en condition comprimée entre la bille et la gaine. 20. Tube contact selon l'une des revendications 15 à 19, caractérisé en ce que l'extrémité avant de ladite gaine (8) est rabattue vers l'axe du tube pour maintenir en place un bouclier (17) tel que prévu par l'une des revendications 8 à 14. 21. Tube contact selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un second embout (22) réfractaire et résistant à l'usure, présentant un canal de guidage de même diamètre que celui du premier embout (13) disposé en amont dudit canal longitudinal.