Brevet FR2565141A1 — publié le 19851206

Dispositif pour le guidage et l'alimentation électrique d'un fil de métal d'apport pour le soudage à l'arc, et son procédé de fabrication. L'invention concerne un dispositif pour le guidage et l'alimentation électrique d'un fil de métal d'apport pour le soudage à l'arc, couramment désigné par "tube contact". Un tel tube contact comprend habituellement un corps métallique allongé, de préférence en cuivre ou alliage de 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 paroi du canal. Le cuivre et certains de ses alliages ont une tenue à l'usure médiocre et subissent, lorsqu'on les utilise pour réaliser le corps du tube contact, une usure due au frottement du fil de métal d'apport, entrainant un élargissement du canal et cela aux dépens de l'efficacité du guidage et de la bonne alimentation électrique du fil. Lorsqu'on utilise un dispositif d'appui exerçant une poussée transversale sur le fil dans le canal pour améliorer le contact électrique entre le fil et la paroi du canal en regard du point de poussée du dispositif d'appui, cette amélioration s'accompagne d'une usure encore accrue au point de contact et la déformation du canal qui en résulte peut conduire à la longue au blocage du fil par grippage. Il a 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, par exemple un cuivre au béryllium, au chrome, au tellure ou au zirconium. Mais ces alliages sont très coûteux. De plus, il est souvent souhaitable de fixer, sur la face avant du tube contact, un embout en céramique, en carbure ou en graphite par exemple, destiné à éviter l'adhérence des projections de soudure et les incidents qui en résultent. Cette fixation a lieu par brasage, ce qui implique l'exposition du corps métallique à une température élevée à laquelle son matériau constitutif subit un recuit qui réduit considérablement sa résistance à l'usure, même lorsqu'il s'agit d'un alliage de cuivre à hautes performances, ainsi que sa conductibilité électrique. Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients énoncés ci-dessus, et de fournir un tube contact assurant pendant une longue durée d'utilisation un guidage régulier du fil de métal d'apport et un bon contact électrique entre celui-ci et le corps métallique. L'invention a pour objet un tube contact du genre défini cidessus, comportant au moins un embout réfractaire brasé à l'extrémité avant du corps métallique et présentant un canal dans le prolongement de celui du corps. Selon l'invention, le corps métallique comporte une enveloppe extérieure tubulaire et une chemise intérieure, laquelle est en un métal peu sensible à l'usure et dont les propriétés mécaniques sont peu affectées par les températures atteintes lors de l'utilisation du tube contact, la chemise étant traversée par le canal longitudinal et emmanchée à force dans l'enveloppe tubulaire, l'embout étant brasé à l'enveloppe extérieure et non à la chemise intérieure. Dans le tube contact selon l'invention, les fonctions de support de l'embout et de guidage du fil, qui étaient antérieurement réunis par un corps métallique monobloc, sont dissociées. L'embout est fixé sur l'enveloppe extérieure, pour laquelle une résistance à l'usure élevée n'est pas nécessaire et qui peut être en cuivre ordinaire ou en alumine nium par exemple, et le guidage proprement dit et le contact électrique avec le fil de métal d'apport sont assurés par la chemise intérieure, qui n'a pas à subir la température de brasage. Le métal de la chemise est de préférence un alliage de cuivre tel qu'un cuivre à l'argent, au béryllium, au cadmium, au chrome, au cobalt, au cobalt-bérylium, au tellure ou au zirconium. Le prix élevé de ces alliages a une incidence limitée sur le coût de revient du tube contact, le poids d'alliage nécessaire pour réaliser la chemise intérieure étant réduit du fait du diamètre réduit de celle-ci. Les températures atteintes par la chemise intérieure lors de l'utilisation du tube contact sont sensiblement inférieures à la température à laquelle est soumis un corps métallique monobloc lors du brasage d'un embout réfractaire, et les transformations qui en résultent éventuellement sont très lentes et ne compromettent pas la durée de vie du tube contact. En plus ou à la place de l'embout destiné à éviter l'adhérence des projections de soudure, qui constitue la face avant du tube contact, celui-ci peut également comporter un embout en un matériau réfractaire, conducteur de l'électricité et d'une excellente tenue à l'usure, fixé à l'extrémité avant du corps et améliorant encore le guidage du fil de métal d'apport. Un tel embout résistant à l'usure est réalisé de préférence en un carbure tel que le carbure de tungstène. Le tube contact selon l'invention peut également être équipé d'un dispositif de poussée, au moins partiellement logé dans le corps et exerçant une poussée transversale sur le fil pour appliquer celui-ci contre la paroi du canal longitudinal. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un tube contact dans lequel on brase au moins un embout à une extrémité d'une enveloppe tubulaire métallique, puis on enfonce à force dans l'enveloppe tubulaire une chemise en un métal peu sensible à l'usure et dont les propriétés mécaniques sont peu affectées par les températures atteintes lors de l'utilisation du tube contact, en l'introduisant par ltextré- mité opposée de l'enveloppe tubulaire. L'invention sera mieux comprise grâce à la description détaillée donnée ci-après et aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une coupe longitudinale d'un premier tube contact selon l'invention; la figure 2 est une coupe longitudinale montrant une étape de la fabrication du tube contact de la figure 1; la figure 3 est une coupe longitudinale d'un second tube contact conforme à l'invention. Le tube contact représenté à la figure 1, destiné à une machine de soudage à l'arc électrique, comprend un corps métallique allongé 1, ayant une forme générale de révolution autour d'un axe, percé d'un canal axial longitudinal 2 pour le passage d'un fil de métal d'apport. 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'est-à-dire par lequel le fil sort du tube, et par arrière le côté où le fil pénètre dans le tube contact. L'épaulement arrière 5 raccorde le partie médiane 4 à une partie arrière 7 munie d'un filetage extérieur pour la fixation du tube contact dans une tète de torche de soudage. La partie 3 du corps située en avant de l'épaulement avant 6 est recouverte 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 3 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 Le corps 1 est composé d'une enveloppe extérieure tubulaire 9 et d'une chemise intérieure 10, emmanchée à force dans l'enveloppe 9 et dans laquelle est ménagé le canal longitudinal 2. L'enveloppe 9 peut être en cuivre ou en alliage de cuivre relativement bon marché, ou en aluminium, ou en alliage d'aluminium, cette énumération n'étant pas limitative. Des qualités élevées de résistance à l'usure ne sont pas exigées de cette pièce. En revanche, la chemise 10 est en un métal peu sensibleàl'usure et dont les propriétés mécaniques sont peu affectées par les températures, de l'ordre de 4000C, qui peuvent être atteintes lors de l'utilisation du tube contact, permettant au corps 1 d'assurer un bon guidage du fil pendant une longue durée. Dans un évidement 14 du corps 1, en forme de cône, à axe transversal, est logé un dispositif de poussée 11 composé d'un ressort conique 12 et d'une bille 13. Les formes coniques de l'évidement 14 et du ressort 12 vont en se rëtré- cissant de l'extérieur du corps vers son axe.Lorsqu'un fil de métal d'apport est présent dans le canal 2,le ressort 12 est sous contrainte entre la surface intérieure de la gaine 8 et la bille 13, et pousse celle-ci contre le fil. Le tube contact comprend également un embout 15 par exemple en carbure de tungstène nickelé, logé dans un évidement axial à l'avant ducorps 1. L'embout 15 est en bon contact électrique avec l'enveloppe 9, grâce à sa fixation sur celle-ci par un brasage, par exemple du type dit à l'argent. I1 est percé d'un canal de guidage 16 de diamètre plus petit que le canal longitudinal 2, et qui prolonge celui-ci dans le sens de l'avance du fil. L'entrée du canal 16 est élargie par un chanfrein 24. Cette entrée se trouve à une faible distance en avantdu dispositif 11. L'embout 15 est suffisamment dur pour pouvoir guider le fil de métal d'apport pendant très longtemps sans que se manifeste une usure sensible en leur zone de contact. Le dispositif d'appui 11 assure un bon contact électrique entre le fil d'une part, l'embout 15 et la chemise 10 d'autre part, qui, conjugué avec le bon contact électrique entre ces pièces et l'enveloppe 9 et avec une bonne conductibilité électrique de leurs matériaux constitutifs, permet d'amener le courant de soudage de l'enveloppe 9 au fil sans résistance ohmique de contact excessive. La longueur de l'embout 15 est d'environ 5 mm. Le matériau 'constitutif de embout 15 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 aussi un bouclier 17 en graphite situé à son extrémité avant, et présentant un canal de sortie 18 prolongeant le canal de guidage 16 de l'embout 15. 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 15 auquel elle est adjacente, logée à l'extrémité avant de l'évidement du corps 1 dont le fond est occupé par l'embout 15. 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 une 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. Un chanfrein 22 est prévu à l'entrée du canal 18. L'enveloppe 9, l'embout 15 et le bouclier 17 sont brasés ensemble selon un joint 26 obtenu à partir d'une bague de métal d'apport à base d'argent, dont le diamètre correspond à celui de l'embout et de la partie 19 du bouclier, et qui a Eté introduite entre ces deux pièces. 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. La figure 2 montre la mise en place de la chemise 10 dans l'enveloppe 9 déjà équipée de l'embout 15 et du bouclier 17. Le brasage préalable de l'embout et du bouclier a exposé l'enveloppe 9 à une température supérieure à 4000C, par exemple de l'ordre de 600 à 8000C. A une telle température, les alliages de cuivre, même ceFx possédantaudépart d'excellentes propriétés mécaniques, subissent un recuit qui détériore celles-ci et ne permet plus aux matériaux de supporter sans usure rapide le frottement d'un fil de métal d'apport. On emmanche à force la chemise 10, dont le diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur de l'enveloppe 9, en l'introduisant par l'extrémité arrière de l'enveloppe, c'est-àdire à l'opposé de l'extrémité avant où sont disposés l'embout 15 et le bouclier 17. Pour faciliter l'assemblage, on peut porter les pièces 9 et 10 à des températures différentes, soit en chauffant l'enveloppe 9, soit en refroidissant la chemise 10, soit en combinant ces deux opérations. On déplace la chemise 10 vers lavant (flèche F) jusqu'à ce que son extrémité avant 26 vienne en butée contre l'extrémité arrière 27 de l'embout 15.Dans la réalisation illustrée, l'extrémité arrière 28 de la chemise 10 se place alors dans le plan de l'extrémité arrière 29 de 11 enveloppe 9, comme montré à la figure 1, la longueur de la chemise étant égale à la distance entre les extrémités arrière de l'embout 15 et de l'enveloppe 9. L'emmanchement à force assure une immobilisation parfaite de la chemise 10 et un bon contact électrique entre celle-ci et l'enveloppe 9. Une partie du courant électrique amené au fil de métal d'apport l'est ainsi, sans résistance de contact excessive, par l'intermédiaire de la chemise 10, l'embout 15 participant également à cette alimentation en courant électrique. La chemise 10, mise en place après brasage de l'embout 15 et du bouclier 17, nta à subir aucune élévation de températurellors de la fabrication du tube contact. Les températures atteintes lors de 11 utilisation du tube sont beaucoup moins élevées que celles dues aux opérations de brasage, et si elles occasionnent des transformations métallurgiques, celles-ci sont très lentes et les dégradations de propriétés mécaniques qui en résultent ne compromettent pas la durée de vie du tube. On complète la fabrication du tube contact en perçant l'évi- dement 14 dans l'épaisseur de l'enveloppe 9 et de la chemise 10, en y introduisant les éléments du dispositif d'appui T1 et en enfilant la gaine 8 sur la partie avant du tube. Un chanfrein 23 peut être réalisé à l'entrée du canal 2 de la chemise 10, avant ou après montage de celui-ci. En fonction des valeurs relatives du diamètre intérieur et du diamètre extérieur de la chemise 10, le chanfrein,s'il est réalisé après montage, peut s'étendre sur la section transversale de l'enveloppe 9. Le tube contact représenté à la figure 3, dans laquelle les mêmes références sont utilisées qu'à la figure 1 pour désigner des éléments semblables,diffère du tube contact de la figure 1 essentiellement par l'absence du dispositif d'appui 11, et de l'évidement 14 prévu pour le recevoir, ainsi que de l'embout 15 encarbure. La chemise 10 est plus longue que celle de la figure 1, et le diamètre du canal longitudinal 2 est légèrement plus petit, offrant un jeu juste suffisant pour un glissement facile du fil de métal d'apport. Le bouclier 17' est en céramique, par exemple en alumine, et son canal 18 a sensiblement le même diamètre que le canal longitudinal 2. Le bouclier 17' est donc électriquement isolant alors que le bouclier 17 est conducteur de l'électricité, les propriétés anti-adhérentes des deux boucliers étant les mêmes.Le bouclier 17' est brasé à 1' enveloppe 9 selon un joint 26'. 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'échauffement 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. Par ailleurs, un bouclier en alumine ne convient pas lorsqu'on utilise comme métal d'apport du bronze ou de l'aluminium, car le frottement arrache au fil des particules de métal qui se déposent sur la paroi du canal et, en cas de remontée d'arc, le fil se soude à la céramique ainsi métallisée, ren dant le tube contact inutilisable. Pour ces applications, il est donc préférable d'avoir recours à un bouclier en graphite. Unemboutde résistance élevée à l'usure,tel que représenté en 15 à la figure 1, est particulièrement avantageux en combinaison avec un bouclier en graphite, qui est lui-même sensible à l'usure. Cet embout améliore la- précision du guidage du fil à l'entrée du bouclier et évite un évasement du canal de sortie 18. Il est égalementpossibie, lorsqu'on utilise un fil d'apport en aluminium, de munir le tube contact d'un embout unique en carbure réfractaire jouant à la fois le rôle de bouclier anti-nrojections et d'embout anti-usure, les projections d'aluminium n'adhérant pas aux carbures réfractaires. L'embout 15 et le dispositif d'appui 11 peuvent être utilisés indépendamment l'un de l'autre, aussi bien qu'en combinaison. Le dispositif d'appui est particulièrement utile dans les installations entièrement automatiques oùunequalité constante du contact électrique est essentielle. Lorsqu'un tel dispositif d'appui est utilisé, il est préférable de réaliser la chemise 10 en un matériau à faible coefficient de frottement, tel qu'un cuivre au cobalt ou au cobalt-béryllium, pour limiter le frottement entre la paroi du canal longitudinal et le fil qui y est appliqué par l'action du dispositif d'appui. En l'absence de dispositif d'appui, on peut naturellement utiliser ces mêmes matériaux, mais également d'autres alliages tels que les cuivres à l'argent,au cadmium, au chrome, au tellure et au zirconium, dont certains sont moins coûteux que ceux contenant du cobalt. Le tube contact selon l'invention est utilisable notamment dans les installations de soudage avec protection gazeuse (MIG : Metal Inert Gas, tlAG : Metal Active Gas), ou à sousflux, la protection de la zone de soudure étant assurée dans ce dernier cas par un apport de poudre. Revendications. 1. Dispositif pour le guidage et l'alimentation électrique d'un fil de métal d'apport pour le soudage à l'arc, ou tube contact, comprenant un corps métallique allongé (1) présentant un canal longitudinal (2) pour le défilement d'un fil de métal d'apport, et au moins un embout réfractaire (15, 17; 17') brasé à l'extrémité avant du corps métallique et présentant un canal (16, 18) dans le prolongement de celui du corps, caractérisé en ce que ce dernier comporte, emmanchées à force l'une dans l'autre, une enveloppe extérieure tubulaire (9) et une chemise intérieure (10) limitant ledit canal, en un métal peu sensible à l'usure et dont les propriétés mécaniques sont peu affectées par les températures-atteintes lors de l'utilisation du tube contact, embout étant brasé limitativement à l'enveloppe. 2. Tube contact selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal de la chemise est un alliage de cuivre. 3. Tube contact selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit alliage est choisi parmi les cuivres à l'argent, au béryllium, au cadmium, au chrome, au cobalt,au cobaltbéryllium, au tellure et au zirconium. 4.Tube contact selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un embout (17, 17') en un matériau réfractaire n'adhérant pas aux projections de métal provenant d'un bain de soudure, formant la face d'extrémité avant du tube, 5. Tube contact selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau n'ndhérlnt pas aux projections de métal est électriquement isolant. 6. Tube contact selon la revendication 4, caractérise en ce que le matériau n'adhérant pas aux projections de métal est conducteur de l'électricité. 7. Tube contact selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte à l'extrémité avant du corps un embout (15) en un matériau réfractaire, conducteur de l'électricité et d'une excellente tenue à l'usure. 8. Tube contact selon la revendication 7, caractérisé en ce que le canal (16) traversant l'embout conducteur résistant à l'usure a un diamètre plus petit que le diamètre du canal longitudinal du corps. 9. Tube contact selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de poussée (11) au moins partiellement logé dans le corps et exerçant une poussée transversale sur le fil pour appliquer celui-ci contrelaparoi du canal longitudinal (2). 10. Procédé de fabrication d'un tube contact selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on brase au moins un embout à une extrémité d'une enveloppe tubulaire métallique et qu'on emmanche ensuite à force dans l'enveloppe tubulaire une chemise en un métal peu sensible à l'usure et dont les propriétés mécaniques sont peu affectées par les températures atteintes lors de l'utilisation du tube contact, en 11 introduisant par 1'extrémité opposée de l'en- veloppe tubulaire. 11. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'avant d'emmancher la chemise dans l'enveloppe munie de l'embout on les porte à des températures différentes, la température de la chemise étant inférieure à la température de l'enveloppe.