Brevet FR2583324A1 — publié le 19861219

Fer à souder. L'invention concerne un fer à souder, utilisable notam- ment par les couvreurs, les zingueurs et les ferblan- tiers pour souder en général du zinc, des métaux ou alliages composites à base de zinc, et des métaux ou alliages en feuilles revêtues ou non par exemple de matière synthétique. On sait qu'un tel fer à souder comprend un corps de chauffe dans lequel débouche un brûleur alimenté en gaz combustible (par exemple du propane) et en air pri- maire de combustion. Une panne amovible, en général en cuivre, est montée sur le corps et comprend une queue qui s'étend à l'intérieur du corps pour être chauffée par la flamme produite par le brûleur, et une partie extérieure au corps qui est chauffée par conduction par la queue de panne et qui est destinée à être amenée au contact des métaux ou alliages à souder. Le corps com- prend également au moins un orifice ou une ouverture servant à la fois à l'allumage de la flamme, à l'entrée, d'air secondaire dans le corps pour l'aération et le dé- veloppement de la flamme, et à la sortie des gaz de combustion, enflammés ou non. En fonctionnement, la flamme produite par le brûleur est al-mentée en air secondaire et vient lécher la queue de panne pour la chauffer. Ces fers souffrent en général d'un certain nombre d'in- convénients. Le corps de chauffe, lorsqu'il a des dimen- sions importantes, empêche l'utilisation du fer à souder dans les endroits étroits et, lorsqu'il a des dimensions plus faibles pour pouvoir être utilisé dans ces endroits, entoure étroitement la partie de la queue de panne qui est à l'opposé du brûleur, de sorte que la flamme pro- duite par le brûleur ne peut venir lécher que la sur- face de la queue de panne qui est tournée vers le brû- leur. Il en résulte nécessairement une montée en tempé- rature assez lente de la partie extérieure de la panne, une plus grande consommation de gaz pour le maintien de cette partie extérieure de la panne à une température déterminée, un chauffage important des parois du corps de chauffe qui entourent la queue de panne. La flamme est parfois difficile à allumer et peu stable, notamment à débit très réduit de gaz combustible. Pour tenter d'améliorer le chauffage de la queue de panne par la flamme, on a déjà proposé de disposer dans le corps, autour de la queue de panne, une rampe annu- laire de formation de flamme, pour produire une flamme entourant la queue de panne et orientée radialement vers celle-ci. I1 en résulte toutefois une complication du montage et de l'assemblage du fer à souder, une plus grande sensibilité ou fragilité aux chocs, et un chauf- fage trop important de la queue de panne et donc une usure prématurée de celle-ci. La présente invention a pour objet un fer à souder qui ne présente pas les inconvénients précités de la techni- que antérieure et qui, notamment, consomme moins de gaz en fonctionnement normal, permet une montée en tempéra- ture rapide de la partie extérieure de la panne, offre une très grande stabilité de flamme, notamment à débit de gaz très réduit, et comprend un corps de chauffe à encombrement faible permettant l'utilisation du fer à souder dans les zones les plus étroites. A cet effet, l'invention propose un fer à souder com- prenant un brûleur propre à être alimenté, en gaz com- bustible et en air primaire de combustion et. débouchant dans un corps de chauffe comportant au moins un orifice d'entrée d'air secondaire et de sortie de flamme et de gaz de combustion, et un orifice de montage d'une panne dont la queue est logée à l'intérieur du corps en regard du brûleur, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'alimentation en air secondaire définissant un trajet de flamme, à partir du brûleur, qui s'étend sur toute la surface de la queue de panne. Corollairement, l'invention prévoit d'augmenter à un maximum la surface d'échange thermique entre la queue de panne logée dans le corps et la flamme produite par le brûleur, et cela sans augmenter le volume ou la masse de la queue de panne et l'encombrement du corps. C'est essentiellement grâce à l'aménagement du circuit d'air secondaire à l'intérieur du corps de chauffe que la flamme produite par le brûleur peut venir lécher toute la surface de la queue de panne, sans qu'il soit néces- saire pour cela de disposer dans le corps une rampe annulaire de formation de flamme autour de la queue de panne. Ce chauffage de la surface totale de la queue de panne par la flamme du brûleur permet à la fois de réduire la surface totale de la queue de panne, et donc la masse de celle-ci, de réduire de 30% environ le temps de mise à température de la partie extérieure de la panne, et de réduire d'environ 40% la consommation de gaz combus- tible en fonctionnement normal. Selon une autre caractéristique de l'invention, le corps de chauffe comprend un orifice unique d'entrée d'air secondaire, qui est formé sur le dessus du corps et en aval de la queue de panne par rapport à la direc- tion delaflamme, ou bien plusieurs orifices d'entrée d'air secondaire situés en aval de la queue de panne, ou tels que le centre de gravité de leur ensemble soit en aval de la queue de panne. La paroi avant du corps et la surface en regard de la queue de panne délimitent entre elles un espace libre, relié à l'extérieur par l'orifice d'entrée d'air secon- daire et permettant la circulation de l'air secondaire autour de la queue de panne sur toute la hauteur de celle-ci, sensiblement jusqu'à l'orifice inférieur de montage de la panne dans le corps. Ainsi, la flamme produite par le brûleur est nécessaire- ment amenée à contourner la queue de panne et à lécher toute la surface périphérique de celle-ci, sur toute la hauteur de la queue de panne. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'axe de la queue de panne est incliné en oblique sur l'axe du brûleur, qui est du type à dard unique, cet angle étant de préférence de 45 environ. Grâce à cette inclinaison de la queue de panne sur l'axe du brûleur, la flamme produite par le brûleur rencontre sur son trajet une section de queue de panne ayant une forme allongée sensiblement ovale ou elliptique dont le grand axe est dans l'axe du brûleur, ce qui favorise la progression de la flamme le long de la surface de la queue de panne. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la queue de panne est de forme sensiblement cylindrique à section droite circulaire variable, les génératrices de sa surface extérieure étant des lignes ondulées, par exemple en dents de scie. On peut ainsi réduire le volume total et donc la masse de la queue de panne, tout en augmentant ou au moins en conservant sa surface extérieure totale et donc sa surface d'échange thermique avec la flamme. Avantageusement, la queue de panne est à fixation axiale dans le corps et comprend à son extrémité supé- rieure un trou axial taraudé, qui reçoit une vis de fi- xation passant par un orifice de la partie supérieure du corps. Cet orifice de passage de la vis de fixation se trouve en amont de l'orifice d'entrée d'air secondaire par rapport à la direction de la flamme, ce qui permet de protéger la vis de fixation. La surface extérieure de la queue de panne peut com- prendre une partie intermédiaire en forme de gorge, per- mettant sa fixation latérale dans le corps au moyen d'une vis de blocage orientée perpendiculairement à l'axe de la queue de panne. Cette panne peut donc être utilisée également sur un fer à souder du type à fixa- tion latérale de la queue de panne. Avantageusement, le corps de chauffe a, perpendicu- lairement à l'axe de la queue de panne, une section droite qui diminue progressivement de son extrémité supérieure jusqu'à l'orifice inférieur de montage de la panne. Il en résulte un encombrement plus faible de ce corps de chauffe du côté de la panne, ce qui rend le fer à souder plus facile à utiliser dans les en- droits étroits. En outre, l'invention prévoit que les parois de l'ori- fice d'entrée d'air secondaire sont convergentes vers l'extérieur du corps, ce qui empêche les gaz enflam- més sortant par cet orifice de s'étaler à l'extérieur du corps et de venir détériorer ou brûler des produits situés au voisinage de la zone de soudure. En fait, grâce à l'invention,très peude gaz enflammés sortent du corps par cet orifice,et forment une très petite flamme extérieure. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique partielle en cou- pe longitudinale d'un fer à souder de la technique an- térieure; - la figure 2 est une vue schématique en coupe longitu- dinale d'un fer à souder selon l'invention; - la figure 3 est une vue extérieure du fer selon l'invention; - la figure 4 est une vue schématique de dessus de ce fer. On se réfère d'abord à la figure 1, représentant un fer à souder de la technique antérieure. Ce fer comprend, de façon classique, un corps de chauf- fe 10 comprenant, à sa partie arrière, un orifice axial 12 de montage d'un brûleur 14 alimenté en gaz combusti- ble et en air primaire de combustion, la tête du brû- leur comprenant un orifice axial 16 et des orifices latéraux 18 de sortie de gaz combustible et d'air primaire de combustion. La paroi inférieure du corps 10 présente, à son extré- mité avant, un orifice inférieur 20 de montage d'une panne, dont la queue 24 est reçue à l'intérieur du corps et dont la partie extérieure 26 s'étend en oblique par rapport à l'axe de la queue de panne 24. Cette queue de panne comprend une gorge annulaire 28, dans laquelle s'engage l'extrémité d'une vis de blocage pas- sant par un trou fileté 30 d'une paroi latérale du corps 10, et venant appuyer la queue de panne sur la paroi latérale opposée du corps. La paroi supérieure de ce corps comprend deux orifices 32 et 34 d'entrée d'air secondaire et de sortie de gaz de combustion, en général enflammé, l'orifice 32 ayant desdimensions beaucoup plus importantes que celles de l'orifice 34 et étant situé en amont de l'axe de la queue de panne par rapport à la direction de la flamme, tandis que l'orifice 34 débouche sur la tranche d'ex- trémité de la queue de panne 24, au voisinage de la partie avant de celle-ci. La paroi avant 36 du corps 10 entoure étroitement la surface avant de la queue de panne, pour diminuer l'en- combrement général du corps -et faciliter son utilisation dans les zones étroites. En fonctionnement, la flamme produite par le brûleur est accrochée sur les débouchés des orifices de sor- tie 16 et 18 du brûleur et circule à l'intérieur du corps 10 en direction des orifices 32 et 34, comme re- présenté sur le dessin. Il en résulte que seule la demi-surface cylindrique de la queue de panne 24 qui est orientée vers l'extrémité du brûleur est chauffée, la demi-surface opposée de la queue de panne n'étant en fait sensiblement pas au contact avec la flamme, et qu'en outre la moitié inférieure de la queue de panne 24, qui est reliée à la partie utile 26 de la queue de panne, est moins chauffée que sa partie supérieure sur laquelle est concentrée la plus grande partie de la flamme. La disposition des orifices 32 et 34 d'entrée d'air se- condaire dans le corps, et la très faible section trans- versale de l'espace compris entre la paroi avant 36 du corps et la surface avant de la queue de panne 24 in- terdisentlacirculation d'air secondaire dans cet es- pace et donc le développement d'une flamme sur la sur- face avant du corps. De plus, l'appui de la queue de panne sur une paroi latérale du corps empêche la flamme de circuler dans cette zone autour de la queue de panne. On se réfère maintenant aux figures 2, 3 et 4 représen- tant un fer à souder selon l'invention. Ce fer à souder comprend un corps de chauffe 40, réalisé de façon classique en fonte aciérée, et dont l'extrémité arrière comprend un conduit cylindrique axial 42 dans lequel est vissée l'extrémité avant d'un brûleur 44. A son extrémité arrière, le brûleur 44 re- çoit un injecteur 46 de gaz combustible, monté par vis- sage dans un porte-injecteur 48 lui-même monté par vis- sage à l'extrémité arrière du brûleur 44. Un écrou 50 entoure à coulissement le porte-injecteur 48 et permet le raccordement à un dispositif d'alimentation en gaz combustible. De façon classique, des orifices 52 d'entrée d'air pri- maire sont formés dans la paroi cylindrique du brûleur 44, au débouché de l'injecteur 46. Un manchon pare-vent 54 peut être fixé à étanchéité sur un épaulement du corps du brûleur et entoure à distance les orifices 52 d'entrée d'air primaire. La tête ou extrémité avant du brûleur 44 comprend un orifice axial 56 de sortie de gaz combustible et d'air primaire, et de petits orifices latéraux 58, orientés radialement par rapport à l'axe 60 du brûleur, pour former une flamme à dard unique avec anneau d'ac- crochage de la flamme. La paroi inférieure du corps 40 comprend une partie avant oblique 62 par rapport à l'axe du brûleur et dans laquelle est formé un orifice cylindrique 64 de montage d'une panne dont la queue 66 de forme générale cylin- drique s'étend à l'intérieur du corps 40 et dont la partie extérieure 68 s'étend coaxialement à la queue de panne 66. Un évasement tronconique 70 relie la queue de panne 66 à la partie extérieure 68 et permet de fer- mer de façon étanche le débouché vers l'extérieur de l'orifice 64. L'extrémité supérieure de la queue de panne 66 présente un trou axial taraudé 72 recevant une vis de fixation 74 passant dans un orifice 76 de la paroi supérieure du corps 40. Une rondelle 78 est interposée entre la tête de la vis 74 et le débouché de l'orifice 76, pour fermer ce débouché de façon sensiblement étanche. La paroi supérieure du corps 40 comprend, en aval de l'orifice 76 et de l'extrémité de la queue de panne 66 par rapport au brûleur 44, un orifice unique 80 d'en- trée d'air secondaire et de sortie de gaz de combustion, cet orifice 80 ayant par exemple une forme trapézoïdale dont l'axe de symétrie se trouve dans le plan longitu- dinal de symétrie du fer à souder, cette forme trapé- zoldale allant en se rétrécissant en direction de la paroi avant 82 du corps 40. Cette paroi avant 82 est inclinée en oblique par rapport à la queue de panne 66 et s'écarte de celle-ci à partir de l'orifice inférieur 64 de montage de la panne dans le corps 40. De même, les parois latérales 84 du corps , reliées à la paroi avant 82, s'écartent en oblique de la queue de panne 66 à partir des côtés de la paroi inférieure avant 62, en direction de l'extrémité supé- rieure du corps. Cette configuration particulière du corps de chauffe 40 permet, simultanément, de réduire l'encombrement exté- rieur du corps 40 du côté de la partie utile 68 de la panne, pour permettre l'utilisation du fer à souder dans des zones très étroites, et également de former autour de la queue de panne 66 un espace libre qui en- toure la demi-surface cylindrique avant de la queue de panne et qui est relié à l'extérieur par l'orifice 80 de telle sorte que l'air secondaire entrant dans le corps 40 par l'orifice 80 peut circuler tout autour de la demi-sur- face cylindrique avant de la queue de panne et sur toute la hauteur de celle-ci. La flamme à dard unique produite par le brûleur 44 et accro- chée à l'extrémité avant de celui-ci peut donc se dévelop- per à l'intérieur du corps tout autour de la queue de panne 66, et vient lécher toute la surface extérieure de celle-ci avant de se diriger vers l'orifice 80 d'entrée d'air secon- daire. Si l'on considère un plan P passant par l'axe de la queue de panne et perpendiculaire au plan du dessin en figures 1 et 2, on voit que, dans le fer selon l'invention, la flam- me circule sur toute la surface semi-cylindrique de la queue de panne se trouvant en amont du plan P, puis traverse le plan P et circule sur toute la surface semi-cylindrique de queue de panne en aval du plan P. Dans le fer de la figure 1, une fraction importante (envi- ron les 3/4) de la flamme circule sur la moitié supérieure de la surface semi-cylindrique de la queue de panne se trou- vant en amont du plan P et se dirige vers l'orifice 32, sans traverser le plan P, et la fraction restante (1/4) de la flamme circule sur environ 1/4 de la surface semi-cylindrique de la queue de panne en amont du plan P et sur environ 1/3 de la surface semi-cylindrique de queue de panne en aval du plan P pour se diriger vers l'orifice 34. Comme l'énergie thermique cédée à la queue de panne est pro- portionnelle à l'énergie thermique de la flamme et à la sur- face chauffée de la queue de panne, soit W = k E x S (W étant l'énergie cédée à la queue de panne, k un coefficient, E l'é- nergie de la flamme et S la surface chauffée de la queue de panne, on a, selon l'invention: W = k (E x S1 + E x Si) 2_ 2 = k E S1 S1 étant la surface totale de la queue de panne, alors que, dans le fer de la figure 1, on a: w= k 34 E x x si1 + E (1 x si 1+ x Si1 14 2 2 4 4 2 3 2 = i k E Sf d'o il résulte que l'énergie thermique cédée à la queue de panne est environ 4 fois plus importante dans le fer selon l'invention que dans le fer de la figure 1, toutes conditions égales par ailleurs. En outre, l'axe 60 du brûleur vient rencontrer l'axe de la queue de panne en un point qui est situé dans la moitié inférieure de la queue de panne, ce qui favorise le chauffage de cette moitié inférieure. L'angle formé par l'axe de la queue de panne et l'axe du brûleur est d'environ 450, ce qui facilite l'écoulement de la flamme le long de la surface périphérique de la queue de panne. Avantageusement, comme on le voit en figure 2, les gé- nératrices de la surface extérieure de la queue de pan- ne sont des lignes ondulées, par exemple en dents de scie, ce qui permet d'augmenter cette surface extérieu- re et donc la surface d'échange thermique avec la flam- me tout en réduisant la masse de la queue de panne. Par ailleurs, cette surface extérieure peut présenter une gorge annulaire 86 à fond plat, destinée à rece- voir l'extrémité d'une vis de blocage orientée perpendi- culairement à l'axe de la queue de panne, ce qui permet le montage de la panne dans un fer à souder du type de celui représenté en figure 1. Le fonctionnement du fer à souder selon l'invention découle à l'évidence de ce qui précède: Le débit de gaz combustible dans le brûleur 44 provoque l'aspiration d'air primaire de combustion dans ce brû- leur par les orifices 52. Le mélange combustible arri- vant dans le corps 40 est allumé, par exemple au moyen de la flamme d'un briquet introduite dans le corps par l'orifice 80, ou au moyen de tout autre dispositif clas- sique approprié. La flamme produite s'étend de l'extré- mité avant du brûleur 44 jusqu'à l'orifice 80 en circu- lant sur toute la surface extérieure de la queue de panne 66. L'orifice 80 sert à la fois à l'entrée d'air secondaire de combustion à l'intérieur du corps 40 et à la sortie des gaz de combustion, qui sont en général enflammés et produisent une petite flamme peu visible sur le dessus du corps 40. Pour concentrer cette flamme et éviter son étalement, les parois de l'orifice 80 sont, de préférence, convergentes vers l'extérieur du corps, comme représenté en figure 2. La partie utile 68 de la panne est chauffée par conduction par la queue A panne 66 et est portée à la température voulue,celle- ci étant réglable par réglage du débit de gaz alimen- tant le brûleur 44. Le fer à souder selon l'invention présente, par rapport à la technique antérieure, les avantages suivants: - toutes conditions égales par ailleurs, la consommation de gaz pour le maintien à température déterminée de la partie utile 68 de la panne est réduit d'environ 40% et le temps de montée en température de cette partie utile est réduit d'environ 30%, - la masse de la queue de panne 66 est plus faible, ce qui permet une économie de cuivre, - la flamme est extrêmement stable à tous les débits et notamment pour un débit très réduit de gaz, - l'allumage de la flamme est facile et immédiat, - la tête de la vis 74 de fixation de la panne est pro- tégée de la flamme, - le corps de chauffe est d'encombrement réduit et sa section transversale, dans un plan perpendiculaire à l'axe de la queue de panne, va en diminuant dans la direction de la partie utile de la panne, ce qui permet d'utiliser le fer à souder dans des endroits d'accès étroit, - l'étanchéité de l'orifice 64 de montage de la panne est assurée par la portée tronconique 70 reliant la par- tie utile 68 de la panne à la queue de panne 66, - la sortie de flamme est concentrée en partie supérieu- re du corps 40. Revendications. 1. Fer à souder, comprenant un brûleur (44) propre à être alimenté en gaz combustible et en air primaire de combustion et débouchant dans un corps de chauffe (40) comportant au moins un orifice (80) d'entrée d'air secondaire et de sortie de flamme et de gaz de combus- tion, et un orifice (64) de montage d'une panne dont la queue (66) est logée à l'intérieur du corps (40) en regard du brûleur (44), caractérisé en ce qu'il com- prend des moyens (80, 82) d'alimentation en air secon- daire définissant un trajet de flamme, à partir du brûleur (44), qui s'étend sur toute la surface de la queue de panne (66). 2. Fer selon la revendication 1, caractérisé par au moins un orifice (80) d'entrée d'air secondaire, qui est formé sur le dessus du corps (40) en aval de la queue de panne (66) par rapport à la direction de la flamme. 3. Fer selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps (40) comprend plusieurs orifices d'entrée d'air secondaire qui sont situés en aval de la queue de panne par rapport à la direction de la flamme, ou tels que le centre de gravité de l'ensemble de ces orifices se trouve en aval de la queue de panne par rapport à la direction de la flamme. 4. Fer selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la paroi avant (82) du corps et la surface en regard de la queue de panne (66) délimitent entre elles un espace libre relié à l'extérieur par l'orifice (80) d'entrée d'air secondaire et permettant la circulation de l'air secondaire autour de la queue de panne (66) et sur toute la hauteur de celle-ci, sensiblement jusqu'à l'orifice (64) de montage de la panne dans le corps (40) 5. Fer selon la revendication 4, caractérisé en ce que la section transversale dudit espace libre augmente progressivement en direction de l'orifice (80) d'entrée d'air secondaire. 6. Fer selon l'une des revendications t à 5, caracté- risé en ce que le brûleur (44) est du type à dard uni- que orienté dans l'axe du brûleur et en ce que l'axe de la queue de panne (66) est incliné en oblique sur l'axe du brûleur. 7. Fer selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'angle entre l'axe du brûleur et l'axe de la queue de panne (66) est d'environ 45 . 8. Fer selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe (60) du brûleur (44) est orienté vers la moitié inférieure de la queue de panne (66). 9. Fer selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la queue de panne (66) est de forme sensiblement cylindrique à section droite circu- laire variable, les génératrices de sa surface exté- rieure étant des lignes ondulées, par exemple en dents de scie.- 10. Fer selon l'unedes revendications précédentes, caractérisé en ce que la queue de panne (66) est à fixation axiale dans le corps (40) et comprend, à son extrémité supérieure, un trou (72) à filetage interne recevant une vis de fixation (74) passant par un orifice Z583324 (76) de la partie supérieure du corps. 11. Fer selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'orifice (76) de passage de la vis de fixation (74) est situé en amont de l'orifice (80) d'entrée d'air secondaire par rapport à la direction de la flamme 12. Fer selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface de la queue de panne comprend une partie intermédiaire (86) en forme de gor- ge, permettant sa fixation latérale dans le corps au moyen d'une vis de blocage orientée perpendiculairement à l'axede la queue de panne. 13. Fer selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (40) a, perpendiculai- rement à l'axe de la queue de panne, une section droite qui diminue progressivement de son extrémité supérieure à l'orifice (64) de montage de la panne. 14. Fer selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parois de l'orifice (80) d'entrée d'air secondaire convergent vers l'extérieur du corps.