Brevet FR2677566A1 — publié le 19921218

PROCEDE DE SOUDAGE PLASMA ET TORCHE POUR MISE EN OEUVRE DU PROCEDE La présente invention concerne le domaine du soudage à l'arc électrique. Elle concerne plus précisément un procédé de soudage plasma à l'aide d'une torche équipée d'une électrode réfractaire et d'une buse assurant la liaison électrique avec le circuit de soudage ainsi que l'écoulement du gaz plasmagène et du gaz de protection , ladite torche étant conçue pour permettre la formation d'un plasma d'arc par suite de la constriction de l'arc. Il est connu que l'arc plasma permet de résoudre des problèmes de soudage difficiles sur de faibles épaisseurs car il permet d'obtenir sur les pièces à souder un fort gradient de température. Le gaz plasmagène habituellement utilisé dans ce type de soudage est de l'argon pur. Par contre le gaz de protection est soit un autre gaz soit un mélange d'argon et d'hydrogène comportant 97 % d'argon. Les méthodes de soudage à l'arc utilisées aujourd'hui nécessitent donc deux sources de-gaz distinctes. De plus, avec ces gaz, la largeur de cordon de soudure obtenue est rarement inférieure à 2,5 mm avec une tôle d'acier inoxydable de 1 mm d'épaisseur. Le but de la présente invention est de proposer un nouveau procédé de soudage à l'arc plasma dans lequel la constriction de l'arc est fortement augmentée et qui permet de réduire la largeur de cordon de soudure. Le but est atteint selon l'invention par le fait que l'on utilise de l'hélium en tant que gaz plasmagène et gaz de protection. Des essais ont montré que l'utilisation de l'hélium en tant que gaz de protection et gaz plasmagène donne une striction de l'arc plus importante, et par le fait même un gradient de température plus élevé, et une largeur de cordon diminuée. De préférence on utilise une électrode présentant des cannelures. La profondeur et la largeur de chaque cannelure sont sensiblement égales au tiers du diamètre de l'électrode. L'électrode comporte avantageusement trois cannelures. Cette disposition de l'électrode permet une distribution plus homogène du gaz plasmagène, crée moins de turbulence et améliore la stabilité de l'arc. Elle favorise également l'amorçage de l'arc. La présente invention concerne également une torche pour la mise en oeuvre du procédé, ladite torche comportant un corps creux, une buse disposée à une extrémité dudit corps creux et prévue pour l'écoulement du gaz plasmagène et du gaz de protection, des moyens pour assurer la liaison électrique de la buse avec le circuit de soudage, des moyens d'amenée du gaz plasmagène et du gaz de protection et, des moyens de refroidissement de la buse, caractérisée en ce que l'électrode présente des cannelures. De préférence, la profondeur et la largeur de chaque cannelure sont sensiblement égales au tiers du diamètre de l'électrode. Avantageusement, l'électrode comporte trois cannelures. La buse est fixée à l'extrémité d'un manchon monté dans ledit corps et entourant ladite électrode, ledit manchon permettant de séparer le circuit d'écoulement du gaz plasmagène et du gaz de protection. De façon avantageuse, les moyens de refroidissement de la buse sont disposés dans la paroi dudit manchon. Le manchon est constitué par l'assemblage étanche d'un fourreau extérieur et d'un tube intérieur qui présentent des surfaces de contact de formes complémentaires. Les moyens de refroidissement sont formés par des gorges ménagées dans l'une au moins de ces surfaces de contact de manière à permettre l'écoulement du fluide de refroidissement. L'une de ces gorges entoure presque complètement l'extrémité de fixation de la buse. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente une coupe axiale de la torche selon l'invention, la figure 2 est une coupe transversale selon la ligne Il-Il de la figure 1, la figure 3 est une vue de face de la tige intérieure du manchon, ladite vue étant prise dans le plan de symétrie de ladite tige, la -figure 4 est une vue latérale de la tige représentée sur la figure 3, selon une direction perpendiculaire au plan de symétrie, la figure 5 est une coupe selon la ligne V-V de la figure 4, la figure 6 est une coupe selon la ligne VI-VI de la figure 4. Le dessin montre une torche 1 à arc électrique destinée au soudage plasma à l'aide d'un gaz plasmagène et d'un gaz de protection, ce gaz étant uniquement de l'hélium comme cela est expliqué plus loin. La torche 1 comporte essentiellement un corps creux 2 sur lequel est fixée une électrode en tungstène 3 à l'aide d'un porte-électrode 4, une buse 5 fixée à l'extrémité libre d'un manchon 6 entourant l'électrode 3 et destiné à séparer les circuits d'écoulement du gaz plasmagène et du gaz de protection, des moyens pour assurer la liaison électrique de la buse 5 et de l'électrode 3 avec le circuit de soudage extérieur, des moyens d'amenée 7 du gaz plasmagène, des moyens d'amenée 8 du gaz de protection, des moyens d'amenée 9 du fluide de refroidissement de la buse 5, des moyens d'évacuation 10 du fluide de refroidissement après circulation dans un circuit de refroidissement de la buse 5, et une tuyère 11 entourant le circuit d'écoulement du gaz de protection. Le manchon 6 est fixé sur le corps 2 par l'intermédiaire d'une pièce de raccordement 12 assurant l'arrivée du gaz plasmagène dans l'espace 13 séparant le manchon 6 de l'électrode 3. La tuyère 11 est fixée sur le manchon 6 à l'aide d'une autre pièce de raccordement 14 assurant l'arrivée du gaz de protection dans l'espace 15 séparant le manchon 6 de la tuyère 11 et assurant le branchement des moyens d'amenée 9 et d'évacuation 10 du fluide de refroidissement de la buse 5. La partie de l'électrode voisine de la buse 5 est maintenue dans l'espace 13 au moyen d'un centreur 16 de section carrée et d'une pièce isolante 17 en céramique disposée dans le manchon 6. La section carrée du centreur permet l'écoulement du gaz plasmagène dans les espaces 13a séparant ce centreur 16 de la paroi interne de la pièce isolante 17. Comme on le voit sur la figure 2, l'électrode 3 est cannelée. Elle présente de préférence trois cannelures 13b dont la largeur et la profondeur sont sensiblement égales au tiers du diamètre de l'électrode 3. Le gaz plasmagène s'écoule également par ces cannelures 13b. Cette disposition améliore la stabilité de l'arc obtenu. Le manchon 6 est constitué par l'assemblage étanche d'un fourreau extérieur 18 et d'un tube intérieur 19 qui présentent des surfaces de contact de formes complémentaires. Les moyens de refroidissement de la buse 5 sont incorporés dans la paroi du manchon 6. Ils sont formés par des gorges 20 ménagées dans la paroi extérieure du tube intérieur 19. Une partie au moins de ces gorges 20 entoure presque complètement l'extrémité libre du machon 6 sur laquelle la buse 5 est vissée comme on le voit sur les figures 3 à 6, de manière à assurer un refroidissement intensif de la buse 5. Cette partie de gorge 20 est reliée aux moyens d'amenée 9 et d'évacuation 10 du fluide de refroidissement par des échancrures axiales 20a ménagées dans la paroi extérieure du tube intérieur 19. Le fluide de refroidissement utilisé est de préférence de l'eau alimentée sous une pression de 8 bars. Selon la présente invention, on utilise de l'hélium comme gaz plasmagène et comme gaz de protection. Il a été en effet constaté que l'utilisation de l'hélium à la fois comme gaz plasmagène et comme gaz de protection permet d'augmenter la constriction de l'arc électrique, augmentant ainsi le gradient de température sur la pièce à souder et permettant de diminuer la largeur du cordon de soudure. La disposition des cannelures 13b sur l'électrode 3 améliore la stabilisation de l'arc électrique et augmente également la striction de l'arc. L'utilisation simultanée de ces deux améliorations permet d'obtenir un cordon de soudure de 1 mm seulement avec une tôle d'acier inoxydable de 1 mm, au lieu de 2,5 mm avec une torche plasma classique utilisant un mélange de 97 % d'argon comme gaz de protection et une électrode de section ronde. REVENDICATIONS 1. Procédé de soudage plasma à l'aide d'une torche (1) équipée d'une électrode réfractaire (3) et d'une buse (5) assurant la liaison électrique avec le circuit de soudage ainsi que l'écoulement du gaz plasmagène et du gaz de protection, ladite torche (1) étant conçue pour permettre la formation d'un plasma d'arc par suite de la constriction de l'arc, caractérisé en ce qu'on utilise l'hélium en tant que gaz plasmagène et gaz de protection. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise une électrode (3) présentant des cannelures (13b). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la profondeur et la largeur de chaque cannelure (13b) sont sensiblement égales au tiers du diamètre de l'électrode (3). 4. Procédé selon l'une des revendications 2 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise une électrode (3) comportant trois cannelures (13b). 5. Torche pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, ladite torche (1) comportant un corps creux (2), une électrode réfractaire (3) montée dans ledit corps creux (2), une buse (5) disposée à une extrémité dudit corps creux (2) et prévue pour l'écoulement du gaz plasmagène et du gaz de protection, des moyens pour assurer la liaison électrique de la buse (5) avec le circuit de soudage, des moyens d'amenée (7, 8) du gaz plasmagène et du gaz de protection et des moyens de refroidissement de la buse, caractérisée en ce que l'électrode (3) présente des cannelures (13b). 6. Torche selon la revendication 5, caractérisée en ce que la profondeur et la largeur de chaque cannelure (13b) sont sensiblement égales au tiers du diamètre de l'électrode (3). 7. Torche selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que ladite électrode (3) comporte trois cannelures (13b). 8. Torche selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans laquelle la buse (5) est fixée à l'extrémité libre d'un manchon (6) monté sur ledit corps (2) et entourant ladite électrode (3), ledit manchon (6) permettant de séparer le circuit d'écoulement (13, 15) du gaz plasmagène et du gaz de protection, caractérisée en ce que les moyens de refroidissement de la buse (5) sont prévus dans la paroi dudit manchon (6). 9. Torche selon la revendication 8, caractérisée en ce que le manchon (6) est constitué par l'assemblage étanche d'un fourreau extérieur (19) et d'un tube intérieur (18) qui présentent des surfaces de contact de formes complémentaires et, en ce que les moyens de refroidissement sont formés par des gorges (20) ménagées dans l'une au moins de ces surfaces de contact de manière à permettre l'écoulement du fluide de refroidissement. 10. Torche selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'une de ces gorges (20) entoure presque complètement l'extrémité du manchon (6) à laquelle est fixée la buse (5).