Brevet FR2684909A1 — publié le 19930618

BUSE A PROTECTION INTERNE POUR LE SOUDAGE DE GOUJONS ET SIMILAIRES La présente invention concerne une buse à protection interne, pour le soudage électrique à l'arc de goujons ou organes similaires sur une pièce métallique, avec intervention d'un gaz protecteur. Cette buse est prévue, plus particulièrement, pour la mise en oeuvre d'un procédé de soudage dans lequel, successivement - Le goujon est positionné sur la pièce contre laquelle il doit être fixé par une extrémité, et le gaz protecteur commence à s'écouler. - Le cycle de soudage est déclenché : l'arc électrique fait fondre l'extrémité précitée du goujon et, localement, la pièce ; le bain de fusion est alors parfaitement protégé par le gaz. - Le goujon est forgé automatiquement dans le bain de fusion ; l'écoulement du gaz protecteur est maintenu un court instant. - Le cycle de soudage est achevé. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'on utilise actuellement un dispositif constitué par une simple buse tubulaire métallique, dans l'axe de laquelle est prévue une pince, ou un mandrin, qui maintient le goujon à souder, et est lié par exemple au mécanisme d'un "pistolet" de soudage. Le gaz protecteur est injecté dans l'espace intérieur annulaire de la buse. Cette disposition présente deux inconvénients majeurs, qui sont d'une part une dispersion thermique importante, et d'autre part une absence de protection contre d'éventuelles remontées d'arc électrique qui entraînent un endommagement de la buse et de mauvaises soudures. Un moyen déjà envisagé pour éviter ces inconvénients consiste à disposer un anneau en matière réfractaire, telle que céramique, aluminium fritté, quartz, etc..., à l'extrémité de la buse contre la paroi intérieure de celle-ci. Cette solution convient parfaitement au soudage de goujons jusqu'à un diamètre de l'ordre de 10 mm. Toutefois, la restriction de la section de passage du gaz protecteur entre le goujon et la surface intérieure de l'anneau réfractaire provoque une accélération de l'écoulement du gaz protecteur, qui est elle-même la cause d'une instabilité de l'arc électrique par effet de soufflage. Le soudage en position verticale, en corniche et en plafond est difficilement réalisable pour des goujons de diamètre supérieur à 10 mm, en raison de l'écoulement du bain de fusion, cet inconvénient existant aussi dans le cas de la buse tubulaire simple précédemment mentionnée. La présente invention vise à éliminer l'ensemble des inconvénients précités, en fournissant une buse perfectionnée pour le soudage de goujons et similaires, cette buse assurant notamment un bon contrôle du bain de fusion, de telle sorte que le bain de fusion ne puisse se répandre lors du soudage en position quelconque, ainsi qu'un bon contrôle de la circulation du gaz protecteur. A cet effet, dans la buse selon l'invention pour le soudage de goujons et similaires, buse comprenant de façon connue un corps tubulaire métallique dans lequel est injecté un gaz protecteur, il est prévu vers l'extrémité du corps tubulaire métallique côté soudure un anneau intérieur en matière réfractaire coaxial audit corps et ménageant un passage annulaire entre lui-même et ce corps, tandis qu'un organe de maintien, pourvu d'ouvertures réparties circulairement, relie la région postérieure de l'anneau en matière réfractaire à la paroi intérieure du corps tubulaire métallique. Ainsi le gaz protecteur, amené à l'intérieur du corps tubulaire métallique de la buse, est dirigé au travers des ouvertures de l'organe de maintien de façon à être régulièrement réparti et diffusé de façon laminaire autour de l'anneau en matière réfractaire. Avantageusement, le diamètre intérieur de l'anneau en matière réfractaire est légèrement supérieur au diamètre des goujons à souder auxquels est destinée la buse, de façon à permettre une relativement faible circulation du gaz protecteur entre le goujon et l'anneau en matière réfractaire. Ainsi, la combinaison de cet anneau et de son organe de maintien, pourvu d'ouvertures, répartit l'écoulement du gaz protecteur, autour du goujon, entre deux passages annulaires situés respectivement à l'intérieur et l'extérieur dudit anneau. Selon une forme de réalisation de l'invention, l'anneau en matière réfractaire comporte, à son extrémité côté soudure, une chambre annulaire pour l'expansion du bain de fusion, et des évents radiaux facilitant le balayage du gaz protecteur. L'anneau en matière réfractaire peut être conçu comme une pièce amovible et interchangeable, aisément remplaçable après une certaine usure, notamment en prévoyant dans sa région postérieure un collet pour sa liaison avec l'organe de maintien précité. Selon une variante, l'organe de maintien est réalisable d'une seule pièce avec l'anneau en matière réfractaire, les formes et les fonctions qui leurs sont liées étant conservées. Le dispositif précédemment défini permet de souder, sans difficulté, tous les métaux ou alliages communément soudables par les procédés de soudage à l'arc conventionnels, et particulièrement les liaisons hétérogènes comme par exemple cuivre sur acier, ou encore aciers inoxydables sur aciers alliés, liaisons jusqu'à présent impossibles à réaliser pour des raisons métallurgiques. En cas d'utilisation sous une forte intensité électrique ou en régime intensif, la buse peut être refroidie par une circulation d'eau, notamment avec des moyens de refroidissement prévus à la périphérie de son corps tubulaire métallique. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cette buse à protection interne pour le soudage de goujons et similaires Figure 1 est une vue en coupe passant par l'axe d'une buse conforme à l'invention, avec indication d'un goujon à souder sur une pièce ; Figure 2 est une vue en bout, côté soudage, de la buse de figure 1. La figure 1 montre une buse pour le soudage d'un goujon 1, de diamètre DO, sur une face d'une pièce métallique plane 2 représentée très partiellement. La buse comprend un corps tubulaire métallique 3, dans lequel est injecté un gaz protecteur dont le sens de circulation est indiqué par des flèches, telles que celle repérée F. A l'intérieur du corps tubulaire 3, et suivant l'axe 4 de celui-ci, est prévue une pince 5, ou un mandrin, qui maintient le goujon 1 à souder. A son extrémité, la buse comporte une pièce annulaire 6 en matière réfractaire, de formes et dimensions adaptées au goujon 1 à souder, l'anneau réfractaire 6 étant maintenu par une pièce métallique 7 qui le relie à la paroi intérieure du corps tubulaire 3. Plus particulièrement, l'anneau réfractaire 6 possède un diamètre intérieur D1 qui est légèrement supérieur au diamètre DO du goujon 1, l'écart des diamètres DO et D1 pouvant être d'au moins 1 mm, de manière à ménager un premier passage annulaire 8 entre le goujon 1 et l'anneau 6. Le passage 8 s'élargit à l'extrémité côté soudure de l'anneau réfractaire 6, ot est formée une chambre annulaire 9 de diamètre D2. La face frontale annulaire de l'anneau réfractaire 6 comporte une série d'évents radiaux 10, comme le montre aussi la figure 2. Le diamètre extérieur D3 de l'anneau réfractaire 6 est inférieur au diamètre intérieur D4 du corps tubulaire 3, de manière à ménager, entre l'anneau 6 et le corps 3, un autre passage annulaire 11. La région postérieure de l'anneau réfractaire 6 forme extérieurement un collet 12, pour la liaison de cet anneau 6 avec la pièce de maintien 7. Cette pièce de maintien 7 présente une partie postérieure cylindrique 13 de plus grand diamètre, une partie intermédiaire tronconique 14 et une partie antérieure cylindrique 15 de plus petit diamètre. La partie postérieure cylindrique 13 est appliquée contre la paroi intérieure du corps tubulaire 3. La partie intermédiaire tronconique 14 est pourvue d'une série d'ouvertures 16 réparties circulairement. La partie antérieure cylindrique 15 est ajustée autour du collet 12 de l'anneau réfractaire 6, qui est ainsi maintenu suivant l'axe 4 du corps tubulaire 3. Comme l'illustrent les flèches de la figure 1, une fraction du flux de gaz protecteur traverse les ouvertures 16 de la pièce de maintien 7, et ainsi ce gaz est diffusé de façon laminaire, en se trouvant réparti d'une part dans le passage annulaire 8 entre le goujon 1 et l'anneau 6, et d'autre part dans le passage annulaire 11 entre l'anneau 6 et le corps tubulaire 3. Le gaz protecteur s'évacue par les évents radiaux 10 de l'anneau 6, et par d'autres évents similaires 17 formés à l'extrémité du corps 3. La chambre annulaire 9 de l'anneau réfractaire 6 permet une certaine expansion du bain de fusion, qui reste bien localisé et ne risque pas de s'écouler hors de la zone de soudage. Comme le montre encore la figure 1, la buse peut être refroidie par une circulation d'eau dans une boucle de refroidissement 18, soudée extérieurement sur le corps tubulaire 3, ou encore par un dispositif de refroidissement à chambre amovible venant se mettre en place autour du corps tubulaire 3. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette buse à protection interne qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention en remplaçant la pièce de maintien métallique 7 par une partie de maintien équivalente réalisée d'une seule pièce avec l'anneau réfractaire 6, ou en destinant la buse au soudage d'organes autres que des goujons, ou encore éventuellement au pointage, cette buse pouvant être montée sur un pistolet de soudage manuel, sur une tête de soudage ou dans un automate de soudage. REVENDICATIONS 1. Buse à protection interne pour le soudage de goujons et similaires, la buse comprenant un corps tubulaire métallique (3) dans lequel est injecté un gaz protecteur, caractérisée en ce qu'il est prévu, vers l'extrémité du corps tubulaire métallique (3) côté soudure, un anneau intérieur en matière réfractaire (6) coaxial audit corps (3) et ménageant un passage annulaire (11) entre lui-même et ce corps (3), tandis qu'un organe de maintien (7), pourvu d'ouvertures (16) réparties circulairement, relie la région postérieure (12) de l'anneau en matière réfractaire (6) à la paroi intérieure du corps tubulaire métallique (3). 2. Buse à protection interne pour le soudage de goujons et similaires, selon la revendication 1, caractérisée en ce que le diamètre intérieur (D1) de l'anneau en matière réfractaire (6) est légèrement supérieur au diamètre (DO) des goujons à souder (1) auxquels est destinée à la buse, de manière à ménager un passage annulaire (8) pour une partie du gaz protecteur entre le goujon (1) et l'anneau (6). 3. Buse à protection interne pour le soudage de goujons et similaires, selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'anneau en matière réfractaire (6) comporte, à son extrémité côté soudure, une chambre annulaire (9) pour l'expansion du bain de fusion, et des évents radiaux (10) facilitant le balayage du gaz protecteur. 4. Buse à protection interne pour le soudage de goujons et similaires, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'anneau en matière réfractaire (6) est conçu comme une pièce amovible et interchangeable, comportant dans sa région postérieure un collet (12) pour sa liaison avec l'organe de maintien (7). 5. Buse à protection interne pour le soudage de goujons et similaires, selon la revendication 4, caractérisée en ce que la pièce de maintien (7) présente une partie postérieure cylindrique (13) de plus grand diamètre appliquée contre la paroi intérieure du corps tubulaire (3), une partie intermédiaire tronconique (14) pourvue des ouvertures (16) réparties circulairement, et une partie antérieure cylindrique (15) de plus petit diamètre ajustée autour du collet (12) de l'anneau en matière réfractaire (6). 6. Buse à protection interne pour le soudage de goujons et similaires, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'organe de maintien (7) est réalisé d'une seule pièce avec l'anneau en matière réfractaire (6). 7. Buse à protection interne pour le soudage de goujons et similaires, selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de refroidissement (18) prévus à la périphérie du corps tubulaire métallique (3).