Brevet FR2698300A1 — publié le 19940527

Lors du soudage des composants tubulaires, il est parfois nécessaire de réaliser la soudure sur une surface principalement perpendiculaire à l'axe principal de la torche et orientée dans la direction opposée à l'extrémité libre de la torche L'appareil amélioré de soudage à l'arc en atmosphère inerte avec électrode tungstène (TIG) permet de souder sur des surfaces qui ne pourraient pas sinon être soudées à l'aide de torches linéaires ou coudées à 900. L'invention sera mieux comprises à la lumière de la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: La figure 1 est une vue partiellement coupée d'une réalisation préférée de l'appareil de soudage à l'arc selon l'invention, La figure 2 est une vue en coupe de l'appareil de soudage illustré à la figure 1 tracée suivant les lignes 2-2 de la figure 1, La figure 3 est une vue en coupe de l'appareil de soudage illustré à la figure 1 tracée suivant les lignes 3-3 de la figure 1, La figure 4 est une vue en coupe de l'appareil de soudage illustré à la figure 1 tracée suivant les lignes 4-4 de la figure 3, La figure 5 est une vue en coupe de l'appareil de soudage illustré à la figure 1 tracée suivant les lignes 5- 5 de la figure 3, et La figure 6 est une vue en coupe d'une vanne de séparation utilisée sur un équipement pétrolier, sur laquelle la réalisation préférée peut être utilisée. La figure 1 montre une vue partiellement coupée d'une torche 10 d'une réalisation préférée de l'appareil de soudage à l'arc selon l'invention La torche 10 comprend une électrode 12, un conducteur électrique 14 connecté électriquement à l'électrode 12, une coupelle en céramique 16 entourant l'électrode 12, une pièce de soutien angulaire 18 soutenant mécaniquement l'électrode 12 et la coupelle en céramique 16, une arrivée d'eau 20, un retour d'eau 22, une arrivée de gaz 24, un boîtier 26, une attache 28 connectée mécaniquement au boîtier 26, et un tube d'alimentation en matériau 30 tenu par l'attache 28 La figure 2 est une vue en coupe du boîtier 26 suivant les lignes 2-2 La figure 3 est une vue en coupe de la pièce de soutien angulaire 18 suivant la ligne 3-3 montrant également la coupelle en céramique 16 et l'électrode 12, mais non l'attache 28 La figure 4 est une vue en coupe de la figure 3 suivant la ligne 4-4 La figure 5 est une vue en coupe de la figure 3 suivant la ligne 5-5. L'arrivée d'eau 20, le retour d'eau 22, et l'alimentation en gaz 24 sont formés par des tubes Le conducteur électrique 14 est formé d'un fil isolé Le boîtier 26 est formé de tubes linéaires reliés ayant une première extrémité et une seconde extrémité, et entoure l'arrivée d'eau 20, le retour d'eau 22, l'alimentation en gaz 24, et le conducteur 14 Le boîtier formé par les tubes linéaires comprend un axe, qui s'étend de la première extrémité du boîtier 26 à la seconde extrémité du boîtier 26 montré par la ligne A-A La seconde extrémité du boîtier 26 est mécaniquement connectée à la pièce de soutien angulaire 18 Une première ouverture 32 percée dans la pièce de soutien angulaire 18 est connectée à l'arrivée d'eau 20 Une seconde ouverture 34 percée dans la pièce de soutien angulaire 18 est connectée au retour d'eau 22, avec une paroi de séparation 35 séparant la première ouverture 32 de la seconde ouverture 34 Un trou de raccordement 36, qui traverse la paroi de séparation 35, connecte la première ouverture 32 à la seconde ouverture 34 Un passage coudé 38 est connecté à l'alimentation en gaz 24, ledit passage coudé 38 présentant une sortie à l'intérieur de la coupelle en céramique 16 Le passage coudé 38 est formé par le perçage d'un premier canal 40 puis d'un second canal 42 sensiblement perpendiculaire au premier canal 40 Un bouchon 44 est ensuite utilisé pour fermer hermétiquement une ouverture du second canal 42 La pièce de soutien angulaire 18 est mécaniquement connectée entre la seconde extrémité du boîtier 26 et la coupelle en céramique 16 L'électrode 12 est placée le long de l'axe central de la coupelle en céramique 16, ladite électrode étant électriquement connectée à la pièce de soutien angulaire, qui est électriquement connectée au conducteur électrique 14 Dans la réalisation préférée, l'électrode est une pièce linéaire de tungstène ayant une première extrémité et une seconde extrémité. La première extrémité de l'électrode 12 est mécaniquement connectée à la pièce de soutien angulaire 18 par une bague de serrage 27 La seconde extrémité de l'électrode 12 est pointue. L'axe du boîtier 26 à partir de la première extrémité du boîtier 26 jusqu'à la seconde extrémité du boîtier 26 et l'axe de l'électrode 12 à partir de la première extrémité de l'électrode 12 jusqu'à la seconde extrémité de l'électrode 12 forment un angle aigu O de 610 et un angle obtu complémentaire O de 2990 Dans d'autres réalisations, l'angle aigu 3 peut être compris entre 400 et 780, et l'angle obtu complémentaire entre 2820 et 3200. Dans la réalisation préférée, l'attache 28 est mécaniquement connectée au boîtier 26 par une première vis 46 et une seconde vis 48 L'attache est formée d'une bride 50 comportant des fentes recevant les vis 46, 48 et d'une pièce de maintien 52 assurant le maintien d'une tige 54 Le glissement de la tige 54 dans la pièce de maintien 52 est empêché par une troisième vis 56. Le tube d'alimentation en matériau 30 est maintenu contre le boîtier 26 par une sangle 29 et traverse la tige de maintien 54, qui offre un soutien supplémentaire au tube d'alimentation en matériau 30 Une extrémité du tube d'alimentation 30 est adjacente à l'électrode 12 et à la coupelle en céramique 16 Le soutien offert par le boîtier 26 et par la tige de maintien 54 au tube d'alimentation en matériau 30 cause la flexion à environ 2990 du tube d'alimentation en matériau 30, et tous les points situés sur la courbure de celui-ci présentent un rayon de courbure supérieur à 25,4 mm. Lors de l'utilisation de la réalisation préférée, la torche 10 est connectée à une unité de commande, non illustrée, par connexion de l'arrivée d'eau 20 à un point d'alimentation en eau, du retour d'eau 22 à un point d'évacuation d'eau, de l'alimentation en gaz 24 à une source de gaz, du conducteur électrique 14 à une source électrique, du tube d'alimentation en matériau 30 à une source d'alimentation en matériau, et du boîtier 26 à un moyen de soutien mécanique L'eau s'écoule de l'alimentation en eau vers l'arrivée d'eau 20, passe par la première ouverture 32, par le trou de raccordement 36, par la seconde ouverture 34, par le retour d'eau 22, et aboutit au point d'évacuation d'eau L'eau en écoulement assure le refroidissement de la pièce de soutien angulaire 18, de la coupelle en céramique 16, et de l'électrode 12 La seconde extrémité de l'électrode 12 est placée près d'une pièce à souder Un gaz inerte s'écoule de la source de gaz, passe par l'alimentation en gaz 24, par le passage coudé 38, par la coupelle en céramique 16 et autour de l'électrode 12 Le gaz en écoulement passe par un coude de 2990 environ et est utilisé pour empêcher l'électrode 12 et la pièce à souder de s'oxyder Une tension c c ou c a provenant d'une source électrique passe par le conducteur électrique 14, par la pièce de soutien angulaire 18, et par l'électrode 12 et atteint la pièce à souder, créant un arc entre l'électrode 12 et la pièce à souder. L'arc créé entre l'électrode 12 et la pièce à souder cause l'échauffement de la pièce à souder jusqu'à une température élevée entraînant la fusion d'une partie localisée de la pièce à souder. Un matériau d'apport 31 est amené par le tube d'alimentation en matériau 30 jusqu'à la zone de l'arc et est fondu sur la pièce à souder Le moyen de soutien mécanique est utilisé pour maintenir l'électrode 12 près de la pièce à souder. La figure 6 illustre un exemple de pièce à souder 58 o la réalisation préférée serait utile La pièce à souder fait partie d'une vanne de séparation montée dans un équipement pétrolier et couramment utilisée dans les applications pétrolières Le fluide s'écoule dans les tubes suivant le plan de la page Les vannes 57 sont insérées et rétractées par des trous alésés perpendiculaires au plan de la page La pièce à souder 58 comprend une première surface 60 o il serait souhaitable de placer un matériau soudé à l'arc résistant à la corrosion Un tel matériau devrait être placé le long des fissures latérales des vannes 57, o la corrosion est davantage susceptible d'apparaître. Dans l'art antérieur, les appareils de soudage à l'arc étaient de type linéaire, ou étaient coudés à 900, ou présentaient un coude compris entre la linéarité et 900 De tels appareils de soudage à l'arc ne permettaient pas de souder sur la première surface 60 ou la seconde surface 61 La réalisation préférée permettrait de réaliser des soudures de qualité sur la première surface 60 ou sur la seconde surface 61 de manière à appliquer une couche non corrosive de qualité La réalisation préférée prévoit en outre un refroidissement par eau et un tube d'alimentation en matériau. La coupelle en céramique 16 de la réalisation préférée pourrait être remplacée par un autre matériau isolant La torche pourrait également utiliser des fluides de refroidissement autres que l'eau ou être refroidie par air D'autres réalisations peuvent ne pas comporter de paroi de séparation 35 de manière à ce que la première ouverture 32 et la seconde ouverture 34 forment une seule ouverture. Bien qu'une réalisation préférée de la présente invention ait été présentée et décrite dans le présent document, il sera apprécié que divers changements et modifications peuvent être apportés sans s'éloigner de l'esprit de l'invention comme défini dans le champ d'application des revendications ci-jointes. REVENDICATIONS 1 Appareil de soudage à l'arc comprenant un conducteur électrique ( 141); un tube d'alimentation en gaz ( 241); un boîtier ( 26) adjacent au tube d'alimentation en gaz, ledit boîtier présentant une première extrémité et une seconde extrémité, et un axe linéaire s'étendant de la première extrémité du boîtier à la seconde extrémité du boîtier; une pièce de soutien angulaire ( 18) mécaniquement connectée à la seconde extrémité du boîtier; et une électrode ( 12) ayant une première extrémité et une seconde extrémité, caractérise en ce que ladite première extrémité de l'électrode est connectée électriquement au conducteur électrique et connectée mécaniquement à la pièce de soutien angulaire à un angle fixe par rapport au boîtier, et en ce que ladite électrode a un axe s'étendant entre la première extrémité et la seconde extrémité, l'axe du boîtier et l'axe de l'électrode formant un angle obtu ( 0) compris entre 2820 et 320 . 2 Appareil tel que revendiqué à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une coupelle ( 16) réalisée dans un matériau électriquement isolant entourant l'électrode et mécaniquement connectée à la pièce de soutien angulaire. 3 Appareil, tel que revendiqué à la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un tube d'alimentation ayant une longueur adjacente au boîtier et une première extrémité adjacente à l'électrode, ledit tube d'alimentation formant un arc supérieur à 2820. 4 Appareil, tel que revendiqué à la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend l'axe du boîtier et l'axe de l'électrode forment un angle aigu ( 0) compris entre 400 et 780. Appareil, tel que revendiqué à la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend la pièce de soutien angulaire comprend un corps électriquement conducteur et est connectée électriquement entre le conducteur électrique et l'électrode. 6 Appareil, tel que revendiqué à la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un tube d'arrivée d'eau ( 20) et un tube de retour d'eau ( 221), et en ce que la pièce de soutien angulaire forme un premier canal cheminant du tube d'arrivée d'eau au tube de retour d'eau et un second canal cheminant du tube d'alimentation en gaz à la coupelle. 7 Appareil, tel que revendiqué dans l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'électrode est en tungstène. 9 Appareil de tête de soudage à l'arc comprenant un boîtier ( 261) ayant une première extrémité et une seconde extrémité et un axe s'étendant de la première extrémité du boîtier à la seconde extrémité du boîtier; une pièce de soutien angulaire ( 18) mécaniquement connectée à la seconde extrémité du boîtier; une électrode ( 12) ayant une première extrémité et une seconde extrémité, caractérisé en ce que ladite première extrémité de l'électrode est mécaniquement connectée à la pièce de soutien angulaire à un angle fixe par rapport au boîtier, et ladite électrode a un axe compris entre la première extrémité et la seconde extrémité, l'axe du boîtier et l'axe de l'électrode formant un angle obtu ( 0) compris entre 2820 et 3200; et un tube d'alimentation ( 30) adjacent au boîtier et ayant une première extrémité adjacente à l'électrode, ledit tube d'alimentation formant un arc supérieur à 2820. Appareil, tel que revendiqué à la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une coupelle ( 161) réalisée dans un matériau électriquement isolant entourant l'électrode et mécaniquement connectée à la pièce de soutien angulaire. 11 Appareil, tel que revendiqué à la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: une arrivée d'eau ( 22) augmentant la longueur du boîtier et comprise dans celui-ci; un retour d'eau ( 22) augmentant la longueur du boîtier et compris dans celui-ci; une alimentation en gaz ( 24) augmentant la longueur du boîtier et comprise dans celui-ci; et un conducteur électrique ( 141) augmentant la longueur du boîtier et compris dans celui-ci. 12 Appareil, tel que revendiqué à la revendication il, caractérisé en ce que la pièce de soutien angulaire comprend un corps électriquement conducteur comprenant un premier canal cheminant de l'arrivée d'eau au retour d'eau et un second canal cheminant de l'alimentation en gaz à la coupelle, ledit corps de la pièce de soutien angulaire étant connecté électriquement entre le conducteur électrique et l'électrode. 13 Un appareil, tel que revendiqué dans l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que l'électrode est en tungstène. 14 Appareil, tel que revendiqué à la revendication 13, caractérisé en ce que la coupelle est en céramique.