Brevet FR2774548A1 — publié le 19990806

La présente invention se rapporte à un ensemble tuyère/porte-tuyère pour torche à plasma, à une torche à plasma munie d'un tel ensemble et à un procédé de soudage, de coupage ou de marquage à l'arc plasma susceptible de mettre en oeuvre une telle torche ou un ensemble selon l'invention. Habituellement, les torches plasma se composent d'un corps de torche avec, dans sa partie arrière, des raccordements à des canalisations d'alimentation en fluide, notamment en gaz plasmagène, et en courant électrique et, dans sa partie avant, des moyens de montage/fixation du corps d'électrode et de la tuyère de la torche. Dans certains cas, afin notamment de faciliter l'entretien et/ou le remplacement des pièces usagées ou défectueuses, la torche peut être dotée de moyens d'assemblage/désassemblage rapides, ainsi que décrit dans le document EP-A-599709, lequel est incorporé ici par référence. Ainsi que détaillé ci-après, dans les torches à plasma classiques, la tuyère est fixée à un élément- support appelé porte-tuyère. Dans ce type de montage, la fixation et le centrage de la tuyère sur le porte-tuyère sont, en général, principalement assurés par un filetage porté par une partie de la paroi périphérique externe de la tuyère. Or, il a été constaté qu'en cas de surchauffe accidentelle, d'usage intensif de la torche et/ou d'encrassage de ces éléments, il apparaît des problèmes de grippage conduisant à une détérioration accélérée du porte-tuyère, et donc à un remplacement plus fréquent dudit porte-tuyère et/ou de ladite tuyère et, par là- même, à une augmentation des coûts. Le but de la présente invention est donc de pallier les problèmes précités en proposant un ensemble tuyère/porte-tuyère pour torche à plasma dont la structure permette notamment de résoudre ce problème de grippage, tout en améliorant le centrage de la tuyère sur le porte-tuyère, et qui soit de montage/démontage rapide. La présente invention concerne alors un ensemble mâle/femelle pour torche à plasma comprenant: - une tuyère formant la partie mâle et comportant au moins une partie amont présentant un diamètre D1, au moins une partie intermédiaire présentant un diamètre D2 et au moins une partie aval présentant, à proximité immédiate de la partie intermédiaire, un diamètre D3, ladite partie intermédiaire étant située entre lesdites partie amont et partie aval, lesdits diamètres Dl, D2 et D3 étant tels que D3>Dl>D2, et - un porte-tuyère formant la partie femelle, lequel est susceptible de recevoir ladite tuyère, ledit ensemble mâle/femelle étant caractérisé: en ce que la tuyère comprend, sur la périphérie externe de ladite partie amont, au moins une rampe hélicoïdale et au moins un évidement se poursuivant sur au moins toute la longueur axiale (L) de ladite rampe hélicoïdale, et - en ce que le porte-tuyère comprend, sur sa surface périphérique interne et à proximité de son extrémité aval, au moins un bossage susceptible de coopérer avec au moins une rampe hélicoïdale de la tuyère, de manière à pouvoir assurer un maintien en position de la tuyère dans le porte- tuyère par l'intermédiaire d'au moins ledit bossage et d'au moins ladite rampe, après fixation au moins par rotation de ladite tuyère dans ledit porte- tuyère. Selon le cas, l'ensemble mâle/femelle selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - la tuyère porte plusieurs rampes hélicoïdales, de préférence au moins trois rampes hélicoïdales; - le porte-tuyère comprend plusieurs bossages, de préférence au moins trois bossages; - un évidement est pratiqué entre chaque rampe hélicoïdale et/ou poursuivi sur au moins une partie de la partie intermédiaire de la tuyère; - le profil interne du porte-tuyère, au niveau de son extrémité aval, correspond sensiblement au profil externe de la tuyère, au niveau de sa partie amont. L'invention concerne également une tuyère susceptible de constituer la partie mâle d'un ensemble male/femelle selon l'invention et un porte-tuyère susceptible de constituer la partie femelle d'un tel ensemble. Selon un autre aspect, l'invention concerne également une torche à plasma, une machine automatique ou tout dispositif mécanisé analogue comportant une tuyère et/ou un porte- tuyère susceptible de constituer au moins l'une des parties d'un ensemble male/femelle selon l'invention. Selon encore un autre aspect, l'invention a trait à un procédé de coupage, de soudage ou de marquage à l'arc plasma susceptible de mettre en oeuvre une torche à plasma selon l'invention. La présente invention va maintenant être décrite plus en détail et en référence aux figures annexées, lesquelles sont données à titre illustratif, mais non limitatif. La figure 1 représente un schéma en coupe longitudinale d'une partie d'un porte-tuyère 2 selon l'art antérieur, lequel comprend à son extrémité aval 22c, un taraudage 4. La figure 2 représente, quant à elle, une tuyère 1 selon l'art antérieur, laquelle comporte une partie amont comportant sur sa périphérie externe un filetage 3, destiné à venir se visser dans le taraudage 4 du porte- tuyère 2 de la figure 1. Ces structures de tuyère 1 et de porte-tuyère 2 se retrouvent classiquement dans les torches à plasma de l'art antérieur. A l'inverse, les figures 3 à 11 représentent des tuyères et porte- tuyères conformes à la présente invention. Plus précisément, la figure 3 représente le schéma d'un porte-tuyère 2, en coupe longitudinale, susceptible de constituer la partie femelle d'un ensemble mâle/femelle pour torche à plasma selon l'invention, lequel porte-tuyère 2 comprend, sur sa périphérie interne, à proximité de son extrémité avale 22c, un ou plusieurs bossages 21, ici au nombre de trois. Ces bossages 21 apparaissent plus nettement sur la figure 5, qui représente une vue par dessous, c'est-à-dire côté extrémité aval 22c, du porte-tuyère 2 de la figure 3. Par ailleurs, la figure 4 représente une vue de côté d'une tuyère 1 susceptible de constituer la partie mâle d'un ensemble mâle/femelle pour torche à plasma selon l'invention. Plus précisément, on voit sur cette figure 4 que la tuyère 1 comprend une partie amont lla présentant un diamètre D1, une partie intermédiaire llb présentant un diamètre D2 et une partie lic présentant, à proximité immédiate de la partie intermédiaire lib, un diamètre D3, lesdits diamètres D1, D2 et D3 étant tels que: D3 > D1 > D2. Dans le mode de réalisation représenté ici, l'extrémité terminale lld de la tuyère 1 est sensiblement conique; toutefois, une telle forme n'est pas limitative de l'invention. On voit, en outre, que la tuyère 1 comprend sur la périphérie externe de la partie amont lia, une ou plusieurs rampes hélicoïdales 14, ici au nombre de trois. Par ailleurs, entre chacune de ces rampes 14, un évidement axial 15 a été pratiqué sur toute la longueur axiale L de la partie amont lla et a été, dans ce cas, prolongé sur toute la longueur de la partie intermédiaire llb. Dans le mode de la réalisation de la figure 4, le nombre des évidements 15 est aussi de trois, ainsi que le confirme la figure 8 qui est une vue du dessus de la tuyère 1 de la figure 4. La figure 6 représente, quant à elle, un schéma en coupe longitudinale de la tuyère 1 selon l'invention, sur lequel on voit apparaître la structure de la tuyère 1 et, en particulier, le conduit ou orifice de sortie 16 par lequel sort le flux plasmagène, lors du fonctionnement d'une torche à plasma dans une opération de coupage plasma par exemple. De préférence, le profil de la partie amont lia de la tuyère 1, comprenant les évidements 15, correspond sensiblement au profil interne de l'extrémité aval 22c du porte-tuyère 2, laquelle extrémité aval 22c porte les bossages 21, ainsi que représenté sur la figure 5. La figure 7 schématise une tuyère 1 identique à celle de la figure 4, mais angulairement décalée d'un angle d'environ 600. Les figures 9 à 11 représentent un second mode de réalisation de l'invention, dans lequel les rampes hélicoïdales 14 de la tuyère 1 portent un filetage 18; les autres parties de la tuyère 1 restent inchangées. Plus précisément, la figure 9 représente une vue de côté d'une tuyère 1 à rampes hélicoïdales 14 filetées 18, la figure 10 représente la tuyère 1 de la figure 9 selon une vue angulairement décalée d'environ 600, et la figure 11 représente une vue du dessus, c'est-à-dire côté partie amont lia, de la tuyère 1 des figures 9 et 10. De manière générale, la mise en place, c'est-à-dire l'opération de montage et fixation, de la tuyère 1 sur le porte-tuyère 2 est effectuée en réalisant successivement une insertion en translation de la tuyère 1 dans le porte-tuyère 2 en faisant passer les bossages 21 du porte-tuyère 2 dans les évidements 15 de la tuyère 1, puis une fixation par rotation de la tuyère 1 dans le porte-tuyère 2, de manière à ce que les bossages 21 viennent coopérer avec les rampes hélicoïdales 14 pour assurer un maintien en position de ladite tuyère 1 dans ledit porte-tuyère 2. Avantageusement, la fixation par rotation, c'est-à- dire par vissage, est poursuivie jusqu'à ce que la paroi circulaire lic' de la partie aval lic de la tuyère 1 vienne en appui, c'est-à-dire en butée, contre l'extrémité circulaire 22c' de l'extrémité 22c du porte- tuyère 2. L'ensemble tuyère/porte-tuyère pour torche à plasma selon l'invention peut être utilisé dans toute opération de soudage, de coupage ou de marquage plasma nécessitant l'utilisation d'une torche à plasma manuelle ou automatique susceptible d'être équipée d'un tel ensemble tuyère/porte-tuyère ou d'un de ces éléments pris isolément. Revendications 1. Ensemble mâle/femelle pour torche à plasma comprenant: - une tuyère (1) formant la partie mâle et comportant au moins une partie amont (lia) présentant un diamètre D1, au moins une partie intermédiaire (llb) présentant un diamètre D2 et au moins une partie aval (11c) présentant, à proximité immédiate de la partie intermédiaire (11b), un diamètre D3, ladite partie intermédiaire (llb) étant située entre lesdites partie amont (lia) et partie aval (l1c), lesdits diamètres Dl, D2 et D3 étant tels que D3>Dl> D2, et - un porte-tuyère (2) formant la partie femelle, lequel est susceptible de recevoir ladite tuyère (1), ledit ensemble mâle/femelle étant caractérisé: - en ce que la tuyère (1) comprend, sur la périphérie externe de ladite partie amont (lia), au moins une rampe hélicoïdale (14) et au moins un évidement (15) se poursuivant sur au moins toute la longueur axiale (L) de ladite rampe hélicoïdale (14), et - en ce que le porte-tuyère (2) comprend, sur sa surface périphérique interne et à proximité de son extrémité aval (22c), au moins un bossage (21) susceptible de coopérer avec au moins une rampe hélicoïdale (14) de la tuyère (1), de manière à pouvoir assurer un maintien en position de la tuyère (1) dans le porte-tuyère (2) par l'intermédiaire d'au moins ledit bossage (21) et d'au moins ladite rampe (14), après fixation au moins par rotation de ladite tuyère (1) dans ledit porte-tuyère (2). 2. Ensemble mâle/femelle selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tuyère (1) porte plusieurs rampes hélicoïdales (14), de préférence au moins 3 rampes hélicoïdales (14). 3. Ensemble mâle/femelle selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le porte- tuyère (2) comprend plusieurs bossages (21), de préférence au moins 3 bossages (21). 4. Ensemble mâle/femelle selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un évidement (15) est pratiqué entre chaque rampe hélicoïdale (14) et/ou poursuivi sur au moins une partie de la partie intermédiaire (llb) de la tuyère (1). 5. Ensemble mâle/femelle selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le profil interne du porte-tuyère (2), au niveau de son extrémité aval (22c), correspond sensiblement au profil externe de la tuyère (1), au niveau de sa partie amont (lia). 6. Tuyère (1) susceptible de constituer la partie mâle d'un ensemble mâle/femelle selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte, sur la périphérie externe de sa partie amont (lia), au moins une rampe hélicoïdale (14) et au moins un évidement (15) se poursuivant sur au moins toute la longueur axiale (L) de ladite rampe hélicoïdale (14). 7. Porte-tuyère (2) susceptible de constituer la partie femelle d'un ensemble mâle/femelle selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte, sur sa surface périphérique interne et à proximité de son extrémité aval (22c), au moins un bossage (21) susceptible de coopérer avec au moins une rampe hélicoïdale (14) d'une tuyère (1) selon la revendication 6. 8. Torche à plasma, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un ensemble mâle/femelle selon l'une des revendications 1 à 5, d'une tuyère selon la revendication 6 et/ou d'un porte-tuyère selon la revendication 7. 9. Machine automatique de soudage, de coupage ou de marquage à l'arc plasma, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un ensemble mâle/femelle selon l'une des revendications 1 à 5, d'une tuyère (1) selon la revendication 6, d'un porte-tuyère selon la revendication 7 et/ou d'une torche à plasma selon la revendication 8. 10. Procédé de soudage, de coupage ou de marquage à l'arc plasma, caractérisé en ce qu'on utilise une torche à plasma selon la revendication 8 ou une machine automatique selon la revendication 9.