Brevet FR2795666A1 — publié le 20010105

DISPOSITIF DE DIFFUSION ET DE DISSIPATION DE LA CHALEUR POUR TORCHE DE SOUDAGE. L'invention concerne un dispositif destiné à contribuer à la dissipation et à la diffusion de la chaleur des torches de soudage, et à limiter la température atteinte par la lance ou col de cygne des telles torches. Elle concerne plus particulièrement la mise en ceuvre d'un tel dispositif au niveau de la lance ou du col de cygne des torches de soudage du type " MIG " ou " MAG ". Par torche MAG , on entend dans le domaine technique considéré une torche, dont l'électrode est un fil fusible en métal, et qui fonctionne en présence d'un gaz actif ou d'un mélange de gaz ayant un rôle actif lors du soudage, et notamment du dioxyde de carbone : MAG = Métal Active Gas. Par torche MIG , on désigne une torche similaire, mais fonctionnant en présence d'un gaz inerte, en général de l'Argon ou d'un mélange de gaz n'ayant pas de rôle actif ou ayant un très faible rôle actif lors du soudage : MIG = Métal Inert Gas. Il est bien connu que ces torches de soudage mettent en oeuvre un arc électrique au niveau des pièces métalliques à souder, cet arc générant une quantité importante de chaleur. Dans le cadre des torches de type " MIG " ou " MAG ", l'électrode est constituée par un fil fusible métallique, qui est guidé et alimenté en courant électrique par un tube contact à l'extrémité libre du col de cygne. De par la structure d'une telle torche, la chaleur générée par l'arc électrique diffuse tout d'abord au niveau de la buse d'arrivée du gaz ainsi que du tube contact et de son support, puis au niveau de la lance également dénommée " col de cygne ", et enfin au niveau de la poignée également dénommée " manche". Quand bien même cette poignée, à l'intérieur de laquelle sont compris un certain nombre d'éléments métalliques conducteurs de la chaleur, est revêtue d'un revêtement électriquement et thermiquement isolant, il n'en demeure pas moins qu'une quantité non négligeable de chaleur diffuse de l'extrémité libre du col de cygne jusqu'à son niveau, limitant les capacités de soudage de la torche, et altérant dans le temps les différents constituants présents à l'intérieur de celle-ci, et réduisant de fait la durée de vie de telles torches. Par ailleurs, lors de soudures relativement longues, le soudeur tient la poignée de la torche d'une main, et pose l'autre main sur le col de cygne. II tient ainsi la torche avec l'aide de ses deux mains, et peut souder de façon durable avec une précision accrue et une moindre fatigue. Quand bien même celui-ci dispose de gants thermiquement isolants, la chaleur diffusée au niveau du col de cygne est tellement importante, qu'il n'est en général pas possible de maintenir la main posée au niveau dudit col pour des périodes relativement longues, en tous cas correspondant à la durée de la soudure. L'objet de l'invention est donc tout d'abord de permettre une meilleure diffusion de la chaleur en amont de la poignée, afin d'augmenter la capacité de soudage et de prolonger la durée de vie des torches en question. Un second objet de l'invention est de permettre au soudeur de maintenir sa main au niveau du col de cygne pour des périodes plus longues, et donc de limiter la température au niveau du lieu de positionnement de la main. Pour ce faire, le dispositif de diffusion et de dissipation de la chaleur conforme à l'invention est constitué d'au moins un élément spiralé métallique entouré autour de la lance, et de manière plus particulière, autour du col de cygne. Cet élément spiralé métallique prend appui entre la noix de serrage située à l'une des extrémités de la poignée de préhension de la torche, et la butée de la buse prolongeant ladite lance. Selon différentes formes de réalisation de l'invention, cet élément spiralé présente un nombre limité de points de contact entre le col de cygne et les différentes spires qui le constituent, ou au contraire, présente une zone de contact optimisée en fonction du degré de diffusion de la chaleur souhaitée à ce niveau. Cet élément spiralé métallique peut également être constitué de plusieurs parties indépendantes, séparées entre elles par une entretoise réalisée en un matériau isolant. Par ailleurs, il peut être constitué d'un fil ou d'un tube plein ou creux. Dans ce dernier cas, il peut être envisagé, à titre additionnel, un refroidissement par air, soit par pression soit par aspiration, circulant à l'intérieur du fil ou tube creux. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif et non limitatif, à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une représentation schématique en perspective d'une première forme de réalisation d'une lance conforme à l'invention. La figure 2 est une représentation schématique en section longitudinale de la lance de la figure 1. La figure 3 est une représentation schématique en perspective d'une seconde forme de réalisation de l'invention, dont la figure 4 est une représentation schématique en section longitudinale. La figure 5 est une représentation schématique en perspective d'une troisième forme de réalisation de l'invention, dont la figure 6 est une représentation schématique en section longitudinale. Dans la première forme de réalisation en liaison avec les figures 1 et 2, on observe un col de cygne droit, plus généralement appelé lance, et donc plus particulièrement mis en oeuvre au sein d'un robot de soudage ou d'une installation de soudage automatique, et portant la référence générale (1). Les dimensions de ce col sont fonction de l'application de soudage, et notamment de la nuance de métal du fil de soudage et de l'intensité électrique mise en oeuvre au niveau d'une torche MIG ou MAG. Ainsi qu'on peut bien l'observer, un élément spiralé métallique (5), typiquement réalisé en aluminium, alliage d'aluminium type A5, AS 5 ou AG 5, voire en cuivre, s'étend sur toute la longueur de cette lance (1), notamment entre la noix de serrage (2) située au niveau de l'une des extrémités de la poignée ou manche de la torche, jusqu'à la butée (3) constitutive du système de fixation de la buse (4) d'arrivée du gaz, que ce dernier soit inerte ou actif. Dans la forme de réalisation décrite, cet élément spiralé se présente sous la forme d'un ressort à spires non jointives. Il peut être en contact étroit avec ladite lance (1), et dans cette hypothèse, il y a contact de chacune des spires de l'élément (5) avec la lance, ce contact pouvant être ponctuel ou pouvant s'étendre sur toute la circonférence interne de chacune des spires, et ce en fonction du degré d'efficacité de diffusion et de dissipation de la chaleur souhaité. On comprendra aisément que pour obtenir une diffusion optimum de la chaleur, et partant une plus grande dissipation de celle-ci, on augmente la surface de contact entre l'élément spiralé et la lance. Il peut être également envisagé de ne prévoir des points de contact, et ce par construction, qu'à raison de une spire toutes les deux spires ou de périodes plus importantes. Le contact entre l'élément métallique spiralé (5) et lance (1) permet ainsi audit élément métallique d'absorber une partie de la chaleur de la lance (1), et de la dissiper à son tour par sa propre surface au contact de l'air ambiant plus froid. Dans une autre version de cette forme de réalisation, on peut limiter les zones de contact entre l'élément spiralé (5) et la lance ou le col de cygne (1) en intercalant entre le col et ledit élément au niveau de l'une ou des deux extrémités de ce dernier une bague (6), réalisée en un matériau conducteur de la chaleur, et par exemple en cuivre, et insérée ou emmanchée au niveau de la lance. L'éloignement de l'élément spiralé (5) par rapport à la lance ou au col de cygne (1) permet une plus libre circulation de l'air au contact dudit élément spiralé, ainsi que de la lance ou du col de cygne, et partant, d'optimiser leur refroidissement respectif. On conçoit de manière aisée que la surface totale constituée par le col de cygne additionnée de celle du ressort ou élément spiralé métallique (5), est très supérieure à celle du col de cygne seul. A titre d'exemple, un col de cygne courbe de diamètre extérieur 20 mm et d'une longueur de 95 mm, présente une surface de contact avec l'air ambiant d'environ 60 cmz. La mise en oeuvre sur ce col de cygne d'un élément spiralé de section circulaire d'une longueur de 1,20 m, dont le diamètre est de 4 mm, génère une surface supplémentaire de 150 cm'. En d'autres termes, la surface de refroidissement est multipliée par 2,5, améliorant de manière considérable le refroidissement du col de cygne, et partant, diminuant d'autant la quantité de chaleur transférée au niveau de la poignée. Par ailleurs, la mise en #uvre d'un tel élément spiralé métallique, ne génère pas un surpoids significatif, puisque celui-ci, lorsqu'il est par exemple réalisé en aluminium, n'est que d'environ 40 g, valeur qu'il convient de comparer au poids de la torche munie de sa poignée, soit environ 1 kg. A titre surabondant, outre la diffusion augmentée de la chaleur au niveau dudit col, permettant ainsi d'utiliser des cols de relativement petite longueur, la mise en #uvre d'un tel élément spiralé permet d'augmenter la résistance du col aux chocs et aux frottements. Cette caractéristique avantageuse est significative en terme de coût, car le col de cygne est une pièce relativement onéreuse, et dont le remplacement entraîne l'immobilisation de la torche. On conçoit dès lors tout l'intérêt d'un tel élément métallique, qui permet en outre, pour de nombreuses applications de soudage, d'éviter la mise en #uvre de refroidissement par eau ou par un liquide de refroidissement quelconque, et de s'affranchir ainsi des contraintes qui lui sont liées, tel que le circuit de refroidissement : pompe, radiateur, réservoir de liquide, faisceau assurant le transit de l'eau, pressostat, ainsi que l'utilisation d'un liquide de refroidissement autre que l'eau, quelque fois toxique puisqu'il est très souvent constitué d'un mélange de glycol et d'eau. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, plus particulièrement décrite en liaison avec les figures 5 et 6, on met également en #uvre un tel élément métallique spiralé, mais cette fois, en l'associant à ses deux extrémités, notamment avec un manchon isolant ou entretoise (10), inséré ou emmanché sur ledit col, de telle sorte qu'il n'y ait pas contact entre le col de cygne et ledit élément. Ces bagues ou entretoises isolantes (10), bien entendu résistantes à la chaleur, peuvent être constituées d'un tube rigide usiné en fibres de verre imprégnées de résine silicone, voire epoxy ou mélanine, soit encore d'un isolant souple sous la forme d'un tube fluoré iso-versinic, c'est-à-dire d'un élastomère tel que commercialisé sous la marque déposée " VITON" par DU PONT DE NEMOURS. En revanche, les caractéristiques du fil métallique spiralé peuvent être identiques à celles de l'exemple précédemment décrit. Dans cette hypothèse, certes cet élément permet d'assurer une certaine diffusion de la chaleur transitant par le col de cygne et transmise à la poignée, mais permet surtout au soudeur de positionner sa main sans risque de brûlure au niveau du col de cygne, puisque la chaleur dégagée alors au niveau dudit élément métallique, est fortement réduite par rapport à celle dégagée au niveau du col. Dans une version évoluée de cette forme de réalisation, on peut ménager un plus grand nombre d'entretoises isolantes, et par exemple en positionner une tous les trente ou cinquante millimètres de longueur de col de cygne et ce, afin d'optimiser l'isolation entre le col de cygne et l'élément spiralé métallique. Ainsi, outre la contribution au refroidissement de la torche, compte tenu de la dissipation de la chaleur emmagasinée au niveau de la noix existante ou à installer à l'extrémité de la poignée en contact avec ledit élément spiralé métallique, cette forme de réalisation permet de réduire les risques de brûlure du soudeur, notamment au niveau du col de cygne et, ainsi que dans l'exemple précédemment décrit, permet de protéger ledit col contre l'usure et les chocs. Dans cette forme de réalisation, cette fonction de protection est en outre optimisée par l'amortissement des chocs inhérent à l'isolant souple mis en oeuvre au niveau des entretoises. Dans une forme encore plus évoluée de cette forme de réalisation, plus particulièrement décrite en liaison avec les figures 5 et 6, l'élément métallique spiralé est en fait constitué de deux éléments successifs (5, 7), un premier élément (7) s'étendant entre la buse (3, 4) et le point d'inflexion du col (1), et un second élément (5) séparant ledit point d'inflexion de la noix de fixation (2) ménagée à l'extrémité de la poignée. Ces deux éléments sont par exemple constitués du même fil métallique, de section circulaire, c'est-à-dire de même diamètre et mêmes caractéristiques, et sont séparés entre eux au niveau du point d'inflexion par une entretoise isolante (9), éventuellement montée sur une bague isolante (8) en contact avec le col de cygne. Par ailleurs, le premier élément (7) est avantageusement en contact intime avec le col de cygne et la buse, afin d'optimiser la dissipation de chaleur dudit col sur ce premier tronçon, alors que le deuxième élément, lui, est en contact le plus réduit possible avec ledit col pour permettre le positionnement de la main du soudeur. A cet effet, l'extrémité dudit second tronçon (5) en contact avec la noix (2) repose également sur une entretoise isolante (10), par exemple réalisée en VITON. L'expérience montre en effet que la main de celui-ci ne dépasse généralement pas le point d'inflexion, de sorte que l'on optimise à la fois les deux fonctions fondamentales de cet élément spiralé métallique : isolation et dissipation de la chaleur. Enfin, et dans une autre forme de réalisation de l'invention (non représentée), ledit élément spiralé est constitué d'un tube creux, par exemple en cuivre, dans lequel transite de l'air. Cet air peut être pulsé. On utilise alors de l'air comprimé préalablement déshuilé et déshumidifié, voir de l'air comprimé par une turbine. Un tuyau flexible permet alors d'acheminer l'air comprimé au niveau du tube creux. L'air ainsi pulsé à l'intérieur de ce dernier permet de refroidir ledit tube, et partant d'augmenter la diffusion et la dissipation de la chaleur. A l'une des extrémités dudit tube, notamment au voisinage de la buse (3), celui-ci peut être totalement ou partiellement obturé, des orifices de dimensions et d'orientation adéquates étant alors ménagés au sein du tube en regard du col de cygne. L'air pulsé est ainsi dirigé en direction et au contact du col de cygne. Il accélère de fait le déplacement d'air à ce niveau, et corollairement optimise le refroidissement dudit col. Dans ce cas, compte tenu de la compression de l'air, il y a un léger échauffement de celui-ci. Néanmoins, compte tenu des températures de l'élément spiralé et du col de cygne, cet échauffement est très relatif et l'air permet d'aboutir à un refroidissement certain du tube creux et du col de cygne. Dans une autre forme de réalisation, le tube creux fonctionne en aspiration. La turbine ménagée à l'une de ses extrémités souffle en sens inverse pour aspirer l'air situé au niveau du col de cygne. De par cette aspiration, on aboutit à une détente de l'air au sein du tube, et partant à une optimisation de la dissipation de la chaleur à ce niveau. On conçoit dès lors tout l'intérêt de l'invention, qui permet simultanément d'augmenter la durée de vie et la capacité des torches en question, de permettre un plus grand confort d'utilisation desdites torches par le soudeur, dans la mesure où il peut poser sur l'élément spiralé la main ne portant pas la torche pour des périodes longues, en tous cas correspondant aux périodes d'utilisation de la torche, et pour finir, d'augmenter l'intégrité physique du col de cygne par la protection générée par le tube ou élément spiralé. REVENDICATIONS 1. Dispositif de diffusion et de dissipation de la chaleur transitant au niveau de la lance ou col de cygne (1) d'une torche de soudage, notamment de type MIG ou MAG, caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins un élément spiralé métallique (5, 7) entouré autour de la lance ou du col, et s'étendant tout au long de ladite lance ou dudit col. 2. Dispositif de diffusion et de dissipation de la chaleur selon la revendication 1, - -caractérisé en ce que l'élément spiralé métallique est constitué de spires non jointives, afin d'obtenir une bonne circulation de l'air au contact de la lance ou du col (1). 3. Dispositif de diffusion et de dissipation de la chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément spiralé métallique (5) prend appui entre la noix de serrage (2) située à l'une des extrémités de la poignée de préhension de la torche, et la butée (3) de la buse (4) prolongeant ladite lance ou ledit col (1). 4. Dispositif de diffusion et de dissipation de la chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément spiralé métallique présente un nombre limité de points de contact entre la lance ou le col de cygne et les différentes spires qui le constituent. 5. Dispositif de diffusion et de dissipation de la chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément spiralé métallique (5) présente une zone de contact optimisée avec la lance ou le col de cygne (1). 6. Dispositif de diffusion et de dissipation de la chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément spiralé métallique repose au niveau de l'une ou de ses deux zones extrêmes sur une bague (6) conductrice de la chaleur, insérée(s) ou emmanchée(s) sur la lance ou le col de cygne (1). 7. Dispositif de diffusion et de dissipation de la chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément spiralé métallique repose au niveau de l'une ou de ses deux zones extrêmes sur une bague (10) isolante de la chaleur, insérée(s) ou emmanchée(s) sur la lance ou le col de cygne. 8. Dispositif de diffusion et de dissipation de la chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la ou les bagues isolantes de la chaleur sont réalisées en un tube rigide usiné en fibres de verre imprégnées de résine silicone, voire . . epoxy ou mélanine, ou en un isolant souple, en élastomère, notamment sous la forme d'un tube fluoré iso-versinic. 9. Dispositif de diffusion et de dissipation de la chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'élément spiralé métallique est constitué de plusieurs parties indépendantes (5, 7), séparées entre elles par une entretoise réalisée en un matériau isolant (8, 9). 10. Dispositif de diffusion et de dissipation de la chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'élément spiralé métallique est constitué par un fil métallique creux ou un tube métallique creux. 11. Dispositif de diffusion et de dissipation de la chaleur selon la revendication 10, caractérisé en ce que de l'air transite au niveau du fil ou du tube creux (5) afin d'optimiser la dissipation de la chaleur, l'extrémité dudit fil ou dudit tube positionnée au niveau de la buse de soudage (3) étant partiellement ou totalement obstruée, et ledit fil ou tube étant muni d'un certain nombre d'orifices destinés à accélérer la circulation de l'air au contact de la lance ou du col de cygne, et ce que l'air soit pulsé à partir du fil ou du tube creux, ou aspiré à l'intérieur du fil ou du tube.