Brevet FR2805766A1 — publié le 20010907

La présente invention concerne une torche de soudage l'arc électrique, notamment de type TIG (Tungsten Inert Gas), MIG (Metal Inert Gas) ou MAG (Metal Active Gas), avec double-flux de protection gazeuse destiné à protéger la zone de soudage durant l'opération de soudage. Les procédés de soudage à l'arc sous flux gazeux de protection sont largement utilisés dans l'industrie. De manière schématique, utiliser une protection gazeuse, lors d'une opération de soudage, permet d'éviter une contamination du cordon de soudure ainsi réalisé de toute contamination par des impuretés susceptibles d'être présentes dans l'air atmosphérique ambiant. En effet, il est connu que, notamment l'azote et l'oxygène contenus dans l'air ambiant sont nuisibles la qualité des cordons de soudure, lesquels subissent une détérioration de leur aspect de par des phénomènes d'oxydation et de nitruration, et de leur intégrité, c'est-à-dire de leurs caractéristiques de résistance et de performances mécaniques. La mise en place d'une protection gazeuse durant l'opération de soudage à l'arc est donc destinée à éviter ou minimiser toute contamination du cordon de soudure par lesdites impuretés atmosphériques. Néanmoins, il est connu que la protection gazeuse n'est pas neutre vis-à-vis des résultats de soudage ainsi obtenus et influence notamment la vitesse de soudage, la pénétration, la forme du cordon de soudure, la quantité de fumée dégagée lors du soudage et le nombre plus ou moins important de projections de métal fondu. En d'autres termes, les propriétés physico-chimiques des gaz ou mélanges gazeux utilisés en tant que gaz de protection engendrent des différences de comportement de l'arc électrique, du bain de métal en fusion et, dans le cas d'un procédé de soudage de type MIG, la fusion du fil fusible, conduisant alors à des résultats de soudage tres variables en fonction du type de gaz utilisé; En général, dans le flux gazeux de protection, encore appelé atmosphère gazeuse de protection, on distingue deux zones principales, à savoir la zone d'arc et la zone de protection proprement dite. Plus précisément, la première zone ou zone d'arc comprend l'arc électrique lui-même, la partie du bain de soudage située sensiblement en dessous de l'arc électrique et l'extrémité de l'électrode ou du fil fusible de soudage se trouvant à proximité du bain de soudage. En outre, la deuxième zone ou zone protection englobe le reste de l'écoulement gazeux, c'est-à-dire, zone sensiblement périphérique à la zone d'arc, dans laquelle l'action de la protection gazeuse se limite sensiblement à une protection du cordon de soudure. Selon le cas, le gaz ou le mélange gazeux est identique ou différent dans ces deux zones, par exemple, il est connu d'utiliser du dioxyde de carbone (C02) gazeux distribué indifféremment dans la zone d'arc et dans la zone de protection proprement dite. Lorsqu'on souhaite distribuer deux gaz de natures ou de compositions différentes dans la zone d'arc centrale et dans la zone de protection périphérique, il est habituel d'utiliser une torche de soudage dite à "double flux". Une torche de soudage double-flux se compose habituellement d'un corps de torche muni de deux buses concentriques, à savoir une buse de distribution centrale de gaz pour délivrer un premier flux gazeux dans la zone d'arc, et une pièce périphérique formant manchon externe agencé autour d'au moins une partie de la buse de distribution centrale et permettant de distribuer un deuxieme flux gazeux périphériquement audit premier flux gazeux, c'est-à-dire dans la zone de protection. De telles torches sont notamment décrites dans les documents suivants : GB-A-2059846 et US-A-2,919,341. en pratique, il a été constaté qu'avec ce type de torche se posait le problème du contrôle du mélange gazeux au niveau de la zone d'arc, car en effet, aucune précaution n'est prise, il est très difficile d'avoir dans la zone d'arc un mélange dont la teneur en gaz circulant dans la buse externe est faible et notamment en présence d'un débit de gaz circulant dans la buse interne faible. En effet, le seul moyen pour doser le mélange est d'agir sur les débits circulant dans chacune des buses - si le débit du gaz externe est trop important on, obtient alors un mélange gazeux dans la zone d'arc avec une forte proportion en gaz externe ; - si on essaie de le réduire, alors très rapidement le débit de gaz externe est trop faible et la soudure est alors mal protégée. Le but de la présente invention est donc de résoudre le problème précité en proposant une torche de soudage double-flux améliorée par rapport aux torches existantes, c'est-à-dire qui permette d'avoir un mélange gazeux dans la zone d'arc à faible teneur en gaz externe tout en ayant un faible débit de gaz interne. Les inventeurs de la présente invention ont maintenant mis en évidence que le problème susmentionné peut être résolu ou minimisé grâce à une torche de soudage double-flux. L'invention concerne alors une torche de soudage à l'arc électrique comportant - une buse de distribution centrale de gaz pour délivrer un premier flux gazeux, et - une pièce périphérique formant manchon externe agencé autour d'au moins une partie de ladite buse de distribution centrale et permettant de distribuer un deuxième flux gazeux périphériquement audit premier f gazeux, caractérisée en ce que l'épaisseur (e) de la buse centrale est comprise entre 3 et 6 mm. En effet, comme détaillé ci-après, les inventeurs la présente invention ont mis en évidence que l'épaisseur (e) a une influence non négligeable sur l'efficacité contrôle du mélange gazeux dans la zone d'arc. Selon le cas, la torche de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - 'extrémité aval de la pièce périphérique est en retrait (Ê) d'au moins 1 mm par rapport à l'extrémité aval de la buse de distribution centrale. - distance (d) est d'au moins 1 mm et de préférence comprise entre 2 et 10 mm. - distance (d) est comprise entre 2 mm et 9 préférentiellement entre 3 mm et 5 mm. - 'extrémité aval de la pièce périphérique est retrait (@) de 2 à 15 mm par rapport à 1' extrémité aval de la buse de distribution centrale, de préférence mm à 10 - pièce périphérique formant manchon a une forme sensiblement cylindrique ou cylindro-tronconique. - buse de distribution centrale de gaz pièce périphérique formant manchon externe agencé autour de ladite buse de distribution centrale sont concentriques. - elle comporte, en outre, au moins une électrode et/ou au moins un fil fusible, des moyens d'alimentation en courant électrique reliés à ladite électrode ou audit fil fusible, et des moyens de maintien de ladite électrode ou dudit fil fusible. - elle est choisie parmi les torches TIG, MIG ou MAG. L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide des figures annexées, données à titre illustratif mais non limitatif. Les figures 1, 2a, 2b, 3 et 5 représentent des schémas partiels de torches de soudage selon l'invention, c' -à-dire montrant l'extrémité active de la torche comprenant les deux buses concentriques distribution de gaz. Comme montré sur la figure 1, la torche de type double-flux est munie d'un tube contact 3 central destiné à porter une électrode 10 ou un fil fusible Une buse de distribution centrale 1 est agencée périphériquement au tube contact 3 et est reliée à des moyens d'alimentation en un premier gaz (G1) permettant de distribuer ce premier gaz (G1) dans la zone d'arc ZA. Une autre buse ou pièce périphérique 2 forme un manchon externe autour d'une partie de la buse de distribution 1 ; la pièce périphérique 2 et la buse de distribution centrale 1 étant concentriques. La pièce périphérique 2 est, par ailleurs, reliée à des moyens d'alimentation en un deuxième gaz G2 destiné à être distribué dans au moins une partie de la zone de protection ZP. Sur la figure 5, on peut voir que la zone d'arc ZA qui contient l'arc électrique AE est située sensiblement entre l'électrode 10 et la soudure S portée par le matériau M à souder, alors que la zone de protection ZP est située sensiblement autour de ladite zone d'arc ZA. Conformément à l'invention, l'épaisseur (e) de la buse centrale est comprise entre 2 et 10 mm, de préférence entre 3 et 6 mm. En outre, la distance (d) séparant la surface la paroi interne de la pièce périphérique 2 de la surface de la paroi extérieure de la buse centrale 1 est d'au moins 1 mm, préférence de 2 à 10 mm. Enfin, il est préférable que l'extrémité 2' la pièce périphérique 2 soit en retrait (2) d'environ au moins mm, et de préférence de 5 mm à 10 mm, par rapport à l'extrémité l' de la buse de distribution 1. effet, les inventeurs de la présente invention ont mis en évidence que l'épaisseur (e) de la buse centrale contrôlait, dans une très large mesure la quantité de gaz externe dans la zone d'arc. Plus cette distance est importante, plus la concentration gaz externe dans la zone d'arc est faible, en particulier pour des débits de gaz internes plutôt faibles. De même, les inventeurs de la présente invention ont mis en évidence que la distance (d) et/ou le retrait de longueur (#) ont une influence non négligeable la qualité de la protection gazeuse du cordon de soudure et cela, même si l'épaisseur (e) de la buse interne est correctement dimensionnée. effet, si la distance (d) est trop petite, ce qui est naturellement recherché pour des raisons de minimisation de débit, l'air extérieur arrive à rentrer au niveau du bain de soudage, et induit ainsi des défauts de protection tels que par exemple des porosités. De même, quand cette distance (d) est convenablement chois' il peut arriver que des projections de soudage viennent en diminuer la longueur apparente provoquant ainsi le même défaut de protection gazeuse. Aussi, il est préférable d'introduire un retrait de longueur (2) de manière à ce que les projection de soudage, qui proviennent en géneral de la zone d'arc, ne puissent adhérer sur la surface intérieure de la buse externe, et ne provoquent donc pas une obturation prématurée du conduit de gaz externe. Afin d'évaluer l'influence de l'épaisseur (e) sur les teneurs du mélange dans la zone d'arc, on fait varier ladite épaisseur (e) toutes choses égales par ailleurs, et on détermine alors la concentration de gaz G2 dans la zone d'arc, lOmm en dessous de la buse. Dans tous essais, les gaz G1 et G2 sont différents et sont choisis parmi le l'argon, l'hélium le dioxyde de carbone, l'oxygène, l'hydrogène et leurs mélanges. Pour ce faire, on utilise une buse de soudage analogue à celle de la figure 1, pour laquelle el = 1,25 mm environ et e2 = d = 3,5 mm environ (e1 et e2 étant maintenues constantes). En outre, le débit de gaz G1 est de 2,5 1. min-1 et le débit de gaz G2 est de 15 l.min-1. Les résultats obtenus sont représentés sur la figure 4 où l'on voit que, plus l'épaisseur (e) (représentée sur l'axe des x par la distance entre les 2 flux) augmente, plus la proportion de G2 dans le mélange G1/G2 réalisé in situ dans la zone d'arc diminue. Il en résulte qu'il est souhaitable pour obtenir un mélange Gl/G2 adéquat, que l'épaisseur(e) soit d'au moins 1 mm, voire même d'au moins 2 mm et, dans tous les cas, inférieure à 10 mm. De préférence, l'épaisseur (e) est comprise entre environ 3 et 6 mm environ. La torche de l'invention est particulièrement adaptée à une utilisation dans une opération de soudage TIG, MIG ou MAG. Revendications 1. Torche de soudage à l'arc electrique comportant - une buse de distribution centrale (1) de gaz pour délivrer un premier flux gazeux, - une pièce périphérique formant manchon (2) externe agencé autour d'au moins une partie de ladite buse de distribution centrale (1) et permettant de distribuer un deuxième flux gazeux périphériquement audit premier flux gazeux, caractérisée en ce que l'épaisseur (e) de la buse centrale est comprise entre 3 et 6 mm. 2. Torche selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'extrémité aval (2') de la pièce périphérique (2) est en retrait (.) d'au moins 1 mm par rapport à l'extrémité aval (l') de la buse distribution centrale M- 3. Torche selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la distance (d) est d'au moins lmm et de préférence comprise entre 2 10 mm. 4. Torche selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la distance est comprise entre 2 mm et 9 mm, préférentiellement entre 3 mm et 5 mm. 5. Torche selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'extrémité aval (2') de la pièce périphérique (2) est en retrait (#) de 2 à 15 mm par rapport à l'extrémité aval (1') de la buse de distribution centrale (1), de préference de 5 mm à 10 mm. 6. Torche selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la pièce périphérique formant manchon (2) a une forme sensiblement cylindrique ou cylindro-tronconique. 7. Torche selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la buse distribution centrale (1) de et la pièce périphérique formant manchon (2 externe agencé autour de ladite buse de distribution centrale ) sont concentriques. 8. Torche selon l'une des revendications 1 à 7 caractêrisee en ce qu'elle comporte, en outre, au moins une électrode (10) et/ou au moins un fil fusible, des moyens ' imentation en courant électrique reliés à ladite électrode (10) ou audit fil fusible, et des moyens de maintien (3) de ladite électrode (10) ou dudit fusible 9. Torche selon l'une des revendications 1 à caractérisée en ce qu'elle est choisie parmi les torches TIG, ou MAG. 10 Utilisation d'une torche selon l'une revendications 1 à 9 dans une opération de soudage TIG MIG ou MAG.