Brevet FR2810844A1 — publié le 20011228

L'invention concerne un dispositif avec un chalumeau à plasma compor- tant une électrode non consommable, en forme de tige, qui est reliée à un branchement électrique et qui traverse une chambre qui est reliée à un raccord de gaz et à une buse traversée par l'électrode ou un support de cette élec- trode, dans lequel entre la chambre reliée à un raccord de gaz et la buse sont prévus des canaux à allure hélicoïdale. Dans le cas de dispositifs de ce type connus, la chambre reliée au raccord de gaz est reliée à la buse par un canal droit lisse. Une buse sensiblement cylindrique y est généralement prévue. Dans le cas de tels dispositifs, en particulier lorsque l'électrode est montée en anode et la pièce à souder en cathode, par exemple lors du sou- dage d'alliages en métal léger, apparaît le problème que le point d'impact de soudage a tendance à des instabilités et sautille sur la pièce à souder. Lors d'un soudage apparaissent de ce fait des irrégularités correspondantes et une qualité i 5 relativement mauvaise du cordon de soudure. Dans le cas des dispositifs traditionnels de ce type, un autre problème résulte également de la circonstance que le plasma sortant de la buse s'élargit par suite de son frottement contre l'air ambiant et donne donc un point d'impact de soudage relativement plus important d'o résulte une faible densité énergétique correspondante. Ceci signifie que pour obtenir une densité énergétique suffisante dans la zone du point d'impact de soudage il faut exploiter le dispositif avec une puissance élevée correspondante. À partir des documents DE 20 25 368 A et US 4 902 871 A on connaît également des générateurs de plasma dans le cas desquels le faisceau de plasma est guidé par des pièces hélicoïdales pour être ensuite rétréci par une buse cylindrique. Dans ce cas les pièces hélicoïdales servent à obtenir un refroidissement amélioré de la cathode. L'élargissement du faisceau de plasma ne peut pas être interdit de ce fait. Le but de l'invention est d'éviter ces inconvénients et de proposer un dispositif du type mentionné au début dans le cas duquel ces inconvénients soient évités et dans le cas duquel on puisse, dans toutes les conditions d'ex- ploitation, obtenir un point d'impact de soudage stable. Selon l'invention, dans le cas d'un dispositif du type mentionné au début, on atteint ce but par le fait que la paroi intérieure de la buse est de forme conique à la sortie de la buse et que la zone d'extrémité libre de l'électrode ou de son support est orientée essentiellement parallèlement à la paroi intérieure de la buse. Des mesures proposées résultent l'avantage que le flux de gaz à plasma est entraîné en rotation par le ou les canaux hélicoïdaux et que sa vitesse de rotation est encore accélérée par le canal annulaire conique qui vient ensuite. Il en résulte un mouvement hélicoïdal marqué sur la face extérieure du faisceau de plasma sortant de la buse, d'o résulte une valeur élevée de la stabilité du point d'impact de soudage qui reste stable même si l'électrode est montée en anode et la pièce à souder en cathode. Le mouvement dit "sautillement" du faisceau de plasma sur le point d'impact de soudage est ainsi interdit. On obtient un point d'impact de soudage particulièrement stable par le fait que l'angle que font la paroi intérieure de la buse et la verticale vaut 20 . On explique maintenant en détail l'invention à l'aide du dessin. - La Figure 1 est une coupe d'un dispositif conforme à l'invention, - La Figure 2 est une coupe selon la ligne 11-Il de la Figure 1, - La Figure 3 est une coupe selon la ligne!11-111 de la Figure 1, - La Figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la Figure 1, - La Figure 5 est une coupe partielle du dispositif de la Figure 1 et - La Figure 6 représente une douille sur laquelle sont formés les canaux de forme hélicoïdale. Un dispositif conforme à l'invention présente une pièce de base 1 en un matériau bon conducteur de l'électricité. Cette pièce est recouverte en haut par un couvercle, en un matériau électriquement isolant, fixé au moyen des vis 3. Cette pièce de base 1 présente un alésage central 4 qui se termine dans la zone supérieure de la pièce de base et se transforme en un alésage radial 5 qui se termine en un raccord 5 pour une arrivée d'eau de refroidissement. Dans un élargissement de cet alésage central 4 est insérée une douille 7 munie à son extrémité supérieure d'un rebord. Dans la zone supérieure de cette douille 7 celle-ci est insérée, à ajustement serré, dans un porteélectrode creux 8 pour une électrode 9, porte-électrode qui est fabriqué en un matériau bon conducteur d'électricité et de la chaleur, par exemple en cuivre. Ce porte-électrode est relié à la pièce de base I par des vis 10 insérées, côté frontal, dans ce corps de base et il a avec cette pièce de base un contact bon conducteur de l'électricité. Dans la pièce de base 1 est insérée une garniture d'étanchéité i 1 qui assure l'étanchéité du porte-électrode 8. Contre la pièce de base I s'appuie une pièce intermédiaire annulaire 12, en un matériau électriquement isolant, qui présente un alésage radial 13 qui se termine, sur la face extérieure de la pièce intermédiaire 12, en un raccord 14 pour le gaz. Entre la paroi intérieure de la pièce intermédiaire annulaire 12 et le porte-électrode 8 subsiste une chambre annulaire 15 que traverse le porte- électrode 8. La pièce intermédiaire 12 s'appuie contre des épaulements axiaux de la pièce de base 1 et d'une pièce support 16 qui correspond sensiblement à 1 5 cette pièce base, des garnitures d'étanchéité 17, 18 étant insérées dans ces épaulements. La pièce intermédiaire 12 est reliée, par l'intermédiaire de vis 20, 21 qui se vissent dans des taraudages de garnitures non métalliques 28, avec la pièce support 16 et avec la pièce de base 1 que ces vis 20, 21 traversent. Les garnitures 28 y sont enrobées dans la pièce intermédiaire 12 fabriquée en un matériau isolant et ne réalisent aucune liaison électriquement conductrice entre la pièce de base 1 et la pièce support 16. La pièce support 16 présente un alésage central axial que traverse le porte-électrode 8, étant précisé qu'entre le porte-électrode 8 et la paroi intérieure de la pièce support 16 subsiste une fente annulaire 19 par laquelle le gaz peut s'écouler de la chambre 13 pour former un plasma. En outre la pièce support 16 présente une chambre 22 qui est formé par un chambrage au tour et dans laquelle débouche une sortie de l'eau de refroidissement 23. Dans la chambre 22 de la pièce support 16 est insérée une pièce annulaire de franchissement 24 qui, par ses deux extrémités, pénètre dans la fente annulaire 19 située entre la paroi intérieure de la pièce support 16 et le porte-électrode 8 et dont l'étanchéité est assurée dans cette fente annulaire 19 au moyen de garnitures d'étanchéité 25, 26 insérées dans les rainures 26' du porte-électrode 8 (Figure 6). La pièce de franchissement 24 présente une pluralité de canaux 27 qui la parcourent axialement et elle présente deux perçages radiaux 29. Les zones de ces perçages 29 ne comportent pas de canaux 27, de sorte que la gaz ne peut s'écouler par cette pièce de franchissement 24 qu'à l'extérieur des zones des projections de ces percçages 29. Le porte-électrode 8 présente, dans la zone des percçages radiaux 29 de la pièce de franchissement 24, des perçages radiaux 30 qui réalisent une liaison entre la chambre 22 de la pièce support 16 et une fente annulaire 31 qui subsiste entre un élargissement de l'alésage central 32 du porteélectrode creux 8 et la douille 7. Dans la zone inférieure du porteélectrode 8 est prévu un taraudage 33 dans lequel se visse un capuchon 34 qui maintient l'électrode 9, fait partie du porte-électrode 8 et surplombe, avec jeu, I'extrémité de la douille 7. En dehors de crans 35, qui permettent d'appliquer un outil pour serrer et desserrer le capuchon 34, ce capuchon 34 présente encore une surface extérieure conique qui est orientée essentiellement parallèlement à la paroi intérieure d'une buse conique 36. De préférence la paroi intérieure de la buse conique 36 est inclinée de 20 par rapport à la verticale. En outre le porte-électrode 8 présente, dans la zone qui se raccorde immédiatement à son capuchon 34, une surépaisseur 37 dans laquelle, comme on le voit en particulier sur les Figures 5 et 6, sont usinés des canaux 38 de forme hélicoïdale. La buse conique 36 est formée dans un fourreau 39 qui se visse dans la pièce support 16 et dont l'étanchéité est réalisée par une garniture d'étan- chéité 40. Dans la zone de son tronçon cylindrique, à l'intérieur, le fourreau 39 comporte un revêtement 41 en matériau isolant. La pièce de base et la pièce support 1, 16 sont chacune munies d'un isolant électrique 42. La pièce de base 1 et le porte-électrode 8, qui lui est relié avec conduc- tion électrique, et donc également l'électrode 9, généralement fabriquée en un alliage de tungstène, peuvent être reliés à une source de courant non repré- sentée, par l'intermédiaire d'un raccord d'eau froide non représenté, qui peut s'enficher dans le raccord 6 et sert simultanément de liaison électrique. Le second pôle de la source de courant y est relié avec une pièce à souder non représentée. En service, de l'eau de refroidissement arrive par le raccord 6, s'écoule dans les alésages 5 et 6 puis dans la douille 7 et parvient dans le capuchon 34 du porte-électrode 8, y change de direction et remonte dans la chambre 22 par la fente annulaire 19 située entre la douille 7 et la paroi intérieure du porte-électrode 8. De là l'eau de refroidissement, réchauffée, parvient, par le raccord 23, dans une conduite d'évacuation, non représentée, de l'eau de refroidissement. Le gaz nécessaire pour former un plasma désiré est amené par le raccord de gaz 14 et parvient, par l'alésage 13, dans la chambre 1 5 que traverse le 1 5 porte-électrode 8. De cette chambre, le gaz s'écoule vers le bas o il parcourt les canaux 27 de la pièce de franchissement 24 et parvient dans la zone des canaux hélicoïdaux 38 qui se trouvent entre la surépaisseur 37 et le revête- ment 41 du fourreau 39. En parcourant ces canaux, le gaz qui s'écoule reçoit un mouvement hélicoïdal approprié et, avec son mouvement hélicoïdal il s'écoule dans la buse conique 36 qui est définie par le troncçon conique du fourreau 39 et par le capuchon 34 du porte-électrode 8. De l'embouchure de cette douille 36, d'o dépasse l'électrode 9, le gaz, par exemple argon, hélium ou analogue, s'écoule à haute vitesse et avec un mouvement hélicoïdal approprié, et forme une colonne de gaz très stable qui est ionisée par un arc électrique qui se forme entre l'électrode, reliée aussi bien au pôle plus qu'au pôle moins de la source de courant continu, et la pièce à souder, et devient un plasma. Grâce à la colonne de gaz très stable du fait du mouvement hélicoïdal du gaz, même dans les cas dans lesquels l'électrode est montée en anode et est donc reliée au pôle plus de la source de courant continu, le point d'impact de soudage qui apparaît sur la pièce à souder, servant de cathode, est maintenu très stable et ne peut pas migrer en permanence. Du fait de la forme conique de la buse 36, résulte également un rétrécissement notable de la colonne de plasma, de sorte que le point d'impact de soudage se maintient petit et qu'apparaît en ce point une haute densité énergétique. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif avec un chalumeau à plasma comportant une électrode (9) non consommable, en forme de tige, qui est reliée à un branchement élec- trique et qui traverse une chambre (15) qui est reliée à un raccord de gaz (14) et à une buse (36) traversée par l'électrode (9) ou un support (8) de cette électrode, dans lequel entre la chambre (15) reliée à un raccord de gaz (14) et la buse (36) sont prévus des canaux (38) à allure hélicoïdale, carac- térisé par le fait que la paroi intérieure de la buse (36) est de forme conique à la sortie de la buse et que la zone d'extrémité libre de l'électrode (9) ou de son support (8) est orientée essentiellement parallèlement à la paroi intérieure de la buse (36). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'angle que font la paroi intérieure de la buse (36) et la verticale vaut 20 .