Brevet FR2949697A1 — publié le 20110311

L'invention concerne une torche à plasma à tête démontable dont le montage et le démontage rapide sur l'embase ou corps de torche se fait au moyen d'une bague à filetage trapézoïdal. Les torches de coupage plasma à tête démontable comportent deux parties principales pouvant être assemblées ou désassemblées l'une de l'autre, à savoir une embase ou corps de torche qui est habituellement fixé sur une structure, tel un bâti-porteur muni d'une poutre mobile par exemple, et un nez ou tête de torche qui est amovible. Des exemples de torches de coupage plasma à tête démontable sont notamment connus des documents EP-A-599709, GB-A-2091594, EP-A-801882 et EP-A-941018. L'embase ou corps de torche est une interface entre le générateur électrique, le boîtier haute fréquence et/ou haute tension nécessaire à l'amorçage de l'arc, le boîtier de régulation des gaz et le système de refroidissement. De ce fait, les tuyaux et fils électriques issus des différents éléments convergent vers l'embase qui regroupe les différentes entrées et sorties de fluides, à savoir liquide de refroidissement, gaz plasmagène et gaz protecteur, ainsi que les connections électriques pour la cathode et les circuits d'amorçage et pilote. Le nez ou tête de la torche contient les consommables de la torche, à savoir une électrode, un diffuseur amont de gaz, une tuyère amont, un diffuseur aval de gaz et une tuyère aval, ainsi que les circuits internes de distribution des gaz et du liquide de refroidissement. Ces différents consommables s'érodent plus ou moins rapidement, lors de l'utilisation de la torche, et il est nécessaire de les remplacer par des consommables neufs après, en général, quelques heures d'utilisation, par exemple après 2 heures ou plus de coupage. Or, pouvoir séparer la tête de torche du corps de torche, c'est-à-dire de l'embase, est très pratique d'un point de vue de la productivité par rapport aux torches à tête non démontable car cela permet de préparer à l'avance une tête de torche comprenant des consommables neufs et de la raccorder au corps de torche immédiatement après démontage de la tête dont les consommables sont usés. Ceci se fait donc sans perte de temps et donc quasiment sans perte de productivité. Ensuite, pendant que la tête de torche nouvellement montée sur le corps est utilisée pour réaliser une opération de découpe, l'autre tête de torche qui vient d'être désolidarisée du corps de torche, c'est-à-dire de l'embase, peut être démontée, les consommables usés peuvent en être extraits et remplacés par des consommables neufs. La tête sera donc prête à être remontée lorsque la limite de durée de vie des consommables de l'autre tête sera atteinte. Le montage/démontage d'une tête de torche sur un corps de torche se fait au moyen d'une bague, en général filetée, qui permet de fixer la tête de torche à l'embase qui comporte un filetage complémentaire, et dont le serrage assure l'étanchéité des raccords des conduits de fluides et le bon contact entre les raccords électriques. Habituellement, cette bague est fabriquée en matériau électriquement isolant. Or, lors d'une utilisation intensive en milieu industriel, des poussières, notamment 5 métalliques, détériorent progressivement le filetage par abrasion, lors de chaque opération de vissage ou dévissage. Il s'ensuit qu'au fil du temps, la tête de torche se monte de plus en plus difficilement sur le corps de torche et, par ailleurs, l'étanchéité et le contact entre la tête de la torche et le corps de torche ou embase ne sont plus assurés correctement. 10 Le problème qui se pose est dès lors de pouvoir monter et démonter manuellement la tête de torche à plasma du corps de torche sans rencontrer les problèmes susmentionnés, en particulier en minimisant la détérioration du filetage par abrasion, lors de chaque opération de vissage ou dévissage, de manière à préserver étanchéité et contact entre la tête de la torche et le corps de torche. 15 La solution de l'invention est une tête de torche de coupage plasma comprenant une extrémité amont et une extrémité aval, et une bague de fixation mobile en rotation et en translation au moins au niveau de l'extrémité amont de ladite tête de torche, ladite bague comportant un filetage aménagé sur sa paroi interne servant à solidariser ladite tête de torche à un corps de torche, caractérisée en ce que le filet dudit filetage est de section 20 trapézoïdale. Selon le cas, la torche de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le filetage comporte entre 2 et 7 filets par 2,54 cm (1 pouce). - le filetage comporte entre 3 et 6 filets par 2,54 cm (1 pouce), de préférence 4 ou 5 25 filets par pouce. - les deux côtés de chaque filet de section trapézoïdale forment entre eux un angle A compris entre 20 et 40°. - les deux côtés de chaque filet de section trapézoïdale forment entre eux un angle A compris entre 25 et 35°, de préférence de l'ordre de 29°. 30 - la distance D entre la surface du filet formant la petite base du trapèze et l'axe de la tête de torche est comprise entre 50 et 70 mm, de préférence de l'ordre de 60,2 mm. - la section du filet a une forme de trapèze isocèle. - la bague est en métal ou en alliage métallique, en particulier en laiton recouvert d'un revêtement en nickel. 35 L'invention porte aussi sur un ensemble formé d'une tête de torche de coupage plasma selon l'invention solidarisée à un corps de torche à plasma au moyen de la bague de fixation, ledit corps de torche comprenant un filetage de section trapézoïdale complémentaire du filetage de ladite tête de torche. De préférence, le corps de torche est agencé sur un bâti-porteur ou un bras de robot. Par ailleurs, l'invention concerne également un procédé de coupage par jet de plasma, dans lequel on met en oeuvre une tête de torche selon l'invention ou un ensemble tête/corps de torche à plasma selon l'invention. La présente invention va être expliquée plus en détail en références aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 schématise une torche de coupage plasma à tête démontable vue en position désassemblée sur un corps de torche, et - la figure 2 illustre le principe d'un filetage selon la présente invention destiné à une torche selon la figure 1. La figure 1 représente une torche de coupage plasma à tête 1 démontable montrée en position désassemblée sur un corps 2 de torche, encore appelé embase. La tête 1 comporte de manière classique à son extrémité aval, une électrode, une tuyère et une coiffe de protection. La fixation de la tête 1 au corps 2 de torche se fait classiquement par vissage grâce à une bague 3 métallique taraudée, venant coopérer avec un filetage aménagé sur le corps 2 de torche. La bague 3 est libre et mobile en rotation autour de la paroi périphérique externe de la tête 1 de torche, c'est-à-dire autour de l'axe 4 principal de la torche, et aussi en translation le long de l'axe 4 de la tête de torche 1. Lors de son utilisation, la torche est soumise à des atmosphères souvent corrosives et/ou poussiéreuses, poussières métallique en particulier, dans les ateliers de soudage ou sur site industriel par exemple. Dans de tels environnements, le pas de vis ou filetage présent sur la tête de torche 1 et/ou sur l'embase 2 peut se gripper et être abrasé lors des montages/démontages successifs de la tête 1, ce qui, à terme, peut conduire à un mauvais montage de la tête 1 de torche sur son embase 2 n'assurant plus une bonne étanchéité des raccords fluide. Afin d'éviter ce problème, selon la présente invention, on aménage sur la tête de torche 1 et sur le corps de torche 2 des filetages complémentaires de section de filet particulière, à savoir de section de filet trapézoïdale, et non de forme triangulaire comme classiquement utilisé. Un tel filetage de section trapézoïdale est montré sur la figure 2. Ce type de filetage est plus robuste que les filetages standards de section triangulaires. L'épaisseur des filets est telle que le filetage est plus résistant à l'abrasion et la corrosion. Par ailleurs, un tel filetage permet un léger jeu radial par rapport à l'axe de la torche se qui facilite l'insertion des raccords fluides et électriques, sur la partie la plus amont la tête de torche, dans les logements correspondants situés sur la partie la plus aval de l'embase. De plus, ce type de filetage est un système irréversible : une fois vissé jusqu'au point de serrage il ne se dévissera pas sous le simple effet de vibrations, comme celles existant sur une table de découpe plasma automatique, ou encore sous l'effet du relâchement de contraintes mécaniques et/ou thermiques. Seule l'application d'un couple sur la bague, par un opérateur ou un système de montage automatique, permet le dévissage. Enfin, cette géométrie trapézoïdale est mieux adaptée pour la transformation d'un mouvement de rotation, à savoir vissage dévissage de la bague 3 sur l'embase 2, en mouvement de translation, lors de l'insertion ou de l'extraction de la tête 1 de la torche de l'embase 2. La figure 2 détaille un filetage de la bague 3 conforme à la présente invention. Comme on peut le voir, le filet dudit filetage 5 est de section trapézoïdale, c'est-à-dire que la section de chaque filet comporte deux côtés latéraux 7 formant entre eux un angle A compris entre 20 et 40°, de préférence entre 25 et 35°, de préférence encore de l'ordre de 29°, une grande base et une petite base, la petite base étant formée par la surface supérieure 6 de chaque filet. De préférence, le trapèze est isocèle, donc comporte deux côtés latéraux 7 égaux. Selon l'invention, le filetage 5 de la bague 3 comporte entre 2 et 7 filets par pouce 20 (soit 2,54 cm) considéré dans le sens de la longueur, c'est-à-dire selon l'axe 4 de la tête 1, avantageusement entre 3 et 6 filets par pouce. Par ailleurs, la distance D entre la surface 6 du filet 5 formant la petite base du trapèze et l'axe 4 de la tête de torche est comprise entre 50 et 70 mm, de préférence de l'ordre de 60,2 mm. 25 La bague 3 est en métal ou en alliage métallique, en particulier en laiton recouvert d'un revêtement en nickel permettant de limiter l'effet de la corrosion. A titre indicatif, les dimensions du filetage 5 de la bague 3 correspondent à un filetage trapézoïdal de type ACME (angle total de 29°), avec un diamètre de 60,2 mm et un 4 filetages/pouce (1 pouce = 25.4 mm). Dans ce cas, le filetage correspondant sur le corps 2 30 est de type ACME avec un diamètre de 60 mm et 6 filetages/pouce. Choisir un filetage complémentaire pour le corps 2 de torche est à la portée d'un homme du métier du métier connaissant le filetage de la tête 1. Revendications1. Tête (1) de torche de coupage plasma comprenant une extrémité amont et une extrémité aval, et une bague (3) de fixation mobile en rotation et en translation au moins au niveau de l'extrémité amont de ladite tête (1) de torche, ladite bague (3) comportant un filetage aménagé sur sa paroi interne servant à solidariser ladite tête (1) de torche à un corps (2) de torche, caractérisée en ce que le filet dudit filetage (5) est de section trapézoïdale. 2. Tête de torche selon la revendication 1, caractérisée en ce que le filetage (5) comporte entre 2 et 7 filets par 2,54 cm (1 pouce). 3. Tête de torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le filetage (5) comporte entre 3 et 6 filets par 2,54 cm (1 pouce). 4. Tête de torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les deux côtés (7) de chaque filet (5) de section trapézoïdale forment entre eux un angle (A) compris entre 20 et 40°. 5. Tête de torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les deux côtés (7) de chaque filet (5) de section trapézoïdale forment entre eux un angle (A) compris entre 25 et 35°, de préférence de l'ordre de 29°. 6. Tête de torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la distance (D) entre la surface (6) du filet (5) formant la petite base du trapèze et l'axe (4) de la tête de torche est comprise entre 50 et 70 mm, de préférence de l'ordre de 60,2 mm. 7. Tête de torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la section du filet (5) a une forme de trapèze isocèle. 8. Tête de torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la bague (3) est en métal, en particulier en laiton recouvert d'un revêtement en nickel. 9. Ensemble formé d'une tête (1) de torche de coupage plasma selon l'une des revendications précédentes solidarisée à un corps (2) de torche à plasma au moyen de la bague (3) de fixation, ledit corps (2) de torche comprenant un filetage de section trapézoïdale complémentaire du filetage de ladite tête (1) de torche. 10. Procédé de coupage par jet de plasma, dans lequel on met en oeuvre une tête de torche (1) selon l'une des revendications 1 à 8 ou un ensemble tête (1)/corps (2) de torche à plasma selon la revendication 9.