Brevet FR2980383A1 — publié le 20130329

La présente invention concerne un ensemble formé d'une torche de soudage à l'arc avec électrode non fusible coopérant avec un bloc de raccordement fixé lui-même à un banc ou un bras de soudage, de manière à pouvoir être aisément et rapidement solidarisée ou désolidarisée du bloc de raccordement, et son utilisation en soudage TIG ou plasma. Les torches de soudage TIG ou plasma automatiques existantes sont généralement formées d'un corps en un seul tenant avec un faisceau d'alimentation électrique et un circuit de refroidissement interne, raccordés à un boîtier de commande. Lorsqu'une opération de maintenance de la torche est nécessaire, en particulier un remplacement de l'électrode, de la tuyère, du canon de centrage, d'un joint d'étanchéité..., la torche est immobilisée pour être démontée et l'opération de soudage est alors interrompue, ce qui nuit à la productivité globale du procédé de soudage. Pour certains modèles de torches robotiques, il existe des systèmes de raccordement rapide de la torche qui permettent un raccordement de la torche à un boîtier de connexion qui est fixé à un bras du robot ou analogue. Dans ce cas, la torche comprend une platine avec des pions pour l'écoulement du liquide de refroidissement et de gaz, une bague filetée qui permet de plaquer cette platine sur le boîtier de connexion. Pour solidariser le boîtier de connexion et la torche, il convient de visser cette bague jusqu'au plaquage de la platine. Un tel système permet donc un montage assez rapide de la torche mais il ne facilite pas le démontage étant donné que la bague ne vient qu'assurer le placage de la platine et du boîtier. Le document US-A-6,080,955 enseigne un système en deux parties formé d'une torche et d'une partie connectique qui permet un montage et un démontage d'une torche plasma. Toutefois, le système de fixation proposé ne permet pas un montage et démontage facile, et ne permet pas non plus une automatisation de la fonction montage/démontage. En effet, pour retirer la torche, il faut nécessairement une intervention humaine pour desserrer la bague de serrage. On comprend donc que les systèmes existants ont comme défauts majeurs : - soit de nécessiter une immobilisation totale de l'installation lors des changements de pièces consommables (électrode, tuyère..), en vue de pouvoir réaliser un démontage complet de la torche et de son faisceau lors des changements de torches. Cela engendre une perte importante de productivité. - soit de nécessiter un effort manuel important de la part d'un opérateur pour désolidariser les deux ensembles et ce, compte tenu notamment l'écrasement des joints toriques qui assurent l'étanchéité entre les deux parties de l'ensemble. Aucun système de torche existant n'est donc idéal. Le problème à résoudre est donc d'améliorer les systèmes existants et/ou de proposer un ensemble permettant un montage et un démontage, manuel ou motorisé, aisé et rapide de la torche de soudage afin de faciliter le changement de consommables, tels les joints toriques, le canon de centrage, la ou les tuyères, l'électrode...40 La solution de l'invention est alors ensemble formé d'une torche coopérant avec un bloc de raccordement, ladite torche pouvant être solidarisée au ou désolidarisée dudit bloc de raccordement, dans lequel : - la torche comprend un corps de torche avec une paroi périphérique externe 5 comprenant en outre : . un circuit de refroidissement interne pour acheminer un liquide de refroidissement au sein du corps de torche entre un orifice d'entrée et un orifice de sortie d'eau, lesdits orifices d'entrée et de sortie d'eau étant portés par des premiers pions munis de moyens d'étanchéité, 10 . au moins une canalisation interne d'amenée de gaz pour acheminer du gaz au sein du corps de torche entre un orifice d'entrée de gaz et une chambre plasmagène située autour d'une électrode non fusible, chaque orifice d'entrée de gaz étant porté par un deuxième pion muni de moyens d'étanchéité, . un circuit électrique interne pour acheminer un courant électrique au sein du 15 corps et alimenter l'électrode non fusible en ledit courant, le circuit électrique comprenant un premier et un second connecteur électrique, . et dans lequel les premiers et deuxième pions et les connecteurs électriques étant agencées au niveau de la paroi périphérique externe du corps de manière à faire saillie vers l'extérieur par rapport à ladite paroi périphérique externe, et 20 - le bloc de raccordement avec une face avant et comprend : . une ligne interne d'amenée de liquide de refroidissement, une ligne interne d'évacuation de liquide de refroidissement et au moins une ligne interne d'amenée de gaz, lesdites lignes étant conformées, au niveau de la face avant du bloc, pour recevoir de manière étanche les premiers et deuxième pions de la torche et assurer ainsi une continuité fluidique entre 25 le bloc et la torche, et . au moins deux lignes électriques comprenant chacune un élément de connexion, au niveau de la face avant du bloc, chaque élément de connexion étant apte à et conçu pour assurer une connexion électrique avec les premier et second connecteurs électriques de la torche. Selon le cas, l'ensemble de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des 30 caractéristiques techniques suivantes : - le corps de la torche a une forme générale cylindro-tronconique. - les moyens d'étanchéité comprennent un ou plusieurs joints, en particulier des joints toriques. - le corps de la torche comprend plusieurs canalisations internes d'amenée de gaz pour 35 acheminer du gaz au sein du corps de torche depuis des orifices d'entrée de gaz, chaque orifice d'entrée de gaz étant porté par un deuxième pion. - les connecteurs électriques sont des pions fendus. - le circuit de refroidissement interne et la ou les canalisations internes d'amenée de gaz du corps de torche ont un diamètre de passage de fluide égal ou quasi-égal au diamètre des lignes 40 internes d'amenée de liquide de refroidissement et d'évacuation de liquide de refroidissement et de la ou des lignes internes d'amenée de gaz du bloc auxquelles ils sont raccordés via les premiers et deuxième pions. - l'axe longitudinal des premiers et deuxièmes pions est perpendiculaire ou quasi-perpendiculaire à l'axe de l'électrode. - la torche est maintenue solidaire du bloc au moyen d'au moins un élément à vis comprenant des butées de serrage et desserrage. - la paroi périphérique du corps de la torche est surmontée d'une paroi supérieure au sein de laquelle est aménagée une ouverture permettant d'extraire l'électrode, de préférence l'ouverture est normalement obturée par un couvercle. Par ailleurs, l'invention concerne aussi un procédé de soudage à l'arc TIG ou plasma mettant en oeuvre un ensemble de torche selon l'invention. Un avantage important de la solution selon l'invention est qu'elle permet de réduire le temps d'immobilisation d'une machine grâce à un changement rapide de la torche de soudage lors de travaux d'entretien. En particulier, le système de vissage permet de réduire l'effort à exercer pour désolidariser les deux parties grâce à l'utilisation d'une (ou plusieurs) vis à butées de serrage et desserrage. L'invention va être mieux comprise grâce à la description détaillée suivante faite en références aux figures annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 est un schéma (en vue de côté) d'une torche à plasma d'un ensemble selon la présente invention, - les Figures 2A et 2B sont des schémas illustratifs du principe de raccordement de la torche à plasma de la Figure 1 sur un bloc de raccordement, - la Figure 3 représente une vue en coupe d'un ensemble selon l'invention. La Figure 1 représente un mode de réalisation d'une torche 10 d'un ensemble selon l'invention comprenant ladite torche 10 et un bloc de raccordement 20 (cf. Fig. 2A et 2B) auquel vient se solidariser la torche 10. La torche 10 est formée d'une structure principale formant corps de torche 7 et comprenant une paroi périphérique externe 8 surmontée d'une paroi supérieure 9 formant plafond venant fermer le haut du corps 7. Cette paroi supérieure 9 comporte une ouverture donnant accès à l'électrode 16 située dans le corps 7 de torche de manière à pouvoir effectuer aisément un remplacement de ladite électrode lorsqu'elle est érodée par exemple. Ladite ouverture est normalement obturée par un couvercle 28 amovible. Le corps de torche 7 comprend en outre un circuit de refroidissement interne, c'est-à-dire une ou des conduits ou analogues, permettant d'acheminer un liquide de refroidissement, tel de l'eau, au sein du corps de torche entre un orifice d'entrée 11 et un orifice de sortie 12 d'eau portés par des premiers pions 1, 2 munis de moyens d'étanchéité, tels des joints toriques. De façon analogue, il comporte aussi une ou plusieurs canalisations internes d'amenée de gaz, c'est-à-dire des conduits ou analogues, permettant d'acheminer un gaz ou un mélange gazeux au sein du corps 7 de torche. L'alimentation des canalisations de gaz se fait par l'intermédiaire d'un ou plusieurs orifices d'entrée de gaz 13, 14 également portés par des deuxièmes pions 3, 4 muni de moyens d'étanchéité, tels des joints toriques. Les premiers et deuxièmes pions 1, 2, 3, 4 sont en fait des structures de forme globalement tubulaire faisant saillie, c'est-à-dire se projetant, vers l'extérieur du corps de torche 7 par rapport à la surface externe de la paroi périphérique externe 8 du corps 7, comme illustré en Figure 1. Les canalisations internes d'amenée de gaz servent à alimenter en gaz non seulement la chambre plasmagène 15 qui est située autour de l'électrode 16 non fusible, typiquement une électrode en tungstène à extrémité active pointue, c'est-à-dire la chambre 15 située entre l'électrode 16 et la tuyère interne 17, mais aussi à alimenter l'espace inter-tuyère 19 situé entre la tuyère interne 17 et la tuyère externe 18, comme détaillé en Figure 3. Le corps 7 comprend en outre un circuit électrique interne pour acheminer du courant électrique au sein du corps 7 et alimenter l'électrode 16 en courant et permettre ainsi la formation du jet de plasma. Le circuit électrique comprend un premier et un second connecteurs électriques 5, 6 qui sont également agencées au niveau de la paroi périphérique externe 8 du corps 7 de manière à faire saillie vers l'extérieur de la même manière que les premiers et deuxièmes pions 1, 2, 3, 4. De préférence, les premier et un second connecteurs électriques 5, 6 sont des pions fendus ou analogues. Les premiers et deuxièmes pions 1, 2, 3, 4 et les connecteurs électriques 5, 6 peuvent avoir des extrémités légèrement chanfreinées ou arrondies pour faciliter leur insertion dans la face avant 21 du bloc de raccordement 20. Le bloc de raccordement 20 comporte par ailleurs une face arrière 22 venant elle-même se raccorder à une poutre (non montrée) comprenant le faisceau d'alimentation électrique, les entrées de gaz et liquide de refroidissement, et les sorties de liquide de refroidissement. En fait, bloc de raccordement 20 est traversé par une ligne interne d'amenée de liquide de refroidissement, une ligne interne d'évacuation de liquide de refroidissement et une ou plusieurs lignes interne d'amenée de gaz, par exemple deux lignes d'amenée de gaz dans le mode de réalisation des Figures 1 à 3. Plus précisément, au niveau de la face avant 21 du bloc de raccordement 20, les lignes interne au bloc 20 sont conformées pour recevoir de manière étanche les premiers et deuxième pions 1, 2 ; 3, 4 de la torche 10 et assurer ainsi une continuité fluidique entre le bloc 20 et la torche 10. Pour se faire, on peut par exemple prévoir que les extrémités desdites lignes internes au bloc soient terminées par des logements ayant des dimensions et des formes aptes à et conçues pour recevoir les premiers et deuxième pions 1, 2 ; 3, 4 de la torche 10. De préférence, lesdits logements ont des formes et dimensions complémentaires desdits premiers et deuxième pions 1, 2 ; 3, 4 de la torche 10, de manière à ce que les premiers et deuxième pions 1, 2 ; 3, 4 de la torche 10 puissent venir s'insérer de manière étanche au sein desdits logements en assurant ainsi une continuité fluidique entre le bloc 20 et la torche 10. Les pions 1, 2 ; 3, 4 de la torche 10 permettent alors de garantir un écoulement sans pertes de charges significatives grâce à des sections de passage de fluide (gaz ou eau) identiques ou quasi identiques dans la torche 10 et le bloc 20 de raccordement. De même, le bloc 20 de raccordement est également traversé par au moins deux lignes électriques comprenant chacune un élément de connexion au niveau de la face avant 21 du bloc 20, chaque élément de connexion étant apte à et conçu pour assurer une connexion électrique avec les premier et second connecteurs électriques 5, 6 de la torche 1. Les premier et second connecteurs électriques 5, 6 vient avantageusement s'insérer dans les éléments de connexion du bloc 20, i.e. selon une liaison de type mâle/femelle. L'utilisation de pions fendus en tant que premier et second connecteurs électriques 5, 6 de la torche 1 permet d'assurer un parfait contact électrique entre la torche 10 et le bloc 20 pour le passage du courant électrique. Comme on le voit sur la Figure 3, l'axe longitudinal des premiers et deuxième pions 1, 2 ; 3, 4 est perpendiculaire ou quasi-perpendiculaire à l'axe de l'électrode 16. Par ailleurs, la torche 10 est maintenue solidaire du bloc 20 au moyen d'au moins un élément à vis 30 comprenant des butées de serrage 32 et de desserrage 31, ce qui permet un montage et un démontage aisé et facile de la torche 10. L'élément à vis 30 vient se visser dans un logement 29 avec filetage interne agencé dans le corps 7 de la torche 1 comme illustré en Figures 1 et 3. On voit également que la troche 10 comporte une butée à bille servant à encaisser la charge axiale (selon l'axe de la vis 30) tout en évitant le frottement entre l'élément à vis 30 et le bloc de raccordement en butée de la vis, c'est-à-dire le bloc 20. En outre, on distingue en Figures 1 et 3, le contact électrique 27 pour l'arc pilote, c'est-à-dire un arc auxiliaire de quelques ampères, par exemple d'au plus 30 A, amorcé entre l'électrode et la tuyère 17 (au potentiel de la tôle) par haute fréquence en phase de pré-soudage. Lorsque le soudage débute, l'arc est transféré entre l'électrode et la tôle et le courant de soudage s'établit. En Figures 1, 2B et 3, on voit que la torche comprend en outre un capotage 26 supérieur. La fonction de centrage est assurée par les pions 1, 2, 3, 4. L'ensemble de l'invention peut être utilisé dans tout procédé de soudage TIG ou plasma de type monoflux ou double flux de gaz. Une application particulière de l'invention est dans le cas du soudage plasma avec des torches de faibles encombrements. En effet, la compacité de la torche selon l'invention permet un soudage efficace dans de tels environnements restreints. REVENDICATIONS1. Ensemble formé d'une torche (10) coopérant avec un bloc (20) de raccordement, ladite torche (10) pouvant être solidarisée au ou désolidarisée dudit bloc (20) de raccordement, dans lequel : - la torche (10) comprend un corps de torche (7) avec une paroi périphérique externe (8) comprenant en outre : . un circuit de refroidissement interne pour acheminer un liquide de refroidissement au sein du corps de torche entre un orifice d'entrée (11) et un orifice de sortie (12) d'eau, lesdits orifices (11, 12) d'entrée et de sortie d'eau étant portés par des premiers pions (1, 2) munis de moyens d'étanchéité, . au moins une canalisation interne d'amenée de gaz pour acheminer du gaz au sein du corps de torche entre un orifice d'entrée de gaz (13, 14) et une chambre plasmagène (15) située autour d'une électrode (16) non fusible, chaque orifice d'entrée (13, 14) de gaz étant porté par un deuxième pion (3, 4) muni de moyens d'étanchéité, . un circuit électrique interne pour acheminer un courant électrique au sein du corps et alimenter l'électrode (16) non fusible en ledit courant, le circuit électrique comprenant un premier et un second connecteur électrique (5, 6), . et dans lequel les premiers et deuxième pions (1, 2 ; 3, 4) et les connecteurs électriques (5, 6) étant agencées au niveau de la paroi périphérique externe (8) du corps (7) de manière à faire saillie vers l'extérieur par rapport à ladite paroi périphérique externe (8), et - le bloc (20) de raccordement avec une face avant (21) et comprend : . une ligne interne d'amenée de liquide de refroidissement, une ligne interne d'évacuation de liquide de refroidissement et au moins une ligne interne d'amenée de gaz, lesdites lignes étant conformées, au niveau de la face avant (21) du bloc (20), pour recevoir de manière étanche les premiers et deuxième pions (1, 2 ; 3, 4) de la torche (10) et assurer ainsi une continuité fluidique entre le bloc (20) et la torche (10), et . au moins deux lignes électriques comprenant chacune un élément de connexion, 30 au niveau de la face avant (21) du bloc (20), chaque élément de connexion étant apte à et conçu pour assurer une connexion électrique avec les premier et second connecteurs électriques (5, 6) de la torche (1). 2. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le corps (7) de 35 la torche (10) a une forme générale cylindro-tronconique. 3. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité comprennent un ou plusieurs joints, en particulier des joints toriques. 4. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le 40 corps (8) de la torche (10) comprend plusieurs canalisations internes d'amenée de gaz pouracheminer du gaz au sein du corps de torche depuis des orifices d'entrée de gaz (13, 14), chaque orifice d'entrée (13, 14) de gaz étant porté par un deuxième pion (3, 4). 5. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les connecteurs électriques (5, 6) sont des pions fendus. 6. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement interne et la ou les canalisations internes d'amenée de gaz du corps (10) de torche ont un diamètre de passage de fluide égal ou quasi-égal au diamètre des lignes internes d'amenée de liquide de refroidissement et d'évacuation de liquide de refroidissement et de la ou des lignes internes d'amenée de gaz du bloc (20) auxquelles ils sont raccordés via les premiers et deuxième pions (1, 2 ; 3, 4). 7. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe longitudinal des premiers et deuxième pions (1, 2 ; 3, 4) est perpendiculaire ou quasi- perpendiculaire à l'axe de l'électrode (16). 8. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la torche (10) est maintenue solidaire du bloc (20) au moyen d'au moins un élément à vis (30) comprenant des butées de serrage (32) et desserrage (31). 9. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi périphérique (8) du corps (7) de la torche (10) est surmontée d'une paroi supérieure (9) au sein de laquelle est aménagée une ouverture permettant d'extraire l'électrode (15), de préférence l'ouverture est normalement obturée par un couvercle (28). 10. Procédé de soudage TIG ou plasma mettant en oeuvre un ensemble selon l'une des revendications précédentes.30