Brevet FR3090436A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : Système d'aspiration pour une torche de soudage TIG Domaine technique [0001] L'invention concerne de manière générale un système d'aspiration de fumées pour une torche de soudage du type TIG (acronyme anglais de Tungsten Inert Gas, où Tungsten désigne l'électrode (tungstène) et Inert Gas désigne le type de gaz plasmagène utilisé, à savoir du gaz inerte). Technique antérieure [0002] Le soudage TIG est un procédé de soudage à l'arc avec une électrode non fusible, éventuellement en présence d'un métal d'apport. Le soudage est réalisé à partir d'un arc électrique créé et entretenu entre l'électrode et la pièce à souder. Le soudage à l'arc s'appuie sur l'élévation de la température des pièces à assembler jusqu'au point de fusion grâce au passage d'un courant électrique alternatif ou continu. [0003] Lors du soudage, un gaz de protection est diffusé autour de l'électrode et sur la soudure afin de protéger la soudure de l'oxydation par l'air environnant lors de la fusion du métal soudé. Généralement, un gaz rare ou un mélange de gaz à base de gaz rare est utilisé, typiquement de l'argon ou de l'hélium. Toutefois, les émanations de fumées se dégageant lors du soudage ainsi que les dégagements de particules lourdes telles que le chrome VI sont très nocives pour le soudeur et nécessitent leur évacuation pour assurer un environnement de travail sain et respecter la réglementation du code du travail. [0004] Des systèmes de hottes aspirantes existent déjà mais ne conviennent pas pour des postes portatifs de soudure. En outre, l'aspiration des fumées n'est réellement efficace que lorsqu'elles sont captées à la source, c'est-à-dire au plus proche de la soudure. [0005] Il a déjà été proposé d'associer un dispositif d'aspiration à des torches de type MIG (acronyme anglais de Metal Inter Gas, pour métal gaz inerte), qui sont des torches utilisées dans un procédé de soudage semi-automatique au cours duquel la fusion des métaux est obtenue par l'énergie calorifique dégagée par un arc électrique entre un fil électrode fusible et les pièces à assembler au sein d'une atmosphère inerte. Toutefois, les dispositifs d'aspiration proposés pour les torches MIG ne sont pas adaptables aux torches TIG, dans la mesure où le gaz de protection, qui est indispensable pour le soudage TIG, est alors en très grande partie aspiré par le dispositif d'aspiration. [0006] 11 a également été proposé, dans le document FR 3 056 931, un dispositif d'aspiration pour une torche TIG comprenant un corps creux, une sortie d'échappement et une bague d'extension encliquetable définissant un espace avec la buse pour aspirer les 2 fumées. Toutefois, ce dispositif d'aspiration n'est pas adaptable à tous les modèles de torche T1G existants, quelle que soit la taille de leur tête de soudage (petite ou grosse torche), leur actionnement (avec une gâchette à lamelle ou avec un interrupteur type bouton ; flexible ou non flexible) ou leur type de refroidissement (naturel à l'air ou à l'eau). En particulier, la forme et les dimensions de ce dispositif d'aspiration sont définis pour un modèle de torche T1G en particulier et doivent être modifiés lorsque le dispositif d'aspiration doit être rapporté sur un modèle de torche différent. Résumé de l'invention [0007] Un objectif de l'invention est donc de proposer une solution aux inconvénients décrits ci-dessus. En particulier, un objectif de l'invention est de proposer un système d'aspiration pour une torche TIG qui soit universel, c'est-à-dire pouvant être utilisé avec tous les modèles de torche T1G du marché. [0008] Pour cela, l'invention propose un système d'aspiration pour une torche TIG, ladite torche TIG comprenant une tête de soudage comportant une bague d'étanchéité, le système d'aspiration comprenant un manchon présentant und face proximale et une face distalc, un orifice traversant étant formé dans le manchon et s'étendant entre la face proximale et la face distalc, ledit orifice traversant présentant un premier diamètre. [0009] Lc manchon comprend en outre une rainure annulaire débouchant dans sa face proximale, ladite rainure annulaire présentant un deuxième diamètre supérieur au premier diamètre et étant coaxiale avec l'orifice traversant de sorte à former un épaulement configuré pour recevoir en butée la bague d'étanchéité de la tête de soudage lorsque le manchon est emmanché sur la tête soudage. [0010] Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du système d'aspiration décrit ci-dessus sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : [0011] - le manchon comprend en outre : un passage coaxial avec l'orifice traversant, ledit passage présentant un troisième diamètre supérieur au premier diamètre et débouchant dans la face distalc du manchon et au moins un trou d'évacuation, formé dans une paroi latérale du manchon et débouchant dans le passage, ledit trou d'évacuation étant configure pour être connecté sur un système d'aspiration pour évacuer des fumées. le troisième diamètre est supérieur au deuxième diamètre. le troisième diamètre est sensiblement égal à 24 mm le premier diamètre est égal à 15 mm et le deuxième diamètre est sensiblement égal à 15 mm et le deuxième diamètre est sensiblement compris entre 20 mm et 22 mm la rainure annulaire présente une paroi latérale divergente de l'orifice vers la face proximale. 3 la paroi latérale forme un angle compris entre 5° et 20°, par exemple de l'ordre de 14°, par rapport à l'axe de symétrie de la rainure annulaire. [0012] Selon un deuxième aspect, l'invention propose un ensemble de soudage TIC comprenant : - une torche de soudage TIC, et - un système d'aspiration comme décrit ci-dessus, emmanché de manière étanche sur la tête de la torche. [0013] Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de l'ensemble de soudage TIC décrit ci-dessus sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : [0014] - la tête de la torche comprend : un diffuseur configuré pour s'étendre au sein de l'orifice traversant lorsque le manchon est emmanché sur la tête de la torche, et une buse configurée pour être fixée sur le diffuseur, de sorte à bloquer en position par serrage le manchon par rapport à la torche. le manchon comprend en outre : un passage coaxial avec l'orifice traversant, ledit passage présentant un troisième diamètre supérieur au premier diamètre et débouchant dans la face distale du manchon et au moins un trou d'évacuation, formé dans une paroi latérale du manchon et débouchant dans le passage, ledit trou d'évacuation étant configure pour être connecté sur un système d'aspiration pour évacuer des fumées, la buse venant en butée contre le fond du passage lorsqu'elle est fixée sur le diffuseur. Brève description des dessins [0015] D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : [0016] [fig.1] [0017] La figure 1 est une vue éclatée partielle d'un exemple de réalisation d'une tête d'une torche T1G, sur laquelle ont été représentés deux exemples de bague d'étanchéité, d'électrode, de diffuseur et de buse. [0018] W8.21 [0019] La figure 2 est une vue de côté d'un exemple de réalisation d'un ensemble de soudage conforme à l'invention. [0020] [fig.3] [0021] La figure 3 est une vue de face de l'ensemble de soudage de la figure 2. [0022] [fig.4] [0023] La figure 4 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un manchon d'un système d'aspiration conforme à l'invention. [0024] [fig.5] [0025] La figure 5 est un schéma technique simplifié d'un exemple de réalisation d'un manchon d'un système d'aspiration conforme à l'invention, vu de côté. [0026] DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION [0027] Une torche 1 de soudage TIG comprend (voir figure 1), de manière connue en soi, un corps de torche 3 et une tête de soudage 2. [0028] Le corps de torche 3 est configuré pour être saisi par l'opérateur et est notamment connecté à un tuyau d'alimentation en gaz, par exemple en gaz inerte du type Argon ou Hélium, et à un câble d'alimentation électrique. [0029] La tête de soudage 2 s'étend depuis unc extrémité du corps de torche 3 et comprend : [0030] - un embout 4, monté sur l'extrémité du corps de torche 3 une bague d'étanchéité 5, 5' de forme sensiblement cylindrique de révolution qui est montée sur l'embout 4 une électrode 6, généralement en Tungstène, s'étendant coaxialcment à la bague d'étanchéité 5, 5' et faisant saillie de son extrémité libre. L'électrode 6 est par ailleurs connectée au câble afin d'être alimentée en courant un diffuseur 7, connecté au tuyau d'alimentation en gaz, qui est monté autour de l'électrode 6 et est configuré pour diffuser le gaz lors du soudage et une buse 8 montée sur le diffuseur 7, généralement par vissage, autour de l'électrode 6 et qi est configurée pour diriger le flux de gaz sur la soudure. [0031] La torche 1 TIG étant conventionnelle, elle ne sera pas davantage détaillée ici. [0032] Afin d'aspirer les fumées générées par le soudage avec une torche 1 TIG, l'invention propose un système d'aspiration 10 configuré pour être emmanché sur la tête 2 de la torche 1 et comprenant un manchon 11 présentant une face proximale 12 et une face distale 13. Un orifice traversant 14 est en outre formé dans le manchon 11 et s'étend entre la face proximale 12 et la face distale 13, ledit orifice traversant 14 présentant un premier diamètre DI. Par ailleurs, le manchon 11 comprend en outre une rainure annulaire 15 débouchant dans sa face proximale 12, ladite rainure annulaire 15 présentant un deuxième diamètre D2 supérieur au premier diamètre Dl et étant coaxiale avec l'orifice traversant 14 de sorte à former un épaulement configuré pour recevoir en butée la bague d'étanchéité 5, 5' de la tête de soudage 2 lorsque le manchon 11 est emmanché sur la tête 2 soudage. [0033] Le manchon 11 comprend en outre un passage 16, coaxial avec l'orifice traversant 14 et débouchant dans sa face distale 13. Le passage 16 présente un troisième diamètre D3 supérieur au premier diamètre Dl, de sorte à présenter un fond 17. Ce fond 17 est en particulier défini par une bordure faisant saillie radialement vers l'intérieur depuis la face interne du manchon 11 et dans laquelle est formé le premier orifice traversant 14. Le passage 16 ne débouche donc pas dans la face proximale 12 du manchon 11. [0034] Enfin, au moins un trou d'évacuation 18 débouchant dans le passage 16 est formé dans la paroi latérale 20 du manchon 11. Cc trou d'évacuation 18 est configure pour être connecté à un tuyau d'aspiration 19 afin d'évacuer les fumées produites lors du soudage. Dans une forme de réalisation, deux trous d'évacuation 18 sont formés dans la paroi latérale 20 du manchon 11, afin d'augmenter l'efficacité d'aspiration du système d'aspiration 10, tout en conservant un encombrement réduit. Le diamètre de chaque trou d'évacuation 18 au niveau de la face interne délimitant le passage 16 peut alors être de l'ordre de 4 mm (± 1 mm) afin d'obtenir un débit d'aspiration compris entre 8 m3/h et 14 m3/h, de préférence entre 10 mlh et 12 m,/h. Le cas échéant, le diamètre des trous d'évacuation 18 peut être élargi à proximité de la face externe du manchon 11 afin de ménager de la place pour l'insertion des tuyaux d'aspiration 19. [0035] La forme extérieure du manchon 11 peut être de forme quelconque. Afin de réduire l'encombrement du manchon 11 et de stabiliser la torche 1 équipée, la forme extérieure du manchon 11 est de préférence globalement cylindrique. [0036] Le manchon 11 peut être monté sur toute torche 1 TIC conventionnelle comme suit. [0037] Au cours d'une première étape, le diffuseur 7 et la buse 8 sont démontés de la tête 2 de la torche 1. [0038] Puis, au cours d'une deuxième étape, le manchon 11 est enfilé sur la tête de soudage 2 par sa face proximale 12 jusqu'à ce que la bague d'étanchéité 5, 5' vienne en butée contre l'épaulement formé par la rainure annulaire 15 du manchon 11. [0039] Dans le cas où la tête 2 de la torche 1 est de petite dimension, la bague d'étanchéité 5 comprend une portion proximale 5a tubulaire présentant un diamètre externe de l'ordre de 18 mm et une portion distale tubulaire Sb de plus petit diamètre externe (de l'ordre de 14 mm) La portion distale Sb et la portion proximale Sa sont reliées l'une à l'autre par une jonction radiale annulaire 5c. Lors de l'emmanchement du manchon 11 sur la bague d'étanchéité 5, la portion distale 5b de la bague d'étanchéité 5 vient se loger à l'intérieur de l'orifice traversant 14 du manchon 11 jusqu'à ce que la jonction radiale Sc de la bague d'étanchéité 5 vienne en butée contre l'épaulement formé par la rainure annulaire 15. [0040] Dans une forme de réalisation, le premier diamètre DI de l'orifice traversant 14 est sensiblement égal au diamètre externe de la portion distale 5b de la petite bague d'étanchéité 5. Par exemple, le premier diamètre Dl peut être égal à 15 mm (± 0.5 mm) De la sorte, lors de l'emmanchement du manchon 11 sur la bague d'étanchéité 5, la surface externe de la portion distale 5b vient en contact avec la face interne de l'orifice traversant 14. [0041] Dans le cas où la tête 2 de la torche 1 est de grande dimension, la bague d'étanchéité 5' comprend une portion proximale 5'a tubulaire présentant un diamètre externe de l'ordre de 33 mm et une portion distale S'b globalement sphérique tronquée dont le 6 diamètre externe décroît progressivement jusqu'à environ 19 mm. La portion distale 5'b présente une face distale au niveau de son extrémité libre. Lors de l'emmanchement du manchon 11 sur la bague d'étanchéité 5', la portion distale 5'b vient alors se loger à l'intérieur de la rainure annulaire 15 du manchon 11 et sa face distale vient en butée contre l'épaulement. La grande bague d'étanchéité 5' ne pénètre donc pas dans l'orifice traversant 14. [0042] Dans une forme de réalisation, le deuxième diamètre D2 de la rainure annulaire 15 est sensiblement compris entre le diamètre minimal et le diamètre maximal externe de la portion distale 5'h de la grande bague d'étanchéité 5'. Par exemple, le deuxième diamètre D2 peut être compris entre 20 mm et 22 mm (± 0.5 mm). De la sorte, lors de l'emmanchement du manchon 11 sur la grande bague d'étanchéité 5', la face externe de sa portion distale 5'b vient en contact avec la face interne de la rainure annulaire 15. [0043] Optionnellement, la rainure annulaire 15 présente une paroi latérale divergente 15a de l'épaulement vers la face proximale 12 du manchon 11. Cette paroi latérale 15a peut alors former un angle a compris entre 5° et 20°, par exemple de l'ordre de 14°, par rapport à l'axe X de symétrie de la rainure annulaire 15. [0044] Dans tous les cas, le contact surfacique entre la jonction radiale 5c de la petite bague d'étanchéité 5 (ou la face distale de la grande bague d'étanchéité 5', respectivement) et l'épaulement permet d'obtenir une étanchéité entre la petite bague d'étanchéité 5 (la grande bague d'étanchéité 5', respectivement) et le manchon 11, assurant une bonne évacuation des fumées par le ou les trous d'aspiration. Le cas échéant, le contact surfacique entre la face externe de la portion distale de la petite bague d'étanchéité 5 (ou de la grande bague d'étanchéité 5', respectivement) et la surface interne de l'orifice traversant 14 (ou la face interne de la rainure annulaire 15, respectivement) renforce encore cette étanchéité et permet en outre d'éviter les éventuels jeux radiaux entre le manchon 11 et la torche 1. [0045] Au cours d'une troisième étape, le diffuseur 7 est enfilé sur l'électrode 6 par la face distale 13 du manchon 11 et fixé sur la tête 2 de la torche 1, par exemple par vissage. Le diffuseur 7 est alors coaxial au passage 16. [0046] Au cours d'une quatrième étape, la buse 8 est enfilée sur le diffuseur 7 par la face distale 13 du manchon 11 et fixée sur le diffuseur 7, par exemple par vissage. Dans sa configuration fixée, la buse 8 vient en butée contre le fond 17 du passage 16 et est coaxiale au passage 16. La fixation de la buse 8 sur le diffuseur 7, typiquement par vissage, permet ainsi de bloquer axialement (c'est-à-dire suivant la direction de l'axe X de symétrie de l'orifice traversant 14) le manchon 11, celle-ci étant montée serrée entre la buse 8 et la bague d'étanchéité 5, 5' de la torche 1. [0047] Au cours d'une cinquième étape, le ou les tuyaux d'aspiration 19 peuvent être raccordés auX trou(s) d'évacuation 18 du manchon 11. Ces tuyaux d'aspiration 19 sont 7 eux-mêmes raccordés à un groupe aspirant. [0048] Bien entendu, le raccord des tuyaux d'aspiration 19 au groupe aspirant et au manchon 11 peut être effectué à tout moment, préalablement ou suite à l'une quelconque des quatre premières étapes précédemment décrites. [0049] Dans une forme de réalisation, le groupe aspirant crée une dépression de refoulement comprise entre 15 kPa et 25 kPa, de sorte à permettre une aspiration par le ou les trous d'évacuation 18 comprise entre 8 mlh et 12 m3/h. [0050] On notera que la longueur du manchon 11 est choisie de sorte à être suffisamment grande pour garantir une aspiration suffisante des fumées, et suffisamment courte pour ne pas empêcher la buse 8 de diriger le flux de gaz sur la soudure. [0051] Ainsi, dans une forme de réalisation, la longueur L du manchon 11 est au moins égale à la moitié de la longueur de l'assemblage formé de la bague d'étanchéité 5, 5' et de la busc 8 et au plus égale à la totalité de la longueur dudit assemblage, de sorte que lorsque la buse 8 est montée sur la torche 1, son extrémité libre fasse saillie du manchon 11. De préférence, la longueur du manchon 11 est comprise entre 60 % et 75 % de la longueur de cet assemblage. [0052] Par longueur L du manchon 11, on comprendra ici la dimension du manchon 11 suivant l'axe X de symétrie de l'orifice traversant 14 entre sa face proximale 12 et sa face distalc 13. [0053] Par assemblage, on comprendra ici l'ensemble formé de la busc 8 fixée sur la bague d'étanchéité 5, 5' par l'intermédiaire du diffuseur 7 en l'absence de manchon 11. [0054] Par exemple, la longueur L du manchon 11 peut être comprise entre 15 mm et 28 mm, typiquement de l'ordre de 22 mm [0055] De même, le troisième diamètre D3 du passage 16 formé dans le manchon 11 est choisi de sorte à garantir une aspiration suffisante des fumées en ménageant un espace annulaire suffisant entre la buse 8 et la face interne du passage 16. Ainsi, dans une forme de réalisation, la distance radiale entre la buse 8 et la face interne du passage 16 est égale à 2.5 mm (± 0.5 mm) [0056] La torche 1 peut alors être utilisée de manière conventionnelle, en mettant simplement en marche le groupe aspirant lors du soudage. La mise en marche du groupe aspirant peut être automatique lors de l'actionnement de la gâchette à lamelle ou de l'interrupteur, selon le modèle de torche 1, ou en variante être démarré individuellement par l'opérateur. [0057] Lors du soudage, les fumées et plus particulièrement les particules dégagées par la soudure sont aspirées directement dans l'espace ménagé entre la buse 8 et le manchon 11, sans perturber le gaz diffusé par la torche 1, en formant un cône autour de la torche 1. Les fumées passent ensuite dans les tuyaux d'aspiration 19 via les trous d'évacuation 18, jusqu'au groupe aspirant. 8 [0058] On notera que, le manchon 11 étant monté sur la bague d'étanchéité 5, 5' de la tête 2 de la torche 1, le corps de torche 3 reste susceptible d'être incliné (si le corps de torche 3 est flexible). L'encombrement du manchon 11 étant limité à la portion de la tête 2 qui s'étend à partir de la bague d'étanchéité 5, 5', il n'empêche en effet aucun mouvement de l'opérateur ni de la torche 1. [0059] Comme nous l'avons vu, le système d'aspiration 10 peut être rapporté et fixé sur tout type de torche 1 TTC, quelle que soit sa taille, son actionnement ou son refroidissement. Il est en outre amovible, puisqu'il suffit de dévisser la buse 8 pour permettre le retrait du manchon 11. Le système d'aspiration 10 peut donc être adapté sur toutes les torche ls TIC préexistantes afin de renforcer la sécurité des opérateurs. [0060] Le manchon 11 peut être réalisé dans tout matériau susceptible de supporter les tem- pératures auxquelles une tête 2 d'une torche 1 TTC peut être soumise, soit au moins 400 °C. Par exemple, le manchon 11 peut être réalisé en céramique ou en polyéthylène chargé de fibres de verre. [0061] Exemple : [0062] Un manchon 11 conforme à un mode de réalisation de l'invention peut présenter les dimensions suivantes : [0063] - premier diamètre Dl de l'orifice traversant 14, constant sur toute sa longueur : 15 mm deuxième diamètre D2 de la rainure annulaire 15, au niveau de l'épaulement : 20 mm diamètre D4 de la rainure annulaire 15, au niveau de la face proximale 12 : 22 mm angle a entre la paroi latérale 15a et l'axe X de symétrie de la rainure annulaire 15 : 14° longueur L (suivant l'axe X de symétrie) de la rainure axiale - 5 mm épaisseur El de la bordure formant le fond 17 du passage 16 dans laquelle est formée l'orifice traversant 14 - 2 mm troisième diamètre D3 du passage 16, constant sur toute sa longueur : 24 mm. nombre de trous d'évacuation 18 : 2 diamètre de chaque trou d'évacuation 18, au niveau de la face interne délimitant le passage 16 - 4 mm diamètre externe maximal du manchon 11 : 40 mm longueur L du manchon 11 : 22 mm matériau constitutif du manchon 11 : polyéthylène chargé de fibres de verre. 9