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APPAREIL A SOUDER A L'ARC ELECTRIQUE EN ATMOSPHERE GAZEUSE.
La présente invention concerne un appareil à souder les métaux à l'arc électrique en atmosphère gazeuse avec une électrode se consommant, et plus particulièrement un appareil refroidi par circulation d'eau de ce type, manoeuvré à la main par l'opérateur et couramment appelé pistolet ou chalumeau à souder. Dans un appareil de ce type, le fil de remplissage nu ou légèrement enrobé qui constitue une électrode se consommant, avance à travers l'appareil tenu par l'opérateur et l'arc qui jaillit entre l'électrode et la pièce est protégé par un courant de gaz annulaire, de préférence un gaz inerte monoatomi- que ou un mélange de ces gaz sortant par un ajutage autour de l'extrémité de l'électrode.
Un procédé de soudure à l'arc des métaux en atmosphère gazeuse auquel l'appareil suivant l'invention peut s'appliquer dans la pratique est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Anérique N 2.504.868 du 18 Avril 1950. L'appareil suivant l'invention permet de souder avec succès un grand nombre de métaux fer- reux et non ferreux.
L'invention a pour objet un appareil à souder de ce type, dans lequel l'ajutage à gaz, et aussi de préférence le support de l'électrode, sont refroidis par circulation d'eau et dans lequel la position de l'ajutage à gaz peut être réglée par rapport au support de l'électrode sans interrompre la circulation du fluide de refroidissement ni démonter l'appareil.
Dans les opérations de soudage à l'arc avec une électrode se consommant, il convient généralement que l'ajutage à gaz se trouve dans une po- sition aussi voisine de la pièce que possible et compatible avec une visibili- té satisfaisante de l'opérateur, car c'est ainsi que la nappe de gaz qui entou- re l'arc est le moins soumise à l'influence des courants d'air extérieurs.
Tou- tefois, en raison des modifications des conditions de soudage, telles que les modifications de la nature des métaux à souder, la dimension et la composition du fil de remplissage. la position de la soudure et la valeur du courant de soudure, il y a lieu de faire varier légèrement la position du point où le fil
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fond au delà de l'extrémité du tube de contact du courant de soudure qui ter- mine le support de l'électrode dans le pistolet. sans faire varier la position de l'ajutage par rapport à la pièce. De mêmes lorsqu'il s'agit de souder en des points situés dans un espace restreint, il peut arriver que l'ajutage empê- che d'approcher convenablement le pistolet de la pièce, à moins qu'il ne puis- se être retiré en arrière par rapport au tube de contact.
Pour permettre ces variations des positions relatives de l'ajutage et du tube de contact, il y a lieu de rendre ces deux éléments mobiles l'un par rapport à l'autre, en gê- nant le moins possible le fonctionnement des autres éléments du pistolet et sans exercer d'influence sur la pureté du gaz de.protection sortant autour de l'arc.
De plus,, lorsque le soudage s'effectue avec une électrode qui se consomme, le tube de contact de l'extrémité du support de l'électrode par lequel le courant de soudure arrive dans 1?électrode juste avant le point où jaillit l'arcsubit une forte usure continue et se détériore par le frottement de l'électrode qui y passes par le chauffage dû à la résistance qui résulte du passage du courant de soudure du tube de contact dans l'électrode et par la cha- leur intense dégagée par l'arc qui jaillit au voisinage, de sorte que le tube doit être remplace de temps en temps.
La forme de construction suivant l'in- vention permet de régler à volonté la position de l'ajutage à gaz par rapport au tube de contact, de façon à maintenir la distance la plus avantageuse en- tre l'ajutage et la pièce èt aussi à pouvoir retirer le tube de contact suffisam- ment en arrière pour pouvoir le saisir avec une clef ordinaire et le faire sor- tir du pistolet et le remplacer, sans qu'il soit nécessaire d'interrompre la circulation de l'eau ou de prendre des précautions pour empêcher les portions non refroidies du pistolet d'être éclaboussées par l'eau, ainsi qu'il arrive- rait si on ouvrait le dispositif de refroidissement.
L'invention a encore pour objet un ajutage à gaz d'une forme de construction facile à remplacera dans laquelle la double enveloppe d'eau est formée par des trous et des trous d'emboîtement appropriés percés dans l'aju- tage lui-même et dans un cylindre métallique annulaire dans lequel l'ajutage s'ajuste. L'ajutage est maintenu en place dans le cylindre annulaire par des cordons de soudure tendre logés dans des rainures périphériques et qui peuvent être facilement ramollis pour remplacer l'ajutage en cas de besoin.
L'invention s'applique dans ces conditions avantageuses à des pistolets de grande capacité, qui fonctionnent avec un fil d'électrode de rem- -plissage d'un diamètre atteignant 2,3 mm et davantage, à une vitesse de l'or- dre de 2,54 m. par minute et davantage et au moyen de courants de soudure attei- gnant jusqu'à 500 à 700 ampères. On fait fonctionner de préférence l'appareil suivant l'invention en soudant à polarité inverse, c'est-à-dire que l'électro- de est positive, mais il n'est pas limité à cette condition. Bien entendu, il n'est pas @ plus limité à l'emploi d'un agent de refroidissement donné.
Sur les dessins ci-joints:
La figure 1 est une élévation d'un pistolet suivant l'inven- tion.
La figure 2 est une coupe verticale à plus grande échelle du pistolet de la figure 1.
Les figures 3 à 11 sont des coupes suivant les lignes respecti- ves 3-3 à 11-11 de la figure 2, les figures 7. 8 et 11 étant à plus grande échelle...
La figure 12 est une coupe d'un détail de la figure 2 suivant la ligne 2-2 de la figure 5.
- Le pistolet de la figure 1 comporte une poignée 2, un cylindre postérieur désigné d'une manière générale par 100, un cylindre intérieur ou sup- port de l'électrode.. désigné d'une-manière générale par 300 (figure 2), un cy- lindre antérieur ou de l'ajutage à gaz. désigné d'une manière générale par 200, et un élément de raccordement réglable,, rigide, à deux canaux de circulation du
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fluide de refroidissement désigné d'une manière générale par 400 et permettant à l'eau de passer de la poignée dans le cylindre intérieur 'et dans l'ajutage à gaz du cylindre antérieur pour toutes les positions relatives de l'ajutage à gaz et du support de l'électrode.
Une électrode 4 se consommant, provenant d'une bobine d'ap- provisionnement actionnée d'une manière appropriée (non représentée) passe le long du pistolet suivant son axe et sort concentriquement par l'ajutage 202 de façon à venir en contact avec la pièce par l'intermédiaire d'un arc, d'une ma- nière connue. L'électrode arrive dans le pistolet coaxialement par un tuyau flexible 102,dans lequel arrive autour de l'électrode un courant de gaz iner- te annulaire provenant d9une source appropriée et circulant le long du pistolet de façon à en sortir concentriquement à l'électrode par l'ajutage et à proté- ger ainsi l'arc contre l'atmosphère environnante.
Le courant de soudure,le gaz de protection et l'avancement de l'électrode sont commandés par une gâchette de déclenchement 3 qui actionne un interrupteur 5 (figure 2) .
L'interrupteur 5 fait fonctionner, par l'intermédiaire d'un câble de commande 6, des dispositifs de commande appropriés faisant partie du circuit du géné- rateur de soudure, du mécanisme d'avancement de l'électrode et du mécanisme d'alimentation en gaz (non représentés) correspondants Les circuits qui servent à cet effet ne font pas partie de l'invention. Une tôle métallique ou écran de protection 8 peut être disposé entre la poignée et le cylindre antérieur 200 de façon à protéger la main de l'opérateur contre la chaleur de l'arc.
De l'eau, de refroidissement ou autre fluide servant à main- tenir la température du tube de support de l'électrode. du tube de contact et de l'ajutage à gaz à une valeur supportable arrive dans le pistolet par un tuyau 10 et l'eau chauffée en sort par un tuyau 12, qui peut entourer de préférence et refroidir le câble à torons multiples 14 qui fait arriver dans le pistolet le courant de soudure provenant du générateur de soudure.
Pour que la nappe de gaz protège d'une manière efficace l'arc contre l'atmosphère environnante, il est nécessaire que le gaz sorte du pis- tolet autour de l'électrode à l'état aussi peu turbulent que possible et on peut arriver à ce résultat au moins en partie en faisant arriver le gaz dans l'ajutage et en le faisant circuler par un canal annulaire sans obstacle dont la longueur est égale à un multiple de sa section transversale. Pour obtenir un canal de passage du gaz de cette forme, le cylindre intérieur est supporté par un bloc de bâti 16 au voisinagede la partie postérieure du pistolet, sur lequel la poignée 2 est fixée par quatre vis à métaux 7 (figures 7 et 8) et qui est en- touré coaxialement par une enveloppe intérieure 106 faisant partie du cylindre postérieurégalement fixée sur le bloc 16.
Un conducteur 17 établit la con- nexion avec une des vis 7 de façon à fàire arriver la tension de l'électrode aux circuits de commande par le câble 6. Le gaz de protection arrive dans 1' espace annulaire délimité entre l'enveloppe intérieure 106 et le cylindre inté- rieur ainsi formés de la manière décrite ci-après, sort par une série de trous dirigés radialement d'un diffuseur de gaz 304 de façon à compenser l'influence perturbatrice exercée par le bloc de bâti 16, et se dirige vers l'ajutage.
En même temps, étant donné la très forte intensité des cou- rants de soudure, il y alieu de faire arriver le courant de soudure dans 1' électrode se consommant aussi près que possible de son point de fusion. C'est poirquoi l'électrode passe dans une enveloppe 314 de revêtement non conductri- ces amovible, disposée-dans le cylindre intérieur et dans un tube de contact amovible 302 de passage du courant de soudure à l'extrémité antérieure du cy- lindre intérieur, pour sortir à l'extrémité antérieure du pistolet. Le courant de soudure arrivant par le câble 14 passe dans un tube 417 formant borne en même temps que dispositif d'évacuation de l'eau et sur lequel ses torons sont soudés (figures 9 et 10), puis dans le bloc de bâti 16 et dans les enveloppes intérieure et extérieure du cylindre intérieur.décrit ci-après, et arrive dans le tube de contact.
Le cylindre postérieur comporte, outre l'enveloppe intérieure
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106, une enveloppe extérieure ou cylindre postérieur extérieur 104 et des rac- cords appropriés accouplant le tuyau 102 au pistolet. Alors que l'enveloppe - @ 106 est en métal, l'enveloppe 104 est en une matière isolante, telle qu'un pro- duit phénolique à base de papier, et est fixée sur le bloc de bâti 16 en posi- tion coaxiale relative par rapport à l'enveloppe 106 et au cylindre intérieur 300. L'enveloppe 106 est brasée sur le bloc 16, tandis que l'enveloppe 104 y est goupillée par l'intermédiaire de la poignée 2. Les positions relatives co- axiales de ces éléments apparaissent sur les figures 6, 7 et 8, ainsi que sur la figure 2.
Les enveloppes 104 et 106 délimitent entre elles un espace ah- nulaire dans lequel le cylindre antérieur 200 est monté à frottement doux. Les enveloppes sont échancrées d'un côté de façon à glisser d'avant en arrière sur le bloc de bâti, et l'ensemble est rendu rigide par des manchons 108 et 110.
Le manchon extérieur 108 est taraudé de façon à se visser sur la surface extérieure de l'enveloppe extérieure 104.
Le manchon intérieur 110 est brasé sur l'enveloppe intérieure 106, s'ajuste sans serrage sur la surface intérieure de l'enveloppe extérieure 104 et se prolonge jusque et au-dessus de la partie postérieure du bloc 16 de façon à fermer la portion échancrée de l'enveloppe intérieure 106.
Le manchon 110 comporte un taraudage sur lequel se visse un écrou d'accouplement 112 en matière isolante, telle que le "nylon", disposé sur l'extrémité du tuyau 102. Le tuyau consiste en une manche flexible 114 en caoutchouc ou matière analogue de passage du gaz de protection et un tube armé flexible 116 de guidage du fil de l'électrode 4. La manche 114 est serrée à son arrivée dans le pistolet sur un tube d'enveloppe rigide 118 qui s'appli- que dans l'écrou à main 112 contre un épaulement 120.
Le tube d'enveloppe 118 est percé d'un trou 122 qui permet au gaz de protection de sortir et de passer dans l'espace compris entre le cylindre intérieur 300 et l'enveloppe intérieure 106, derrière le diffuseur de gaz 3040 Le tube de guidage 116 de l'électrode est fixé par exemple par brasage sur le tube d'enveloppe 118 au moyen de quel- ques spires de ruban métallique 124.Un bouchon annulaire 126 fileté en "nylon" se loge dans un trou taraudé dans la partie antérieure du tube d'enveloppe 118. qui s'applique ainsi contre le cylindre intérieur. L'écrou 112 et le bouchon 126 isolent électriquement le tube d'enveloppe 118 et le tuyau 116 du pistolet. sauf le fil de l'électrode 4 qui est en contact électrique avec le tube de con- tact 302.
Le ccurant de soudure ne peut ainsi arriver dans le fil de l'électro- de qu'à l'endroit du tube de contact.
Le cylindre intérieur comporte une enveloppe extérieure 306 et une enveloppe intérieure 308, une enveloppe de revêtement 314 non métallique, amovible,, et des bouchons de bout 310 et 312 qui retiennent l'enveloppe en position relative appropriée, et le tube 302 de contact de l'électrode. L'en- veloppe intérieure 308 comporte deux ailettes 316, vues en élévation sur la figure 2 et en coupe sur les figures 3, 5, 6, 7 et 8 et qui partagent l'espa- ce annulaire compris entre les enveloppes intérieure et extérieure 308 et 306 en canaux de passage séparés 318 et 320 du fluide de refroidissement. Les deux canaux de passage de section semi-circulaire ainsi formés sont isolés l'un de l'autre à la partie postérieure du cylindre intérieur par le bouchon de bout 312.
A l'extrémité antérieure, les ailettes comportent des entailles 322' et 324 qui font communiquer les canaux 318 et 320. Le tube de contact 302 est fixé d'une manière amovible par filetage sur le bouchon de bout an- térieur 310 et se prolonge sur une assez grande distance en arrière, à l'inté- rieur de l'enveloppe intérieure, jusqu'à l'extrémité antérieure du revête- ment 314, de façon à permettre l'échange de chaleur avec l'enveloppe intérieure et le fluide de refroidissement qui passe dans le cylindre intérieur.
L'enveloppe extérieure 306 du cylindre intérieur est brasée sur le bloc de bâti 16 et comporte des canaux permettant au fluide de refroi- dissement d'arriver dans les canaux 218 et 320 du cylindre intérieur. A cet effet, l'enveloppe extérieure est percée dans des méridiens différents et dans des positions axialement espacées de trous d'entrée et\de sortie 326 et 328
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(figures 8 et 7) qui correspondent aux canaux 18 et 20 du bloc 16. Un raccord
22, auquel se raccorde le tuyau 10 darrivée d'eau, constitue l'extrémité d' entrée de 1?eau dans l'appareil et est brasé sur l'extrémité inférieure du trou
18 d'admission. Le trou 20 fait arriver le courant de sortie du fluide de re- froidissement dans l'accouplement 400 aboutissant à l'ajutage.
Le fluide de refroidissement passe donc du raccord d'entrée 22 par le trou 18 dans le canal 320 du cylindre intérieurs y circule sur toute sa longueurpasse par les trous 322 et 324 dans le canal 318 et revient le long du cylindre intérieur pour sortir par le trou 20.
L'ajutage 202 est supporté et isolé électriquement et thermi- quement du cylindre intérieur et du reste du pistolet par le cylindre antérieur extérieur 204 en une matière isolante appropriées telle que des fibres de verre imprégnées de résine.
Pour empêcher l'aspiration d'air dans le courant de gaz de protection se dirigeant vers l'ajutage, le cylindre 204 est fermé par rapport à l'enveloppe intérieure
106 du cylindre postérieur par une rondelle 206 en caoutchouc mou serrée contre l'extrémité postérieure du cylindre 204 et contre 1 enveloppe 106 par une rondel- le de retenue 208 qui se visse sur l'extrémité postérieure du cylindre 204.
L'ajutage 202 est supporté par le cylindre antérieur 204 au moyen d'un manchon métallique 210 sur lequel il est soudé à l'étain pour pou- voir être remplacé facilement. Le manchon 210 est fixé sur le cylindre 204 par un joint fileté et comporte à son extrémité antérieure deux trous d'em- boîtement 212 et 214 qui forment des surfaces de support de l'ajutage 202 et. délimitent avec lui un canal de passage du fluide de refroidissement dans 1' ajutage.
L'ajutage lui-même comporte deux surfaces cylindriques exté- rieures coaxiales 216 et 218 de diamètres correspondant respectivement aux trous d'emboîtement 212 et 214. En donnant à la plus petite de ces surfaces cylindriques extérieures une plus grande longueur axiale qu'au plus petit des trous d'emboîtement, on forme un canal de passage du fluide de refroidisse- ment arrive dans l'accouplement 400.
Pour fixer l'ajutage sur le cylindre extérieur, les surfaces cylindriques 216 et 218 comportent des rainures périphériques 222 et 224 rem- plies de soudure à l'étain. L'ajutage est de préférence en cuivre et le man- chon extérieur en laiton.
On peut donc facilement souder ces deux éléments à l'étain.
Cette forme de construction est représentée séparément sur la figure 12.
Dans les conditions de fonctionnement normales, le joint sou- dé à l'étain entre l'ajutage et le manchon extérieur, qui subit les influen- ces opposées de la chaleur de l'arc et de la circulation du fluide de refroi- dissement dans le canal de passage adjacent 220, reste à une température in- férieure à son point de fusion et maintient assemblée l'ajutage et le manchon.
Si le pistolet fonctionne avec une quantité de fluide de refroidissement in- suffisante, la température du joint s'élève au-dessus de son point de fusion et les éléments en se détachant avertissent l'opérateur.
La circulation de l'eau de refroidissement dans les canaux de passage du pistolet est assurée dans toutes les positions relatives de 1' ajutage et du cylindre intérieur par l'accouplement rigide réglable 400 à deux voies représenté en détail sur les figures 2,3 à 5 et 11. Cet accouple- ment comporte un tube 402 fixe par rapport à l'ajutage, un tube de montage 404 fixe par rapport au cylindre intérieur, et des dispositifs séparés déli- mitent dans chacun de ces tubes des canaux de passage séparés d'aller et de retour de l'eau, un dispositif rendant un canal d'un des tubes continu avec un canal de l'autre., et un dispositif empêchant les fuites au point de jonc- tion des deux tubes.
Le tube 402 est fixé à une extrémité, par exemple par brasage, sur un bloc antérieur de transfert 226 et est parallèle au cylindre antérieur 204. Le bloc 226 fixé de la même manière sur le manchon antérieur 210, est per-
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cé de deux trous verticaux séparés 228 et 230 (figure 5) qui se terminent à la partie inférieure du bloc par un trou commun horizontal désigné de façon gé- nérale par 232. Le trou 232 est fermé à la partie postérieure du bloc 226 par le tube 402. Les trous 228 et 230 communiquent à leurs extrémité supérieures avec des tubes à eau séparés 234 et 236 (figure 3) fixés sur la surface infé- rieure du manchon 210.
Les tubes 234 et 236 communiquent à la partie antérieu- re du manchon 210 par des trous ou orifices 238 et 240 percés dans le manchon (figure 4) avec le canal 220 de refroidissement de l'ajutage, de chaque côté d'une cloison 242 qui empêche l'eau de circuler entre les tubes 234 et 236, sauf dans la longueur du canal 220.
Le tube 402 est partagé dans le sens longitudinal en canaux séparés disposés côte à côte 406 et 408 (figure 11) par une cloison diamétra- le longitudinale 410. La cloison 410 se prolonge au delà de l'extrémité du tube 402 en passant dans le trou horizontal 232 du bloc de transfert 236 et se loge dans une fente verticale d'une tige 244, en partageant ainsi le trou 232 en deux moitiés séparées formant des canaux 406 et 408 dans le tube 402, dans le prolongement continu respectif des trous 228 et 230 du bloc 226. Un écrou à main 246 se visser dans la tige 244 de façon à maintenir en place la tôle 8 de protection contre la chaleur.
Le tube 402 comporte une ouverture 414 allongée dans le sens de l'axe. découpée dans un de ses côtés au voisinage de son ex- trémité libre, de façon à ne communiquer qu'avec le canal 406.
Le tube 404 se compose de trois portions coaxiales 416, 418 et 420. La portion 416 est brasée sur le bloc 16 et communique avec un tube 417 qui forme l'extrémité de sortie de l'eau du pistolet, à laquelle le tuyau 12 de sortie de l'eau peut être fixé par des raccords appropriées. Les por- tions centrale et antérieure 418 et 420 du tube 404 sont disposées télescopi- quement et coaxialement par rapport au tube 402, en assurant le passage aller et retour du fluide de refroidissement dans ce tube. Le diamètre intérieur de la portion 420 est plus petit que celui de la portion 418 et sa surface exté- rieure comporte un filetage sur lequel se visse un écrou d'étanchéité 422.
L'intérieur du tube 404 est partagé en canaux séparés de cir- culation du fluide de refroidissement par un tube longitudinal 424 périphéri- que ou coaxial. disposé coaxialement dans le tube 404. Le tube 424 s'ajuste sans jeu inutile sur un raccord 426 formé à l'extrémité antérieure de la por- tion postérieure 416 et en dedans de la portion antérieure 420, en laissant subsister un canal annulaire 428 entre sa surface extérieure et la surface intérieure de la portion intermédiaire 418. Il s'ajuste.aussi sans jeu inutile sur l'extrémité libre du tube 402 de la portion de l'ajutage.
Le trou 20 du bloc de bâti 16, par lequel le fluide de refroidissement sort après avoir circulé dans les canaux 318 et 320, communique avec le canal 428 par un trou 430 -percé dans l'extrémité postérieure de la portion intermédiaire 418.
Pour permettre au fluide de refroidissement de circuler en avant du canal 428 dans un des canaux du tube 402, le tube-cloison 424 est percé d' une série de trous radiaux 432, espacés périphériquement. Quelle que soit la position du tube-cloison 424 autour de son axe. un des trous 432 est en face de l'ouverture allongée 414 du tube 402, de façon à établir une communication hydraulique continue entre le canal annulaire 426 et le canal 406 du tube 402. Cette continuité subsiste dans toutes les positions de l'ajutage et du oylin- dre t.ntérieur dans le sens de l'axe du pistolet pour lesquelles l'ouverture al- longée 414 est en face des trous 432.
Pour empêcher un court-circuit de s'établir dans l'ajutage, on empêche le fluide de refroidissement arrivant dans le tube 402 de l'ajutage par l'ouverture 414 de revenir en arrière dans le canal 406 et de sortir du pisto- let par le canal 434 formé dans le tube-cloison 424, au moyen d'un bloc d'arrêt radial 436 fixé sur l'extrémité libre du tube 402. Le bloc 436 est brasé sur la cloison longitudinale 410 ainsi que sur la périphérie du tube 402 et ferme le canal 406 à l'extrémité libre du tube 402. Il constitue aussi une cloison d' arrêt radiale ou transversale à l'intérieur du tube-cloison longitudinal péri- phérique 424.
Pour assurer l'efficacité de cette cloison d'arrêt radiale, on
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peut introduire une bague ou rondelle 438 en matière plastique dans une rainure de la surface extérieure du bloc 436.
Le bloc d'arrêt 436 empêche le fluide de s'écouler du canal 428 dans le canal intérieure 434 par les trous 432 et le jeu éventuel existant entre le tube 402 de la portion de l'ajutage et le tube-cloison 424.
Pour permettre au fluide de refroidissement de revenir en arrière, le bloc d'arrêt 436 est percé d'un trou 440 (figure 11) qui fait communiquer le canal 408 du tube 402 avec le canal intérieur 434 du tube 424.
Un joint étanche au passage de l'eau est maintenu entre les tu- bes 402 et 404 par une bague de garniture 442 en matière plastique. Intercalée entre eux entre les limites de leur mouvement télescopique relatif. Les dimen- sions du tube-cloison 424 sont choisies de façon à laisser subsister à l'extré- mité libre du tube 404 une courte distance permettant de loger la bague 442 et un presse-garniture rigide 444, également glissé sur le tube 442. La presse garniture 444 permet de serrer d'une manière appropriée la bague de garniture
442 en contact étanche avec les tubes 402 et 404 en serrant l'écrou 422. Les garnitures 442 et 444 et l'écrou 422 constituent donc ensemble un presse-gar- niture coopérant avec le tube-cloison 424 de façon à fermer l'intervalle annulai- re entre les tubes 402 et 404.
Le frottement qui se produit entre la bague 442 et les tubes 402 et 404 contribue aussi à maintenir l'ajutage dans une posi- tion choisie par rapport au tube de contact.
Pour maintenir l'isolement électrique de l'ajutage par rapport au cylindre intérieur 300 qui est à la tension de soudure, le tube-cloison 424, la bague de garniture 442 et le presse-garniture 444 ainsi que l'écrou de serra- ge 422 sont tous en une matière non conductrice.
Le bloc d'arrêt 436 peut être considéré'comme un moyen d'établir la continuité soit entre les canaux 428 et 406 soit entre les canaux 408 et 434.
La continuité étant établie entre les canaux de l'une ou l'autre de ces paires,, le joint entre les tubes 402 et 404 assure une circulation à deux voies entre le cylindre intérieur et la poignée d'une part et l'ajutage d'autre part.
L'invention a été décrite en tant que s'appliquant à une forme de réalisation qui comporte un refroidissement du cylindre intérieur ou support de l'électrode et de l'ajutage., avec un accouplement en série entre les doubles enveloppes de ces deux éléments, le fluide de refroidissement s'écoulant d'abord dans le cylindre intérieur, puis dans l'ajutage. Les doubles enveloppes étant ainsi réunies en série, l'opérateur est averti que le fluide n'arrive pas dans l'une ou l'autre de ces enveloppes par l'arrêt de la circulation du fluide de re- froidissement. Mais il est possible aussi de réunir les doubles enveloppes en pa- rallèle et le refroidissement du cylindre intérieur peut même être supprimé sui- vant l'invention.
De plus, alors que dans l'accouplement des deux canaux de cir- culation du fluide de la forme de réalisation décrite, le tube qui comporte la cloison de séparation longitudinale diamétrale est fixé sur l'ajutage et le tube qui comporte la cloison longitudinale périphérique est fixé sur l'élément de support de l'électrode, ces éléments peuvent évidemment être disposés en sens inverse. D'autres modifications peuvent aussi être apportées dans la for- me de construction de l'appareil, tout en restant conformes au.principe de 1' invention.
De plus, l'invention a. été décrite en tant que s'appliquant à un appareil à souder manoeuvré-à la main par l'opérateur. Mais elle s'appli- que aussi à des appareils des types dits automatiques ou semi-automatiques, dans lesquels une tête à souder dans laquelle avance l'électrode entourée par un ajutage à gaz est supportée par un mécanisme la faisant avancer d'une ma- nière appropriée le long d'une pièce à souder.
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APPARATUS TO WELD WITH ELECTRIC ARC IN A GASEOUS ATMOSPHERE.
The present invention relates to an apparatus for welding metals by electric arc in a gaseous atmosphere with a consuming electrode, and more particularly to an apparatus cooled by circulating water of this type, operated by hand by the operator and commonly called welding gun or torch. In an apparatus of this type, the bare or lightly coated filler wire which constitutes a consuming electrode advances through the apparatus held by the operator and the arc which shoots out between the electrode and the workpiece is protected by a a stream of annular gas, preferably a monoatomic inert gas or a mixture of these gases exiting through a nozzle around the end of the electrode.
A process for the arc welding of metals in a gas atmosphere to which the apparatus according to the invention can be applied in practice is described in United States Patent No. 2,504,868 of April 18, 1950. L The apparatus according to the invention makes it possible to successfully weld a large number of ferrous and non-ferrous metals.
The object of the invention is a welding apparatus of this type, in which the gas nozzle, and also preferably the support of the electrode, are cooled by circulating water and in which the position of the nozzle at gas can be adjusted relative to the electrode holder without interrupting the flow of coolant or removing the device.
In arc welding operations with a consumable electrode, it is generally appropriate that the gas nozzle be in a position as close to the workpiece as possible and compatible with satisfactory operator visibility. , because it is thus that the layer of gas which surrounds the arc is the least subject to the influence of external air currents.
However, due to changes in welding conditions, such as changes in the nature of the metals to be welded, the size and composition of the filler wire. the position of the weld and the value of the welding current, it is necessary to vary slightly the position of the point where the wire
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melts past the tip of the weld current contact tip which terminates the electrode holder in the gun. without varying the position of the nozzle relative to the part. Likewise, when it comes to welding at points located in a confined space, it may happen that the nozzle prevents the gun from approaching the part properly, unless it can be removed. behind the contact tip.
In order to allow these variations in the relative positions of the nozzle and of the contact tube, it is necessary to make these two elements movable with respect to one another, while interfering as little as possible with the operation of the other elements of the tube. pistol and without exerting any influence on the purity of the protective gas exiting around the arc.
In addition, when welding is carried out with a consumable electrode, the contact tip of the end of the electrode holder through which the welding current enters the electrode just before the point where the electrode emerges. There is a strong continuous wear and deterioration by the friction of the electrode which passes through it by heating due to the resistance which results from the passage of the welding current from the contact tube into the electrode and by the intense heat given off by the arc that shoots out in the vicinity, so the tube must be replaced from time to time.
The form of construction according to the invention makes it possible to adjust the position of the gas nozzle relative to the contact tube as desired, so as to maintain the most advantageous distance between the nozzle and the workpiece and also. to be able to withdraw the contact tube far enough back to be able to grasp it with an ordinary wrench and remove it from the gun and replace it, without it being necessary to interrupt the circulation of water or to take precautions to prevent the uncooled portions of the gun from being splashed with water, as would happen if the cooler was opened.
A further subject of the invention is a gas nozzle of an easy to replace form of construction in which the water jacket is formed by suitable holes and fitting holes drilled in the nozzle itself. and in an annular metal cylinder in which the nozzle fits. The nozzle is held in place in the annular cylinder by soft weld beads housed in peripheral grooves and which can be easily softened to replace the nozzle when needed.
The invention applies under these advantageous conditions to high capacity guns, which operate with a filling electrode wire with a diameter of up to 2.3 mm and more, at a speed of gold. dre of 2.54 m. per minute and more and by welding currents of up to 500 to 700 amperes. The apparatus according to the invention is preferably operated by reverse polarity welding, ie the electrode is positive, but it is not limited to this condition. Of course, it is not limited to the use of a given coolant either.
On the attached drawings:
Figure 1 is an elevation of a pistol according to the invention.
Figure 2 is a vertical section on a larger scale of the gun of Figure 1.
Figures 3 to 11 are sections taken along the respective lines 3-3 to 11-11 of Figure 2, Figures 7.8 and 11 being on a larger scale ...
Figure 12 is a sectional view of a detail of Figure 2 taken on line 2-2 of Figure 5.
- The gun of FIG. 1 comprises a handle 2, a posterior cylinder generally designated by 100, an internal cylinder or electrode holder .. generally designated by 300 (FIG. 2) , a front cylinder or gas nozzle. generally designated by 200, and an adjustable, rigid connection element with two circulation channels of the
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coolant generally designated as 400 and allowing water to pass from the handle into the inner cylinder 'and into the gas nozzle of the front cylinder for all relative positions of the gas nozzle and electrode holder.
A consumed electrode 4 from an appropriately actuated supply coil (not shown) passes along the gun along its axis and exits concentrically through the nozzle 202 so as to come into contact with the nozzle. part by means of an arc, in a known manner. The electrode enters the gun coaxially via a flexible pipe 102, in which arrives around the electrode a current of annular inert gas coming from a suitable source and circulating along the gun so as to exit therefrom concentrically to the electrode. by the nozzle and thus protect the arc against the surrounding atmosphere.
The welding current, the shielding gas and the advancement of the electrode are controlled by a trigger trigger 3 which actuates a switch 5 (FIG. 2).
The switch 5 operates, via a control cable 6, suitable control devices forming part of the circuit of the weld generator, the electrode advancement mechanism and the feed mechanism. gas (not shown) corresponding The circuits which serve for this purpose do not form part of the invention. A metal sheet or protective screen 8 can be placed between the handle and the front cylinder 200 so as to protect the operator's hand against the heat of the arc.
Water, cooling or other fluid used to maintain the temperature of the electrode support tube. of the contact tube and the gas nozzle at a bearable value enters the gun through a pipe 10 and the heated water comes out through a pipe 12, which can preferably surround and cool the multi-strand cable 14 which makes the welding current coming from the welding generator to the gun.
In order for the gas sheet to effectively protect the arc against the surrounding atmosphere, it is necessary that the gas exit the gun around the electrode in as little turbulent state as possible and it is possible to arrive at to this result at least in part by making the gas arrive in the nozzle and by making it circulate through an annular channel without obstacle, the length of which is equal to a multiple of its cross section. To obtain a gas passage channel of this shape, the inner cylinder is supported by a frame block 16 in the vicinity of the rear part of the gun, to which the handle 2 is fixed by four machine screws 7 (Figures 7 and 8) and which is surrounded coaxially by an inner casing 106 forming part of the posterior cylinder also fixed to the block 16.
A conductor 17 establishes the connection with one of the screws 7 so as to send the voltage from the electrode to the control circuits via the cable 6. The shielding gas arrives in the annular space delimited between the inner casing 106. and the inner cylinder thus formed in the manner described below, exits through a series of radially directed holes from a gas diffuser 304 so as to compensate for the disturbing influence exerted by the frame block 16, and is directed towards the nozzle.
At the same time, due to the very high intensity of the welding currents, it is necessary to cause the welding current to flow into the consuming electrode as close as possible to its melting point. This is why the electrode passes through a casing 314 of removable non-conductive coating, disposed in the inner cylinder and in a removable contact tube 302 for passing the welding current to the front end of the inner cylinder. , to exit at the front end of the gun. The welding current arriving through the cable 14 passes through a tube 417 forming a terminal at the same time as the water discharge device and on which its strands are welded (Figures 9 and 10), then into the frame block 16 and in the inner and outer shells of the inner cylinder, described below, and enters the contact tube.
The rear cylinder comprises, in addition to the inner envelope
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106, an outer casing or posterior outer cylinder 104, and suitable fittings coupling the hose 102 to the gun. While the shell - @ 106 is of metal, the shell 104 is of an insulating material, such as a paper-based phenolic product, and is attached to the frame block 16 in a relative coaxial position. relative to the casing 106 and to the inner cylinder 300. The casing 106 is brazed to the block 16, while the casing 104 is pinned there via the handle 2. The relative coaxial positions of these elements appear in Figures 6, 7 and 8, as well as in Figure 2.
The envelopes 104 and 106 define between them an ahnular space in which the anterior cylinder 200 is mounted with gentle friction. The envelopes are notched on one side so that they slide back and forth on the frame block, and the whole is made rigid by sleeves 108 and 110.
The outer sleeve 108 is threaded so as to screw onto the outer surface of the outer shell 104.
The inner sleeve 110 is brazed to the inner casing 106, fits loosely on the inner surface of the outer casing 104 and extends up to and above the posterior part of the block 16 so as to close the scalloped portion of the inner envelope 106.
The sleeve 110 has an internal thread onto which is screwed a coupling nut 112 of insulating material, such as "nylon", disposed on the end of the pipe 102. The pipe consists of a flexible sleeve 114 of rubber or the like. passage of the shielding gas and a flexible reinforced tube 116 for guiding the wire of the electrode 4. The sleeve 114 is clamped on its arrival in the gun on a rigid casing tube 118 which is applied in the nut hand 112 against a shoulder 120.
The casing tube 118 is pierced with a hole 122 which allows the shielding gas to exit and pass through the space between the inner cylinder 300 and the inner casing 106, behind the gas diffuser 3040. guide 116 of the electrode is fixed for example by brazing on the casing tube 118 by means of a few turns of metal tape 124. An annular plug 126 threaded in "nylon" is housed in a threaded hole in the front part of the casing tube 118. which thus rests against the inner cylinder. Nut 112 and plug 126 electrically isolate jacket tube 118 and hose 116 from the gun. except the wire of the electrode 4 which is in electrical contact with the contact tube 302.
The welding current can therefore only reach the electrode wire at the point of the contact tip.
The inner cylinder has an outer shell 306 and inner shell 308, a removable, non-metallic liner 314, and end caps 310 and 312 which retain the shell in the appropriate relative position, and contact tube 302. the electrode. The inner shell 308 has two fins 316, viewed in elevation in Figure 2 and in section in Figures 3, 5, 6, 7 and 8 and which share the annular space between the inner and outer casings. 308 and 306 in separate passage channels 318 and 320 of the coolant. The two passage channels of semi-circular section thus formed are isolated from one another at the rear part of the inner cylinder by the end plug 312.
At the anterior end the fins have notches 322 'and 324 which communicate the channels 318 and 320. The contact tube 302 is removably threadably attached to the anterior end plug 310 and extends over a sufficient distance behind, inside the inner shell, to the anterior end of the liner 314, so as to allow the exchange of heat with the inner shell and the fluid cooling that passes into the inner cylinder.
The outer casing 306 of the inner cylinder is brazed to the frame block 16 and has channels allowing coolant to enter the channels 218 and 320 of the inner cylinder. For this purpose, the outer casing is drilled in different meridians and in axially spaced positions of inlet and outlet holes 326 and 328.
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(figures 8 and 7) which correspond to channels 18 and 20 of block 16. A fitting
22, to which the water inlet hose 10 connects, forms the end of the water inlet to the apparatus and is brazed to the lower end of the hole.
18 admission. Hole 20 directs the outlet stream of coolant through coupling 400 terminating at the nozzle.
The cooling fluid therefore passes from the inlet connector 22 through the hole 18 in the channel 320 of the inner cylinder circulates there over its entire length, passes through the holes 322 and 324 in the channel 318 and returns along the inner cylinder to exit through the hole 20.
The nozzle 202 is supported and electrically and thermally insulated from the inner cylinder and the remainder of the gun by the outer front cylinder 204 of a suitable insulating material such as resin impregnated glass fibers.
To prevent the suction of air into the shielding gas stream to the nozzle, cylinder 204 is closed to the inner shell.
106 of the rear cylinder by a soft rubber washer 206 tightened against the rear end of cylinder 204 and against the casing 106 by a retaining washer 208 which screws onto the rear end of cylinder 204.
The nozzle 202 is supported by the front cylinder 204 by means of a metal sleeve 210 to which it is soldered with tin for easy replacement. The sleeve 210 is fixed to the cylinder 204 by a threaded joint and has at its anterior end two fitting holes 212 and 214 which form support surfaces for the nozzle 202 and. define with it a channel for passing the cooling fluid in one nozzle.
The nozzle itself has two coaxial outer cylindrical surfaces 216 and 218 of diameters corresponding to the interlocking holes 212 and 214, respectively. By giving the smaller of these outer cylindrical surfaces a greater axial length than at the most. Small of the interlocking holes, a channel is formed for the coolant to pass through the coupling 400.
To secure the nozzle to the outer cylinder, the cylindrical surfaces 216 and 218 have peripheral grooves 222 and 224 filled with tin solder. The nozzle is preferably copper and the outer sleeve is brass.
These two elements can therefore be easily soldered with tin.
This form of construction is shown separately in Figure 12.
Under normal operating conditions, the tin welded joint between the nozzle and the outer sleeve, which is adversely affected by the heat of the arc and the flow of coolant through it. the adjacent passage channel 220, remains at a temperature below its melting point and keeps the nozzle and the sleeve assembled.
If the gun is operated with an insufficient amount of coolant, the seal temperature rises above its melting point and the loose parts alert the operator.
The circulation of cooling water in the passage channels of the gun is ensured in all the relative positions of the nozzle and the inner cylinder by the adjustable rigid two-way coupling 400 shown in detail in Figures 2, 3 to 5 and 11. This coupling comprises a tube 402 fixed relative to the nozzle, a mounting tube 404 fixed relative to the inner cylinder, and separate devices define in each of these tubes separate passage channels of water supply and return, a device making a channel of one of the tubes continuous with a channel of the other, and a device preventing leakage at the point of junction of the two tubes.
The tube 402 is fixed at one end, for example by brazing, on an anterior transfer block 226 and is parallel to the anterior cylinder 204. The block 226 fixed in the same way on the anterior sleeve 210, is permeable.
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cé of two separate vertical holes 228 and 230 (figure 5) which terminate at the lower part of the block by a horizontal common hole generally designated by 232. The hole 232 is closed at the rear part of the block 226 by the tube 402. Holes 228 and 230 communicate at their upper ends with separate water tubes 234 and 236 (Figure 3) attached to the lower surface of sleeve 210.
The tubes 234 and 236 communicate with the front part of the sleeve 210 through holes or orifices 238 and 240 drilled in the sleeve (figure 4) with the nozzle cooling channel 220, on each side of a partition 242 which prevents water from circulating between tubes 234 and 236, except in the length of channel 220.
The tube 402 is divided in the longitudinal direction into separate channels arranged side by side 406 and 408 (FIG. 11) by a longitudinal diametrical partition 410. The partition 410 extends beyond the end of the tube 402 passing through the chamber. horizontal hole 232 of the transfer block 236 and fits into a vertical slot of a rod 244, thus dividing the hole 232 into two separate halves forming channels 406 and 408 in the tube 402, in the respective continuous extension of the holes 228 and 230 of the block 226. A hand nut 246 is screwed into the rod 244 so as to hold the sheet 8 of the heat shield in place.
The tube 402 has an opening 414 elongated in the direction of the axis. cut out in one of its sides in the vicinity of its free end, so as to communicate only with channel 406.
The tube 404 consists of three coaxial portions 416, 418 and 420. The portion 416 is brazed to the block 16 and communicates with a tube 417 which forms the water outlet end of the gun, to which the pipe 12 of. water outlet can be fixed by suitable fittings. The central and anterior portions 418 and 420 of the tube 404 are disposed telescopically and coaxially with the tube 402, ensuring the outward and return passage of the cooling fluid in this tube. The inner diameter of portion 420 is smaller than that of portion 418 and its outer surface has a thread onto which a sealing nut 422 is screwed.
The interior of tube 404 is divided into separate channels for circulating the cooling fluid by a peripheral or coaxial longitudinal tube 424. disposed coaxially in the tube 404. The tube 424 fits without unnecessary play on a connector 426 formed at the anterior end of the posterior portion 416 and within the anterior portion 420, leaving an annular channel 428 between its outer surface and the inner surface of the intermediate portion 418. It also fits without unnecessary play on the free end of the tube 402 of the nozzle portion.
The hole 20 of the frame block 16, through which the cooling fluid exits after having circulated in the channels 318 and 320, communicates with the channel 428 by a hole 430 drilled in the rear end of the intermediate portion 418.
To allow coolant to flow forward of channel 428 into one of the channels of tube 402, bulkhead tube 424 is pierced with a series of radial holes 432, spaced peripherally. Whatever the position of the partition tube 424 around its axis. one of the holes 432 is in front of the elongated opening 414 of the tube 402, so as to establish a continuous hydraulic communication between the annular channel 426 and the channel 406 of the tube 402. This continuity remains in all the positions of the nozzle and interior in the direction of the axis of the gun for which the elongated opening 414 is opposite the holes 432.
To prevent a short circuit from building up in the nozzle, the coolant entering the nozzle tube 402 through the opening 414 is prevented from going back into the channel 406 and out of the gun. by the channel 434 formed in the tube-partition 424, by means of a radial stop block 436 fixed to the free end of the tube 402. The block 436 is brazed to the longitudinal partition 410 as well as to the periphery of the tube 402 and closes the channel 406 at the free end of the tube 402. It also constitutes a radial or transverse arresting partition inside the peripheral longitudinal tube-partition 424.
To ensure the effectiveness of this radial stop partition, we
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can insert a plastic ring or washer 438 into a groove in the outer surface of block 436.
Stopper 436 prevents fluid from flowing from channel 428 into interior channel 434 through holes 432 and any clearance existing between tube 402 of the nozzle portion and bulkhead 424.
To allow the coolant to flow back, the stop block 436 is pierced with a hole 440 (Figure 11) which communicates the channel 408 of the tube 402 with the inner channel 434 of the tube 424.
A seal impervious to the passage of water is maintained between the tubes 402 and 404 by a packing ring 442 of plastic material. Interposed between them between the limits of their relative telescopic movement. The dimensions of the bulkhead tube 424 are chosen so as to leave at the free end of the tube 404 a short distance allowing the ring 442 and a rigid packing gland 444 to be accommodated, also slipped on the tube 442. The packing press 444 allows the packing ring to be properly tightened
442 in sealed contact with the tubes 402 and 404 by tightening the nut 422. The gaskets 442 and 444 and the nut 422 therefore together constitute a stuffing press cooperating with the wall-tube 424 so as to close the gap annulment between tubes 402 and 404.
The friction which occurs between the ring 442 and the tubes 402 and 404 also helps to maintain the nozzle in a selected position relative to the contact tube.
To maintain the electrical isolation of the nozzle from the inner cylinder 300 which is at weld tension, the bulkhead 424, the packing ring 442 and the stuffing box 444 as well as the clamp nut 422 are all of a non-conductive material.
Stopper 436 can be viewed as a means of establishing continuity either between channels 428 and 406 or between channels 408 and 434.
Continuity being established between the channels of one or the other of these pairs, the joint between the tubes 402 and 404 ensures a two-way circulation between the inner cylinder and the handle on the one hand and the nozzle of 'somewhere else.
The invention has been described as applying to an embodiment which comprises cooling of the inner cylinder or support of the electrode and of the nozzle., With a coupling in series between the double envelopes of these two elements. , with the coolant flowing first into the inner cylinder and then into the nozzle. The double envelopes being thus united in series, the operator is warned that the fluid does not reach one or the other of these envelopes by stopping the circulation of the cooling fluid. However, it is also possible to join the double envelopes in parallel and the cooling of the inner cylinder can even be omitted according to the invention.
In addition, while in the coupling of the two fluid circulation channels of the embodiment described, the tube which comprises the diametrical longitudinal partition wall is fixed on the nozzle and the tube which comprises the peripheral longitudinal partition. is fixed on the electrode support element, these elements can obviously be arranged in the opposite direction. Other modifications can also be made in the form of construction of the apparatus, while remaining in accordance with the principle of the invention.
In addition, the invention a. been described as applying to a welding apparatus operated by hand by the operator. But it also applies to devices of the so-called automatic or semi-automatic types, in which a soldering head in which the electrode surrounded by a gas nozzle advances is supported by a mechanism making it advance by one. - appropriate nière along a part to be welded.