Chalumeau pour le soudage à l'are protégé par un gaz inerte La présente invention concerne un chalumeau pour le soudage à l'arc protégé par un gaz inerte au moyen d'une électrode non consumable. La présente invention a pour but de fournir un chalumeau sus ceptible d'être employé avec un support d'électrode du type à mâchoires communément employé pour supporter une électrode consumable, ce chalumeau remplissant la double fonction de conducteur élec trique entre ledit support à mâchoires et l'électrode non consumable ainsi que de conduite pour une enveloppe de protection de gaz inerte autour de l'arc à la pointe de cette électrode.
Au cours de leurs travaux journaliers, les petits ateliers de soudure exécutent une grande variété d'opérations de soudage en une période relativement courte. Il en est ainsi notamment quand la majeure partie de leur travail consiste en articles d'un même type dont les métaux comprennent la fonte, divers aciers, l'aluminium, le magnésium, les aciers inoxyda bles, le cuivre, le nickel et d'autres alliages. La sou dure à l'arc électrique de beaucoup de ces métaux n'est possible que si l'arc est protégé contre l'oxygène et l'azote de l'atmosphère à l'aide d'une enveloppe de l'un quelconque des gaz inertes, tels que l'hélium et l'argon.
On dispose actuellement de têtes de soudage, conçues spécialement pour la soudure à l'arc protégé par un gaz, qui comprennent une élec trode non consumable, par exemple en tungstène ou en carbone. Du fait que le prix d'un tel appareil de soudage est assez élevé, il n'est pas pratique pour les petits ateliers de soudure d'en posséder un et de le faire fonctionner. Compte tenu du fait qu'un tel appareil de soudage n'est capable d'effectuer des soudures qu'avec une électrode non consumable pro tégée par un gaz, l'appareil ne se prête pas à la sou dure à l'arc classique avec une électrode consumable enrobée. Il est reconnu aussi que le soudage avec une telle électrode enrobée constitue la plus grande partie du travail effectué dans les petits ateliers de soudage.
Par suite, le besoin se fait sentir dans les petits ateliers de soudage d'avoir à leur disposition un chalumeau pour le soudage protégé par un gaz qui peut être employé avec les supports qui sont possédés maintenant par les ateliers pour effectuer des opérations de soudage classiques à l'aide d'une électrode consumable.
Le chalumeau selon la présente invention est caractérisé en ce qu'il comprend un corps tubulaire, un moyen de raccordement à un tuyau souple disposé à l'arrière du corps pour permettre de relier ledit corps à une source de gaz inerte, et un moyen de retenue d'électrode relié à l'extrémité antérieure du corps et supportant une électrode non consumable avec son extrémité interne dans le corps et son extrémité externe faisant saillie à l'avant du chalu meau,
ledit moyen de retenue d'électrode et ledit corps étant électriquement conducteurs et reliés élec triquement l'un à l'autre et ledit corps présentant une partie intermédiaire de diamètre réduit destinée à être serrée entre les mâchoires d'un support conçu pour supporter normalement une électrode consuma- ble, de telle sorte que le courant électrique puisse être amené à l'électrode non consumable du chalu meau par ce support.
Une forme d'exécution de l'invention est décrite ci-après, à titre d'exemple, en se référant au dessin annexé, sur lequel la fig. 1 est une vue en plan d'un chalumeau maintenu entre les mâchoires d'un support de sou dage classique représenté en pointillé ; la fig. 2 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 2-2 de la fig. 1 ; la fig. 3 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 3-3 de la fig. 1 ;
la fig. 4 est une vue en perspective de l'élément de mandrin de retenue de l'électrode du chalumeau représenté sur les fig. 1 et 3 ; la fig. 4A est une vue en plan par-dessous de l'élément de mandrin représenté sur la fig. 4 ; la fig. 5 est une vue en perspective montrant le chalumeau des fig. 1 et 3 utilisé en combinaison avec un appareillage auxiliaire; la fig. 6 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 6-6 de la fig. 3.
En se référant au dessin, un chalumeau condui sant un gaz inerte et retenant une électrode de tungstène non consumable comprend un corps tubu laire allongé 10 ayant un passage axial 11 s'y étendant d'un bout à l'autre. A l'aide d'un collier de raccor dement 12 fixant une extrémité du corps à un tuyau souple 13 en caoutchouc, ou en un matériau élasto mère similaire ayant des propriétés diélectriques, le passage axial 11 est en communication avec une source de gaz inerte, non représentée. La source de gaz est munie normalement d'un moyen de régula tion de la pression et du débit qui peut être ajusté facilement en vue de satisfaire les conditions de débit qui varient selon le type de métal et la longueur de l'arc recommandée à utiliser.
Une soupape 60, décrite en détail ci-après, est interposée entre le corps tubulaire 10 et le collier de raccordement 12 pour permettre de régler convenablement l'alimen tation en gaz au niveau du support. Le chalumeau décrit facilite le montage commode d'un robinet à son voisinage direct, ce qui est avantageux et difficile sinon impossible avec les types classiques de chalu meau de soudage à gaz inerte.
Le corps tubulaire 10 du chalumeau comprend une partie intermédiaire 14, de diamètre réduit, des tinée à être reçue en contact intime électriquement conducteur dans les mâchoires d'un support d'élec trode de soudage classique, indiqué en 20. Le support 20 comprend une mâchoire fixe 21 sur laquelle est articulée une deuxième mâchoire 22 sollicitée dans une position fermée par un ressort ou autre moyen convenable non représenté. Un levier de déclenche ment 23 est solidaire de la mâchoire articulée pour permettre l'insertion et le retrait des électrodes lors de l'opération de soudage.
Comme les électrodes enduites utilisées dans la plus grande partie des opérations de soudage effectuées dans les petits ate liers de soudure sont consommées à une vitesse assez rapide, un tel support à mâchoires est employé de façon prédominante pour toute la gamme des divers procédés de soudage. Par suite, il constitue un moyen idéal et facilement disponible pour fournir l'énergie de soudage au support d'électrode décrit.
La source de courant fournissant l'énergie de sou dage est représentée sur la fig. 5 de façon schémati que sous la forme d'une source à courant continu 62 qui est intéressante pour le soudage au gaz inerte avec une électrode de tungstène non consumable, qui est appelé classiquement soudage Tig ; toutefois, comme le savent les spécialistes de la soudure à l'arc protégé par un gaz avec une électrode de tungstène, la source d'énergie peut être soit à courant alternatif soit à courant continu de l'une ou l'autre polarité. S'il est fait appel à une électrode de carbone, la source d'énergie est limitée normalement au cou rant continu en polarité normale.
L'extrémité externe du corps tubulaire 10 se termine en une - partie 30 agrandie radialement et présentant une douille 31 taraudée. La limite axiale interne de la douille 31 se termine en une face annu laire 32 présentée vers l'extérieur, concentrique à une fraisure 33. Dans la douille est reçu un mandrin ou un manchon de serrage 40 ayant une tige de guidage interne 41 reçue de façon coulissante dans la frai sure 33 pour centrer le mandrin radialement par rapport à la douille 31. Un rebord 42 en saillie radialement limite le mouvement du mandrin vers ,l'intérieur. Les diamètres du rebord 42 et de la douille 31 ont des dimensions relatives fournissant un passage annulaire entre eux.
Le rebord 42 coopère aussi avec une surface externe 43 évasée pour assu rer la contraction radiale du mandrin. La surface évasée est de préférence un cône circulaire droit de conicité progressive pour permettre des degrés sélec tifs de compression radiale du mandrin.
La partie conique du mandrin est munie d'une série de fentes longitudinales 44 espacées circulaire ment à la périphérie. Ces fentes permettent aux parties du mandrin qui sont contractées radialernent de rétrécir un passage axial 45 destiné à recevoir une électrode 46. La tige pilote 41 est munie de fentes similaires 47 qui s'étendent longitudinalement de manière à recouvrir axialement les fentes 44 et four nir une série de passages au gaz qui s'écoule par un alésage axial 11 du corps tubulaire à travers la douille 31.
Une bague de retenue 50 compressible et annu laire ayant une extrémité filetée 51 est reçue dans la douille 31 pour former avec elle une liaison par vis sage. Une surface annulaire 52 de la bague de rete nue 50 vient en contact avec la surface conique 43 du mandrin lorsque la bague de retenue 50 est mue axialement dans la douille. Le manchon isolant 64 est fixé sur l'extérieur de la bague de retenue 50 par des vis de fixation 66 qui s'emboitent dans des siè ges 68 de la bague de retenue 50. Un matériau robuste pour le manchon 64 ayant des propriétés isolantes excellentes est la fibre de verre.
L'arrière du manchon 64 est espacé de la partie agrandie 30 du corps 10 et les fentes internes 70 représentées sur la fig. 6 s'étendent à travers la zone avant du manchon 64, en étant espacées périphériquement des sièges 68 des vis de fixation en vue de conduire de l'air autour de la bague de retenue 50 et la refroidir. Pour commander le déplacement axial de la bague de retenue 50 et par conséquent le degré de compression radiale du mandrin 40, la surface du manchon 64 est rendue rugueuse pour permettre à un moyen de manipulation de serrer et de relâcher le mandrin pour ajuster la longueur envisagée de l'électrode 46.
La forme annulaire de la bague de retenue 50 étant espacée de l'électrode 46, fournit un espace annulaire 54 servant de passage au gaz inerte. A une extrémité filetée 55 est fixé un aju- tage 56 en matériau diélectrique, tel qu'un carbure de silicium cuit céramiquement ou un autre matériau du type réfractaire.
La soupape 60 peut être munie commodément d'un type ramassé quelconque de soupape d'arrêt, et la forme tubulaire illustrée est commode pour le fonctionnement et est également particulièrement peu volumineuse. Elle comprend un manchon de manaeu- vre 72 qui coulisse suivant un mouvement de va-et- vient sur le corps 74 tubulaire de la soupape. Le corps de soupape 74 peut être en acier ou en une matière plastique robuste, isolante et résistant à la chaleur.
Le corps 74 est raccordé entre le tube 10 et le connecteur 12 par des filetages 76 et 78 respective ment sur l'avant du corps 74 et le connecteur 12. Le passage d'admission central 80 dans le corps de sou pape 74 y conduit le gaz à partir du tuyau souple d'alimentation 13, et le gaz est conduit dans l'espace annulaire 82 entre le manchon 72 et le corps 74 par des orifices radiaux 84. L'espace 82 est rendu étanche en avant et en arrière par des bagues toriques 86 et 87 placées dans des évidements convenables 88. Le déplacement longitudinal du manchon 72 est limité par une bague de retenue 90 et un épaule ment 92 sur l'arrière du corps 74.
Les orifices radiaux 94 conduisent le gaz depuis l'espace 82 dans le passage d'évacuation central 96 qui est relié au passage axial 11 du tube 10. Les bagues toriques 86 et 87 sont espacées assez loin l'une de l'autre pour mettre les orifices 84 et 94 en communication l'un avec l'autre quand le manchon 72 est à la position ouverte représentée sur la fi-. 3. Quand le man chon 72 est ramené contre l'épaulement 92, la bague torique 87 est interposée entre les orifices 84 et 94 pour les isoler l'un de l'autre et fermer ainsi la soupape 60.
Sur la fig. 5, le corps tubulaire 10 du chalumeau est représenté enserré dans un support classique 20 d'électrode de soudage, tel qu'il est utilisé dans une opération de soudage protégée par un gaz inerte, telle que le soudage d'un joint 98 entre des pla ques 100 en combinaison avec une tige 102 d'un matériau d'apport convenable. Le tuyau souple 13 relie le corps tubulaire 10 à un réservoir sous pres sion 104 de gaz inerte, tel que de l'argon, par l'inter médiaire d'un régulateur 106. La source d'énergie 62 est reliée au circuit de soudage par le câble 108 du support 20 d'électrode de soudage classique, et le câble de terre 110 est connecté à la plaque 100 par la pince 112 formant borne.
<I>Fonctionnement</I> Le support 20 d'électrode de soudage peut être rapidement transformé de son emploi avec une élec trode consumable en serrant le chalumeau décrit dans les mâchoires, comme représenté sur la fig. 2. On ajuste ensuite axialement l'électrode non consu- mable 46 pour qu'elle s'avance à partir de la pointe externe de l'ajutage 55 d'une distance dépendant de la longueur de l'arc désirée, qui est déterminée par le matériau de l'ouvrage. Ce réglage axial peut être modifié très facilement d'un travail à l'autre en manipulant la bague de retenue 50 au moyen du manchon 64.
Cette possibilité offerte sans qu'il soit nécessaire de démonter le chalumeau est très com mode.
Après avoir réglé la longueur de l'électrode, on amorce un écoulement réglé de gaz inerte avant l'amorçage d'un arc entre l'électrode et l'ouvrage. Une tige de matériau d'apport 102 est introduite ensuite dans l'arc de la même manière qu'avec les appareils qui ne fonctionnent qu'avec un procédé de soudage à l'arc protégé. On peut voir que le corps tubulaire allongé 10 en combinaison avec le man drin 40 fournit un passage à la fois pour le courant électrique requis pendant le soudage et pour le gaz inerte qui protège l'arc entre l'électrode et l'ouvrage. Avec le chalumeau décrit, un support classique du type à mâchoires peut y être adapté facilement pour permettre d'effectuer un soudage à l'arc protégé.
La longueur relativement courte comprise entre le corps tubulaire 10 du chalumeau et la pointe de l'électrode 46 minimise les pertes et l'échauffement dans le support tubulaire 10. Ceci en combinaison avec la structure relativement ouverte et non isolée du corps 10 du chalumeau évite l'accumulation de la chaleur et évacue par rayonnement de façon efficace la chaleur éventuelle engendrée ainsi, ce qui permet au chalumeau 10 de fonctionner efficacement avec des courants beaucoup plus grands que ceux des autres chalumeaux Tig refroidis par air. Des courants de 200 ampères et plus sont par suite facile ment supportés.
La facilité d'emploi en combinaison avec un support d'électrode à mâchoires normalisé simplifie aussi de façon remarquable la structure et la rend extrêmement économique. Ceci réduit de façon nota ble le nombre des parties constitutives du chalumeau décrit et élimine le câble de soudage coûteux et compliqué qui fait partie des supports d'électrodes classiques. L'absence de câble de soudage dans le chalu meau décrit facilite aussi le raccordement d'une sou pape au voisinage immédiat du corps du chalumeau, telle que la soupape 60. Ceci la rend facilement accessible à un soudeur qui peut l'actionner sur le chalumeau même.
Ceci économise du temps, outre le gaz inerte, tel que l'argon, qui est très coûteux.
Le chalumeau à arc sous la protection de gaz inerte décrit est beaucoup plus efficace que les cha lumeaux existants de ce type à beaucoup d'égards, outre qu'il est incomparablement plus simple et moins coûteux.