FR2512717A2 - Electrode wire contact tube for arc welding machine - with protective sheath to prevent metal build=up - Google Patents
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Abstract
Description
Perfectionnements aux tubes contact pour le soudage à l'arc.Improvements to contact tubes for arc welding.
L'invention est relative aux appareils de soudage à l'arc, dans lesquels un arc électrique est entretenu entre un fil ou une baguette de métal d'apport et une ou plusieurs pièces conductrices le long desquelles se dépose un cordon du métal d'apport amené à l'état de fusion par l'arc.The invention relates to arc welding devices, in which an electric arc is maintained between a wire or a rod of filler metal and one or more conductive parts along which a bead of filler metal is deposited. brought to the state of fusion by the arc.
Afin de guider un fil métal d'apport avancé en direction de la pièce au fur et à mesure de la consommation de ce métal, il est courant d'utiliser un tube contact en un matériau bon conducteur de l'électricité, tel que du cuivre, percé d'un canal longitudinal dans lequel circule ce fil.In order to guide an advanced filler metal wire towards the workpiece as this metal is consumed, it is common to use a contact tube made of a material that is good conductor of electricity, such as copper. , pierced with a longitudinal channel in which this wire flows.
La paroi du canal transmet au métal d'apport le courant électrique nécessaire à l'entretien de l'arc.The wall of the channel transmits to the filler metal the electric current necessary for the maintenance of the arc.
Comme on l'a indiqué dans la Demande de Brevet principal, on a vérifié qu'il était avantageux d'entourer l'extrémité antérieure d'un tel tube contact, et notamment sa face frontale jusqu'au point de sortie du fil de métal d'apport, à l'aide d'une gaine électriquement et thermiquement isolante.As indicated in the main patent application, it has been verified that it is advantageous to surround the front end of such a contact tube, and in particular its front face to the point of exit of the metal wire. filler, using an electrically and thermally insulating sheath.
Une telle gaine présente l'avantage de protéger la surface externe du tube de contact contre les projections de. métal en fusion qui ne manquent pas de se produire pendant l'opération de soudage. Elles empêchent ces projections d'atteindre la surface du tube et d'y adhérer. On évite ainsi la détérioration physique et thermique du tube de contact lui-même sous l'effet de la température extrêmement élevée des particules de métal en fusion projetées. Cette gaine évite aussi tout collage de l'extrémité du fil d'apport contre la partie frontale du tube contact préjudiciable au mouvement régulier du fil.La gaine permet encore et surtout d'empêcher la formation d'arcs parasites entre la surface externe du tube de contact, laquelle se trouve placée sous haute tension, et tout autre point de l'environnement de la soudure, notamment, par exemple, en bordure d'une buse destinée à diriger sur le métal en fusion du cordon de soudure un gaz approprié
L'invention vise des améliorations à de tels tubes de contact pourvus de gaines protectrices.Such a sheath has the advantage of protecting the external surface of the contact tube against projections from. molten metal that does not fail to occur during the welding operation. They prevent these projections from reaching and adhering to the surface of the tube. This avoids the physical and thermal deterioration of the contact tube itself under the effect of the extremely high temperature of the projected molten metal particles. This sheath also avoids any sticking of the end of the filler wire against the front part of the contact tube, which is detrimental to the regular movement of the wire. contact, which is placed under high voltage, and any other point of the welding environment, in particular, for example, at the edge of a nozzle intended to direct on the molten metal of the weld bead an appropriate gas
The invention relates to improvements to such contact tubes provided with protective sheaths.
Conformément à un aspect de l'invention, un tube de contact pour machine de soudage à l'arc cmprenant un corps conducteur ménageant un canal interne longitudinal dont la paroi est propre à guider et alimenter en courant électrique un fil de métal d'apport avancé au-delà de la face frontale du tube en direction d'une pièce à souder, est caractérisé en ce qu'une partie au moins de la surface externe du tube est revêtue d'un matériau isolant réfractaire aux hautes températures, tel qu'une céramique.According to one aspect of the invention, a contact tube for an arc welding machine comprising a conductive body providing a longitudinal internal channel, the wall of which is capable of guiding and supplying electric current to an advanced filler metal wire. beyond the front face of the tube towards a workpiece, is characterized in that at least part of the external surface of the tube is coated with an insulating material refractory to high temperatures, such as a ceramic.
Ce revêtement peut être directement appliqué sur la face externe du tube de contact, en général en cuivre. Cette application s'effectue alors avantageusement par projection directe de particules de céramique sur cette surface, par des procédés connus. On obtient ainsi une couche de protection d'épaisseur relativement uniforme sur la partie externe du tube de contact exposée aux projections en provenance du bain de soudure, y compris sa face frontale.This coating can be directly applied to the external face of the contact tube, generally made of copper. This application is then advantageously carried out by direct projection of ceramic particles onto this surface, by known methods. A protective layer of relatively uniform thickness is thus obtained on the external part of the contact tube exposed to projections coming from the weld pool, including its front face.
Selon une autre forme de réalisation, on réalise le revêtement protecteu#r de la surface externe du tube en adaptant un manchon en céramique autour de la partie antérieure de ce tube. La face frontale de ce manchon est fermée à l'excep tion d'une ouverture pour le passage du fil de métal d'apport.According to another embodiment, the protective coating # r of the external surface of the tube is produced by fitting a ceramic sleeve around the front part of this tube. The front face of this sleeve is closed except for an opening for the passage of the filler metal wire.
Selon un autre mode de réalisation, on enfile un manchon protecteur autour de l'extrémité antérieure du tube de contact, qui comprend une armature métallique revêtue exté- rieurement, par exemple par projection, d'une couche d'un matériau réfractaire tel qu'une céramique. La face interne de l'armature est de préférence isolée électriquement du tube contact par une garniture, par exemple en un matériau réfractaire de type fibreux, ou à base céramique. Cette armature peut avantageusement être formée d'un tube métallique en acier inxoydable réfractaire, ou tout autre métal, tel que de l'inconel,capable de résister à des températures très élevées, fermé à son extrémité antérieure et fixé par sertissage sur le tube de contact.According to another embodiment, a protective sleeve is threaded around the anterior end of the contact tube, which comprises a metal frame coated on the outside, for example by spraying, with a layer of refractory material such as a ceramic. The internal face of the frame is preferably electrically insulated from the contact tube by a lining, for example made of a refractory material of fibrous type, or based on ceramic. This frame can advantageously be formed of a metallic tube of refractory stainless steel, or any other metal, such as inconel, capable of withstanding very high temperatures, closed at its anterior end and fixed by crimping on the tube. contact.
Dans tous les cas, on obtient des revêtements extérieurs pour tubes de contact capables de résister à des températures de 1000 à 11000 C et pouvant éventuellement atteindre 20000 sans dommage pour l'intégrité du tube et en particulier sans affecter le défilement régulier du fil de métal d'apport à la sortie de la face frontale du tube contact.In all cases, external coatings are obtained for contact tubes capable of withstanding temperatures from 1000 to 11000 C and possibly reaching 20,000 without damaging the integrity of the tube and in particular without affecting the regular running of the metal wire. at the outlet of the front face of the contact tip.
Les essais menés à bien par le Demandeur ont montré qu'il règne des températures extrêmement élevées dans l'environnement du tube contact d'un appareillage de soudage. Les projections de métal en fusion et les arcs élémentaires qui jaillissent dans l'environnement de la soudure en formation peuvent atteindre des températures largement supérieures aux quelques centaines de degrés pour lesquelles sont adaptés la plupart des matériaux d'isolation électrique et thermique usuels.The tests carried out by the Applicant have shown that extremely high temperatures prevail in the environment of the contact tube of a welding device. The splashes of molten metal and the elementary arcs which spring into the environment of the weld in formation can reach temperatures well above the few hundred degrees for which most of the usual electrical and thermal insulation materials are suitable.
Avec des matériaux du type réfractaire tels que des céramiques ou toute autre matière de propriétés équivalentes sur le plan de la résistance à la chaleur et de l'isolation électrique, dont l'alumine est un bon exemple, on est parvenu à d'excellents résultats en ce qui concerne l'accroissement de longévité des tubes contact utilisés et la qualité des travaux exécutés en utilisant ces derniers.With refractory materials such as ceramics or any other material with equivalent properties in terms of heat resistance and electrical insulation, of which alumina is a good example, excellent results have been achieved. with regard to the increased longevity of the contact tubes used and the quality of the work carried out using them.
Enfin, les revêtements protecteurs du type préconisé conformément à l'invention sont particulièrement favorables en association avec des dispositifs de rattrapage de jeu du type décrit par exemple dans la Demande de Brevet N0 80 13 102 déposée le 12 juin 1980 au nom du Demandeur.Finally, protective coatings of the type recommended in accordance with the invention are particularly favorable in combination with play take-up devices of the type described for example in Patent Application No. 80 13 102 filed on June 12, 1980 in the name of the Applicant.
Un tel dispositif de rattrapage de jeu améliore, la continuité de contact entre le fil de métal d'apport et le tube de contact au fur et à mesure de l'usure née du frottement des pièces en contact.Such a play take-up device improves the contact continuity between the filler metal wire and the contact tube as wear and tear arises from the friction of the parts in contact.
Un dispositif de gaine ou de manchon à revêtement externe réfractaire du type décrit précédemment peut être adapté à l'extrémité antérieure du tube de contact, autour du dispositif de rattrapage de jeu pour le protéger contre l'action mécanique dzrecte des projections et leur action thermique. Une telle combinaison permet d'augmenter encore la longévité des tubes contact en maintenant la qualité des soudures réalisées à un niveau élevé.A sheath or sleeve device with an external refractory coating of the type described above can be adapted to the anterior end of the contact tube, around the backlash take-up device to protect it against the mechanical action of projections and their thermal action. . Such a combination makes it possible to further increase the longevity of the contact tubes while maintaining the quality of the welds produced at a high level.
Les explications et la description d'exemples non limitatifs qui suivent sont données en, référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure. i représente une vue d'un tube contact conven tionnel, la figure 2 représente une vue en section longitudinale d'un tube contact tel que celui de la figure 1 amélioré conformément à l'invention; la figure 3 illustre une autre forme de réalisation d'un tube contact amélioré conformément à l'invention; la figure 4 illustre en coupe longitudinale la constitution d'un manchon protecteur pour un tube contact tel que celui de la figure 3; et la figure 5 est une vue en bout du tube contact de la figure 4 vu selon les flèches V-V de la figure 4. The explanations and description of nonlimiting examples which follow are given in, with reference to the appended drawings, in which the figure. i represents a view of a conventional contact tube, FIG. 2 represents a view in longitudinal section of a contact tube such as that of FIG. 1 improved in accordance with the invention; FIG. 3 illustrates another embodiment of an improved contact tube according to the invention; Figure 4 illustrates in longitudinal section the constitution of a protective sleeve for a contact tube such as that of Figure 3; and FIG. 5 is an end view of the contact tube of FIG. 4 seen according to the arrows V-V of FIG. 4.
Un tube contact 10 comprend un corps de forme allongée, en cuivre généralement#percé dans sa partie axiale d'un canal 12 qui s'étend entre son extrémité arrière 14 et sa paroi frontale 16. L'extrémité arrière du tube forme un embout fileté 18 permettant son montage dans une machine de soudage à l'extrémité d'une alimentation en fil d'apport. Le fil d'apport, guidé à l'intérieur du canal 12 et traversé par un courant électrique dépasse à l'avant de la face frontale 16 d'une quantité suffisante pour permettre la formation et l'entretien d'un arc électrique entre son extrémité et une pièce non représentée en face du tube 10. La surface extérieure 19 du tube 10 présente une forme antérieure conique s'amincissant en d i r e c t i o n de la face frontale 16.Malgré sa forme légèrement effilée, cette face extérieure, nue, est exposée aux projections à très haute température qui jaillissent du bain de métal en fusion au niveau de la soudure.A contact tube 10 comprises an elongated body, generally of copper # pierced in its axial part with a channel 12 which extends between its rear end 14 and its front wall 16. The rear end of the tube forms a threaded end 18 allowing it to be mounted in a welding machine at the end of a filler wire supply. The filler wire, guided inside the channel 12 and traversed by an electric current, protrudes at the front of the front face 16 by an amount sufficient to allow the formation and maintenance of an electric arc between its end and a part not shown in front of the tube 10. The outer surface 19 of the tube 10 has a conical anterior shape that tapers towards the front face 16. Despite its slightly tapered shape, this naked exterior face is exposed to projections at very high temperatures which spring from the molten metal bath at the weld.
Un tube 10 analogue à celui de la figure 1 est représenté en coupe longitudinale sur la figure 2 après que sa surface externe 19 ait fait l'objet d'un traitement par projection de céramique. Celle-ci forme un revêtement externe 20 de 3 à 4 dixièmes de millimètres dépaisseur,de couleur blanche, qui s'étend jusqu'aux abords immédiats de la sortie 17 du canal 12 dans la partie frontale 16.A tube 10 similar to that of FIG. 1 is shown in longitudinal section in FIG. 2 after its external surface 19 has been subjected to a treatment by projection of ceramic. This forms an external coating 20 3 to 4 tenths of a millimeter thick, white in color, which extends to the immediate surroundings of the outlet 17 of the channel 12 in the front part 16.
Ce revêtement 20 est formé à l'aide, par exemple, d'un pistolet tel que commercialisé par les établissements CHPOLANSKI ainsi que par d'autres établissements spécialisés dans le traitement de surface par pulvérisation de divers types de matériaux. Un cordon d'alumine est alimenté au pistolet et bru lé par une flamme à haute température. Les produits ainsi enflammés sont projetés à l'aide d'un courant d'air sous pression élevée en direction de la surface à revêtir, celleci ayant été préalablement sablée. This coating 20 is formed using, for example, a gun as marketed by CHPOLANSKI establishments as well as by other establishments specialized in surface treatment by spraying various types of materials. A bead of alumina is fed by gun and burned by a flame at high temperature. The products thus ignited are projected using a stream of air under high pressure towards the surface to be coated, this having been previously sanded.
Le revêtement 20 réfractaire ainsi obtenu empêche les projections de métal en fusion d'adhérer au tube contact ou de l'endommager,et notamment de venir détériorer son extrémité frontale 16 au voisinage de la sortie 17 du tube.The refractory coating 20 thus obtained prevents splashes of molten metal from adhering to or damaging the contact tube, and in particular from damaging its front end 16 in the vicinity of the outlet 17 of the tube.
Il en résulte à la fois une amélioration de la qualité de la soudure, en l'absence de formation d'arcs parasites entre le tube de contact et l'autre partie de l'équipement de soudage, et une amélioration de la longévité du tube, par diminution de l'usure de la partie frontale 16.This results in both an improvement in the quality of the weld, in the absence of parasitic arcing between the contact tube and the other part of the welding equipment, and an improvement in the longevity of the tube. , by reducing the wear on the front part 16.
Un tube de contact 30 à rattrapage de jeu (figure 3) comprend un corps cylindrique principal 32 en cuivre pourvu à sa partie arrière d'un embout fileté 34 et percé d'un canal longitudinal 36. Il se termine par une partie tronconique frontale 38. Dans la partie intermédiai-re du corps 32 est ménagée une échancrure 40 dont le fond est plan et parallèle à l'axe du canal 36 qu'il coupe. L'échancrure est limitée par deux flancs transversaux espacés longitudinalement,42 et 44,qui servent de butées longitudinales à une pièce d'appui 46 logée à l'intérieur de l'échancrure 40. La face 48 de cette pièce d'appui dirigée vers le fond de l'échancrure 40 viens en appui contre le fil d'apport passant dans le canal 36.Elle est maintenue dans une position de serrage du fil à l'aide de clips ou ressorts tels que 50 et 52 logés dans une gorge 56 pratiquée dans la surface externe du corps 32 autour de l'échancrure 42 et qui se prolonge dans la pièce d'appui 46 (portion de gorge 56').A backlash contact tube 30 (FIG. 3) comprises a main cylindrical body 32 in copper provided at its rear part with a threaded end piece 34 and pierced with a longitudinal channel 36. It ends in a front frustoconical part 38 In the intermediate part of the body 32 is formed a notch 40 whose bottom is plane and parallel to the axis of the channel 36 which it cuts. The notch is limited by two transversely spaced transverse flanks, 42 and 44, which serve as longitudinal stops for a support piece 46 housed inside the notch 40. The face 48 of this support piece directed towards the bottom of the notch 40 bears against the filler wire passing through the channel 36. It is held in a position for clamping the wire using clips or springs such as 50 and 52 housed in a groove 56 formed in the external surface of the body 32 around the notch 42 and which extends into the support piece 46 (groove portion 56 ').
La profondeur de cette gorge et le diamètre des clips ou ressorts 50 et 52 sont tels que le dispositif formé par la pièce d'appui 46 et les ressorts 50 et 52 n'excède pas en diamètre celui du corps 32.The depth of this groove and the diameter of the clips or springs 50 and 52 are such that the device formed by the support piece 46 and the springs 50 and 52 does not exceed in diameter that of the body 32.
Le diamètre du corps 32 est sensiblement égal au diamètre de la paroi interne 60 d'un tube cylindrique en céramique 62 ouvert à une de ses extrémités 64 de façon à pouvoir être enfilé à l'avant du tube 30 pour recouvrir le dispositif de rattrapage de jeu 40, 46, 56 lorsque l'extrémité frontale 38 bute contre une paroi 66 fermant l'extrémité
antérieure du tube 62. Un trou 68 est ménage dans cette paroi 66 pour permettre la sortie du fil de métal d'apport dans le prolongement du canal 36.The diameter of the body 32 is substantially equal to the diameter of the internal wall 60 of a cylindrical ceramic tube 62 open at one of its ends 64 so that it can be threaded in front of the tube 30 to cover the take-up device of clearance 40, 46, 56 when the front end 38 abuts against a wall 66 closing the end
front of the tube 62. A hole 68 is left in this wall 66 to allow the filler metal wire to exit in the extension of the channel 36.
Le manchon de céramique 62 est solidarisé de manière permanente avec le tube de contact 30 par une colle ciment haute température pour céramique. L'épaisseur du tube 62 est d'environ 1 millimètre, sa longueur de 25 millimitres et son diamètre externe de 12 millimètres environ, dans cet exemple.The ceramic sleeve 62 is permanently attached to the contact tube 30 by a high temperature cement adhesive for ceramics. The thickness of the tube 62 is approximately 1 millimeter, its length 25 millimeters and its external diameter approximately 12 millimeters, in this example.
Lorsque les conditions d'utilisation du tube de contact rendent un tube de céramique tel que 62 inadapté en raison de sa fragilité, par exemple lorsque les tubes de contact, au lieu d'être utilisés sur des machines de soudage automatique, sont destinés à des postes de soudage à la main, on peut utiliser un manchon 69 du type représenté aux figures 4 et 5. Celui-ci omprend une armature tubulaire cylindrique 70 réalisée en acier inoxydable réfractaire, dans cet exemple et d'épaisseur 5/10mm environ. Ce tube embouti est
ouvert à une de ses extrémités 72 et fermé à son extrémité opposée par une paroi 74 dans laquelle un trou central 76 est percé pour le passage du fil de métal d'apport.Extérieurement, le tube métallique 70 est revêtu, par projection au pistolet, d'une couche de céramique 75 d'épaisseur d'environ : 2 à 3/10 de mm et qui recouvre toute la face avant 74.When the conditions of use of the contact tube make a ceramic tube such as 62 unsuitable because of its brittleness, for example when the contact tubes, instead of being used on automatic welding machines, are intended for welding stations by hand, it is possible to use a sleeve 69 of the type shown in FIGS. 4 and 5. The latter includes a cylindrical tubular frame 70 made of refractory stainless steel, in this example and of thickness 5/10 mm approximately. This stamped tube is
open at one of its ends 72 and closed at its opposite end by a wall 74 in which a central hole 76 is drilled for the passage of the filler metal wire. Externally, the metal tube 70 is coated, by spraying with a gun, a ceramic layer 75 of thickness approximately: 2 to 3/10 of mm and which covers the entire front face 74.
A l'intérieur, le fond du tube 74 est occupé par deux pastilles de céramique percées en leur centre, .78, maintenues en place par une gaine de protection cylindrique interne 80 réalisée par un tressage de fibres de silice capable de résister à une température de 12000 C qui vient s'adapter étroitement autour de la partie antérieure du corps 32 de tube de contact 30 (figure 3).Inside, the bottom of the tube 74 is occupied by two ceramic pellets pierced in their center, .78, held in place by an internal cylindrical protective sheath 80 produced by a braiding of silica fibers capable of withstanding a temperature 12000 C which fits tightly around the front part of the body 32 of contact tube 30 (Figure 3).
Le manchon 69 peut être monté et fixé sur le tube 32 par sertissage de son extrémité 72 au voisinage d'un épaulement 82 ménagé vers la partie arrière du corps 32. The sleeve 69 can be mounted and fixed on the tube 32 by crimping its end 72 in the vicinity of a shoulder 82 formed towards the rear part of the body 32.
On a ainsi réalisé une protection pour tube de contact qui isole la surface de ce dernier électriquement et thermiquement des influences extérieures au cours de l'opération de soudure et permet d'obtenir une très sensible amélioration de ses performances. On a notamment constaté des durées de fonctionnement satisfaisantes de tubes de contact ainsi équipés pouvant dépasser 50 ou 60 heures. A contact tube protection has thus been produced which electrically and thermally isolates the surface of the latter from external influences during the welding operation and makes it possible to obtain a very significant improvement in its performance. In particular, satisfactory operating times of contact tubes thus equipped have been observed, which can exceed 50 or 60 hours.
Claims (11)
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