FR2684909A1

FR2684909A1 - Internally shielded nozzle for the welding of gudgeons (pins) and the like

Info

Publication number: FR2684909A1
Application number: FR9115681A
Authority: FR
Inventors: Godet Christian
Original assignee: C2G SOUDAGE INNOVATION
Current assignee: C2G SOUDAGE INNOVATION
Priority date: 1991-12-12
Filing date: 1991-12-12
Publication date: 1993-06-18
Anticipated expiration: 1997-12-12
Also published as: FR2684909B3

Abstract

This nozzle is intended for the welding of gudgeons (1) onto a metal workpiece (2). It comprises a metal tubular body (3) into which a shielding gas is injected. At the end of the body (3), near the welding, an inner ring (6) made of refractory material is provided which makes an annular passage (11) between itself and the body (3). The ring (6) is held in place, coaxially with the body (3), by a piece (7) provided with circumferentially distributed openings (16), this piece connecting the rear region (12) of the ring (6) to the internal wall of the body (3).

Description

BUSE A PROTECTION INTERNE
POUR LE SOUDAGE DE GOUJONS ET SIMILAIRES
La présente invention concerne une buse à protection interne, pour le soudage électrique à l'arc de goujons ou organes similaires sur une pièce métallique, avec intervention d'un gaz protecteur.NOZZLE WITH INTERNAL PROTECTION
FOR WELDING STUDS AND THE LIKE
The present invention relates to an internally protected nozzle, for electric arc welding of studs or the like on a metal part, with the intervention of a protective gas.

Cette buse est prévue, plus particulièrement, pour la mise en oeuvre d'un procédé de soudage dans lequel, successivement
- Le goujon est positionné sur la pièce contre laquelle il doit être fixé par une extrémité, et le gaz protecteur commence à s'écouler.This nozzle is intended, more particularly, for the implementation of a welding process in which, successively
- The stud is positioned on the part against which it must be fixed by one end, and the protective gas begins to flow.

- Le cycle de soudage est déclenché : l'arc électrique fait fondre l'extrémité précitée du goujon et, localement, la pièce ; le bain de fusion est alors parfaitement protégé par le gaz. - The welding cycle is triggered: the electric arc melts the aforementioned end of the stud and, locally, the part; the molten bath is then perfectly protected by the gas.

- Le goujon est forgé automatiquement dans le bain de fusion ; l'écoulement du gaz protecteur est maintenu un court instant. - The stud is automatically forged in the weld pool; the flow of the protective gas is maintained for a short time.

- Le cycle de soudage est achevé. - The welding cycle is completed.

Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'on utilise actuellement un dispositif constitué par une simple buse tubulaire métallique, dans l'axe de laquelle est prévue une pince, ou un mandrin, qui maintient le goujon à souder, et est lié par exemple au mécanisme d'un "pistolet" de soudage. Le gaz protecteur est injecté dans l'espace intérieur annulaire de la buse. Cette disposition présente deux inconvénients majeurs, qui sont d'une part une dispersion thermique importante, et d'autre part une absence de protection contre d'éventuelles remontées d'arc électrique qui entraînent un endommagement de la buse et de mauvaises soudures. For the implementation of this process, a device is currently used consisting of a simple metal tubular nozzle, in the axis of which is provided a clamp, or a mandrel, which holds the stud to be welded, and is linked by example of the mechanism of a welding "gun". The protective gas is injected into the annular interior space of the nozzle. This arrangement has two major drawbacks, which are, on the one hand, significant thermal dispersion, and on the other hand, a lack of protection against possible arcing of electric arcs which cause damage to the nozzle and poor welds.

Un moyen déjà envisagé pour éviter ces inconvénients consiste à disposer un anneau en matière réfractaire, telle que céramique, aluminium fritté, quartz, etc..., à l'extrémité de la buse contre la paroi intérieure de celle-ci. Cette solution convient parfaitement au soudage de goujons jusqu'à un diamètre de l'ordre de 10 mm. Toutefois, la restriction de la section de passage du gaz protecteur entre le goujon et la surface intérieure de l'anneau réfractaire provoque une accélération de l'écoulement du gaz protecteur, qui est elle-même la cause d'une instabilité de l'arc électrique par effet de soufflage. Le soudage en position verticale, en corniche et en plafond est difficilement réalisable pour des goujons de diamètre supérieur à 10 mm, en raison de l'écoulement du bain de fusion, cet inconvénient existant aussi dans le cas de la buse tubulaire simple précédemment mentionnée. One means already envisaged to avoid these drawbacks consists in placing a ring of refractory material, such as ceramic, sintered aluminum, quartz, etc., at the end of the nozzle against the internal wall of the latter. This solution is ideal for welding studs up to a diameter of around 10 mm. However, the restriction of the cross section of the protective gas between the stud and the inner surface of the refractory ring causes an acceleration of the flow of the protective gas, which is itself the cause of instability of the arc. electric by blowing effect. Welding in a vertical position, in a cornice and in a ceiling is difficult to achieve for studs with a diameter greater than 10 mm, due to the flow of the molten bath, this drawback also existing in the case of the simple tubular nozzle previously mentioned.

La présente invention vise à éliminer l'ensemble des inconvénients précités, en fournissant une buse perfectionnée pour le soudage de goujons et similaires, cette buse assurant notamment un bon contrôle du bain de fusion, de telle sorte que le bain de fusion ne puisse se répandre lors du soudage en position quelconque, ainsi qu'un bon contrôle de la circulation du gaz protecteur. The present invention aims to eliminate all of the aforementioned drawbacks, by providing an improved nozzle for welding studs and the like, this nozzle ensuring in particular good control of the weld pool, so that the weld pool cannot spread. when welding in any position, as well as good control of the circulation of the protective gas.

A cet effet, dans la buse selon l'invention pour le soudage de goujons et similaires, buse comprenant de façon connue un corps tubulaire métallique dans lequel est injecté un gaz protecteur, il est prévu vers l'extrémité du corps tubulaire métallique côté soudure un anneau intérieur en matière réfractaire coaxial audit corps et ménageant un passage annulaire entre lui-même et ce corps, tandis qu'un organe de maintien, pourvu d'ouvertures réparties circulairement, relie la région postérieure de l'anneau en matière réfractaire à la paroi intérieure du corps tubulaire métallique. To this end, in the nozzle according to the invention for welding studs and the like, nozzle comprising in known manner a metallic tubular body into which a protective gas is injected, there is provided towards the end of the metallic tubular body welding side a inner ring of refractory material coaxial with said body and providing an annular passage between itself and this body, while a holding member, provided with openings distributed circularly, connects the posterior region of the ring of refractory material to the wall inside of the metallic tubular body.

Ainsi le gaz protecteur, amené à l'intérieur du corps tubulaire métallique de la buse, est dirigé au travers des ouvertures de l'organe de maintien de façon à être régulièrement réparti et diffusé de façon laminaire autour de l'anneau en matière réfractaire. Thus, the protective gas, brought inside the metallic tubular body of the nozzle, is directed through the openings of the holding member so as to be regularly distributed and diffused in a laminar manner around the ring of refractory material.

Avantageusement, le diamètre intérieur de l'anneau en matière réfractaire est légèrement supérieur au diamètre des goujons à souder auxquels est destinée la buse, de façon à permettre une relativement faible circulation du gaz protecteur entre le goujon et l'anneau en matière réfractaire.Advantageously, the internal diameter of the ring of refractory material is slightly greater than the diameter of the studs to be welded for which the nozzle is intended, so as to allow a relatively low circulation of the protective gas between the stud and the ring of refractory material.

Ainsi, la combinaison de cet anneau et de son organe de maintien, pourvu d'ouvertures, répartit l'écoulement du gaz protecteur, autour du goujon, entre deux passages annulaires situés respectivement à l'intérieur et l'extérieur dudit anneau. Thus, the combination of this ring and its retaining member, provided with openings, distributes the flow of the protective gas, around the stud, between two annular passages located respectively inside and outside said ring.

Selon une forme de réalisation de l'invention, l'anneau en matière réfractaire comporte, à son extrémité côté soudure, une chambre annulaire pour l'expansion du bain de fusion, et des évents radiaux facilitant le balayage du gaz protecteur. According to one embodiment of the invention, the ring of refractory material comprises, at its end on the welding side, an annular chamber for the expansion of the molten bath, and radial vents facilitating the sweeping of the protective gas.

L'anneau en matière réfractaire peut être conçu comme une pièce amovible et interchangeable, aisément remplaçable après une certaine usure, notamment en prévoyant dans sa région postérieure un collet pour sa liaison avec l'organe de maintien précité. The ring of refractory material can be designed as a removable and interchangeable part, easily replaceable after some wear, in particular by providing in its posterior region a collar for its connection with the aforementioned holding member.

Selon une variante, l'organe de maintien est réalisable d'une seule pièce avec l'anneau en matière réfractaire, les formes et les fonctions qui leurs sont liées étant conservées. According to a variant, the holding member can be made in one piece with the ring of refractory material, the shapes and the functions which are linked to them being preserved.

Le dispositif précédemment défini permet de souder, sans difficulté, tous les métaux ou alliages communément soudables par les procédés de soudage à l'arc conventionnels, et particulièrement les liaisons hétérogènes comme par exemple cuivre sur acier, ou encore aciers inoxydables sur aciers alliés, liaisons jusqu'à présent impossibles à réaliser pour des raisons métallurgiques. The previously defined device makes it possible to weld, without difficulty, all the metals or alloys commonly weldable by conventional arc welding processes, and in particular heterogeneous bonds such as copper on steel, or stainless steels on alloy steels, bonds. previously impossible to achieve for metallurgical reasons.

En cas d'utilisation sous une forte intensité électrique ou en régime intensif, la buse peut être refroidie par une circulation d'eau, notamment avec des moyens de refroidissement prévus à la périphérie de son corps tubulaire métallique. In the event of use under high electrical intensity or in intensive regime, the nozzle can be cooled by a circulation of water, in particular with cooling means provided at the periphery of its metallic tubular body.

De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cette buse à protection interne pour le soudage de goujons et similaires
Figure 1 est une vue en coupe passant par l'axe d'une buse conforme à l'invention, avec indication d'un goujon à souder sur une pièce ;
Figure 2 est une vue en bout, côté soudage, de la buse de figure 1.Anyway, the invention will be better understood with the aid of the description which follows, with reference to the appended schematic drawing representing, by way of nonlimiting example, an embodiment of this nozzle with internal protection for welding. studs and the like
Figure 1 is a sectional view passing through the axis of a nozzle according to the invention, with an indication of a stud to be welded on a part;
Figure 2 is an end view, welding side, of the nozzle of Figure 1.

La figure 1 montre une buse pour le soudage d'un goujon 1, de diamètre DO, sur une face d'une pièce métallique plane 2 représentée très partiellement. Figure 1 shows a nozzle for welding a stud 1, of diameter DO, on one side of a flat metal part 2 shown very partially.

La buse comprend un corps tubulaire métallique 3, dans lequel est injecté un gaz protecteur dont le sens de circulation est indiqué par des flèches, telles que celle repérée F. A l'intérieur du corps tubulaire 3, et suivant l'axe 4 de celui-ci, est prévue une pince 5, ou un mandrin, qui maintient le goujon 1 à souder. The nozzle comprises a metallic tubular body 3, into which a protective gas is injected, the direction of circulation of which is indicated by arrows, such as that marked F. Inside the tubular body 3, and along the axis 4 of that here, a clamp 5 or a mandrel is provided, which keeps the stud 1 to be welded.

A son extrémité, la buse comporte une pièce annulaire 6 en matière réfractaire, de formes et dimensions adaptées au goujon 1 à souder, l'anneau réfractaire 6 étant maintenu par une pièce métallique 7 qui le relie à la paroi intérieure du corps tubulaire 3. At its end, the nozzle comprises an annular piece 6 of refractory material, of shapes and dimensions adapted to the stud 1 to be welded, the refractory ring 6 being held by a metal piece 7 which connects it to the inner wall of the tubular body 3.

Plus particulièrement, l'anneau réfractaire 6 possède un diamètre intérieur D1 qui est légèrement supérieur au diamètre DO du goujon 1, l'écart des diamètres DO et D1 pouvant être d'au moins 1 mm, de manière à ménager un premier passage annulaire 8 entre le goujon 1 et l'anneau 6. Le passage 8 s'élargit à l'extrémité côté soudure de l'anneau réfractaire 6, ot est formée une chambre annulaire 9 de diamètre D2. More particularly, the refractory ring 6 has an internal diameter D1 which is slightly greater than the diameter DO of the stud 1, the deviation of the diameters DO and D1 can be at least 1 mm, so as to provide a first annular passage 8 between the stud 1 and the ring 6. The passage 8 widens at the end on the welding side of the refractory ring 6, an annular chamber 9 of diameter D2 is formed.

La face frontale annulaire de l'anneau réfractaire 6 comporte une série d'évents radiaux 10, comme le montre aussi la figure 2. The annular front face of the refractory ring 6 comprises a series of radial vents 10, as also shown in FIG. 2.

Le diamètre extérieur D3 de l'anneau réfractaire 6 est inférieur au diamètre intérieur D4 du corps tubulaire 3, de manière à ménager, entre l'anneau 6 et le corps 3, un autre passage annulaire 11. La région postérieure de l'anneau réfractaire 6 forme extérieurement un collet 12, pour la liaison de cet anneau 6 avec la pièce de maintien 7. The outer diameter D3 of the refractory ring 6 is less than the inner diameter D4 of the tubular body 3, so as to provide, between the ring 6 and the body 3, another annular passage 11. The posterior region of the refractory ring 6 externally forms a collar 12, for the connection of this ring 6 with the holding part 7.

Cette pièce de maintien 7 présente une partie postérieure cylindrique 13 de plus grand diamètre, une partie intermédiaire tronconique 14 et une partie antérieure cylindrique 15 de plus petit diamètre. La partie postérieure cylindrique 13 est appliquée contre la paroi intérieure du corps tubulaire 3. La partie intermédiaire tronconique 14 est pourvue d'une série d'ouvertures 16 réparties circulairement. La partie antérieure cylindrique 15 est ajustée autour du collet 12 de l'anneau réfractaire 6, qui est ainsi maintenu suivant l'axe 4 du corps tubulaire 3. This holding part 7 has a cylindrical rear part 13 of larger diameter, a frustoconical intermediate part 14 and a cylindrical front part 15 of smaller diameter. The cylindrical rear part 13 is applied against the internal wall of the tubular body 3. The frustoconical intermediate part 14 is provided with a series of openings 16 distributed circularly. The cylindrical front part 15 is adjusted around the collar 12 of the refractory ring 6, which is thus held along the axis 4 of the tubular body 3.

Comme l'illustrent les flèches de la figure 1, une fraction du flux de gaz protecteur traverse les ouvertures 16 de la pièce de maintien 7, et ainsi ce gaz est diffusé de façon laminaire, en se trouvant réparti d'une part dans le passage annulaire 8 entre le goujon 1 et l'anneau 6, et d'autre part dans le passage annulaire 11 entre l'anneau 6 et le corps tubulaire 3. Le gaz protecteur s'évacue par les évents radiaux 10 de l'anneau 6, et par d'autres évents similaires 17 formés à l'extrémité du corps 3. La chambre annulaire 9 de l'anneau réfractaire 6 permet une certaine expansion du bain de fusion, qui reste bien localisé et ne risque pas de s'écouler hors de la zone de soudage. As illustrated by the arrows in FIG. 1, a fraction of the flow of protective gas passes through the openings 16 of the holding part 7, and thus this gas is diffused in a laminar manner, being distributed on the one hand in the passage annular 8 between the stud 1 and the ring 6, and on the other hand in the annular passage 11 between the ring 6 and the tubular body 3. The protective gas is evacuated by the radial vents 10 of the ring 6, and by other similar vents 17 formed at the end of the body 3. The annular chamber 9 of the refractory ring 6 allows a certain expansion of the molten bath, which remains well located and is not likely to flow out of the welding area.

Comme le montre encore la figure 1, la buse peut être refroidie par une circulation d'eau dans une boucle de refroidissement 18, soudée extérieurement sur le corps tubulaire 3, ou encore par un dispositif de refroidissement à chambre amovible venant se mettre en place autour du corps tubulaire 3. As still shown in FIG. 1, the nozzle can be cooled by a circulation of water in a cooling loop 18, welded externally to the tubular body 3, or also by a cooling device with a removable chamber coming into place around of the tubular body 3.

Bien entendu, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette buse à protection interne qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. Of course, the invention is not limited to the only embodiment of this internal protection nozzle which has been described above, by way of example; on the contrary, it embraces all of the variant embodiments and applications respecting the same principle.

C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention en remplaçant la pièce de maintien métallique 7 par une partie de maintien équivalente réalisée d'une seule pièce avec l'anneau réfractaire 6, ou en destinant la buse au soudage d'organes autres que des goujons, ou encore éventuellement au pointage, cette buse pouvant être montée sur un pistolet de soudage manuel, sur une tête de soudage ou dans un automate de soudage. Thus, in particular, that one would not depart from the scope of the invention by replacing the metal holding part 7 by an equivalent holding part made in one piece with the refractory ring 6, or by making the nozzle suitable for welding parts other than studs, or possibly pointing, this nozzle can be mounted on a manual welding gun, on a welding head or in a welding machine.

Claims

1. Nozzle with internal protection for welding studs and the like, the nozzle comprising a metallic tubular body (3) into which a protective gas is injected, characterized in that it is provided, towards the end of the metallic tubular body ( 3) on the welding side, an inner ring of refractory material (6) coaxial with said body (3) and providing an annular passage (11) between itself and this body (3), while a holding member (7), provided with openings (16) distributed circularly, connects the rear region (12) of the ring of refractory material (6) to the inner wall of the metallic tubular body (3).

2. Nozzle with internal protection for welding studs and the like, according to claim 1, characterized in that the internal diameter (D1) of the ring of refractory material (6) is slightly greater than the diameter (DO) of the studs to weld (1) which is intended for the nozzle, so as to provide an annular passage (8) for a portion of the protective gas between the stud (1) and the ring (6).

3. Nozzle with internal protection for welding studs and the like, according to claim 1 or 2, characterized in that the ring of refractory material (6) comprises, at its end on the welding side, an annular chamber (9) for the expansion of the melt, and radial vents (10) facilitating the sweeping of the protective gas.

4. Nozzle with internal protection for welding studs and the like, according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the ring of refractory material (6) is designed as a removable and interchangeable part, comprising in its posterior region a collar (12) for its connection with the holding member (7).

5. Nozzle with internal protection for welding studs and the like, according to claim 4, characterized in that the holding part (7) has a cylindrical rear part (13) of larger diameter applied against the inner wall of the tubular body. (3), a frustoconical intermediate part (14) provided with openings (16) distributed circularly, and a cylindrical front part (15) of smaller diameter fitted around the collar (12) of the refractory ring (6).

6. Nozzle with internal protection for welding studs and the like, according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the holding member (7) is made in one piece with the material ring. refractory (6).

7. Nozzle with internal protection for welding studs and the like, according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises cooling means (18) provided at the periphery of the metallic tubular body (3) .