FR3136180A1 - Torche de soudage dotée d’un dispositif d’aspiration de fumées et système de poste de soudage associé - Google Patents

Torche de soudage dotée d’un dispositif d’aspiration de fumées et système de poste de soudage associé Download PDF

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Thomas MARGUERITAT
Stephane LUQUET
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Abstract

Cette torche de soudage TIG comprend un corps de torche (17), une tête de torche (18), une buse de soudage (19), une électrode non fusible (20) fixée à la tête de torche (18) par un bouchon (21), une gaine (22) agencée autour du corps de torche (17) délimitant un volume interne, ledit volume interne comprenant une alimentation en électricité, en eau de refroidissement et gaz de la torche, et un dispositif d’aspiration (24) des fumées de soudage. Le volume interne de la gaine (22) constitue un chemin d’évacuation des fumées de soudage. Figure pour l’abrégé : Fig 3.

Description

Torche de soudage dotée d’un dispositif d’aspiration de fumées et système de poste de soudage associé
La présente invention concerne le domaine des dispositifs de captage des fumées de soudage à l’arc, notamment dans le cas d’un procédé de soudage TIG, pour « Tungsten Inert Gas ».
Techniques antérieures
Le procédé de soudage TIG repose sur l’utilisation d’un arc électrique établi entre l’extrémité d’une électrode non fusible en tungstène disposée dans une torche de soudage TIG et les pièces métalliques à souder. La chaleur de l’arc électrique fait fondre le métal constitutif des pièces à souder et d’un fil d’apport fusible ce qui génère un bain de soudure, c’est-à-dire un bain de métal liquide. La torche TIG est également munie d’une buse délivrant un flux de gaz inerte destiné à protéger le bain de fusion.
Du fait des hautes températures atteintes au point de fusion, les différents procédés de soudage ont en commun l’inconvénient d’émettre des fumées qui peuvent être inhalées par les soudeurs et les personnes qui travaillent dans les ateliers. Ces fumées sont formées de gaz et de poussières dont les dimensions sont généralement inférieures au micromètre et qui, de ce fait, sont susceptibles d’atteindre la région alvéolaire de l’appareil respiratoire et de poser des risques pour la santé.
Il est donc nécessaire, afin d’assurer la protection des travailleurs contre les risques d’inhalation des fumées de soudage, de capter ces dernières, de préférence à leur source d’émission.
Deux techniques de ventilation peuvent être utilisées séparément ou conjointement, à savoir une ventilation locale ou une ventilation générale.
La ventilation locale ou ventilation par aspiration localisée consiste à capter les produits dégagés au plus près possible de leurs sources d’émission, avant qu’ils ne pénètrent dans la zone des voies respiratoires des travailleurs ou ne soient dispersés dans toute l’atmosphère du local de travail.
La ventilation générale opère par dilution des polluants à l’aide d’un apport en air neuf dans le local de travail, en quantité suffisante pour amener les concentrations de substances dangereuses en-dessous des valeurs limites d’exposition garantissant la protection des travailleurs.
La ventilation générale seule n’est pas satisfaisante comme moyen de prévention du risque d’inhalation des substances dangereuses, car il existe un risque d’accumulation de ces substances dans certaines zones mal ventilées et qu’elle ne protège pas immédiatement les personnes exposées au risque.
Des dispositifs de ventilation localisée existent, mais présentent des inconvénients.
Le dosseret aspirant est un dispositif de ventilation locale, généralement orienté selon un plan vertical et équipé de fentes d’aspiration, qui permet de dévier les polluants de leur trajectoire naturelle puis de les capter. Pour assurer un fonctionnement optimal de ce type de dispositif, il est nécessaire de confiner au maximum les polluants en intégrant à l’aménagement du poste de travail des parois latérales. Ce dispositif présente des inconvénients d’encombrement, de bruit et d’efficacité médiocre.
Le bras articulé d’aspiration est un dispositif de ventilation locale, muni à une extrémité d’une bouche d’aspiration et qui nécessite l’intervention du soudeur pour être correctement positionné. Ce type de dispositif ne convient pas pour des soudures nécessitant le déplacement fréquent du dispositif par l’opérateur et peut gêner l’opérateur dans ses mouvements.
Des dispositifs d’aspiration sont connus associés à la torche de soudure.
Le document FR3056931B1 divulgue une torche de soudure TIG comprenant un dispositif d’aspiration des fumées, placé près de l’extrémité de la buse. Les fumées sont évacuées à travers des tuyaux d’aspiration logés dans une gaine flexible constituant le faisceau d’alimentation de la torche et connectés à un système d’aspiration. L’intégration des tuyaux d’aspiration plutôt rigides dans la gaine flexible correspondant au faisceau d’alimentation en électricité, en eau de refroidissement et en gaz de la torche, présente des inconvénients par rapport à une gaine de torche sans aspiration tels que l’augmentation du poids, de la rigidité et du diamètre de la gaine.
Au vu de ce qui précède, le but de l’invention est de proposer une torche de soudure TIG agencée pour permettre la captation et l’acheminement des fumées émises pendant l’opération de soudage.
L’invention a pour objet une torche de soudage TIG comprenant un corps de torche, une tête de torche, une buse de soudage, une électrode non fusible fixée à la tête de torche par un bouchon, une gaine agencée autour du corps de torche délimitant un volume interne, ledit volume interne comprenant une alimentation en électricité, en eau de refroidissement et gaz de la torche, et un dispositif d’aspiration des fumées de soudage.
Selon une caractéristique générale, le volume interne de la gaine constitue un chemin d’évacuation des fumées de soudage.
Ainsi, l’acheminement des fumées de soudage se fait directement à travers la gaine constituant le faisceau d’alimentation en électricité et en gaz de la torche. Cet acheminement direct des fumées par la gaine signifie qu’il n’y a aucune augmentation notable du poids, de la rigidité et du diamètre de la gaine par rapport à une gaine de torche sans aspiration.
Avantageusement, le dispositif d’aspiration comprend un conduit d’aspiration fixé à la gaine de préférence par clipsage.
De préférence, le dispositif d’aspiration comprend un accessoire d’aspiration creux et fixé sur le conduit d’aspiration de manière amovible. En variante, le dispositif d’aspiration incluant l’accessoire d’aspiration peut être monobloc.
De préférence, l’accessoire d’aspiration est muni d’une buse d’aspiration qui entoure de manière étanche la tête de torche et qui est agencée à distance autour de la buse de soudage, de sorte à ménager un volume annulaire de vide dans lequel se fait la captation des fumées de soudage.
Dans un mode de réalisation particulier, l’accessoire d’aspiration a une extrémité libre située à une distance prédéterminée de la buse de soudage.
Avantageusement, l’extrémité libre de l’accessoire d’aspiration a une forme évasée comportant au moins un orifice d’aspiration.
Selon une caractéristique, le dispositif d’aspiration et la gaine sont réalisés dans un matériau résistant à la chaleur, en particulier à une température de l’ordre de celle rencontrée à proximité du soudage telle que de l’ordre d’au moins 170°C.
Selon une autre caractéristique, le dispositif d’aspiration et la gaine sont réalisées par fabrication additive telle qu’au moyen d’une imprimante 3D.
Avantageusement, la gaine est recouverte d’un élément thermo rétractable, qui optimise l’étanchéité de ladite gaine et augmente l’adhérence et ainsi la qualité de la prise en main de la gaine.
Avantageusement, la gaine est reliée à un tuyau flexible par l’intermédiaire d’une rotule. L’intégration d’une telle rotule permet d’augmenter la maniabilité de la torche.
Avantageusement, le tuyau flexible est relié à son côté aval à un séparateur qui comprend au moins deux branches, une branche étant dédiée à l’alimentation en électricité, en eau de refroidissement et en gaz, une autre branche étant dédiée à l’évacuation des fumées de soudage en étant reliée à un système d’aspiration des fumées.
Selon un autre aspect, l’invention a pour objet un système de poste de soudage comprenant une torche telle que décrite ci-dessus, une alimentation en électricité, un système de refroidissement, une source de gaz et un système d’aspiration des fumées de soudage.
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
illustre une vue schématique de côté d’une torche de soudage TIG sans dispositif d’aspiration des fumées selon l’art antérieur ;
illustre une vue schématique de côté d’une torche de soudage TIG munie d’un dispositif d’aspiration des fumées selon l’art antérieur ;
illustre une vue en perspective d’une torche de soudage TIG munie d’un dispositif d’aspiration des fumées selon un mode de réalisation de l’invention comprenant un accessoire d’aspiration ;
illustre une vue en perspective de la torche de soudage TIG de la sans l’accessoire d’aspiration ;
illustre une vue de détail de coupe longitudinale à travers une torche de soudage TIG similaire à celle de la ;
illustre une vue en perspective de la torche de soudage TIG de la avec un autre accessoire d’aspiration ; et
illustre une vue en perspective d’une partie de séparateur de l’alimentation de la torche et de l’évacuation des fumées.
Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation
Un exemple connu de torche de soudage TIG est illustré dans la .
Classiquement, la torche 1 comprend un corps 2 de torche surmonté d’une tête 3 de torche, une buse 4 de soudage associée à la tête 3 de torche, une électrode 5 longitudinale traversant de part en part la tête 3 de torche et faisant saillie hors d’une extrémité distale de la buse 4, et un bouchon 6 permettant de loger et fixer l’extrémité non visible de l’électrode 5.
De plus, des pièces internes sont généralement logées dans la tête 3 de torche et dans la buse 4 de soudage, telles qu’un adaptateur 7 constituant une pièce d’interface de fixation entre la buse 4 et la tête 3 de torche pour fixer la buse 4, ainsi qu’un diffuseur 8 formant un disque perforé agencé à l’intérieur de la buse 4 et porté par l’adaptateur 8, le diffuseur 8 servant à délivrer le gaz inerte de manière homogène autour de l’électrode 5 et donc de la soudure lors de la mise en œuvre de la torche 1.
Le corps 2 de torche est relié à une gaine 9 appelée aussi faisceau de torche et qui loge des câbles d’alimentation électrique et un tuyau d’alimentation du gaz protecteur inerte du type argon.
La illustre la torche 1 munie d’un dispositif 10 d’aspiration selon l’art antérieur décrit dans le document FR3056931B1. Le dispositif 10 d’aspiration comporte un corps 11 cylindrique creux et une extension 12 fixée sur ledit corps 11. L’aspiration des fumées de soudage se fait dans un espace annulaire situé entre la buse 4 de soudage et l’extension 12 du dispositif 10 d’aspiration. Les fumées ainsi captées traversent l’intérieur du corps 11 cylindrique et cheminent via des orifices 13 d’échappement disposés dans le corps 11.
Le dispositif 10 d’aspiration comporte en outre des moyens d’acheminement 14 comprenant des tuyaux 15. Les tuyaux 15 se rejoignent dans un tuyau terminal (non représenté) destiné à être relié à un système d’aspiration (non représenté). L’ensemble des tuyaux d’aspiration est logé dans une gaine 9 qui constitue le faisceau d’alimentation de la torche 1. L’intégration de l’ensemble des tuyaux d’aspiration dans la gaine 9 fait augmenter le poids, la raideur et les dimensions minimales de ladite gaine 9 par rapport à une gaine sans tuyaux d’aspiration. Ces inconvénients sont de nature à dégrader la qualité de la prise en main de la torche et à engendrer la fatigue supplémentaire des opérateurs.
La décrit une torche 16 de soudage TIG selon un mode de réalisation de l’invention.
La torche 16 comprend les parties classiques d’une torche de soudure TIG tels qu’un corps 17 de torche surmonté d’une tête 18 de torche, une buse 19 de soudage associée à la tête 18 de torche, une électrode 20 traversant de part en part la tête 18 de torche et faisant saillie hors d’une extrémité distale de la buse 19 de soudage, et un bouchon 21 permettant de loger et fixer l’extrémité non visible de l’électrode 20.
La torche 16 comprend en outre une gaine 22 agencée autour du corps 17 de torche et destinée à protéger l’alimentation (non visible) en électricité et gaz de la torche 16.
La gaine 22 est conçue pour être associée si besoin de manière amovible à la torche 16, afin d’être montée sur une torche TIG déjà existante. De préférence, la gaine 22 est rendue solidaire du corps 17 de torche lors de la fabrication de la torche TIG et forme avec celle-ci un ensemble monobloc.
Dans l’exemple de réalisation illustré en , la gaine 22 comprend deux parties fixées de part et d’autre du corps 17 de torche avec des moyens de fixation 23 de type vis et écrous. Dans un autre mode de réalisation, illustré en , la gaine 22 comprend une seule partie fixée autour du corps 17 de torche par emboîtement ou clipsage.
La torche 16 est munie en outre d’un dispositif d’aspiration 24 modulable qui comprend un conduit d’aspiration 25 auquel est fixé de manière amovible un accessoire d’aspiration 26 creux.
L’accessoire 26 d’aspiration est conçu pour être fixé de manière amovible au conduit d’aspiration 25. L’accessoire d’aspiration 26 peut ainsi être enlevé lorsque des opérations de soudage particulières nécessitent un encombrement minimal. Lorsque l’accessoire 26 d’aspiration est enlevé, la captation des fumées de soudage est réalisée au niveau de l’extrémité libre 32 ( ) du conduit d’aspiration 25.
Le conduit d’aspiration 25 est fixé par clipsage à la gaine 22 de manière à correspondre à un orifice d’aspiration 27 associé pourvu sur la gaine 22 et illustré en .
Selon un mode de réalisation non représenté, le conduit d’aspiration 25 peut comprendre un dispositif de réduction du bruit, de manière à diminuer le bruit de l’aspiration des fumées de soudage et ainsi, éviter la fatigue auditive de l’opérateur. Le dispositif de réduction du bruit peut comprendre un silencieux, muni de plusieurs perforations de petit diamètre agencées par exemple selon un réseau de type matrice rectangulaire ou carrée. De préférence, le dispositif de réduction du bruit est intégré au conduit d’aspiration 25 de manière que le silencieux recouvre l’orifice d’aspiration 27 et que les fumées captées passent à travers les perforations du silencieux lors de leur passage dans la gaine 22.
Dans les exemples de réalisation illustrés en et 5, l’accessoire 26 d’aspiration est muni d’une buse 28 d’aspiration agencée autour de la buse 19 de soudage et à distance de sa paroi extérieure, de sorte à ménager un volume annulaire de vide entre la paroi extérieure de la buse 19 de soudage et la paroi intérieure de la buse 28 d’aspiration, dans lequel se fait la captation des fumées de soudage.
La forme et les dimensions de la buse d’aspiration 28 sont adaptées à la forme et aux dimensions de la tête de torche 18 qu’elle entoure de manière étanche.
La buse 28 d’aspiration comporte au moins un orifice d’échappement 29 formant une sortie d’évacuation des fumées aspirées par la buse 28 d’aspiration et destinées à être évacuées via le conduit 25 d’aspiration situé à l’aval dudit orifice d’échappement 29.
Les fumées de soudage captées au niveau de la buse 28 d’aspiration, transitent par le conduit 25 d’aspiration et sont aspirées dans la gaine 22 au niveau de l’orifice d’aspiration 27.
En se référant de nouveau à la , la gaine 22 est connectée à son aval à un tuyau 30 flexible qui est relié à un système d’aspiration par un séparateur 35 qui sera décrit plus en détail plus loin. Les fumées sont acheminées ainsi directement à travers la gaine 22 et le tuyau 30 flexible permettant de garantir une meilleure maniabilité par rapport à une gaine logeant des tuyaux d’aspiration dédiés. Pour augmenter encore la maniabilité, la gaine 22 est munie d’une rotule 31 située à l’interface avec le tuyau 30 flexible qui réduit significativement l’effort nécessaire pour effectuer une rotation relative entre la gaine 22 et le tuyau 30 flexible.
En variante, le dispositif d’aspiration 24 peut comprendre un accessoire d’aspiration 33 creux dont l’extrémité libre est située à une distance prédéterminée de la buse de soudage 19, tel qu’illustré dans la . L’extrémité libre de l’accessoire d’aspiration 33 creux a une forme évasée 34, destinée à favoriser l’aspiration homogène des fumées de soudage autour de la buse de soudage 19. La forme évasée 34 comporte au moins un orifice d’aspiration (non référencé) permettant l’aspiration et l’acheminement des fumées à travers le dispositif d’aspiration 24.
La illustre la connexion de l’aval du tuyau flexible 30 au séparateur 35. Le séparateur 35 comprend au moins deux branches 35a et 35b. La branche 35a est dédiée à l’alimentation en électricité, en eau de refroidissement et en gaz. La branche 35b est dédiée à l’évacuation des fumées de soudage et est reliée à un système d’aspiration des fumées (non représenté).
Le séparateur 35 comprend de préférence deux parties assemblées par des moyens de fixation de type vis et écrous. En variante, le séparateur 35 peut être monobloc.
Le séparateur 35 peut être réalisé par fabrication additive de type impression 3D dans un matériau plastique.
Le système d’aspiration est un système d’aspiration connu en soi pourvu de filtres adaptés et pouvant notamment aspirer selon un débit de 75 à 150 m3par heure.
Dans un mode de réalisation non illustré, la gaine peut être formée par l’assemblage de deux coques creuses principalement semi-cylindriques. L’assemblage est réalisé à l’aide de quatre vis et quatre écrous serrant les extrémités de la gaine 22 ainsi constituée autour du corps 17 de torche et de la rotule 31.

Claims (11)

  1. Torche (16) de soudage TIG comprenant un corps de torche (17), une tête de torche (18), une buse de soudage (19), une électrode non fusible (20) fixée à la tête de torche (18) par un bouchon (21), une gaine (22) agencée autour du corps de torche (17) délimitant un volume interne, ledit volume interne comprenant une alimentation en électricité, en eau de refroidissement et gaz de la torche, et un dispositif d’aspiration (24) des fumées de soudage, caractérisée en ce que le volume interne de la gaine (22) constitue un chemin d’évacuation des fumées de soudage.
  2. Torche (16) selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif d’aspiration (24) comprend un conduit d’aspiration (25) fixé à la gaine (22) de préférence par clipsage.
  3. Torche (16) selon la revendication 2, dans laquelle le dispositif d’aspiration (24) comprend un accessoire d’aspiration (26, 33) creux et fixé sur le conduit d’aspiration (25) de manière amovible.
  4. Torche (16) selon la revendication 3, dans laquelle l’accessoire d’aspiration (26) est muni d’une buse d’aspiration (28) qui entoure de manière étanche la tête de torche (18) et qui est agencée à distance autour de la buse de soudage (19), de sorte à ménager un volume annulaire de vide dans lequel se fait la captation des fumées de soudage.
  5. Torche (16) selon la revendication 3, dans laquelle l’accessoire d’aspiration (33) a une extrémité libre située à une distance prédéterminée de la buse de soudage (19).
  6. Torche (16) selon la revendication 5, dans laquelle l’extrémité libre de l’accessoire d’aspiration (33) a une forme évasée (34) comportant au moins un orifice d’aspiration.
  7. Torche selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle le dispositif d’aspiration (24) et la gaine (22) sont réalisés dans un matériau résistant à la chaleur, en particulier à une température de l’ordre de celle rencontrée à proximité du soudage telle que de l’ordre d’au moins 170°C.
  8. Torche (16) selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle le dispositif d’aspiration (24) et la gaine (22) sont réalisées par fabrication additive telle qu’au moyen d’une imprimante 3D.
  9. Torche (16) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle la gaine (22) est reliée à un tuyau flexible (30) par l’intermédiaire d’une rotule (31).
  10. Torche (16) selon la revendication 9, dans laquelle ledit tuyau flexible (30) est relié à son côté aval à un séparateur (35) qui comprend au moins deux branches (35a, 35b), une branche (35a) étant dédiée à l’alimentation en électricité, en eau de refroidissement et en gaz, une autre branche (35b) étant dédiée à l’évacuation des fumées de soudage en étant reliée à un système d’aspiration des fumées.
  11. Système de poste de soudage comprenant une torche (16) de soudage selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, une alimentation en électricité, un système de refroidissement, une source de gaz et un système d’aspiration des fumées de soudage.
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