CA1250026A

CA1250026A - Torche de soudage ou de coupage plasma munie d'une cartouche tuyere

Info

Publication number: CA1250026A
Application number: CA000502343A
Authority: CA
Inventors: Gerard Marhic
Original assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 1985-02-22
Filing date: 1986-02-20
Publication date: 1989-02-14
Also published as: AU5378286A; EP0193456B1; ZA861186B; DK168683B1; ES552265A0; DK78486D0; ATE35605T1; JPS61195787A; EP0193456A1; DE3660363D1; FR2578137A1; JPH0313000B2; PT82049A; DK78486A; FR2578137B1; ES8704694A1; AU577179B2; US4682005A; PT82049B; BR8600727A

Abstract

La présente invention concerne une torche de soudage ou de coupage à plasma comportant un corps de torche creux dont l'intérieur est relié à une source de gaz plasmagène, une électrode logée à l'intérieur de ce corps et reliée électriquement à un conducteur d'alimentation électrique et une tuyère percée d'un orifice pour la sortie du plasma. Cette torche est caractérisée en ce qu'elle comporte une cartouche non démontable constituée d'une jupe annulaire assemblée par vissage avec le corps de torche et présentant un siège pour la tuyère, montée à coulissement libre dans la jupe et appliquée sur son siège uniquement sous la pression du gaz plasmagène.

Description

La presente invention concerne une torche de soudage ou de coupage à plasma, comportant un corps de torche dont llintérieur est relié a une source de gaz plasmagene, une électrode logée a l'intérieur de ce corps et reliée électriquement a un conducteur d'alimentation électrique, et une tuyere de sortie du plasma montée en regard et a distance de l'électrode, et perçée d'un ori~ice pour la sortie du plasma.
Il est connu du brevet américain 3.242.305, une torche plasma dans laquelle l'électrode et la tuyere sont refroidies par un courant de liquide tel que l'eau. Dans cette torche, l'électrode est mobile par rapport à la tuyère et au contact électrique de celle-ci lorsque la torche est au repos. Lors de la mise sous tension de la torche, ceci entraine une mise sous pression du liquide de refroidissement qui, a l'aide d'un mécanisme hydraulique, entraîne la compression du ressort et de la séparation de l'électrode et de la tuyere, créant ainsi un arc électrique qui engendre l'armoçage de l'arc électrique dans le gaz plasmagene. Un tel systeme a circuit hydraulique est par-ticulieremen-t difficile a réaliser et par conséquent coûteux.
Il est connu du brevet français 2.385.483 de réaliser l'amorsage entre l'électrode et la tuyere par mise en court-circuit de celles-ci, ladite électrode étant vissée et mise au contact de la tuyere puis dévissée, l'écart entre l'électrode et la tuyere étant ensuite réglé a la valeur voulue. Un -tel systeme de vissage et dévissage est particulierement peu pratique de mise en oeuvre et nécessite un réglage du jet de la torche lors de chaque mise en route de celle-ci.
Plus récemment, il a été propose dans le brevet français publie sous le no. 2 556 549, intitulé
"Procédé d'allumage d'un arc pour torche de soudage ou coupage et torche adaptée à me-ttre en oeuvre ce procédé", au nom de la demanderesse, un procédé

. .

d'armorçage d'une torche plasma par court-circuit entre l'électrode et la tuyère. Selon ce procédé, la tuyere est montée à coulissement libre dans le corps de torche de façon à venir en contact avec l'électrode lorsque la torche est appliquée contre une pièce à
souder ou à couper. En degageant la torche, un arc s'allume entre l'electrode et la tuyère, permettant d'amorcer le gaz plasmagène et maintenir un arc electrique qui est transfere vers la pièce à decouper.
Le brevet français publie sous le no. 2 562 748, au nom de la demanderesse et intitule "Torche de soudage ou coupage à plasma"

- la -~2~ 6 décrit une torche de soudage'ou de coupage à plasma comportant une structure particulièrement bien adaptée à la mise en oeuvre du procédé décrit dans la demande ci-dessus referencée au nom de la demanderesse. Cette torche comporte essentiellement un corps de torche dont l'intérieur est relié à une source de gaz plasmagène, une électrode logée à l'intérieur de ce corps et reliée électriquement à un conducteur d'alimentation électrique, et une tuyère de sortie du plasma montée en regard et à distance de l'électro-de, et percée d'un orifice pour la sortie du plasma~
Elle comporte de plus une jupe amovible annulaire, soiidarisée avec le corps de torche, et présentant au moins un siège pour la tuyère qui est montée à
coulissement libre dans la jupe et appliquee sur son siège uniquement sous l'e~fet d'une force élastique.
Selon un mode préférentiel de realisation, la force élastique qui applique la tuyère sur son siège est la pression du gaz plasmagène.
La torche de coupage ou soudage à plasma décrite dans les deux demandes de brevet ci-dessus référencees donne entièrement satisfaction. Toute-fois, on a constaté que la torche décrite dans la demande francaise 84.05.286 publiée sous le numéro

2.562.748 pouvait encore être améliorée dans certaines applications.
On a en effet constaté que cette torche avec sa structure démontable électrode, tuyère et jupe, pouvait engendrer parfois des erreurs de montage. Ainsi, on a constaté, qu'il était possible de monter la jupe et l'électrode en oubliant de monter simultanément la tuyère.
Par ailleurs, la tuyère devant être introduite par l'orifice interne de la jupe dont le -diamètre extérieur est celui du diametre interne 5~cj~3~2~ ~ ~

du corps de torche, ceci conduisait à une tuyère de petites dimensions, e-t par conséquent, à un diamètre d'électrode reduit, puisque celle-ci doit penetrer partiellement à l'interieur de la -tuyère. Dans ces conditions, on a constate que pour certaines applica-tions, il etait difficile d'assurer un refroidisse-ment efficace des pièces telles que l'electrode et la tuyère, ayant des dimensions aussi limitees.
La torche selon l'invention permet de resoudre le problème ainsi pose. L'objet de l'invention est la realisation d1une cartouche non démontable constituée d'au moins la jupe et la tuyère, adaptable au corps de la torche.
Selon l'invention, la torche comporte une jupe annulaire solidarisée avec le corps de torche et comportant d'une part, au moins un siège et d'autre part une butée arrière pour la - 2a -.

~ ~2CJ~2~

tuyère qui est montée à coulissement libre dans la jupe, entre le siège et la butee arrière, et appliquée sur son siège uniquement sous l'effet d'une force elastique.
De préference, la jupe en matière isolante electriquement, est solidaire dans sa partie tournée vers le corps de torche, d'un premier manchon conducteur vissé dans un element conducteur du corps de torche, dont la partie inferieure, tournée vers la tuyère constitue la butée arrière de celle-ci.
Selon un mode preferentiel de realisation, la torche est caractérisee en ce que le premier manchon conducteur comporte sur sa face interieure un epaulement constituant le siège pour positionner l'electrode.
Selon un autre mode de realisation, la jupe dans sa partie tournee vers la tuyère sera solidaire d'un second manchon métallique dispose à l'intérieur de ladite jupe et dans lequel est monté à coulissement la tuyère, la partie supérieure dudit second manchon constituant le siège de la tuyère.
Selon une première variante de realisation, l'electrode sera démontable. Ceci permet de surveiller l'evolution de l'usure de l'electrode et de remplacer ainsi independamment l'electrode et la cartouche contenant la tuyère.
Selon une seconde variante de realisation, l'electrode sera rendue solidaire de la jupe, l'ensemble jupe tuyère et electrode formant ainsi une cartouche non demontable.
Dans les deux cas, la cartouche selon l'invention permet d'une part d'éviter les erreurs de montage (il n'est plus possible d'oublier la tuyère qui est toujours solidaire de la jupe) et d'autre part pour un diamètre du filetage du corps de torche identique, l'electrode et la tuyère ont des dimensions sensiblement plus importantes que dans le cas ~i0~'2~

decrit dans le brevet fran,cais publie sous le no. 2 562 748, ou electrode et tuyère sont demontables.
L'invention sera mieux comprise a l'aide des exemples de realisation suivants, donnes a titre non limitatif, conjointement avec les figures qui representent:
- la figure 1 est une vue en coupe axiale des differents elements constitutifs de la torche selon l'invention,,le corps et la cartouche etant demontes;

- 3a -30Z~i - la figure 2 est une variante préférentielle ~e realisation de la c3rtouche ;llustrée sur la figure 1.
Sur la figure 1, est représentee une vue en coupe a'une torche selon l'invention. Elle est constituee essentiellement d'un corps de s torche 1 et d'une cartouche 60. Le corps oe torche 1 oGmprend une partie oentrale en forme de cloche 5 et un prolongement lateral tubulaire 6 termine par un raccord 7, la partie centrale 5 en forme de cloche et le prol gement lat~ral tubulaire 6 etant en matiere isolante - electriqu~nt. Sur le raccord 7, ~ ~enture externe, est emboît~e ~ force une canalisation souple et isolante electriquement 8 d'arrivee d'un ga7 plasmagene, cette canalisation 8 etant maintenue sur le rzccord 7 par un manchon coaxial externe 9. Le prolongem.ent lateral tubula're 6 ~u corps de torche 1 est t~averse p æ un oonduit dans leGuei est l~gé un tube 11 en matiaxe conductrice electriquement~ Ce tube de~ouche à son ~Ytr~ite ex~2rne, dans la ga~ne isolante 8 et il est prolonge longitudinale ~nt ~
cet endroit à l'int~rieur de la ga~ne 8, par une partie de sa peripherie constituant une patte 12 repliee tr~nsversale~ent sur elle-m~e et assurant le maIntien par sertissage ~e l'~xtr~mit~ d'un conduc~e~r d'alimentat~on electrique 13 loge dans la canalisaticn 8.
La partie 5 en forme de cloche ou corps ~e`torche 1 presente un cavite cen.rale 14 fenmee à sa par-ie su~erieure et s'ouvl~nt vers le b2s. Dans cette cavite 14 est loge un capuchon ~étallique 15 à pQIOi late'rale cylindrique 15a d2ns laquelle est perce un trou où est engagee . l'extremit~ interne a ~ un tu~e conducteur 11 trave_san~ le prolQng~nt lat~ral 6. Ce tu~e conducteur 11 est avcmtageusement fixe au ca~uchon metallique 15 par so~dage. Par ailleurs, la paroi la~erale cylin~rique 15a du manc~ metallique 15 pres~te ~n araudage lSb sur sa partie extrê~e im~rieure s'ete ~ t en-dessous du trau où est fixe~ l~extr~mite du tuke conducteur 11. Cette p2roi latérale l5a pourvue du tara~dage lSb s'arrête à une certaine distance de l'extr~mite inferieure 5a oe la p2rtie 5 ~n forme de c~oche.
La cartouche amcvible 60 est essentiellement constitue~ de trois elements, l'electro~e 21 la tuy~re 3 et la jupe 4. Cette derniere ccmporte une en~elcppe 16 en mati~re isolante de forme annulair2 ~ par exemple tronconique, ~ coni~ite ~irige~ vers le ~as. L'e~veloppe 16 est surmoulee slr un manchon me~ ;Gue inferieur 18 porte-tuy~re et sur un mQnchon ~etallique superieur 17 porte-~lectrode, ce manchon 17 for-ant une pièce unique avec l'el ~ e 2. Ce manchon cyl.indrique 18 joue le r~le du siege sur le~uel la tuyere 3 vlent s'appuyer en 18b. Pour cela, cette tuyère, de forme sensiblement cylindrique de diam~tre exterieur ~gal au diametre interieur du manchon 18, au jeu pres, CC~DOrte un rebcrd annul~;re 51 dans sa p2rtie suFerieure qui vient prendre appui sur le siè~e 18b. La tu~ère 3 ~e termine par une calotte ~1 de forme se~siblenent spherique, mais pl~s épaisse en son centre que dans sa partie péripherique. La tu~ere 3 est delimitee par une surfaoe lat~rale interne 33, égale~ent cylindrique, rejoignant la surface interne sensiblement s herioue de la calotte 31. Celle-ci est percee de part en part d'un trou axial 34 pour le passage du gaz plasmas~ne.
L'électrole 2 solid2ire ~u manchon superieur 17, presente sur sa p2rtie extrême superieure, un filet2ge 2} destine ~ être vissé dans le taraudage 15b du cæpuchon 15 du corps de torche 1. Le mQnchon su¢eri~ur 17 de diamètre e se prolonge par le corps d'electrode propr~ment dit 61, de forme se.~s~bl~er.t cylindrique, mais de diamèt~e nettement inférieur à
e. L'électrode metallique 2 présente un alésase axial borgne 22 ouvert vers le haut, c'est-~-dire vers l'intérieur au corps de torch~ 1.
Sensible~ent à mi-hauteur, est disposee au moins une ouver~ure 26, penmettant le passage du gaz plasmagène de L'interieur de l'electrcde par llalesage korgne 22 vers la tNyère 3. De preference, la ou les ouvertures 26 sont orientees tangentiellement par rapport ~ l'electrode 2, de nani~re ~ creer un vort~x de gaz plas~agène dans l'espace 19 et ju5qu~2u canal 34. Dans la partie centrale de la p2roi fron~ale inferieure 27 relativen~nt épaisse de l'electrode 2, est logé axialement un insert 2~, par exe~ple en zirconium, favorisant l'am~rsage de l'arc. L'electrode ~
c~¢orte egale~ t un insert cylindrique 64 monte c ~ ement d2rs l'alesage borgne 22 laissant un p2ssage 66 entre son extremite inferie~re et le fond de l'alesage ~orgne 2~, d'une part, ainsi qu'entre sa paroi ext~rieure 65 et la paroi de l'alesage borgne 22, ~e m2niere ~ permettre la circulation du gaz plasmagène.
Qn notEra que le diam~tre e du manc~n 17 et de l'alesage intErnR de l'e~veloppe 16 au niveau du manchon 17 es. s~erieur ou égal au jeu pr~s, au diametre extérieur c du rebord annulaire 51 de la ~Nyere

3.
Lors du montage de la cartouche 60, an i~troduit tout d'a~ord le n~nchon 18 ~ l'enveloFpe 16. On vient ensui~e rap$orter l'electrcde ~2;~0~

2 dans l'envelcppe 16, en solidarisant le manchon su~erieur 17 de l'electrode 2 a~ec la partie superieure de l'envelcppe 16.
Lorsque la torche ~ plasma est assemblee, le manchon superieur 17 de la jupe amov~ble 4 est visse par son filetage 21 dans le taraudage 15b du capuchon 15 du corps de torche 1. La distance entre les ~eux sieges 118b et 18b est au mDins egale ~ la distance nécess ire au cculissenY~t de la tuyere 3 dans le manchon inferieur 18 Fcur venir en contact avec l'electrcde 2 et prcvcouer l'amorçage d'un arc entre 1'electrode 2 et la tuyère 3. Le gaz plasmagene ~voye oans la ~analisation isolante 8, penètre à 1'interieur de la torche et s'écoule dans le tube-ll s'etendant à travers le prolongement lateral ~ du corps de torche 1. Il passe ensuite ~ l'int~rieur du capuchon 15 puis il s'eccule longitudinale~ent vers le bas dans l'alésage 22 de l'elec,rcde 2 d~ns l'insert 64. Au passage, ;1 refroidit la paroi frontale inférieu-e 27 de l'électrode 2. Puis il remont~ entre la pæ oi e ~ rieure de l'insert 64 et la paroi interieure de l'alésage 22 ~e l'électrdoe 2 et il s~rt ~e celle-ci t~ngentielle$ent par les ouvertures 26 pour passer d~e part dans l'espace delimite p2r l'extr~mité de l'electrode 2 et lz tuyè~e 3 puis à travers~l~ trou axial 34 et d'autre Fart dans les canAl;sations l~trales ~2 et 53 (figure 2) entre le manchon inerieur 18 et l'envelcepe 16 de la jupe 4~ LRS ~eux courants de gaz ainsi cré~s ont un d~bit se~sible~ent different. Le premier entre l'electrcde et 1~ tuyare represente de 10 ~ 20 % du d~bit d'alimentation et ~or. de cette tuyère axialement ~ travers le trou 34, pour former le plasma. Le second courant correspond à l'excedent de gaz (de 80 ~ 90 ~ du d~bit d'alimentation) et s'ecoule dans les di~ferents canaux tels que 52 et 53 (figure ~) pcur sortir de la torche sous la forme d'une pluralit~ de jets en~çur2n' le - jet central formant le plasmaO Dans cer~a~es a~plicaticns, les prcportions relatives du ~ er et du seoond courant pourron~ être sens~blement differ~tes. ~e preference, ces proportions varieront de 1/1 }/10.
Le courant electrique est ~m~ à l'elec~rcde 2 par la l;aiso~
~lec*rique assuree ~ntre le manchon ~ ieur conducteur 17 et le capuchon metallique 15 au~uel est soud~ le tube 11~
En fonctionnement, lorsgue le ~az sous pression est fcurni à la torche suivant l' invention, la tuyere 3 est plaquee sur son si~ge 18}:~
uniqu~nent sous l'effet de la pression ~u gaz.

T~ figure 2 représente une v æia~te pr~f~rentielle de realisation de la cartouche de la figure 1, variante dans laquelle les mêmes ele~ents que ceux de la figure 1 portent les nemes references. Sur cette figure 2, l'electrcde 2 est amovible : la tuyere 3, l'envelGppe 16 de la jupe 4, ~in~i cue la manchon 18 sont solidaires les uns des autres.
Pour rendre cette c~rtouche indemontable et eviter ainsi de perdre la tuyère 3, l'envelo~pe 16 ccmporte un alesag2 m~erne superieur de diamètre e, su~érieur ou égal au diamètre c de la tuyere 3. ~près intrcdhc~ion de celle-ci, cn vient loger à ltinterieur de l'enveloppe 16 0 le m2r.chon suDerieur 17, ccmportant un alésage in~erne 24 de diamètre b inferieur au diamètre c. ~e cette manière, et en l'absence de l'électrod~
2, le deplacement de 1~ tuyere 3 est limite par l'epaulemen~ 118b sit~e sur la partie inferieure du manchon 17. La distance e~tre les manchons inférieur 18 e~ sucerieur 17 est telle que, lors du retour~em~nt de la cartouche, l'epauleDY~nt 51 vient en butee contre l'epaule~ent 118b. Ceci mtæ~dit à la tuyère 3 de s2rtir complètement de son nanchcn de ~culissem~t et ~e guidage 18.
Le m2nG~on sucerieur 17 cc~porte sur sa partie ~ ieure un alesage delimitant une port~e circulaire 17c servant de butee à
1'e~aulement cylindrioue 23 de l'electrode 2. Lorsque celle-ci est en position, sa ~ ie inferieure a sensiblement la me^me Fasition que 12 partie corresFcndante ce l'electrode de la caltcuche de 12 figure 1.
Dans cette seccnde variante, 17electrode est demont~ble, ce qui permet de verifier l'etat de l'electrode et eventuelle~ent de changer celle-ci sans changement de tuyere, ou vice versa.
Bie~ entendu, les canalisa~ions laterales 52, 53 peuvent prendre dif~erentes formes et orientations. ~n particulier, elles peuvent êt~e orientses radial~E~nt.

Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Torche de soudage et de coupage à plasma compor-tant un corps de torche dont l'intérieur est relie à une source de gaz plasmagène, une électrode logée à l'intérieur de ce corps et reliée électriquement à un conducteur d'alimen-tation électrique, et une tuyère de sortie du plasma montée en regard et à distance de l'électrode et percée d'un orifice pour la sortie du plasma, caractérisée en ce qu'elle comporte une jupe annulaire solidarisée avec le corps de torche et comportant d'une part au moins un siège et d'autre part une butée arrière pour la tuyère qui est montée à coulissement libre, dans la jupe, entre le siège et la butée arrière, et appliquée sur son siège uniquement sous l'effet d'une force élastique.

2. Torche de soudage ou de coupage à plasma selon la revendication 1, caractérisée en ce que la jupe en matière isolante électriquement, est solidaire dans sa partie tournée vers le corps de torche d'un premier manchon conducteur vissé dans un élément conducteur du corps de torche et dont la partie inférieure, tournée vers la tuyère, constitue la butée arrière de celle-ci.

3. Torche de soudage ou de coupage plasma selon la revendication 1, caractérisée en ce que la jupe, dans sa partie tournée vers la tuyère, est solidaire d'un second manchon métallique disposé à l'intérieur de ladite jupe, et dans lequel est montée à coulissement la tuyère, la partie supérieure dudit second manchon constituant ledit siège de la tuyère.

4. Torche de soudage ou de coupage plasma selon la revendication 2, caractérisée en ce que la jupe, dans sa partie tournée vers la tuyère, est solidaire d'un second manchon métallique dispose à l'intérieur de ladite jupe, et dans lequel est montée à coulissement la tuyère, la partie supérieure dudit second manchon constituant ledit siège de la tuyère.

5. Torche de soudage ou de coupage plasma selon la revendication 2, caractérisée en ce que le premier manchon conducteur comporte sur sa face interne un épaulement consti-tuant le siège de l'électrode.

6. Torche de soudage ou de coupage plasma selon la revendication 3, caractérisée en ce que le premier manchon conducteur comporte sur sa face interne un épaulement consti-tuant le siège de l'électrode.

7. Torche de soudage ou de coupage plasma selon la revendication 1, caractérisée en ce que la jupe et la tuyère sont assemblées sous forme d'une cartouche non démonta-ble.

8. Torche de soudage ou de coupage plasma selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la jupe et la tuyère sont assemblées sous forme d'une cartouche non démontable.

9. Torche de soudage ou de coupage plasma selon les revendications 5 ou 5, caractérisée en ce que la jupe et la tuyère sont assemblées sous forme d'une cartouche non démontable.

10. Torche de soudage ou de coupage plasma selon la revendication 7, caractérisée en ce que la jupe, la tuyère et l'électrode sont assemblées sous forme d'une cartouche non demontable.