Torche de soudure à l'arc électrique La présente invention a pour objet une torche de soudure à l'arc électrique.
Le but de l'invention est de fournir une torche susceptible d'être utilisée dans un procédé de soudure de tubes bout à bout, sous écran de gaz inerte, par un arc électrique qui jaillit entre les surfaces inté rieures des tubes et une électrode disposée dans les tubes et tournant dans ces derniers, de manière à effectuer la soudure progressivement. Cette soudure est assurée seulement par fusion, c'est-à-dire sans emploi d'une électrode consumable, d'une baguette d'apport ou d'un autre moyen semblable.
La torche faisant l'objet de la présente invention est caractérisée en ce qu'elle comprend un corps dans lequel est logée une pièce tubulaire constituée en une matière électriquement isolante et résistant à la cha leur, cette pièce s'étendant en dehors du corps et présentant une extrémité extérieure fermée et une ouverture latérale ménagée dans sa paroi près de son extrémité extérieure, une électrode non consu- mable disposée dans la pièce tubulaire,
fixée dans un organe de support et constituée par une aiguille disposée le long de l'axe de la pièce tubulaire et dont l'extrémité libre est déviée latéralement à distance dudit axe pour former une pointe se trouvant dans le voisinage de ladite ouverture, des moyens pour envoyer un gaz inerte à travers ledit organe de sup port et la pièce tubulaire jusqu'à ladite ouverture, et un mécanisme d'entraînement agencé de manière à faire tourner l'électrode autour dudit axe de ma nière que sa pointe décrive une trajectoire circulaire centrée sur ledit axe.
Cette torche peut comprendre des moyens de refroidissement et une isolation électrique.
Une telle torche est spécialement utile dans la construction d'échangeurs de chaleur comprenant un collecteur épais (par exemple de 25,4 mm ou plus) auquel sont soudes de nombreux tubes à paroi mince (par exemple de 3,2 mm ou moins) et de faible dia mètre (par- exemple de 2.5,4 mm ou moins).
Cette soudure présente une difficulté spéciale due à l'effet thermique produit par la différence des mas ses des parties à joindre, et l'on peut résoudre cette difficulté en utilisant un tronçon tubulaire dont l'alé sage est la continuation d'un trou percé dans le col lecteur et dont l'épaisseur n'est pas inférieure à celle de la paroi du tube, puis à souder l'extrémité du tube audit tronçon par une soudure intérieure effectuée en insérant l'électrode à travers le trou du collecteur.
La torche selon l'invention peut être utilisée d'une manière générale pour la soudure de tubes bout à bout, quel que soit l'usage ultime de ces tubes, mais elle est particulièrement utile pour la soudure de tubes de faible diamètre intérieur par suite du refroidissement efficace assuré par le gaz inerte et de la bonne isolation existant entre l'élec trode amenant le courant et les parties mises à la terre.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la torche objet de l'inven tion.
La fig. 1 en est une coupe longitudinale.
La fig. 2 est une coupe selon II-Il de la fig. 1. La fig. 1 montre en coupe un collecteur H des tiné à recevoir un certain nombre de tubes rappro chés, présentant un faible diamètre et une faible épaisseur comparativement à l'épaisseur du collec teur. Les tubes peuvent avoir, par exemple, un dia mètre de 9,5 mm et une épaisseur de paroi de 1,6 mm, tandis que le collecteur a une épaisseur de 25,4 mm.
Il est avantageux de munir le collecteur d'un tronçon tubulaire S auquel on soude bout à bout le tube T plus long. La soudure est effectuée au niveau du joint J par fusion, ce qui implique que les extrémités du tronçon S et du tube T soient jointes par pure fusion du métal constituant ces éléments sans addition de métal provenant, par exemple, d'une électrode con- sumable, d'une baguette d'apport ou de tout autre moyen.
La torche 1, destinée à effectuer la soudure, est insérée dans le tronçon S et le tube T alignés, la soudure étant faite dans une atmosphère inerte, par exemple dans de l'argon envoyé à travers, la torche.
La torche comprend une électrode 10 sous forme d'une aiguille de tungstène d'environ 0,8 mm de dia mètre, disposée le long de l'axe d'une pièce tubulaire 12 en céramique d'un diamètre interne d'environ 4,0 mm. L'extrémité de l'électrode 10 est déviée laté ralement à distance de l'axe de la pièce tubulaire pour former une pointe 14 disposée en face d'une ouverture 16 de la pièce 12 d'un diamètre d'environ 4,75 mm et proche de l'extrémité extérieure de cette pièce tubulaire 12 contenant l'électrode.
La pièce 12 est portée par une monture 18 qui comprend un manchon 20 qui s'ajuste dans le trou de la paroi du collecteur et dans l'alésage du tronçon tubulaire S. Quand le manchon est en place, l'élec trode est disposée de telle manière que sa pointe 14 est située en regard des extrémités du tube T et du tronçon S à joindre. La pièce tubulaire 12 est sup portée dans le tronçon S par un collier 17 qui main tient l'électrode 10 exactement le long de l'axe du tube et du tronçon alignés afin que, lors de la rota tion de l'électrode, qui sera expliquée plus loin, la longueur de l'arc qui jaillit entre la pointe de l'élec trode et la surface interne des éléments à souder reste constante.
La rotation de l'électrode est assurée par un mécanisme d'entraînement disposé dans le corps même de la torche et comprenant une roue hélicoï dale 19 et une vis sans fin 24 qui sont entraînées par un moteur non représenté et par l'intermédiaire d'un câble souple 25.
La roue 19 est faite d'une matière isolante et est vissée sur un manchon fileté 13 d'acier inoxydable qui est fretté sur la pièce tubulaire 12. La roue 19 comprend une douille 23 qui se loge sur la pièce tubulaire 12 et dans le manchon 20. La pièce 12 et le manchon 20 sont ainsi maintenus alignés axia- lement.
La roue hélicoïdale 19 comprend également un prolongement arrière 22 qui se loge dans un trou d'un capuchon d'extrémité 26 vissé dans la monture 18. Le prolongement 22 est fileté intérieurement pour recevoir un bloc de laiton 28 qui porte l'électrode 10. Un conducteur électrique 32 est connecté à un anneau 33 qui s'ajuste sur l'extrémité 34 de diamètre réduit du bloc 28 où il est maintenu en place par une vis 29.
Le conducteur 32 passe dans un tube 30 qui peut être connecté à une source de gaz inerte. Le bloc 28 présente une rainure longitudinale 31, de sorte que le gaz passant à travers le tube 30 peut pénétrer dans la pièce tubulaire 12 et quitter cette dernière à travers l'ouverture 16 dans la zone où doit jaillir l'arc.
Pour joindre le tronçon S et le tube T, la torche est placée dans la position représentée. Un courant à haute fréquence est envoyé dans le conducteur 32 et l'électrode 10, de sorte que l'arc jaillit entre la pointe 14 de l'électrode et l'intérieur des éléments S et T dans le voisinage du joint J. Ensuite, le courant continu de soudure est envoyé dans le conducteur 32 et, quand la profondeur de pénétration désirée est atteinte, l'électrode est mise en rotation afin que la soudure s'effectue progressivement autour du joint.
Il est évident que toutes les précautions habituel les dans la soudure doivent être prises. Les deux éléments S et T doivent être soigneusement disposés bout à bout avant la soudure de manière à éviter des interstices qui peuvent entraîner la production d'une soudure peu satisfaisante. Il est avantageux de main tenir ensemble le tronçon S et le tube T par une sou dure par points qui peut être effectuée depuis l'exté rieur. Pour éviter une piqûre du métal quand l'arc est rompu à la fin de la soudure, il est avantageux d'utiliser un dispositif d'extinction du courant.
L'extérieur du joint J peut être protégé utilement contre l'oxydation pendant la soudure par tout pro cédé connu, par exemple en utilisant un écran trans parent limitant un espace dans lequel du gaz inerte est envoyé.
Il est avantageux de faire tourner l'électrode d'un peu plus d'un tour avant d'éteindre l'arc.
Le gaz inerte peut être maintenu ordinairement pendant 30 secondes après l'achèvement de la sou dure, de manière à refroidir le métal au-dessous de la température correspondant au rouge, afin d'éviter tout risque d'oxydation.
Les caractéristiques d'une opération de soudure pour des tubes d'un diamètre intérieur de 9,5 mm en acier contenant 1 % de chrome et 0,5 0/o de molybdène sont les suivantes tension à circuit ouvert : 70 volts ; tension de soudure : 10 à 12 volts ; courant de soudure : 35 ampères ; courant d'argon dans la torche au moins 5 litres/min. ; courant d'argon dans l'écran : 1 litre/min. ; temps de soudure : 25 s ; période d'extinction de l'apport au cratère : 3,5 s. La suite des opérations de soudure peut être assurée complètement automatiquement au moyen d'un panneau de commande dont le programme peut être déterminé après douze essais de soudure environ avec la soudure particulière et le matériel utilisés.
Au lieu d'utiliser des tronçons tubulaires courts soudés par leur extrémité au collecteur, il est possi ble d'utiliser des tronçons courts qui constituent une partie intégrante du collecteur et qui sont formés en taillant une rainure annulaire autour de chaque trou. Les tubes peuvent être alors soudés à ces tronçons de la manière décrite plus haut.