La présente invention concerne un ensemble formé d'une torche de soudage à l'arc avec électrode non fusible coopérant avec un bloc de raccordement fixé lui-même à un banc ou un bras de soudage, de manière à pouvoir être aisément et rapidement solidarisée ou désolidarisée du bloc de raccordement, et son utilisation en soudage TIG ou plasma. Les torches de soudage TIG ou plasma automatiques existantes sont généralement formées d'un corps en un seul tenant avec un faisceau d'alimentation électrique et un circuit de refroidissement interne, raccordés à un boîtier de commande. Lorsqu'une opération de maintenance de la torche est nécessaire, en particulier un remplacement de l'électrode, de la tuyère, du canon de centrage, d'un joint d'étanchéité..., la torche est immobilisée pour être démontée et l'opération de soudage est alors interrompue, ce qui nuit à la productivité globale du procédé de soudage. Pour certains modèles de torches robotiques, il existe des systèmes de raccordement rapide de la torche qui permettent un raccordement de la torche à un boîtier de connexion qui est fixé à un bras du robot ou analogue. Dans ce cas, la torche comprend une platine avec des pions pour l'écoulement du liquide de refroidissement et de gaz, une bague filetée qui permet de plaquer cette platine sur le boîtier de connexion. Pour solidariser le boîtier de connexion et la torche, il convient de visser cette bague jusqu'au plaquage de la platine. Un tel système permet donc un montage assez rapide de la torche mais il ne facilite pas le démontage étant donné que la bague ne vient qu'assurer le placage de la platine et du boîtier. Le document US-A-6,080,955 enseigne un système en deux parties formé d'une torche et d'une partie connectique qui permet un montage et un démontage d'une torche plasma. Toutefois, le système de fixation proposé ne permet pas un montage et démontage facile, et ne permet pas non plus une automatisation de la fonction montage/démontage. En effet, pour retirer la torche, il faut nécessairement une intervention humaine pour desserrer la bague de serrage. On comprend donc que les systèmes existants ont comme défauts majeurs : - soit de nécessiter une immobilisation totale de l'installation lors des changements de pièces consommables (électrode, tuyère..), en vue de pouvoir réaliser un démontage complet de la torche et de son faisceau lors des changements de torches. Cela engendre une perte importante de productivité. - soit de nécessiter un effort manuel important de la part d'un opérateur pour désolidariser les deux ensembles et ce, compte tenu notamment l'écrasement des joints toriques qui assurent l'étanchéité entre les deux parties de l'ensemble. The present invention relates to an assembly formed of an arc welding torch with a non-fusible electrode cooperating with a connection block itself fixed to a bench or a welding arm, so that it can be easily and rapidly secured to or disconnected from the connection block, and its use in TIG or plasma welding. Existing automatic TIG or plasma welding torches are generally formed of a one-piece body with a power supply harness and an internal cooling circuit, connected to a control box. When a maintenance operation of the torch is necessary, in particular a replacement of the electrode, the nozzle, the centering gun, a seal ..., the torch is immobilized to be disassembled and the welding operation is then interrupted, which affects the overall productivity of the welding process. For some models of robotic torches, there are quick torch connection systems that allow a connection of the torch to a connection box that is attached to an arm of the robot or the like. In this case, the torch comprises a plate with pins for the flow of coolant and gas, a threaded ring which allows to press this plate on the connection box. To secure the connection box and the torch, it is necessary to screw this ring until the plate is plated. Such a system therefore allows a fairly fast mounting of the torch but it does not facilitate disassembly since the ring only ensures the plating of the plate and the housing. US-A-6,080,955 teaches a two-part system consisting of a torch and a connector portion that allows mounting and disassembly of a plasma torch. However, the proposed fastening system does not allow easy assembly and disassembly, nor does it allow automation of the assembly / disassembly function. Indeed, to remove the torch, it necessarily requires human intervention to loosen the clamping ring. It is therefore understood that the existing systems have as major defects: - either to require a total immobilization of the installation during the changes of consumable parts (electrode, nozzle ..), in order to achieve a complete disassembly of the torch and its beam during torch changes. This causes a significant loss of productivity. - Or to require a significant manual effort on the part of an operator to separate the two sets and this, especially given the crushing of the O-rings that seal between the two parts of the whole.
Aucun système de torche existant n'est donc idéal. Le problème à résoudre est donc d'améliorer les systèmes existants et/ou de proposer un ensemble permettant un montage et un démontage, manuel ou motorisé, aisé et rapide de la torche de soudage afin de faciliter le changement de consommables, tels les joints toriques, le canon de centrage, la ou les tuyères, l'électrode...40 La solution de l'invention est alors ensemble formé d'une torche coopérant avec un bloc de raccordement, ladite torche pouvant être solidarisée au ou désolidarisée dudit bloc de raccordement, dans lequel : - la torche comprend un corps de torche avec une paroi périphérique externe 5 comprenant en outre : . un circuit de refroidissement interne pour acheminer un liquide de refroidissement au sein du corps de torche entre un orifice d'entrée et un orifice de sortie d'eau, lesdits orifices d'entrée et de sortie d'eau étant portés par des premiers pions munis de moyens d'étanchéité, 10 . au moins une canalisation interne d'amenée de gaz pour acheminer du gaz au sein du corps de torche entre un orifice d'entrée de gaz et une chambre plasmagène située autour d'une électrode non fusible, chaque orifice d'entrée de gaz étant porté par un deuxième pion muni de moyens d'étanchéité, . un circuit électrique interne pour acheminer un courant électrique au sein du 15 corps et alimenter l'électrode non fusible en ledit courant, le circuit électrique comprenant un premier et un second connecteur électrique, . et dans lequel les premiers et deuxième pions et les connecteurs électriques étant agencées au niveau de la paroi périphérique externe du corps de manière à faire saillie vers l'extérieur par rapport à ladite paroi périphérique externe, et 20 - le bloc de raccordement avec une face avant et comprend : . une ligne interne d'amenée de liquide de refroidissement, une ligne interne d'évacuation de liquide de refroidissement et au moins une ligne interne d'amenée de gaz, lesdites lignes étant conformées, au niveau de la face avant du bloc, pour recevoir de manière étanche les premiers et deuxième pions de la torche et assurer ainsi une continuité fluidique entre 25 le bloc et la torche, et . au moins deux lignes électriques comprenant chacune un élément de connexion, au niveau de la face avant du bloc, chaque élément de connexion étant apte à et conçu pour assurer une connexion électrique avec les premier et second connecteurs électriques de la torche. Selon le cas, l'ensemble de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des 30 caractéristiques techniques suivantes : - le corps de la torche a une forme générale cylindro-tronconique. - les moyens d'étanchéité comprennent un ou plusieurs joints, en particulier des joints toriques. - le corps de la torche comprend plusieurs canalisations internes d'amenée de gaz pour 35 acheminer du gaz au sein du corps de torche depuis des orifices d'entrée de gaz, chaque orifice d'entrée de gaz étant porté par un deuxième pion. - les connecteurs électriques sont des pions fendus. - le circuit de refroidissement interne et la ou les canalisations internes d'amenée de gaz du corps de torche ont un diamètre de passage de fluide égal ou quasi-égal au diamètre des lignes 40 internes d'amenée de liquide de refroidissement et d'évacuation de liquide de refroidissement et de la ou des lignes internes d'amenée de gaz du bloc auxquelles ils sont raccordés via les premiers et deuxième pions. - l'axe longitudinal des premiers et deuxièmes pions est perpendiculaire ou quasi-perpendiculaire à l'axe de l'électrode. - la torche est maintenue solidaire du bloc au moyen d'au moins un élément à vis comprenant des butées de serrage et desserrage. - la paroi périphérique du corps de la torche est surmontée d'une paroi supérieure au sein de laquelle est aménagée une ouverture permettant d'extraire l'électrode, de préférence l'ouverture est normalement obturée par un couvercle. No existing torch system is ideal. The problem to be solved is therefore to improve the existing systems and / or to propose an assembly allowing a manual or easy, quick and easy assembly and disassembly of the welding torch in order to facilitate the change of consumables, such as the O-rings. , the centering gun, the nozzle or nozzles, the electrode ... The solution of the invention is then together formed of a torch cooperating with a connection block, said torch being able to be secured to or disengaged from said block of connection, wherein: - the torch comprises a torch body with an outer peripheral wall 5 further comprising: an internal cooling circuit for conveying coolant within the torch body between an inlet port and a water outlet port, said inlet and outlet water ports being carried by first fitted pins sealing means, 10. at least one internal gas supply pipe for conveying gas within the torch body between a gas inlet port and a plasmagene chamber located around a non-fuse electrode, each gas inlet port being carried by a second pin provided with sealing means, an internal electrical circuit for conducting an electric current within the body and supplying the non-fusible electrode with said current, the electrical circuit comprising a first and a second electrical connector, and wherein the first and second pins and electrical connectors are arranged at the outer peripheral wall of the body so as to protrude outwardly with respect to said outer peripheral wall, and the connecting block with one face before and includes: an internal coolant supply line, an internal coolant discharge line and at least one internal gas supply line, said lines being shaped at the front face of the block to receive sealing the first and second pins of the torch and thereby ensuring fluidic continuity between the block and the torch, and. at least two electrical lines each comprising a connection element, at the front face of the block, each connection element being adapted to and designed to provide electrical connection with the first and second electrical connectors of the torch. As the case may be, the whole of the invention may comprise one or more of the following technical characteristics: the body of the torch has a generally cylindro-frustoconical shape. the sealing means comprise one or more seals, in particular O-rings. the torch body comprises a plurality of internal gas supply lines for conveying gas within the torch body from gas inlet ports, each gas inlet port being carried by a second pin. - The electrical connectors are split pins. the internal cooling circuit and the internal gas supply duct or ducts of the torch body have a fluid passage diameter equal to or almost equal to the diameter of the internal lines for supplying coolant and evacuation liquid; coolant and the internal gas supply line or lines of the block to which they are connected via the first and second pins. the longitudinal axis of the first and second pins is perpendicular or quasi-perpendicular to the axis of the electrode. - The torch is held integral with the block by means of at least one screw element comprising clamping and loosening abutments. - The peripheral wall of the body of the torch is surmounted by an upper wall within which is arranged an opening for extracting the electrode, preferably the opening is normally closed by a cover.
Par ailleurs, l'invention concerne aussi un procédé de soudage à l'arc TIG ou plasma mettant en oeuvre un ensemble de torche selon l'invention. Un avantage important de la solution selon l'invention est qu'elle permet de réduire le temps d'immobilisation d'une machine grâce à un changement rapide de la torche de soudage lors de travaux d'entretien. En particulier, le système de vissage permet de réduire l'effort à exercer pour désolidariser les deux parties grâce à l'utilisation d'une (ou plusieurs) vis à butées de serrage et desserrage. L'invention va être mieux comprise grâce à la description détaillée suivante faite en références aux figures annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 est un schéma (en vue de côté) d'une torche à plasma d'un ensemble selon la présente invention, - les Figures 2A et 2B sont des schémas illustratifs du principe de raccordement de la torche à plasma de la Figure 1 sur un bloc de raccordement, - la Figure 3 représente une vue en coupe d'un ensemble selon l'invention. La Figure 1 représente un mode de réalisation d'une torche 10 d'un ensemble selon l'invention comprenant ladite torche 10 et un bloc de raccordement 20 (cf. Fig. 2A et 2B) auquel vient se solidariser la torche 10. La torche 10 est formée d'une structure principale formant corps de torche 7 et comprenant une paroi périphérique externe 8 surmontée d'une paroi supérieure 9 formant plafond venant fermer le haut du corps 7. Cette paroi supérieure 9 comporte une ouverture donnant accès à l'électrode 16 située dans le corps 7 de torche de manière à pouvoir effectuer aisément un remplacement de ladite électrode lorsqu'elle est érodée par exemple. Ladite ouverture est normalement obturée par un couvercle 28 amovible. Le corps de torche 7 comprend en outre un circuit de refroidissement interne, c'est-à-dire une ou des conduits ou analogues, permettant d'acheminer un liquide de refroidissement, tel de l'eau, au sein du corps de torche entre un orifice d'entrée 11 et un orifice de sortie 12 d'eau portés par des premiers pions 1, 2 munis de moyens d'étanchéité, tels des joints toriques. De façon analogue, il comporte aussi une ou plusieurs canalisations internes d'amenée de gaz, c'est-à-dire des conduits ou analogues, permettant d'acheminer un gaz ou un mélange gazeux au sein du corps 7 de torche. L'alimentation des canalisations de gaz se fait par l'intermédiaire d'un ou plusieurs orifices d'entrée de gaz 13, 14 également portés par des deuxièmes pions 3, 4 muni de moyens d'étanchéité, tels des joints toriques. Les premiers et deuxièmes pions 1, 2, 3, 4 sont en fait des structures de forme globalement tubulaire faisant saillie, c'est-à-dire se projetant, vers l'extérieur du corps de torche 7 par rapport à la surface externe de la paroi périphérique externe 8 du corps 7, comme illustré en Figure 1. Les canalisations internes d'amenée de gaz servent à alimenter en gaz non seulement la chambre plasmagène 15 qui est située autour de l'électrode 16 non fusible, typiquement une électrode en tungstène à extrémité active pointue, c'est-à-dire la chambre 15 située entre l'électrode 16 et la tuyère interne 17, mais aussi à alimenter l'espace inter-tuyère 19 situé entre la tuyère interne 17 et la tuyère externe 18, comme détaillé en Figure 3. Le corps 7 comprend en outre un circuit électrique interne pour acheminer du courant électrique au sein du corps 7 et alimenter l'électrode 16 en courant et permettre ainsi la formation du jet de plasma. Furthermore, the invention also relates to a TIG or plasma arc welding process using a torch assembly according to the invention. An important advantage of the solution according to the invention is that it reduces the downtime of a machine through a quick change of the welding torch during maintenance work. In particular, the screwing system reduces the effort to exert to separate the two parts through the use of one (or more) screw clamping and loosening. The invention will be better understood from the following detailed description given with reference to the appended figures in which: FIG. 1 is a diagram (in side view) of a plasma torch of an assembly according to the present invention, FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating the principle of connection of the plasma torch of FIG. 1 to a connection block, FIG. 3 represents a sectional view of an assembly according to the invention. 1 represents an embodiment of a torch 10 of an assembly according to the invention comprising said torch 10 and a connection block 20 (see FIGS 2A and 2B) to which the torch 10 is secured. 10 is formed of a main structure forming a torch body 7 and comprising an outer peripheral wall 8 surmounted by a top wall 9 forming a cap which closes the top of the body 7. This upper wall 9 has an opening giving access to the electrode 16 located in the body 7 torch so as to easily perform a replacement of said electrode when eroded for example. Said opening is normally closed by a removable cover 28. The torch body 7 further comprises an internal cooling circuit, that is to say one or more conduits or the like, for conveying a cooling liquid, such as water, into the torch body between an inlet port 11 and a water outlet port 12 carried by first pins 1, 2 provided with sealing means, such as O-rings. Similarly, it also comprises one or more internal gas supply pipes, that is to say ducts or the like, for conveying a gas or a gas mixture within the body 7 torch. The supply of the gas pipes is via one or more gas inlet ports 13, 14 also carried by second pins 3, 4 provided with sealing means, such as O-rings. The first and second pins 1, 2, 3, 4 are in fact generally tubular shaped structures projecting, that is projecting, outwardly from the torch body 7 with respect to the outer surface of the torch. the outer peripheral wall 8 of the body 7, as illustrated in FIG. 1. The internal gas supply ducts serve to supply gas to not only the plasmagene chamber 15 which is located around the non-fusible electrode 16, typically an electrode tungsten with pointed active end, that is to say the chamber 15 located between the electrode 16 and the inner nozzle 17, but also to feed the inter-nozzle space 19 located between the inner nozzle 17 and the outer nozzle 18 , as detailed in FIG. 3. The body 7 furthermore comprises an internal electrical circuit for conveying electrical current within the body 7 and supplying the electrode 16 with current and thus enabling the plasma jet to be formed.
Le circuit électrique comprend un premier et un second connecteurs électriques 5, 6 qui sont également agencées au niveau de la paroi périphérique externe 8 du corps 7 de manière à faire saillie vers l'extérieur de la même manière que les premiers et deuxièmes pions 1, 2, 3, 4. De préférence, les premier et un second connecteurs électriques 5, 6 sont des pions fendus ou analogues. The electrical circuit comprises first and second electrical connectors 5, 6 which are also arranged at the level of the outer peripheral wall 8 of the body 7 so as to protrude outwards in the same manner as the first and second pins 1, 2, 3, 4. Preferably, the first and second electrical connectors 5, 6 are slit pins or the like.
Les premiers et deuxièmes pions 1, 2, 3, 4 et les connecteurs électriques 5, 6 peuvent avoir des extrémités légèrement chanfreinées ou arrondies pour faciliter leur insertion dans la face avant 21 du bloc de raccordement 20. Le bloc de raccordement 20 comporte par ailleurs une face arrière 22 venant elle-même se raccorder à une poutre (non montrée) comprenant le faisceau d'alimentation électrique, les entrées de gaz et liquide de refroidissement, et les sorties de liquide de refroidissement. En fait, bloc de raccordement 20 est traversé par une ligne interne d'amenée de liquide de refroidissement, une ligne interne d'évacuation de liquide de refroidissement et une ou plusieurs lignes interne d'amenée de gaz, par exemple deux lignes d'amenée de gaz dans le mode de réalisation des Figures 1 à 3. The first and second pins 1, 2, 3, 4 and the electrical connectors 5, 6 may have slightly chamfered or rounded ends to facilitate their insertion into the front face 21 of the connection block 20. The connection block 20 also comprises a rear face 22 itself connecting to a beam (not shown) comprising the power supply beam, the gas and coolant inlets, and the coolant outlets. In fact, connection block 20 is traversed by an internal coolant supply line, an internal cooling fluid discharge line and one or more internal gas supply lines, for example two supply lines. of gas in the embodiment of Figures 1 to 3.
Plus précisément, au niveau de la face avant 21 du bloc de raccordement 20, les lignes interne au bloc 20 sont conformées pour recevoir de manière étanche les premiers et deuxième pions 1, 2 ; 3, 4 de la torche 10 et assurer ainsi une continuité fluidique entre le bloc 20 et la torche 10. Pour se faire, on peut par exemple prévoir que les extrémités desdites lignes internes au bloc soient terminées par des logements ayant des dimensions et des formes aptes à et conçues pour recevoir les premiers et deuxième pions 1, 2 ; 3, 4 de la torche 10. De préférence, lesdits logements ont des formes et dimensions complémentaires desdits premiers et deuxième pions 1, 2 ; 3, 4 de la torche 10, de manière à ce que les premiers et deuxième pions 1, 2 ; 3, 4 de la torche 10 puissent venir s'insérer de manière étanche au sein desdits logements en assurant ainsi une continuité fluidique entre le bloc 20 et la torche 10. Les pions 1, 2 ; 3, 4 de la torche 10 permettent alors de garantir un écoulement sans pertes de charges significatives grâce à des sections de passage de fluide (gaz ou eau) identiques ou quasi identiques dans la torche 10 et le bloc 20 de raccordement. De même, le bloc 20 de raccordement est également traversé par au moins deux lignes électriques comprenant chacune un élément de connexion au niveau de la face avant 21 du bloc 20, chaque élément de connexion étant apte à et conçu pour assurer une connexion électrique avec les premier et second connecteurs électriques 5, 6 de la torche 1. Les premier et second connecteurs électriques 5, 6 vient avantageusement s'insérer dans les éléments de connexion du bloc 20, i.e. selon une liaison de type mâle/femelle. L'utilisation de pions fendus en tant que premier et second connecteurs électriques 5, 6 de la torche 1 permet d'assurer un parfait contact électrique entre la torche 10 et le bloc 20 pour le passage du courant électrique. Comme on le voit sur la Figure 3, l'axe longitudinal des premiers et deuxième pions 1, 2 ; 3, 4 est perpendiculaire ou quasi-perpendiculaire à l'axe de l'électrode 16. Par ailleurs, la torche 10 est maintenue solidaire du bloc 20 au moyen d'au moins un élément à vis 30 comprenant des butées de serrage 32 et de desserrage 31, ce qui permet un montage et un démontage aisé et facile de la torche 10. L'élément à vis 30 vient se visser dans un logement 29 avec filetage interne agencé dans le corps 7 de la torche 1 comme illustré en Figures 1 et 3. On voit également que la troche 10 comporte une butée à bille servant à encaisser la charge axiale (selon l'axe de la vis 30) tout en évitant le frottement entre l'élément à vis 30 et le bloc de raccordement en butée de la vis, c'est-à-dire le bloc 20. En outre, on distingue en Figures 1 et 3, le contact électrique 27 pour l'arc pilote, c'est-à-dire un arc auxiliaire de quelques ampères, par exemple d'au plus 30 A, amorcé entre l'électrode et la tuyère 17 (au potentiel de la tôle) par haute fréquence en phase de pré-soudage. Lorsque le soudage débute, l'arc est transféré entre l'électrode et la tôle et le courant de soudage s'établit. En Figures 1, 2B et 3, on voit que la torche comprend en outre un capotage 26 supérieur. La fonction de centrage est assurée par les pions 1, 2, 3, 4. L'ensemble de l'invention peut être utilisé dans tout procédé de soudage TIG ou plasma de type monoflux ou double flux de gaz. More specifically, at the front face 21 of the connection block 20, the inner lines of the block 20 are shaped to receive sealingly the first and second pins 1, 2; 3, 4 of the torch 10 and thus ensure a fluidic continuity between the block 20 and the torch 10. To do so, it is possible, for example, to provide that the ends of said lines inside the block are terminated by housings having dimensions and shapes. adapted to and adapted to receive the first and second pins 1, 2; 3, 4 of the torch 10. Preferably, said housings have complementary shapes and dimensions of said first and second pins 1, 2; 3, 4 of the torch 10, so that the first and second pins 1, 2; 3, 4 of the torch 10 can be inserted sealingly within said housing thereby ensuring a fluidic continuity between the block 20 and the torch 10. The pins 1, 2; 3, 4 of the torch 10 then make it possible to guarantee a flow without significant losses of charges thanks to identical or nearly identical fluid (gas or water) passage sections in the torch 10 and the connection block 20. Similarly, the connection block 20 is also traversed by at least two electrical lines each comprising a connection element at the front face 21 of the block 20, each connection element being adapted to and designed to provide an electrical connection with the first and second electrical connectors 5, 6 of the torch 1. The first and second electrical connectors 5, 6 advantageously fit into the connection elements of the block 20, ie in a male / female type connection. The use of split pins as the first and second electrical connectors 5, 6 of the torch 1 ensures a perfect electrical contact between the torch 10 and the block 20 for the passage of electric current. As seen in Figure 3, the longitudinal axis of the first and second pins 1, 2; 3, 4 is perpendicular or quasi-perpendicular to the axis of the electrode 16. In addition, the torch 10 is held integral with the block 20 by means of at least one screw element 30 comprising clamping stops 32 and loosening 31, which allows easy and easy assembly and disassembly of the torch 10. The screw element 30 is screwed into a housing 29 with internal thread arranged in the body 7 of the torch 1 as illustrated in FIGS. 3. It is also seen that the trench 10 comprises a ball stop for receiving the axial load (along the axis of the screw 30) while avoiding the friction between the screw element 30 and the connecting block in abutment. the screw, that is to say the block 20. In addition, it is distinguished in Figures 1 and 3, the electrical contact 27 for the pilot arc, that is to say an auxiliary arc of a few amperes, by example of at most 30 A, initiated between the electrode and the nozzle 17 (at the potential of the sheet) by high frequency in ph ase of pre-welding. When welding begins, the arc is transferred between the electrode and the plate and the welding current is established. In Figures 1, 2B and 3, we see that the torch further comprises a cowling 26 upper. The centering function is provided by pins 1, 2, 3, 4. The assembly of the invention can be used in any TIG or plasma welding process of monoflux type or double gas flow.
Une application particulière de l'invention est dans le cas du soudage plasma avec des torches de faibles encombrements. En effet, la compacité de la torche selon l'invention permet un soudage efficace dans de tels environnements restreints. A particular application of the invention is in the case of plasma welding with torches of small dimensions. Indeed, the compactness of the torch according to the invention allows efficient welding in such restricted environments.