CA2644189C - Nozzle/wire guide assembly for robotic tig welding torch - Google Patents
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Abstract
L'invention porte sur un ensemble buse/guide-fil pour torche de soudage à l'arc électrique comprenant au moins une buse permettant de délivrer du gaz et au moins un système guide-fil pour guider au moins un fil fusible, caractérisé en ce que l'extrémité aval du système guide-fil débouche à l'intérieur de la buse. La paroi périphérique de la buse comporte au moins un évidement traversé par le système guide-fil. Le système guide-fil est solidaire de la buse. L'invention porte également sur une torche de soudage TIG comprenant un ensemble buse/guide-fil.A nozzle / wire guide assembly for an arc welding torch comprising at least one nozzle for delivering gas and at least one guide-wire system for guiding at least one fusible wire, characterized in that that the downstream end of the wire guide system opens into the nozzle. The peripheral wall of the nozzle comprises at least one recess traversed by the guide-wire system. The guide-wire system is integral with the nozzle. The invention also relates to a TIG welding torch comprising a nozzle / guide-wire assembly.
Description
ENSEMBLE BUSE/GUIDE-FIL POUR TORCHE DE
SOUDAGE TIG ROBOTISÉ
La présente demande est une division de la demande n 2,480,569.
La présente invention concerne un procédé de soudage mettant en oeuvre une torche de soudage TIG automatique avec apport de fil fusible intégré dédiée au soudage robotisé.
Une torche de soudage TIG (pour Tungsten Inert Gas) alimentée en fil de soudage se présente classiquement sous la forme d'un corps monobloc doté
d'aménagements internes propres à la mise en oeuvre du procédé de soudage auquel cette torche est dédiée.
Les torches peuvent être droites ou coudées, c'est-à-dire que le faisceau sort dans l'axe de la torche pour une torche droite ou perpendiculairement à l'axe de la torche pour une torche coudée.
Dans la partie arrière de la torche, couramment appelée support de torche ou embase, on trouve des canalisations d'alimentation en fluide souples ou semi-rigides qui sont raccordées au corps de torche par un système de raccordement spécifique à
chaque type de canalisation.
Les câbles d'alimentation électrique sont assemblés mécaniquement le plus souvent par vissage aux circuits correspondants de la torche, sauf dans le cas de câbles refroidis par liquide ou gaz qui ont alors une fixation appropriée.
Une gaine tubulaire souple, fixée à l'arrière de la torche par un collier ou analogue, regroupe l'ensemble du faisceau de câbles de manière à le protéger.
La partie avant de la torche, encore appelée corps de torche, comprend une buse ou tuyère servant à canaliser le gaz de protection, laquelle buse est fixée au corps de torche par vissage ou tout autre système à pincement ou analogue, ainsi qu'une électrode.
La buse peut être métallique et refroidie ou non par un fluide de refroidissement, tel que de l'eau ou un gaz; dans ce cas, elle doit être isolée électriquement du corps de torche. NOZZLE / WIRE GUIDE ASSEMBLY FOR TORCH
ROBOTIC TIG WELDING
The present application is a division of Application No. 2,480,569.
The present invention relates to a welding method using a Automatic TIG welding torch with integrated fuse wire supply dedicated to robotic welding.
A TIG welding torch (for Tungsten Inert Gas) fed with wire welding is conventionally in the form of a one-piece body with internal arrangements specific to the implementation of the welding process which this torch is dedicated.
The torches can be straight or bent, ie the beam goes out in the axis of the torch for a torch right or perpendicular to the axis of the torch for a torch bent.
In the back part of the torch, commonly called torch bracket or base, there are flexible or semi-fluid supply lines rigid which are connected to the torch body by a connection system specific to each type of pipeline.
Power supply cables are mechanically assembled the most often by screwing to the corresponding circuits of the torch, except in the case of liquid-cooled or gas-cooled cables which then have a suitable fastening.
A flexible tubular sheath, attached to the back of the torch by a collar or analogue, groups together the entire cable bundle so as to protect it.
The front part of the torch, also called torch body, includes a nozzle or nozzle for channeling the shielding gas, which nozzle is attached to the body torch by screwing or any other pinch system or the like, and a electrode.
The nozzle may be metallic and cooled or not by a fluid of cooling, such as water or gas; in this case, it must be isolated electrically from the torch body.
2 Cependant, la buse peut aussi être réalisée en une matière isolante appropriée non refroidie, par exemple en céramique.
Par ailleurs, l'électrode habituellement en tungstène pur ou thorié est maintenue centrée dans le corps de torche, par un système à pince ou analogue, de sorte que la buse vienne former manchon autour de l'électrode.
En outre, un système d'alimentation en fil fusible est généralement aménagé
indépendamment de la torche, c'est-à-dire qu'il vient se fixer solidairement au corps de torche ou au support de la torche, le support de la torche étant l'organe qui lie la torche à son dispositif de déplacement.
Classiqueinent, comme schématisé en figure 1, le fil d'apport est amené dans le bain de soudage par le système d'alimentation 3 de façon tangentielle ou quasi-tangentielle au métal liquide, à l'arrière de l'électrode 2 entourée par la buse 1, suivant le sens de soudage. Dans ces conditions liabituelles, l'angle B défini par l'électrode 2 et le fil d'apport 3 est voisin d'environ 85 à 90 .
Or, il est apparu en pratique que ce type de torche ne convenait pas au soudage TIG robotisé car présentant plusieurs inconvénients.
Ainsi, si l'arrivée tangentielle du fil convient parfaitement à un procédé de soudage TIG automatique dans des bancs à mors parallèles, il n'en est pas de même en soudage robotisé où l'aspect encombrement est primordial pour souder en toute position. Or, on comprend aisément qu'avoir un système d'alimentation en fil fusible qui soit aménagé indépendamment de la torche augmente l'encombrement général de l'ensemble, ce qui va à l'encontre d'une utilisation pratique en soudage robotisé.
De plus, la gestion de la position de l'apport de fil par rapport au sens de soudage nécessite l'utilisation d'un axe supplémentaire du robot, ce qui complique l'installation et auginente son coût et les sources de pannes.
Par ailleurs, en soudage TIG, il est nécessaire d'utiliser une électrode parfaitement affûtée, c'est-à-dire pointue, pour obtenir un résultat conforme et reproductible. 2 However, the nozzle can also be made of an appropriate insulating material uncooled, for example ceramic.
Moreover, the electrode usually in pure or thoriated tungsten is maintained centered in the torch body, by a clamp system or the like, of so that the nozzle comes to form sleeve around the electrode.
In addition, a fuse wire feed system is generally provided independently of the torch, that is to say that it comes to fix itself to the body torch or torch support, the torch support being the organ which links the torch to its moving device.
Classiqueinent, as shown schematically in Figure 1, the filler wire is brought into the welding bath by the feed system 3 tangentially or quasi-tangential to the liquid metal, at the back of the electrode 2 surrounded by the nozzle 1, next the welding direction. In these usual conditions, the angle B defined by the electrode 2 and the filler wire 3 is approximately 85 to 90.
However, it appeared in practice that this type of torch was not suitable for welding TIG robotic because having several disadvantages.
Thus, if the tangential arrival of the wire is perfectly suited to a method of automatic TIG welding in parallel jaw benches, there is no need to even in robotic welding where the clutter aspect is essential for soldering in any position. However, it is easy to understand that having a wire feed system fuse which is arranged independently of the torch increases the overall footprint of all, which goes against a practical use in welding robotic.
In addition, the management of the position of the supply of yarn with respect to the direction of welding requires the use of an additional axis of the robot, which complicated the installation and increases its cost and the sources of breakdowns.
Moreover, in TIG welding, it is necessary to use an electrode perfectly sharp, that is to say pointed, to obtain a result consistent and reproducible.
3 Pour ce faire, il est nécessaire de réaffûter régulièreinent l'électrode pour compenser son usure, voire de la remplacer totalement si son usure est trop importante.
Cette opération oblige l'opérateur à procéder à un arrêt de la machine, à un démontage de l'électrode, à son affûtage ou son remplacement, puis à son remontage et, enfin, à un réglage précis des positioiuiements respectifs de l'électrode et du fil de manière à retrouver la position précise du fil à l'arrière de l'électrode et tangentiellement au joint de soudage.
On comprend que cette procédure nécessite un ou plusieurs arrêts de la machine de production préjudiciables à la performance attendue d'un robot utilisé en 2 ou 3 postes, cette procédure étant d'autant plus longue que le positionnement de l'électrode et du fil doit être effectué avec précision.
Au vu de cela, le problème qui se pose est de proposer un procédé de soudage utilisant un ensemble buse/guide-fil pour torche de soudage à l'arc électrique avec apport de fil fusible amélioré et ne présentant pas les inconvénients susmentionnés.
Autrement dit, le but de l'invention est de proposer un procédé de soudage utilisant une nouvelle architecture de torche de soudage TIG avec fil d'apport qui permette un positionnement facile et précis du fil par rapport à l'électrode.
La présente invention propose un procédé pour souder une ou plusieurs pièces métalliques, le procédé comprenant les étapes de : i) fournir un fil fusible ayant une extrémité fusible; ii) fournir au moins une pièce métallique à souder; iii) fournir une torche de soudage TIG ayant un corps de torche et une électrode en tungsten pourvue d'une extrémité pointue, la torche comprenant également au moins un ensemble buse/guide-fil d'une torche de soudage à arc électrique, et comprenant au moins une buse pour fournir un mélange de gaz, la buse ayant un premier axe longitudinal et au moins un système guide-fil pour guider le fil fusible, le système guide-fil comprenant une première section, la première section comprenant l'extrémité en aval du système guide-fil, l'extrémité en aval dirigeant le fil fusible dans la buse, l'extrémité fusible du fil fusible et l'électrode en tungsten reposant dans un seul et même plan, la buse comprenant une paroi périphérique, la paroi périphérique ayant au moins une 3 To do this, it is necessary to refine the electrode regularly for compensate for its wear, or even replace it completely if its wear is too much important.
This operation forces the operator to stop the machine, to removal of the electrode, its sharpening or replacement, then its reassembly and, finally, to a precise adjustment of the respective positions of the electrode and wire way to find the precise position of the wire at the back of the electrode and tangentially to the welding joint.
We understand that this procedure requires one or more stops of the production machine detrimental to the expected performance of a robot used in 2 or 3 posts, this procedure being all the longer as the positioning of the electrode and wire should be made accurately.
In view of this, the problem is to propose a welding process using a nozzle / guide-wire assembly for arc welding torch with provision of improved fusible wire and not presenting the disadvantages above.
In other words, the object of the invention is to propose a welding method using a new TIG welding torch architecture with filler wire who allows easy and precise positioning of the wire relative to the electrode.
The present invention provides a method for welding one or more pieces metal, the method comprising the steps of: i) providing a fusible wire having a fusible end; ii) providing at least one metal part to be welded; iii) provide a TIG welding torch having a torch body and a tungsten electrode provided with a pointed end, the torch also comprising at least one assembly nozzle / wire guide of an electric arc welding torch, and comprising least one nozzle for supplying a gas mixture, the nozzle having a first longitudinal axis and minus a wire guide system for guiding the fuse wire, the wire guide system comprising a first section, the first section comprising the downstream end of the system wire guide, the downstream end directing the fuse wire into the nozzle, the fusible end of the fuse wire and the tungsten electrode resting in one and the same plane, the buzzard comprising a peripheral wall, the peripheral wall having at least one
4 ouverture par laquelle le système guide-fil passe; iv) orienter l'extrémité
fusible du fil fusible relativement à l'extrémité de l'électrode en tungsten selon un angle compris entre 5 et 50 l'une par rapport à l'autre, le fil étant guidé de façon à ce que l'une des extrémités du fil vient frôler l'extrémité pointue de l'électrode en tungsten pour créer un arc électrique au dessus de ladite au moins une pièce à souder; et où
ladite au moins une pièce à souder est une feuille ou une plaque métallique ayant une épaisseur comprise entre 0.5 mm et 4 mm, et est faite en un matériau comprenant de l'acier au carbone, de l'acier inoxydable ferritique ou austénitique, un alliage de nickel, un alliage de titane-zirconium, un alliage de tantale, ou un alliage léger à base d'aluminium ou de magnésium.
La présente invention propose également un procédé pour souder une ou plusieurs pièces métalliques, le procédé comprenant les étapes de : i) fournir un fil fusible ayant uné extrémité fusible; ii) fournir au moins une pièce métallique à souder;
iii) fournir une torche de soudage TIG ayant un corps de torche et une électrode en tungsten qui a une extrémité pointue, la torche comprenant également au moins un ensemble buse/guide-fil pour une torche de soudage à arc électrique, comprenant au moins une buse pour fournir un mélange de gaz, la buse ayant un premier axe longitudinal et au moins un système guide-fil pour guider le fil fusible, le système guide-fil comprenant une première section, la première section comprenant l'extrémité
en aval du système guide-fil, l'extrémité en aval dirigeant le fil fusible dans la buse, l'extrémité fusible du fil fusible et l'électrode en tungsten reposant dans un seul et même plan, la buse comprenant également une paroi périphérique, la paroi périphérique ayant au moins une ouverture par laquelle le système guide-fil passe;
iv) founlir un courant électrique à l'électrode en tungsten; v) orienter l'extrémité
fusible du fil fusible relativement à l'extrémité de l'électrode en tungsten selon un angle compris entre 5 et 50 l'une par rapport à l'autre, le fil étant guidé
de façon à ce que l'une des extrémités du fil vient frôler l'extrémité pointue de l'électrode en tungsten pour créer un arc électrique au dessus de ladite au moins une pièce à
souder, et où ladite au moins une pièce est choisie parmi des feuilles ou des plaques métalliques ayant une épaisseur comprise entre 0.5 mm et 4 mm et est faite d'un matériau comprenant de l'acier au carbone, de l'acier inoxydable ferritique ou austénitique, un alliage de nickel, un alliage de titane-zirconium, un alliage de tantale, ou un alliage léger d'alutninium ou de magnésium, et où le courant électrique est choisi parmi: un courant continu pulsé ou non-pulsé pour les aciers au carbone, les aciers inoxydables, ou les alliages de nickel, de titane-zirconium ou de tantale, et un 4 opening by which the wire guide system passes; iv) orient the end wire fuse fuse relative to the end of the tungsten electrode at an angle understood between 5 and 50 relative to each other, the wire being guided so that that one of the ends of the wire just brush the pointed end of the tungsten electrode to create an electric arc above said at least one part to be welded; and or said to least one workpiece is a metal sheet or plate having a thickness between 0.5 mm and 4 mm, and is made of a material comprising steel at carbon, ferritic or austenitic stainless steel, an alloy of nickel, a titanium-zirconium alloy, a tantalum alloy, or a light alloy based aluminum or magnesium.
The present invention also provides a method for welding one or a plurality of metal parts, the method comprising the steps of: i) providing a wire fuse having a fusible end; ii) provide at least one metal part welding;
iii) provide a TIG welding torch having a torch body and a electrode in tungsten which has a pointed end, the torch also comprising at least a nozzle / guide-wire assembly for an arc welding torch, including at minus one nozzle to provide a gas mixture, the nozzle having a first axis longitudinal guide and at least one guide-wire system for guiding the fuse wire, the system wire guide comprising a first section, the first section comprising the end downstream of the wire guide system, the downstream end pointing the fuse wire in the nozzle, the fusible end of the fuse wire and the tungsten electrode resting in a alone and same plane, the nozzle also comprising a peripheral wall, the wall device having at least one opening through which the wire guide system past;
iv) supplying an electric current to the tungsten electrode; v) orient the end fusible wire fuse relative to the end of the tungsten electrode according to one angle between 5 and 50 relative to each other, the wire being guided so that one end of the wire comes close to the pointed end of the electrode in tungsten to create an electric arc over said at least one piece to welded, and wherein said at least one piece is selected from sheets or plates metal having a thickness of between 0.5 mm and 4 mm and is made a material comprising carbon steel, ferritic stainless steel or austenitic, a nickel alloy, a titanium-zirconium alloy, an alloy of tantalum, or a light alloy of alutninium or magnesium, and where the electric current is selected from: pulsed or non-pulsed direct current for steels carbon, stainless steels, or alloys of nickel, titanium-zirconium or tantalum, and a
5 courant alternatif ou à polarité variable pour les alliages légers à base d'aluminium ou de magnésium.
L'invention va être maintenant expliquée plus en détail en références aux figures annexées parmi lesquelles :
-la figure 1 représente une vue latérale d'une configuration d'amenée de fil d'une torche TIG selon l'art antérieur, -la figure 2 représente une vue de dessus de l'embase d'une torche TIG
utilisée dans le procédé selon l'invention, -les figures 3 et 4 schématisent, en vue latérale, un ensemble buse/guide-fil pour torche de soudage à l'arc électrique utilisée dans le procédé selon l'invention, -les figures 5 et 6 sont des coupes longitudinales d'une torche utilisée dans le procédé selon l'invention, et -les figures 7 à 9 schématisent les orientations possibles de l'ensemble buse/guide-fil d'une torche utilisée dans le procédé selon l'invention.
Une torche de soudage utilisée dans le procédé à l'arc selon l'invention se compose de trois sous-ensembles principaux, à savoir un support de torche ou embase 27, un corps de torche 16 et une buse 11 intégrant un système guide-fil 13 formant un ensemble monobloc buse/guide-fil.
Le support de torche ou embase supporte toutes les arrivées de fluide, notamment l'arrivée et le retour du liquide de refroidissement (eau);
l'arrivée du ou des gaz nécessaires à la mise en oeuvre du procédé de soudage; le raccordement de la puissance électrique via un ou plusieurs câbles d'alimentation électrique, plein ou refroidi par liquide ou gaz, leur mode de fixation étant fonction du câble considéré; et l'arrivée de la gaine de guidage du fil d'apport, celle-ci arrivant parallèlement à l'axe géométrique de la torche défini par l'électrode. 5 alternating current or variable polarity for light alloys based aluminum or magnesium.
The invention will now be explained in more detail in references to annexed figures among which:
FIG. 1 represents a side view of a wire feeding configuration.
a TIG torch according to the prior art, FIG. 2 represents a view from above of the base of a TIG torch used in the process according to the invention, FIGS. 3 and 4 schematize, in side view, a nozzle / guide-wire assembly for arc welding torch used in the process according to the invention, FIGS. 5 and 6 are longitudinal sections of a torch used in the method according to the invention, and FIGS. 7 to 9 schematize the possible orientations of the set nozzle / wire guide of a torch used in the method according to the invention.
A welding torch used in the arc process according to the invention is consists of three main subassemblies, namely a torch bracket or base 27, a torch body 16 and a nozzle 11 incorporating a wire guide system 13 forming a monobloc nozzle / guide-wire assembly.
The torch holder or base supports all fluid inflow, including the arrival and return of coolant (water);
the arrival of the gases necessary for carrying out the welding process; the connection of the electrical power via one or more power cables, full or cooled by liquid or gas, their method of attachment being a function of the cable considered; and the arrival of the feeder guide sheath, the latter arriving parallel to the axis geometric torch defined by the electrode.
6 L'embase 27 est fixée au poignet d'une installation robot grâce à un élément mécanique adapté, lui-même repris sur un dispositif de sécurité "anti-choc".
L'embase 27 reçoit, d'une part, le sous-ensemble corps 16 de torche auquel elle distribue les éléments fluidiques, c'est-à-dire le gaz et l'eau de refroidissement, ainsi que la puissance électrique par l'intermédiaire d'une douille de contact destinée à
assurer le contact électrique nécessaire à la mise en oeuvre du procédé de soudage et, d'autre part, le sous-ensemble buse 11/guide-fil 13 auquel elle délivre le métal d'apport, c'est-à-dire le fil 14 fusible de soudage.
La conception de l'einbase 27 permet un positionnement du sous-ensemble buse 11/guide-fil 13 de façon concentrique au sous-ensemble corps 16 de torche suivant une position 30 choisie préalablement en fonction de l'opération de soudage à
effectuer, ces différentes positions 30 étant réparties sur une couronne de 270 , comme schématisé en figure 2.
Comme montré sur les figures 5 et 6, le corps 16 de torche reçoit l'électrode en tungstène pur ou thorié, réalisée dans un barreau de tungstène fritté
cylindrique affûté à l'une de ses extrémités.
L'électrode 12 est maintenue centrée par un système de maintien classique, telle un système à pince poussée ou tirée, un système à emboîtement ou analogues.
L'électrode 12 peut aussi être composée de deux éléments, à savoir un support en alliage de cuivre supportant une pièce de tungstène pur ou thorié emmanchée en force, sertie ou brasée. Dans ce cas, l'électrode devient alors un consommable que l'on remplace lorsqu'il est usé.
Le corps de torche 16 peut être refroidi ou non grâce à des circuits (passage 23) de liquide de refroidissement venant du support de torche.
Le corps de torche 16 peut aussi être équipé d'un circuit supplémentaire de gaz central, il est alors équipé d'une tuyère externe agencée autour de la buse 11 pour mettre en oeuvre un procédé TIG de type à double flux.
Le corps de torche 16 est introduit dans le support de torche ou embase 27 en venant en butée (en 30) sur un épaulement 31 dudit corps 16 de torche, lequel 6 The base 27 is attached to the wrist of a robot installation thanks to an element mechanically adapted, itself taken on an "anti-shock" safety device.
The base 27 receives, on the one hand, the torch body subassembly 16 to which she distributes the fluidic elements, that is to say the gas and the water of cooling as well than the electrical power via a contact socket destined to ensure the electrical contact necessary for the implementation of the welding and, on the other hand, the nozzle subassembly 11 / wire guide 13 to which it delivers the metal delivery, that is to say the wire 14 fuse welding.
The design of the einbase 27 allows a positioning of the subassembly nozzle 11 / wire guide 13 concentrically to the torch body sub-assembly 16 following a position 30 chosen beforehand according to the operation of welding to perform, these different positions 30 being distributed over a crown of 270, as shown schematically in Figure 2.
As shown in FIGS. 5 and 6, the torch body 16 receives the electrode in pure or thoriated tungsten, made in a sintered tungsten bar cylindrical sharpened at one of its ends.
The electrode 12 is kept centered by a conventional holding system, such as a push or pull clamp system, an interlocking system or like.
The electrode 12 may also be composed of two elements, namely a support made of copper alloy supporting a piece of pure tungsten or thorium in force, crimped or brazed. In this case, the electrode then becomes a consumable that we replace when worn.
The torch body 16 can be cooled or not by means of circuits (passage 23) coolant from the torch holder.
The torch body 16 may also be equipped with an additional circuit of gas central, it is then equipped with an external nozzle arranged around the nozzle 11 for implement a dual flux type TIG process.
The torch body 16 is introduced into the torch holder or base 27 in abutting (at 30) on a shoulder 31 of said torch body 16, which
7 épaulement 31 sert de référence de position selon l'axe Z. Une fois positionné
en butée, le corps de torche peut être verrouillé sur le support de torche 27 par un dispositif mécanique approprié pour le maintenir en position, par exemple une bague de vissage, un système à goupille ou analogue.
L'ensemble buse 11/guide-fil 13 se compose d'une buse 11 et d'un système guide-fil 13 solidarisés l'un à l'autre, par exemple par brasage, vissage, collage ou soudage.
Comme détaillé sur les figures 3 et 4, la buse 11 est un élément métallique creux de fonne générale cylindrique, qui peut être refroidi ou non par un liquide de refroidissement venant du support 27 de torche selon la puissance de la torche.
La buse 11 est fixée sur le support 27 de torche de façon concentrique au corps 16 de torche dont elle est isolée électriquement.
Un dispositif de réglage 15 axial permet une mise en position précise de l'ensemble buse 11/guide-fil 13 par rapport à l'électrode 12. Le dispositif de réglage 15 comprend, par exemple, une bague 15 taraudée coopérant avec une partie 18 du corps de torche 16 et un filetage 17 porté par la paroi périphérique externe de l'extrémité amont de la buse 11.
La buse 11 reçoit le guide-fil 13 servant à convoyer le fil 14 de soudage.
Le guide-fil 13 se présente sous la forme d'un élément tubulaire dont le diamètre intérieur est fonction au diamètre du fil 14 utilisé.
Le guide-fil 13 longe extérieurement la buse 11 à une faible distance D de ladite buse 11 en étant positionné parallèlement à celle-ci, typiquement à une distance D inférieure ou égale à environ 30 mm, comme montré en figure 3. La distance D
est la distance séparant l'axe de la buse 11 de l'axe du tube 13 considéré à
l'extérieur de la buse 11 au niveau de la portion de guide-fil 13 qui est parallèle ou quasi-parallèle (partie 24) à l'axe de la buse 11, comme visible en figure 3.
L'élément tubulaire 13 servant à convoyer le fil est cintré (partie 25) selon un rayon suffisant de manière à laisser le passage à des fils 14 semi-rigides et ce, sans 7 shoulder 31 serves as a positional reference along the axis Z. Once positioned in stop, the torch body can be locked on the torch bracket 27 by a mechanical device suitable for holding it in position, for example a Ring screw, a pin system or the like.
The nozzle assembly 11 / wire guide 13 consists of a nozzle 11 and a system thread guide 13 secured to one another, for example by brazing, screwing, collage or welding.
As detailed in FIGS. 3 and 4, the nozzle 11 is a metal element hollow cylindrical general form, which can be cooled or not by a liquid from cooling from the torch support 27 according to the power of the torch.
The nozzle 11 is fixed on the torch support 27 concentrically to the body 16 torch of which it is electrically isolated.
An axial adjustment device 15 allows precise positioning of the the nozzle assembly 11 / wire guide 13 relative to the electrode 12.
setting 15 comprises, for example, a threaded ring cooperating with a portion 18 of torch body 16 and a thread 17 carried by the outer peripheral wall of the upstream end of the nozzle 11.
The nozzle 11 receives the wire guide 13 for conveying the welding wire 14.
The wire guide 13 is in the form of a tubular element whose inner diameter is a function of the diameter of the wire 14 used.
The wire guide 13 runs outside the nozzle 11 at a short distance D of said nozzle 11 being positioned parallel thereto, typically at a distance D less than or equal to about 30 mm, as shown in Figure 3. The distance D
is the distance separating the axis of the nozzle 11 from the axis of the tube 13 considered at outside the nozzle 11 at the portion of wire guide 13 which is parallel or almost parallel (part 24) to the axis of the nozzle 11, as shown in Figure 3.
The tubular element 13 for conveying the wire is bent (part 25) according to a sufficient radius to allow the passage to son 14 semi-rigid and without
8 coincement ou frottement excessif, et est, en outre, profilé à son extrémité
20 aval située en regard de l'électrode 12.
Le guide-fil 13 est introduit dans la buse 11 par un logement ou évidement 10 usiné de façon à ce que le fil 14 pénètre dans la buse 11, en direction de l'électrode 12, selon un angle préférentiel compris entre 10 et 30 par rapport à l'axe passant par l'électrode 12 ou la buse 11, le fil 14 et l'électrode 12 étant dans un même plan.
La géométrie de l'ensemble buse 11/guide-fi1 13 est telle que la partie terminale soit minimale, c'est-à-dire la partie non guidée du fil à sa sortie du guide fil tel que représenté en figure 4, l'extrémité aval 20 du guide-fil 13 ne devant en aucun cas venir en contact mécanique avec l'électrode 12 ou le corps de torche 16, comme montré sur les figures 3 et 4.
L'extrémité du fil d'apport 14 vient dans la tache anodique 22 crée par l'arc électrique, lors de la mise en oeuvre du procédé TIG, quelle que soit la tension d'arc obtenue pour un gaz correspondant à une hauteur de travail donnée.
Le fil d'apport 14 doit être distribué de manière telle que l'extrémité dudit fil 14 vienne frôler, c'est-à-dire se rapproche de l'extrémité de l'électrode 12 affûtée à une distance qui ne doit pas, de préférence, être inférieure au diamètre de fil d'apport 14.
La torche de l'invention se présente donc sous une forme monobloc, c'est-à-dire une torche TIG avec système guide-fil 13 partiellement intégré à la buse 11, et ne nécessite donc pas d'axe complémentaire pour le guidage du fil 14 par rapport au plan de joint à réaliser, ce qui la rend très pratique à intégrer sur un bras de soudage robotisé.
Le préréglage de l'électrode 12 dans le porte-électrode 19 et le réglage de la buse 11 avec guide-fil 13 intégré pennet de garantir un positionnement précis du fil 14 par rapport à l'électrode 12 de sorte à ce qu'il arrive toujours dans la tache anodique de l'arc.
Le porte-électrode 19 préréglé autorise un changement rapide de ce module sans nécessité de recalage suivant l'axe Z du robot. 8 jamming or excessive friction, and is, in addition, profiled at its end 20 downstream located opposite the electrode 12.
The wire guide 13 is introduced into the nozzle 11 by a housing or recess 10 machined so that the wire 14 enters the nozzle 11, in the direction of the electrode 12, at a preferential angle between 10 and 30 with respect to the axis Going through the electrode 12 or the nozzle 11, the wire 14 and the electrode 12 being in the same plan.
The geometry of the nozzle assembly 11 / guide-fi1 13 is such that the part terminal is minimal, ie the unguided portion of the wire as it exits of the guide wire as shown in FIG. 4, the downstream end 20 of the wire guide 13 not having to in none case come into mechanical contact with the electrode 12 or the torch body 16, as shown in Figures 3 and 4.
The end of the filler wire 14 comes into the anode spot 22 created by the arc during the implementation of the TIG process, whatever the arc voltage obtained for a gas corresponding to a given working height.
The filler wire 14 must be distributed in such a way that the end of said wire 14 come close, that is to say approaches the end of the electrode 12 sharpened to a distance which should preferably not be less than the wire diameter contribution 14.
The torch of the invention is therefore in a monoblock form, that is to say say a TIG torch with wire guide system 13 partially integrated into the nozzle 11, and therefore requires no complementary axis for guiding wire 14 relative on the plan of joint to achieve, which makes it very convenient to integrate on an arm of welding robotic.
Presetting the electrode 12 in the electrode holder 19 and adjusting the nozzle 11 with integrated thread guide 13 allows for precise positioning some thread 14 with respect to the electrode 12 so that it always happens in the task anodic of the bow.
The preset electrode holder 19 allows a quick change of this module without the need for resetting along the Z axis of the robot.
9 Le porte-électrode 19 peut être aménagé de manière à protéger l'électrode 12 avec un gaz de protection et donc assurer des conditions de fonctionnement similaires à celles d'un procédé de soudage TIG sous double flux concentriques de gaz.
Par ailleurs, la torche peut fonctionner en auto-régulation de tension d'arc, celle-ci étant assurée directement par le robot.
En outre, elle peut être également équipée d'un système industriel de suivi de joint de type mécanique ou optique, par exemple par laser avec caméra CCD
(Charged Coupled Device).
Le dispositif de dévidage de fil peut être réalisé d'une manière continue ou alternative en fonction des applications et des technologies disponibles.
Les tests en soudage ont démontré que l'ensemble de soudage comprenant la torche robotique décrie ci-dessus pouvait travailler selon différentes positions géométriques dans l'espace.
Si l'on considère le plan fil/électrode et l'angle que forme le fil 14 et l'électrode 12, l'ensemble est capable de travailler selon les configurations montrées sur les figures 7 à 9, à savoir :
- plan fil/électrode vertical dans le sens du soudage (figure 7) avec soit électrode verticale et fil arrivant sur le coté selon l'angle défini fixe (schéma de gauche sur figure 7); soit fil arrivant verticalement et l'électrode inclinée sur le coté
selon l'angle défini fixe (schéma du milieu sur figure 7), soit axe vertical passant par la bissectrice de l'angle formé par l'axe du fil et l'axe de l'électrode (schéma de droite sur figure 7), - plan fil/électrode incliné d'un angle B(cf. figure 8 allant de 0 à 90 par rapport à l'axe vertical dans le sens du soudage) avec soit électrode verticale et fil arrivant sur le coté selon l'angle défini fixe (schéma de gauche sur figure 8); soit fil arrivant verticalement et l'électrode inclinée sur le coté selon l'angle défini fixe (schéma du milieu sur figure 8); soit axe vertical passant par la bissectrice de l'angle formé par le fil et l'électrode (schéma de droite sur figure 8). Tous ces angles acceptent une large tolérance de +/- 5 environ. Quelle que soit la configuration adoptée, le fil sera distribué préférentiellement derrière l'électrode 12 selon le sens d'avance du soudage, mais la position inverse, c'est-à-dire fil arrivant devant l'électrode selon le sens d'avance, est aussi utilisable.
- plan fil/électrode perpendiculaire au sens de soudage (voir figure 9) avec soit 5 électrode verticale et fil arrivant sur le coté selon l'angle de construction, soit électrode inclinée d'un angle variable B pouvant aller jusqu'à 45 .
Le courant délivré par la source de soudage peut être un courant continu pulsé
ou non pour les aciers au carbone ou inoxydables, les bases nickel, titane-zirconium et tantale, ou un courant alternatif ou à polarité variable pour le soudage des alliages 9 The electrode holder 19 may be arranged to protect the electrode 12 with a protective gas and thus ensure operating conditions Similar to those of a TIG welding process under concentric double flows of gas.
Moreover, the torch can operate in self-regulation of arc voltage, this one being ensured directly by the robot.
In addition, it can also be equipped with an industrial tracking system.
mechanical or optical type seal, for example by laser with CCD camera (Charged Coupled Device).
The wire feeding device can be carried out in a continuous manner or alternative depending on the applications and technologies available.
The welding tests have shown that the welding assembly including the robotic torch described above could work according to different positions geometric in space.
If we consider the wire / electrode plane and the angle formed by wire 14 and electrode 12, the assembly is able to work according to the configurations shown on the Figures 7 to 9, namely:
- wire plane / vertical electrode in the welding direction (Figure 7) with either vertical electrode and wire arriving on the side according to the fixed fixed angle (scheme of left on Figure 7); either wire coming vertically and inclined electrode on the side according to the fixed fixed angle (middle diagram on figure 7), or vertical axis Going through the bisector of the angle formed by the axis of the wire and the axis of the electrode (right diagram in Figure 7), plane wire / electrode inclined at an angle B (see figure 8 ranging from 0 to 90 per relative to the vertical axis in the direction of welding) with either electrode vertical and wire arriving on the side according to the fixed fixed angle (diagram on the left on figure 8); be yarn arriving vertically and the electrode inclined on the side according to the angle set fixed (middle diagram in Figure 8); vertical axis passing through the bisector from the angle formed by the wire and the electrode (diagram on the right in Figure 8). All these angles accept a wide tolerance of +/- 5 approximately. Whatever configuration adopted, the wire will be distributed preferentially behind the electrode 12 in the direction in advance of welding, but the opposite position, that is to say incoming wire in front of the electrode in the direction of advance, is also usable.
- plane wire / electrode perpendicular to the welding direction (see Figure 9) with is 5 vertical electrode and wire arriving on the side according to the angle of construction, either inclined electrode of variable angle B up to 45.
The current delivered by the welding source can be a pulsating direct current or not for carbon or stainless steels, nickel bases, titanium-zirconium and tantalum, or an alternating current or variable polarity for the welding of alloys
10 légers à base d'aluminium ou de magnésium.
Par ailleurs, le dévidage du fil d'apport 14 utilisé dans la torche peut être continu ou pulsé par un mouvement cadencé par exemple par un dispositif mécanique type bielle, manivelle ou autre, ou un dispositif électronique de commande du moteur de dévidage.
Comme déjà évoqué, la conception de la torche permet le fonctionnement en procédé de soudage TIG de type mono ou double flux de gaz.
Le procédé de soudage de l'invention peut être utilisée pour assembler par soudage ou soudo-brasage différents éléments de tôles d'épaisseurs variables allant de 0.5 mm à 4 mm en acier au carbone, non revêtu et revêtu (électro-zingué ou galvanisé), en acier inoxydable ferritique ou austénitique, en alliage léger d'aluminium ou magnésium.
Le fil d'apport peut être, selon l'utilisation envisagée, en acier non allié
ou faiblement allié, en acier inoxydable ferritique ou austénitique, en nickel ou alliage de nickel, en cuivre pur ou alliage de cuivre, en aluminium ou alliage d'aluminium. 25 La torche de soudage utilisée dans le procédé de l'invention est conçue de manière à pouvoir équiper un robot de soudage automatisé permettant de souder des éléments ou pièces très variés, notamment des pièces destinées à l'industrie automobile, notamment des caisses ou éléments de caisse, des capots, des portières, des liaisons de sol en aluminium ou alliages d'aluminium, des systèmes 10 light based aluminum or magnesium.
Moreover, the feeding of the filler wire 14 used in the torch can be continuous or pulsed by a movement clocked for example by a device mechanical crank, crank or other type, or an electronic control device of the engine unwinding.
As already mentioned, the design of the torch allows the operation in TIG welding process of single or double gas flow type.
The welding process of the invention can be used to assemble by welding or brazing different sheet metal elements of varying thickness from 0.5 mm to 4 mm carbon steel, uncoated and coated (electrogalvanized or galvanized), ferritic or austenitic stainless steel, light alloy aluminum or magnesium.
The filler wire may be, depending on the intended use, unalloyed steel or low alloy, made of ferritic or austenitic stainless steel, nickel alloy of nickel, pure copper or copper alloy, aluminum or alloy aluminum. The welding torch used in the process of the invention is designed from to be able to equip an automated welding robot to weld of the a wide variety of items or parts, including parts for the industry vehicles, including crates or cash elements, hoods, doors, aluminum or aluminum alloy floor systems, systems
11 d'échappement en acier inoxydable ferritique ou austénitique, mais aussi à
d'autres industries telle l'industrie des motocycles, notamment pour souder des cadres de vélos en aluminium ou alliages d'aluminium, ou encore pour fabriquer des échafaudages ou des échelles, en acier ou alliages légers.
La torche utilisée dans le procédé de l'invention est plus généralement utilisable pour la mise en oeuvre de toute opération de soudage qui nécessite l'obtention d'un bel aspect de cordon de soudage.
A titre d'exemple, une torche utilisée dans le procédé selon l'invention a permis de réaliser des soudures de qualité dans les conditions données dans le tableau suivant.
Tableau Matériau Épaisseur 1 U Courant Gaz Vs Vf Fil Configura-(en min) (A) (V) continu (m/min) (m/inin) tion de de type soudage Acier 1 120 13 Lisse Arcal 31 I 1.8 Nertalic 50 A clin inoxydable 0 I
Acier nu 1 150 11.5 Pulsé Noxal 2 I 2.7 Nertalic 46 A clin 30Hz CuA18 0 1 Acier 1 150 12.5 Pulsé Noxal 2 1.2 2.7 Nertalic 46 A clin galvanisé 30Hz CuA18 0 1 - Arcal 31 est un gaz commercialisé par L'Air Liquide fonné de 95% d'argon +
5% d'hélium (% en volume).
- Noxal 2 est un gaz commercialisé par L'Air Liquide fonné de 97.5% d'argon + 2.5% d'hydrogène.
- Nertalic 50 est un fil commercialisé par La Soudure Autogène Française de type acier inoxydable basse teneur en carbone selon les normes AFNOR 81-313;
DIN
1.4316; ou AWS ER308Lsi.
- Nertalic 46 est un fil commercialisé par La Soudure Autogène Française de type Cupro Aluminium (CuA18) selon la norme DIN 1733; AWS A5-7. 11 ferritic or austenitic stainless steel exhaust, but also more industries such as the motorcycle industry, particularly for welding frames of bicycles aluminum or aluminum alloys, or to manufacture scaffolding or ladders, made of steel or light alloys.
The torch used in the process of the invention is more generally usable for the implementation of any welding operation that requires obtaining a beautiful appearance of welding bead.
By way of example, a torch used in the process according to the invention has allowed to perform quality welding under the conditions given in the board next.
Board Material Thickness 1 U Current Gas Vs Vf Wire Configura-(in min) (A) (V) continuous (m / min) (m / inin) tion of welding type Steel 1 120 13 Smooth Arcal 31 I 1.8 Nertalic 50 A Twist stainless 0 I
Bare Steel 1 150 11.5 Pulsed Noxal 2 I 2.7 Nertalic 46 A Twist 30Hz CuA18 0 1 Steel 1 150 12.5 Pulsed Noxal 2 1.2 2.7 Nertalic 46 Wink galvanized 30Hz CuA18 0 1 - Arcal 31 is a gas marketed by L'Air Liquide made up of 95% argon +
5% helium (% by volume).
- Noxal 2 is a gas marketed by L'Air Liquide made up of 97.5% argon + 2.5% hydrogen.
- Nertalic 50 is a thread marketed by the French Autogenous Welding of low carbon stainless steel type according to AFNOR 81-313 standards;
DIN
1.4316; or AWS ER308Lsi.
- Nertalic 46 is a thread marketed by the French Autogenous Welding of type Cupro Aluminum (CuA18) according to DIN 1733; AWS A5-7.
Claims (13)
comprenant les étapes de :
i) fournir un fil fusible ayant une extrémité fusible;
ii) fournir au moins une pièce métallique à souder;
iii) fournir une torche de soudage TIG ayant un corps de torche et une électrode en tungsten pourvue d'une extrémité pointue, la torche comprenant également au moins un ensemble buse/guide-fil d'une torche de soudage à arc électrique, et comprenant au moins une buse pour fournir un mélange de gaz, la buse ayant un premier axe longitudinal et au moins un système guide-fil pour guider le fil fusible, le système guide-fil comprenant une première section, la première section comprenant l'extrémité en aval du système guide-fil, l'extrémité en aval dirigeant le fil fusible dans la buse, l'extrémité
fusible du fil fusible et l'électrode en tungsten reposant dans un seul et même plan, la buse comprenant une paroi périphérique, la paroi périphérique ayant au moins une ouverture par laquelle le système guide-fil passe;
iv) orienter l'extrémité fusible du fil fusible relativement à l'extrémité de l'électrode en tungsten selon un angle compris entre 5° et 50°
l'une par rapport à l'autre, le fil étant guidé de façon à ce que l'une des extrémités du fil vient frôler l'extrémité pointue de l'électrode en tungsten pour créer un arc électrique au dessus de ladite au moins une pièce à souder;
et où ladite au moins une pièce à souder est une feuille ou une plaque métallique ayant une épaisseur comprise entre 0.5 mm et 4 mm, et est faite en un matériau comprenant de l'acier au carbone, de l'acier inoxydable ferritique ou austénitique, un alliage de nickel, un alliage de titane-zirconium, un alliage de tantale, ou un alliage léger à base d'aluminium ou de magnésium. 1. Method for welding one or more metal parts, the method comprising the steps of:
i) providing a fusible wire having a fusible end;
ii) providing at least one metal part to be welded;
iii) provide a TIG welding torch having a torch body and a tungsten electrode provided with a pointed end, the torch comprising also at least one nozzle / guide assembly of an arc welding torch electric, and comprising at least one nozzle for supplying a gas mixture, the nozzle having a first longitudinal axis and at least one wire guide system for guiding the fuse wire, the wire guide system comprising a first section, the first section comprising the downstream end of the guide-wire, the downstream end pointing the fuse wire into the nozzle, the end fuse fusible wire and the tungsten electrode resting in one and the same plane, the nozzle comprising a peripheral wall, the peripheral wall having at least an opening through which the wire guide system passes;
iv) orient the fusible end of the fuse wire relative to the end of the tungsten electrode at an angle between 5 ° and 50 °
one compared to the other, the wire being guided so that one end of the wire just brush the pointed end of the tungsten electrode to create an arc electric above said at least one part to be welded;
and wherein said at least one workpiece is a sheet or plate metal having a thickness between 0.5 mm and 4 mm, and is made of a material comprising carbon steel, ferritic or austenitic stainless steel, a alloy of nickel, a titanium-zirconium alloy, a tantalum alloy, or an alloy light-based aluminum or magnesium.
souder est faite d'acier au carbone revêtu. The method of claim 1 wherein said at least one piece at solder is made of coated carbon steel.
souder est faite d'acier au carbone galvanisé ou électro-zingué. 3. The method according to claim 2, wherein said at least one piece at soldering is made of galvanized or electro-galvanized carbon steel.
l'étape iv), l'extrémité fusible du fil fusible est orientée relativement à
l'extrémité de l'électrode en tungsten selon un angle compris entre 10° et 30°
l'une par rapport à
l'autre. 5. The process according to any one of claims 1 to 4, wherein step iv), the fusible end of the fuse wire is oriented relative to the end of the tungsten electrode at an angle between 10 ° and 30 °
one in relation to the other.
comprenant les étapes de :
i) fournir un fil fusible ayant une extrémité fusible;
ii) fournir au moins une pièce métallique à souder;
iii) fournir une torche de soudage TIG ayant un corps de torche et une électrode en tungsten qui a une extrémité pointue, la torche comprenant également au moins un ensemble buse/guide-fil pour une torche de soudage à
arc électrique, comprenant au moins une buse pour fournir un mélange de gaz, la buse ayant un premier axe longitudinal et au moins un système guide-fil pour guider le fil fusible, le système guide-fil comprenant une première section, la première section comprenant l'extrémité en aval du système guide-fil, l'extrémité en aval dirigeant le fil fusible dans la buse, l'extrémité
fusible du fil fusible et l'électrode en tungsten reposant dans un seul et même plan, la buse comprenant également une paroi périphérique, la paroi périphérique ayant au moins une ouverture par laquelle le système guide-fil passe;
iv) fournir un courant électrique à l'électrode en tungsten;
v) orienter l'extrémité fusible du fil fusible relativement à l'extrémité de l'électrode en tungsten selon un angle compris entre 5 et 50 l'une par rapport à l'autre, le fil étant guidé de façon à ce que l'une des extrémités du fil vient frôler l'extrémité pointue de l'électrode en tungsten pour créer un arc électrique au dessus de ladite au moins une pièce à souder, et où ladite au moins une pièce est choisie parmi des feuilles ou des plaques métalliques ayant une épaisseur comprise entre 0.5 mm et 4 mm et est faite d'un matériau comprenant de l'acier au carbone, de l'acier inoxydable ferritique ou austénitique, un alliage de nickel, un alliage de titane-zirconium, un alliage de tantale, ou un alliage léger d'aluminium ou de magnésium, et où le courant électrique est choisi parmi: un courant continu pulsé ou non-pulsé pour les aciers au carbone, les aciers inoxydables, ou les alliages de nickel, de titane-zirconium ou de tantale, et un courant alternatif ou à polarité variable pour les alliages légers à base d'aluminium ou de magnésium. 7. Process for welding one or more metal parts, the method comprising the steps of:
i) providing a fusible wire having a fusible end;
ii) providing at least one metal part to be welded;
iii) provide a TIG welding torch having a torch body and a tungsten electrode which has a pointed end, the torch comprising also at least one nozzle / guide-wire assembly for a welding torch to electric arc, comprising at least one nozzle for supplying a gas mixture, the nozzle having a first longitudinal axis and at least one wire guide system for guiding the fuse wire, the wire guide system comprising a first section, the first section comprising the downstream end of the guide-wire, the downstream end pointing the fuse wire into the nozzle, the end fuse fusible wire and the tungsten electrode resting in one and the same plane, the nozzle also comprising a peripheral wall, the peripheral wall having at least one opening through which the wire guide system passes;
iv) supplying an electric current to the tungsten electrode;
v) orient the fusible end of the fuse wire relative to the end of the tungsten electrode at an angle of between 5 and 50 report to the other, the wire being guided so that one end of the wire just brush the pointed end of the tungsten electrode to create an arc above said at least one workpiece, and wherein said at least one part is chosen from sheets or metal plates having a thickness of between 0.5 mm and 4 mm and is made of a material comprising carbon steel, ferritic stainless steel or austenitic, a nickel alloy, a titanium-zirconium alloy, an alloy of tantalum, or a light alloy of aluminum or magnesium, and where the current electrical circuit is selected from: pulsed or non-pulsed direct current for carbon steels, stainless steels, or nickel alloys, titanium-zirconium or tantalum, and an alternating current or variable polarity for the light alloys based on aluminum or magnesium.
l'étape iv), l'extrémité fusible du fil fusible est orientée relativement à
l'extrémité de l'électrode en tungsten selon un angle compris entre 10 et 30 l'une par rapport à
l'autre. The process of any one of claims 7 to 10, wherein step iv), the fusible end of the fuse wire is oriented relative to the end of the tungsten electrode at an angle of between 10 and 30 report to the other.
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