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" PROCEDE ET APPAREIL DE CHAUFFAGE, DE SOUDURE ET
D'OXY-COUPAGE " flette invention est relative à l'art du chauffa- ge, de la soudure, de la coupe et de l'enlèvement de la surfa- ce des métaux et, plus particulièrement à un système de com-
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mando IJorfoctiollI1Ó ce prôtait, 1,artlculiot'umont en vue du son emploi en combinaison avec des appareils qui utilisent des agents de chauffage et d'oxydation gazeux pour le chauffage, la soudure, la coupe ou l'enlèvement de la surface des pro- duits ferreux, tels que :
tôles, plaques et profi- lés en métal ferreux, lequel système peut aussi être ap.
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pliqué avantageusement à. d'autres types d'appareils, tels que ceux qui utilisent des moyens de chauffage.électrique, par exemple l'arc électrique, pour la soudure, le chauffage, l'en- lèvement de la surface ou la coupe des métaux. Comme ce sys- tème de commande est en particulier utile avec les appareils qui utilisent un jet oxydant gazeux comme agent d'oxy-cou- page (coupe ou enlèvement des métaux), on décrira ci-après son application à un appareil d'oxy-coupage pour faire com- prendre les principes de l'invention.
Dans le fonctionnement des coupeuses oxy-acétylé- niques, par exemple, il est nécessaire de chauffer une zone de métal située au point de départ à une température d'allu- mage avant d'appliquer le jet d'oxygène de coupe. Le débit de cet oxygène de coupe est commandé par un pointeau ou or- gane équivalent; et, au moment où l'on ouvre ce pointeau, il est désirable de fermer immédiatement le circuit du moteur électrique qui actionne le mécanisme faisant avancer l'ou- vrage, ou le chalumeau coupeur, suivant la ligne de coupe.
Jusqu'à ce jour, ces opérations d'ouverture du pointeau et de fermeture de l'interrupteur ont été réalisées manuellement par un ouvrier qui surveille le préchauffage au point de dé- part. En raison de ses erreurs d'estimation et d'autres fac- teurs, l'ouvrier effectue souvent ces opérations soit trop tôt, suit trop tard, ce qui a comme résultat une perte à la fois de temps et de matière et une coupe mal faite. De plus, pendant le coupage, la chaleur de préchauffage nécessaire peut faire défaut ou devenir insuffisante et, dans ce cas,la coupe est "perdue". Ceci occasionne une perte considérable d'oxy. gène parce que,d'ordinaire, l'ouvrier n'effectue pas immédiate-
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la fermeture du pointeau d'oxygène de coupage ou le rétablis- sement de la flamme préchauffante.
Finalement, un retard plus ou moins.grand peut être apporté à la fermeture du pointeau à oxygène de coupage à l'achèvement d'une coupe, et ceci oc- casionne aussi une perte d'oxygène, ainsi qu'une perte de
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gaz de chaufruee. Dco t'UL'illt;;t1.WeU t.:t.. ouvertureu ,lJ1'6/1W.turÓeu ou retardées de pointeaux et d'interrupteurs de commande se produisent souvent, d'une manière analogue, à la mise en mar- che et à l'arrêt des opérations de chauffage, de traitement thermique, de soudure et d'enlèvement de la surface et d'au- tres parties des métaux.
Les buts principaux de l'invention sont de supprimer cette perte et cette efficacité insuffisante dans le fonc- tionnement des appareils à chauffer et à souder et des appa- reils d'oxy- coupage, ce par quoi on entend ci-après à la fois les appareils effectuant l'enlèvement de la surface ou d'autres parties d'une pièce métallique et les appareils ef- fectuant la coupe des métaux, et, dans les procédés et ap- pareils antérieurs d'oxy-coupage, par exemple, de régler au- tomatiquement l'opération d'oxy-coupage (coupe ou enlèvement du métal) et l'admission ou courant de gaz oxydant indépen- damment du facteur humain.
Plus particulièrement, un des buts de l'invention est de créer, pour les appareils d'oxy-coupa- ge, un système de commande qui d'une part effectue l'ouver- ture du pointeau à jet d'oxygène et la mise en marche du mé- canisme d'entraînement exactement au moment voulu ; et d'autre part ferme instantanément le pointeau d'alimentation d'oxygè- ue d'oxy-coupage et arrête le mécanisme d'entraînement, à
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la fois lorsque le préchauffage est insuffisant pendant l'oxy-' coupage et lorsque l'opérationd'oxy-coupage est terminée.
Par conséquent, cette invention consiste en un procédé de chauffage, de soudure ou d'oxy-coupage d'un produit ou objet métallique, appelé ci-après "pièce", qui consiste à chauffer localement la pièce pour chauffer initialement une partie de cette pièce; à faire mouvoir la pièce et la source de chaleur l'une par rapport à l'autre, après que cette partie initiale- ment chauffée a été portée à une température prédéterminée, pour chauffer successivement d'autres parties de la même pièce;
et à régler ce mouvement relatif sous l'influence de l'énergie rayonnante émise par les parties successivement chauffées de la pièce, de façon à chauffer uniformément ces parties. L'in- vention comprend aussi un appareil pour le chauffage, la sou- dure ou l'oxy-coupage d'un corps ou pièce métallique qui comprend, en combinaison, une source de chaleur à haute tem- pérature servanà chauffer la pièce suivant un chemin prédé- terminé; un mécanisme agencé pour faire mouvoir la pièce et la source de chaleur l'une par rapport à l'autre de façon à chauffer des parties successives de la pièce suivant ce che- min; et des moyens, sensibles à l'énergie rayonnante émise par lesdites parties chauffées, pour régler la mise en marche de ce mécanisme.
Sur le dessin annexé :
Fig. 1 représente schématiquement un mode de réali- sation de l'invention, en combinaison avec un schéma de mon- tage.
Fig. 2 est une vue schématique à grande échelle représentant une façon d'utiliser le système de commande pour
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actionner un interrupteur à moteur et le pointeau à oxygène de coupe d'un chalumeau d'oxy-coupage.
On se référera d'abord plus particulièrement à la fige 1 . La construction représentée comprend un mécanisme d'entraînement ou transporteur F, de préférence du type à chat- ne sans fin ou à courroie mobile, servant à faire mouvoir une pièce ,par rapport à l'outil de traitement thermique. La chaî- ne ou courroie 11 est montre sur une Bérle du roues à chaîne ou poulies 12 auxquelles un mouvement de rotation est commu- niqué par une courroie 1", passant d'une part sur une poulie 14 fixée à l'une des roues à chaîne 12 ,et d'autre part sur une poulie 15 faisant partie de l'engrenage réducteur de vitesse 16 d'un moteur électrique M. Un régulateur 17,fixé au moteur M, permet de régler la vitesse de ce moteur, et, par suite, la vitesse du mouvement du transporteur.
Un outil de chauffage B, représenté dans cet exem- ple sous forme d'un chalumeau d'oxy-coupage, est monté pour effectuer librement un mouvement vertical par rapport au trans- porteur F de façon que la buse coupeuse N puisse être placée dans une position convenable par rapport à la tôle ou pièce P. L'outil de chauffage pourrait d'ailleurs comprendre un chalumeau à gaz combustible ou un outil de soudure à l'arc lec trique pour effectuer des opérations de traitement thermique ou de soudure . Un collier 18 est fixé à un bâti de sup- port 20 par une console 19. Une crémaillère 22 ,fixée à la périphérie du corps du chalumeau B dans la direction longi- tudinale de ce chalumeau , engrène avec un pignon traver- sant la paroi de la douille 18.
Un bouton moletté 23 per- met de régler ce pignon, qui peut tourner normalement dans la
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douille 18 mais qui peut être bloqué par rapport à cette douille en vue de bloquer le chalumeau B.
Un indicateur de température 24 coulisse sur une tige verticale 21 fixée au bâti de support 20 et est disposé obliquement par rapport au chalumeau B et à un certain écarte- ment de ce chalumeau. Une douille 30 entoure la tige 21 sur laquelle elle coulisse, et un dispositif à vis molettée ou dispositif analogue permet de fixer cette douille dans tou- te position désirée sur la tige 21 . Un bras 40 , supporté pour pivoter autour d'un point voisin de son milieu, relie la douille 30 au bottier de l'indicateur de température 24. Ce- lui-ci comprend dea moyans nensiblen à une énergie thermique telle que celle qui pourrait être émise par une zone de la plaque P portée à une température élevée par l'outil chauf- fant B.
L'indicateur de température comprend de préférence un tube dirigé vers la zone chauffée et muni, à son extrémité avant, d'une lentille 26 servant à former une image de la zone chauffée incandescente sur des moyens sensibles à l'é-
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llnrp,1.f!> rnyclrr6e. Oer mnyoun peuvent. connirster en un 1:'.1 L" ,mÎJ t.r à rayonnement et, dans ce cas, la lentille peut former une image de la zone chauffée ou incandescente sous forme d'une tache chaude et lumineuse sur la jonction d'un thermo-couple.
L'indicateur de température préféré, représenté sur la fig. 1, comprend un tube conducteur de lumière 25 dont l'extrémité avant ou allant en se rétrécissant est placée près de la zone incandescente de la pièce P et dirigée vers cette zone. Une lentille 26 forme une image de la zone incandescente sur une cellule photo-électrique E située à l'extrémité supérieure du tube. Si on le désire, on peut utiliser une tige de quartz
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pénétrant dans le tube 25 pour transmettre le rayonnement de la zone lumineuse à la cellule E.
On règle sélectivement la position d'un écran 27, à l'aide d'un bouton 28, de fa- çon à régler celle des parties de la surface de la cellule photo-électrique qui est exposée à la source incandescente et, par conséquent, la température que doit posséder cette source pour produire une action prédéterminée sur la cellule.
On se référera maintenant plus particulièrement à la fig. 2 . Cette figure représente l'application du systè- me de commande à un chalumeau d'oxy-coupage courant qui com- porte des tubulures d'admission de gaz 29 et des pointeaux de réglage de mélange combustible Vm. Le conduit d'amenée d'oxygène 31 communique avec le tube à oxygène de coupe 32 lorsque le pointeau Vo est ouvert. Un levier 33 servant à actionner le pointeau à oxygène de coupe pivote par son ex- trémité supérieure autour d'un point qui est fixe par rap- port au chalumeau B, par exemple sur un bras 34 fixé, par exemple, à une chape 35 du chalumeau B. L'extrémité opposée du levier 33 est reliée de façon pivotante au noyau 36 d'un solénoide 37 qui est monte perpendiculairement au chalumeau B, par exemple à l'aide d'un bras ou ferrure de montage 38.
Une tige 39 à l'extrémité interne de laquelle est fixée la tête 41 du pointeau Vo est reliée d'une façon pivo- tante au levier 33, en un point intermédiaire de la longueur de ce levier et, de préférence, au voisinage de son milieu.
La tête 41 et le levier 33 sont sollicités vers l'intérieur jusqu'à la position normalement fermée par un ressort à bou- din 42. Deux contacts 43 et 44 sont montés respectivement sur
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le levier 33 et sur le bras 34 dont ils sont isolés par des isolants convenables.
Les impulsions émanant de la cellule photo-élec- trique E sont conduites par des fils et 46 aux bornes d'entrée d'un amplificateur thermionique A. Oes impulsions sont amplifiées par une série de tubes et, à partir des bor- ries de sortie, sont conduites à travers la bobine du solénoi- de d'un relais de courant sensible 47 monté en série avec un milliampèremètre 48 , par des fils 49, 51, 52. Le relais 47 porte un plot fixe 53 et est muni d'un contact mobile 54 porté par un bras pivotant sur le noyau de la bobine. Un fil 55 va du plot 53 à une des bornes du solénoide 37; et un fil 57 va de l'autre borne 58 de ce solénolde au contact 43.
Un fil relie le fil 57 à l'un des conducteurs 61 d'une source de courant électrique, par exemple à 110 volts, con- tinu ou alternatif. L'autre conducteur 62 de cette source est relié au contact 54 par un fil 63. Les conducteurs 61 et 62 sont reliés aux bornes d'alimentation de l'amplificateur A et. munissent celui-ci d'une source de courant de travail. Un fil 64 relie le conducteur d'alimentation 62 à l'une des bor- nes du moteur M, dont l'autre borne est reliée au contact 44 par un fil 65.
Lorsque l'appareil ne fonctionne pas, les relais et le levier 33 servant à actionner le pointeau à oxygène de coupe occupent les positions représentées sur les fige 1 et 2.
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j'nul' D1C t t t'rI i'aj>pareil on service, on place d'abord une Laôle ou autre pièce P sur le mécanisme d'entraînement F de façon que le bord de la tôle soit directement au-dessous du cha- lumeau de soudure, oxy-coupage, etc.
B, et l'on règle alors
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ce chalumeau verticalement à l'aide du bouton moletté 23, de façon qu'il occupe une positioncorrecte par rapport à la piè- ce . Dans le cas du chalumeau d'oxy-coupage représenté, cet- te position est obtenue lorsque l'extrémité de sortie de la buse N est directement au-dessus de la pièce enmétal ferreux P, au point de départ S, comme représenté sur la fig. 1. On
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afrro '3.1 Q1'(I le boubou ùiolo1iO M pvui blot.lucr la cliea3..tucau dans cette position.
On règle l'obliquité de l'indicateur de température 24 à l'aide du bras pivotant 40, et on règle sa position verticale en faisant coulisser la douille 30 sur la tige 21 jusqu' à ce que l'indicateur ait été mis au point sur la zone à chauffer. On règle ensuite la position de l'écran 27 à l'aide du bouton 28 , qui ost de préférence muni de mar- ques qui peuvent être graduées en degrés 0, si on le désire.
Dans le cas d'une opération d'oxy-coupage, il est préféra- ole de régler l'écran 27 à la température d'allumage du mé- tai de la pièce P. Dans le cas d'une opération de soudure, du-durcissement par la flamme ou d'un autre traitement ther- mique, on règle l'écran 27 de façon que la cellule photo-élec- ti'ique E puisse être convenablement illuminée ou excitée à la température désirée.
Les réglages étant terminés, on proportionne cor- rectement le mélange du jet préchauffant à l'aide des poin- teaux Vm et on allume les flammes préchauffantes. Lorsque la pièce P a été suffisamment chauffée, une partie ou zone de cette pièce devient lumineuse ou incandescente, et l'énergie rayonnande cette zone est dirigée par la lentille 26 vers la cellule photo-électrique E. Lorsque la température de cou- pe convenable a été atteinte, le courant de la cellule photo-
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électrique E, fourni à l'amplificateur et amplifié par ce dernier, est suffisamment intense pour exciter le relais 47 et amener le contact mobile 54 contre le plot fixe 53. Le solénolde 37 est ainsi relié à la source de couraat électri- que et excité.
Le noyau 36 est alors attiré à l'intérieur de la debine et tire le levier 33 à l'écart du chalumeau B, ce qui ouvre le pointeau à oxygène Vo et, en même temps, ferme les contacts 43 et 44,en établissant ainsi le circuit du mo- teur électrique M, qui est mis en mouvement, On voit ainsi que lorsque la cellule E reçoit une excitation suffisante,le pointeau à oxygène Vo et le moteur qui actionne le mécanis- med'entrainement sont actionnés instantanément et automati- quement, et le courant d'oxygène est appliqué à la pièce P au moment exact où ce courant est nécessaire. Dans les opé- rations de traitement thermique, le courant émis par la cel- lule met et maintient le transporteur en mouvement en fai- sant ainsi mouvoir la pièce par rapport à la source de cha- leur lorsque le métal a été porté à la température désirée.
A mesure que le courant d'oxygène de coupe est ap- pliqué à la pièce P, le transporteur fait avancer cette piè- ce en regard du chalumeau B. On peut régler la vitesse du moteur M à l'aide du régulateur 17, par exemple, de façon que la vitesse à laquelle le transporteur se meut soit sensible- ment égale à la vitesse de coupe maximum. Si la pièce P était entrainee trop rapidement en regard du chalumeau B, le mu Lai ne serait pas maintenu à la température d'allumage par les
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flammoa 1,réclw.u.ffu,uLeu o4 lui.- la 1'(:1101.100. oxydante du m6- tal, et la coupe serait ordinairement "perdue" .
Toute- fois, à l'instant précis où la coupe est sur le point de se
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"perdre", la cellule mise au point sur la zone chauffée ces- se d'être soumise à un rayonnement suffisant'pour maintenir les contacts fermés et le pointeau Vo ouvert. Il en résulte
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que lo Q C \)lH'lm d'cxy,r:e,ter do coupe auu t, lllu!lÙ d 11.1 t.OIllVLl inuvriwiù- pu et que le moteur M s'arrête, de sorte que la pièce cesse de se mouvoir par rapport auhalumeau jusqu'à ce que les flam- mes préchauffantes aient porté la zone chauffée à la tempé- rature d'allumage, l'oxygène de coupe étant alors de nouveau admis et le mécanisme d'entraînement continuant le mouvement de la pièce P.
De cette façon, l'oxygène de coupe n'est admis
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a la. pi ôoo Fi cluo loruquo la t-umpuruturo u ôté portée au puiut d'allumage et, l'opération de coupage étant dès lois automa- tique. Lorsque la pièce P atteint l'extrémité de sa course et que la coupe est terminée, il n'existe plus de zone chauf- fée pour exciter la cellule photo-électrique E, de sorte que le jet oxydant est interrompu automatiquement et que le cir- cuit du moteur est ouvert automatiquement pour arrêter le mouvement du transporteur F et de la pièce P.
pomme on l'a dit précédemment, les principes de l'invention ne sont pas limités à l'appareil ou à l'opération particuliers qui ont été décrits ci-dessus en détail, ces prin- cipes pouvant être appliqués généralement à la commande automatique de machines ou appareils utilisant des agents de chauffage et (ou) d'oxydation pour effectuer des opéra- tions de chauffage, de soudure ou d'oxy-coupage sur des pièces en métal ferreux. Ces opérations d'oxy-coupage peu- vent essentiellement être considérées comme des opérations d'enlèvement de métal parce que le jet coupant enlève du
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metal pear provoquer une saignéeà travers une billette ou une tôle ea vue du découpage, alors que le jet utilisé pour at- taquer la surface enlève du métal de la surface d'une bil- lette ou plaque.
Oes jets sont tous deux des jets oxydants et, avant d'appliquerl'un ou l'autre sur la pièce de métal ,il importe que le métal soit porté, au point de départ, à une température d'allumage ou d'amorçage et que cette tempéra- ture soit maintenue au point d'application du jet oxydant pendant l'opération entière. La vitesse du jet d'oxygène de coupage est élevée - sensiblement supérieure à 300 mètres par seconde -- et ce jet est usuellement appliqué presque perpendiculairement à une surface de la pièce; alors que la vitesse du jet d'oxygène appliqué pour enlever la surface est beaucoup plus faible -- de préférence de l'ordre de 60 à 300 métrés par sec inde -- et ce jet est de préférence ap- pliqué suivant un angle de 15 à 35 par rapport à la surfa- ce à enlever.
Diverses modifications peuvent être apportées aux détails et aux réglages du mécanisme décrit sans s'écarter des principes essentiels de l'invention. Par exemple, bien qu'on ait décrit l'outil de chauffage, de soudure ou d'oxy- coupage sous forme d'un chalumeau oxy-acétylénique unique, il est évident qu'on pourrait utiliser une série d'outils ou de chalumeaux à flamme oxydante travaillant sur la même pièce et commandés suivant l'invention pour réaliser une opé- ration désirée.