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Procédé et installation de découpage à l'oxygène des métaux et leurs alliages, utilisant l'énergie cinétique de particules à grande vitesse.
Lorsqu'un métal ou un alliage de métaux est dé- coupé au moyen d'un chalumeau utilisant une source de chaleur et de l'oxygène pour le découpage, il se forme des oxydes. Ces oxydes en fusion constituent un laitier qui doit être évacué au moment où il se forme, afin de permettre la progression régulière du coupage.
Pour certains métaux et alliages, ce laitier peut être aisément évacué sous l'action du jet d'oxygène de coupe.
Pour d'autres, le jet d'oxygène de coupe est impuissant à assurer cette évacuation.
Dans ce dernier cas, les oxydes forment un lai- tier visqueux adhérant aux parois de la saignée, ce laitier, s'il n'est pas évacué, ne permet plus à l'oxygène de rencontrer du métal ou de l'alliage à vif et l'oxydation s'arrête.
La présente invention réside dans le fait, qu'en injectant dans le jet d'oxygène de coupe des particules de ma- tières solides généralement quelconques, on communique à ces particules une énergie cinétique suffisante pour assurer ra- pidement et complètement l'évacuation, avec le jet d'oxygène, des laitiers formés.
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Si, d'autre part, l'on envisage le mode de formation des oxydes dans le découpage d'un métal ou d'un alliage quelconque au moyen d'un chalumeau utilisant une source de chaleur et un jet d'oxygène, on remarque que les oxydes engendrés se présentent sous la forme de gouttelet- tes ou de filets de laitier en fusion.
Ces gouttelettes et ces filets, même lorsque le métal ou l'alliage donne un laitier suffisamment fluide pour être évacué par le jet d'oxygène, suivent des trajec- toires quelconques.
Le laitier en fusion creuse le métal le long de ces trajectoires, par suite de phénomènes divers qui se manifestent, et des stries parfois très fortes se produisent sur les parois de la saignée. On se rend immédiatement compte qu'en aidant à l'évacuation rapide des laitiers, on peut di- minuer la profondeur des stries et modifier leur orientation.
Un arrive même, pour des conditions de règlage déterminées, à les supprimer pratiquement, si, suivant la présente inven- tion, l'on introduit dans le circuit d'oxygène de coupe, des particules solides de matière généralement quelconques, aux- quelles le dit oxygène de coupe communique une énergie ciné- tique suffisante pour que les particules lancées, entrant au contact des laitiers, entrainent ceux-ci mécaniquement hors de la saignée.
Les avantages du procédé sont:
1. Possibilité de couper des métaux ou alliages donnant à l'oxydation des laitiers visqueux ou réfractaires.
2. Possibilité de réduire ou d'éliminer pra- tiquement les stries dans les parois de la saignée et ceci au cours du coupage de n'importe quel métal ou alliage.
Dans le coupage avec particules à grande vites- se suivait le principe mentionné ci-dessus, il faut noter que les caractéristiques et la vitesse des particules ( forme, dimensions, masse spécifique, etc. ) doivent être fixées en- tre certaines limites pour chaque cas, et cela suivant les caractéristiques physiques ( viscosité, température approxi- mative de fusion etc. ) des laitiers à évacuer au moment du coupage.
Une forme d'exécution, donnée à simple titre d'exemple non limitatif ; est représentée schématiquement aux dessins annexés dans lesquels: la fig.l est un ensemble schématique de l'instal- lation de découpage; les fig. la et lb sont des variantes de dispo- sition des becs de chauffe et du bec de coupe;
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la fig. 2 est une variante du distributeur de particules.
L'installation comprend, essentiellement. un chalumeau spécial et un distributeur de particules inséré dans le circuit d'oxygène de coupe.
Le chalumeau peut être tenu à la main ou être monté sur une machine à couper. L'opération est donc manuelle ou automatique.
Le chalumeau 7 est raccordé à une distribu- tion d'oxygène 12, à une distribution d'acétylène 10 et au distributeur 15 par le conduit 13 ( oxygène de coupe + particules.)
Le règlage des gaz de chauffe se fait par les robinets 9 et 11.
Dans le cas où le chalumeau est monté sur une machine à couper, il est prévu un support 8.
Le chalumeau est équipé d'une tête et de becs. Les becs peuvent être amovibles ou non. La fig.l représente une tête 1 à laquelle les becs de chauffe 2, 3, 4 et le bec d'oxygène de coupe 5 sont incorporés. Le bec d'oxygène de coupe est constitué d'un ou plusieurs canaux amenant l'oxygène. Ce ou ces becs peuvent être en- tourés de becs de chauffe répartis sur la périphérie des conduits d'oxygène, comme représenté à la fig. lb.
Ils peuvent aussi être précédés de becs de chauffe comme indiqué aux figures la et lb.
Les becs de chauffe distribués autour du conduit d'oxygène de coupe, peuvent être remplacés par une amenée annulaire du gaz de chauffe concentrique au conduit amenant l'oxygène de coupe.
Enfin, le bec d'oxygène de coupe peut être prévu comme l'indique la figure la ; chauffe se faisant uniquement par les becs 2',3' et 4'. de coupe
Le nombre de bec de chauffe et de becs d'oxygène n'est pas limité.
La tête et les becs du chalumeau sont refroi- dis à l'air ou par circulation d'eau.
Le conduit 13 amène à la tête du chalumeau l'oxygène de coupe contenant les particules ; ce con- duit les particules acquièrent une vitesse suffisante pour remplir leur office.
Ce conduit 13 est alimenté par le réservoir 15 contenant les particules 16.
Le réservoir 15 reçoit l'oxygène par le conduit 14.
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Ce réservoir 15, fixe ou mobile, peut être conçu soit avec dispositif vibrant 17, tamis 19, couronne de réglage de débit des particules 18 ( le tamis 19, la couronne de règlage 18 sont alors fixés à un support 23 intérieur au réservoir ), soit avec écoulement des parti- cules réglé par un robinet spécial 20 placé entre le réser- voir 15' et le mélangeur 21. La capacité du réservoir 15 est fonction des travaux de coupage à effectuer.
L'opération de coupage s'effectue comme avec un chalumeau coupeur ordinaire, la tête 1 se déplaçant dans le sens indiqué par la flèche au-dessus de la pièce 22 à couper. il est également possible de déplacer la pièce à couper sous le chalumeau immobilisé.
A titre d'exemple il est à signaler qu'avec le procédé décrit ci-dessus, on a pu découper, même en for- tes épaisseurs, le l'acier inoxydable 18/8, en employant, comme particules solides lancées par le jet d'oxygène de coupe, du sable quartzeux calibré ( 0,2 à 0,3 mm.)
Le débit de particules était de l'ordre de 40 grammes à la minute, ces particules étaient lancées par un jet d'oxygène de coupe, dont la pression à l'amont du bec était de 5 kgs/cm2, pour un bec d'un diamètre intérieur de 1,5 mm.
R e v e n d i c a t i o n s .
1.- Procédé de découpage à l'oxygène des métaux et leurs alliages, caractérisé par le fait que les oxydes et laitiers formés au cours de l'opération de coupe sont évacués par des particules solides de matières généralement quelconques animées par le jet d'oxygène de coupe d'une éner- gie cinétique suffisante.
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Process and installation for cutting metals and their alloys with oxygen, using the kinetic energy of particles at high speed.
When a metal or metal alloy is cut with a torch using a heat source and oxygen for cutting, oxides are formed. These molten oxides constitute a slag which must be evacuated when it is formed, in order to allow the regular progression of the cutting.
For certain metals and alloys, this slag can be easily removed under the action of the cutting oxygen jet.
For others, the cutting oxygen jet is powerless to ensure this evacuation.
In the latter case, the oxides form a viscous slag adhering to the walls of the bleeding, this slag, if it is not evacuated, no longer allows the oxygen to meet the metal or the live alloy. and the oxidation stops.
The present invention resides in the fact that by injecting particles of generally any solid matter into the cutting oxygen jet, these particles are imparted sufficient kinetic energy to ensure rapid and complete evacuation. with the oxygen jet, slags formed.
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If, on the other hand, one considers the mode of formation of oxides in the cutting of any metal or any alloy by means of a torch using a source of heat and a jet of oxygen, one notices that the oxides generated are in the form of droplets or streaks of molten slag.
These droplets and streaks, even when the metal or alloy gives a slag sufficiently fluid to be removed by the oxygen jet, follow any paths.
The molten slag digs the metal along these trajectories, as a result of various phenomena which appear, and sometimes very strong striations occur on the walls of the bleeding. We immediately realize that by helping the rapid evacuation of the slag, we can reduce the depth of the ridges and change their orientation.
One even happens, for determined adjustment conditions, to practically eliminate them, if, according to the present invention, solid particles of generally any material are introduced into the cutting oxygen circuit. said cutting oxygen communicates sufficient kinetic energy so that the particles launched, coming into contact with the slags, drive them mechanically out of the bleeding.
The advantages of the process are:
1. Possibility of cutting metals or alloys giving the oxidation of viscous or refractory slags.
2. Possibility of reducing or practically eliminating striations in the walls of the groove and this during the cutting of any metal or alloy.
In cutting with particles at high speed - the principle mentioned above was followed, it should be noted that the characteristics and speed of the particles (shape, dimensions, specific mass, etc.) must be set within certain limits for each case, and this depending on the physical characteristics (viscosity, approximate melting temperature, etc.) of the slags to be removed at the time of cutting.
One embodiment, given simply by way of non-limiting example; is shown schematically in the accompanying drawings in which: FIG. 1 is a diagrammatic assembly of the cutting installation; figs. 1a and 1b are variations in the arrangement of the heating nozzles and the cutting nozzle;
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fig. 2 is a variant of the particle distributor.
The installation includes, essentially. a special torch and a particle distributor inserted into the cutting oxygen circuit.
The torch can be hand held or mounted on a cutting machine. The operation is therefore manual or automatic.
The torch 7 is connected to an oxygen distribution 12, to an acetylene distribution 10 and to the distributor 15 via the pipe 13 (cutting oxygen + particles.)
The heating gas is regulated using taps 9 and 11.
In the case where the torch is mounted on a cutting machine, a support 8 is provided.
The torch is equipped with a head and nozzles. The spouts may or may not be removable. The fig.l shows a head 1 in which the heating nozzles 2, 3, 4 and the cutting oxygen nozzle 5 are incorporated. The cutting oxygen nozzle consists of one or more oxygen supply channels. This or these nozzle (s) may be surrounded by heating nozzles distributed over the periphery of the oxygen conduits, as shown in FIG. lb.
They can also be preceded by heating nozzles as indicated in figures la and lb.
The heating nozzles distributed around the cutting oxygen pipe can be replaced by an annular supply of the heating gas concentric with the pipe supplying the cutting oxygen.
Finally, the cutting oxygen nozzle can be provided as shown in Figure 1a; heating is done only by the nozzles 2 ', 3' and 4 '. cutting
The number of heating nozzle and oxygen nozzle is not limited.
The torch head and nozzles are cooled in air or by circulating water.
Line 13 brings the cutting oxygen containing the particles to the head of the torch; this leads the particles to acquire a sufficient speed to fulfill their function.
This duct 13 is fed by the reservoir 15 containing the particles 16.
The reservoir 15 receives the oxygen through the conduit 14.
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This reservoir 15, fixed or mobile, can be designed either with a vibrating device 17, sieve 19, particle flow rate adjustment ring 18 (the sieve 19, the adjustment ring 18 are then fixed to a support 23 inside the tank), or with flow of the particles regulated by a special valve 20 placed between the tank 15 'and the mixer 21. The capacity of the tank 15 depends on the cutting work to be carried out.
The cutting operation is carried out as with an ordinary cutting torch, the head 1 moving in the direction indicated by the arrow above the part 22 to be cut. it is also possible to move the workpiece under the immobilized torch.
By way of example, it should be noted that with the process described above, it has been possible to cut 18/8 stainless steel, even in great thicknesses, using, as solid particles launched by the jet. cutting oxygen, calibrated quartz sand (0.2 to 0.3 mm.)
The particle flow rate was of the order of 40 grams per minute, these particles were launched by a cutting oxygen jet, the pressure of which upstream of the nozzle was 5 kgs / cm2, for a nozzle of an inner diameter of 1.5 mm.
R e v e n d i c a t i o n s.
1.- A method of cutting metals and their alloys with oxygen, characterized in that the oxides and slag formed during the cutting operation are discharged by solid particles of generally any material animated by the jet of cutting oxygen of sufficient kinetic energy.