Procédé pour enlever du métal d'une pièce en acier inoxydable ou en métal non ferreux La présente invention a pour objet un procédé pour enlever du métal d'une pièce en acier inoxyda ble ou en métal non ferreux, au moyen d'un arc électrique et d'un courant de gaz, caractérisé en ce qu'on fait passer un courant annulaire d'azote ou d'un mélange d'azote et d'hydrogène le long d'une électrode métallique non consommable, en ce qu'on rétrécit à l'extrémité de l'électrode le courant annu laire de manière à former un jet gazeux à vitesse élevée, et en ce qu'on,
établit un arc dans ledit jet gazeux entre l'extrémité de l'électrode et la pièce, le métal étant fondu par ledit arc et enlevé de la pièce par ledit jet gazeux.
Antérieurement au présent procédé et en ayant recours à des vitesses de coupe pouvant atteindre 100 cm par minute, il était difficile de découper l'aluminium, ou le magnésium avec un arc protégé par de l'azote. On obtenait des, coupes de très mé diocre qualité avec des, scories attachées aux bords de la coupe. Les spécialistes supposaient donc qu'il était impossible de procéder à des coupes, à vitesse élevée. Le titulaire a découvert cependant qu'on peut effectuer des, coupes satisfaisantes avec un tel gaz à des vitesses plus élevées et qu'on peut même effec tuer des coupes, quelle que soit l'épaisseur de la pièce.
En ajoutant de l'hydrogène à l'azote, le titu laire. a également découvert qu'on peut réduire la vitesse minimum à 25 cm. environ par minute dans le cas de pièces minces (par exemple d'une épais seur de 1,6 mm), et même à des vitesses encore plus faibles dans le cas. de pièces épaisses (par exemple de 2,54 mm), en obtenant des résultats absolument satisfaisants.
En, outre, l'addition d'hydrogène à l'azote pour découper à l'arc des pièces en métal non ferreux, comme l'aluminium, le magnésium, le cui vre et le nickel, se traduit dans ce cas par une aug mentation -des vitesses de coupe par rapport à celles obtenues à l'aide de l'azote seul.
Un autre avantage consiste en ce qu'on peut adopter de très. faibles débits de gaz en ayant recours à de l'azote ou un mélange contenant de l'azote et de l'hydrogène, tout en obtenant des coupes de bonne qualité. Lorsqu'on utilise le mélange classique de 35 0/o en volume d'hydrogène et de 65 '0/o en volume d'argon, le débit minimum, est sensiblement le dou ble de celui qui est nécessaire lorsqu'on utilise l'azote. On peut utiliser des débits d'azote ne dépas sant pas 710 litres par heure sans effets nuisibles.
L'azote ou des mélanges d'azote et d'hydrogène, qui sont des, gaz réducteurs, protègent lest surfaces de coupe d'une oxydation excessive. Ainsi, dans des conditions, conduisant à de bonnes qualités de coupe, il est inutile de procéder à toute autre préparation avant de découper des pièces.
L'hydrogène a une résistance quelque peu supé rieure à celle de l'azote, attendu qu'une tension de 110 volts en circuit ouvert suffit pour amorcer et entretenir un arc dans l'azote, tandis que lorsqu'on ajoute des quantités croissantes d'hydrogène à l'azote, il est nécessaire de disposer d'une tension en circuit ouvert de 160 volts pour établir et entretenir un arc. La tension nécessaire en circuit ouvert est à peu près directement proportionnelle à la teneur en hydrogène du mélange gazeux.
Une tension élevée est avantageuse, en particulier pour le découpage de plaques, épaisses, afin, de forcer l'action de coupe à pénétrer dans l'épaisseur de la plaque et à donner en même temps des entailles d'excellente qualité, exemptes de scories. L'usage de tensions élevées per met également d'utiliszr avantageusement un plus faible ampérage pour obtenir l'apport de chaleur nécessaire.
Lorsqu'on utilise de l'azote ou des mélanges d'azote et d'hydrogène, on réduit au minimum la for mation d'un arc double. Attendu que l'azote et l'hy drogène ont des résistances très élevées., il semble qu'il se forme une couche isolante entre l'arc jail lissant et l'intérieur de la pièce métallique rapportée constituant l'ajutage,
cette couche isolante retardant la tendance de l'arc à sauter de l'électrode en tungs tène ou en cuivre vers la paroi interne de l'ajutage puis vers la plaque de base.
Dans le présent procédé, il se produit une dis-. soeiation des molécules du gaz en atomes respectifs. Par exemple, on. obtient deux volumes de gaz utile à l'arc pour chaque volume de gaz fourni à l'arc, par exemple N2 = 2N+ et H2 = 2H+. Cette disso ciation augmente l'effet produit par le jet gazeux et favorise l'enlèvement du métal fondu et des scories des parois de l'entaille. En outre, la recombinaison des atomes ou ions d'hydrogène et (ou) d'azote au droit de la pièce favorise également l'enlèvement du métal.
Attendu que l'hydrogène est le gaz le plus léger connu, il fournit un jet extrêmement rapide qui enlève les scories et nettoie mécaniquement les parois de l'entaille. Toutefois, il convient que le mélange contienne une certaine proportion d'azote qui est d'un gaz lourd, afin d'augmenter la force vive du courant gazeux en vue d'obtenir des coupes satisfai santes. Lorsqu'on mélange l'azote, de poids molécu laire égal à 28, avec l'hydrogène, on obtient un gaz présentant une densité avantageuse, permettant d'ob tenir un jet à vitesse élevée.
L'azote seul produit des coupes satisfaisantes dans la plupart des métaux. Toutefois, l'addition d'hydrogène à l'azote améliore la qualité de la coupe dans le cas d'alliage de magné sium et d'aluminium.
Lorsqupn utilise une source classique d'alimen tation présentant en circuit ouvert une tension de 110 volts, il est recommandé d'utiliser l'azote pur pour obtenir des coupes de bonne qualité à toutes les vitesses pour le cuivre et ses alliages, ainsi que pour le nickel et ses alliages. Pour l'aluminium et le magnésium et leurs alliages,
il est nécessaire d'avoir des vitesses de coupe supérieures à 100- cm par mi nute lorsqu'on utilise l'azote pur. Pour améliorer la qualité de coupe à toutes les -vitesses lorsqu'on dé coupe l'aluminium et le magnésium, et pour obtenir des vitesses plus élevées pour toute valeur choisie du courant de l'arc, il" convient d'ajouter à l'azote 15 0/o en volume d'hydrogène.
L'usage d'azote seul ou d'azote contenant une faible quantité d'hydrogène donne d'excellents résul tats pour découper les aciers inoxydables ; les cou pes sont nettes, lisses et exemptes de scories. Des coupes faites dans une pièce d'acier inoxydable d'une épaisseur comprise entre 6,3 et 12,6 mm à des vites- ses variant de 50 à 510 cm environ à la minute, en utilisant 2000 litres par heure d'azote pur, donnent des entailles à bords nets.
Avec l'azote, on obtient également des coupes d'excellente qualité pour des débits ne dépassant pas 710 litres environ, par heure, en ayant recours à des orifices de<B>0,317</B> cm à 0,397 cm de diamètre intérieur. On peut obtenir des coupes de qualité analogue en ajoutant une petite quantité (jusqu'à 20,0/o en volume) d'hydrogène<B>à</B> l'azote. Toutefois, avec l'adoption, de plus fortes pro portions d'hydrogène, les scories pontent l'entaille et empêchent le métal enlevé de tomber librement de la pièce.
La figure unique du dessin annexé est un schéma d'un appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon. l'invention, le chalumeau électrique étant re présenté en. coupe verticale.
Comme représenté, un chalumeau électrique 1 est disposé au-dessus, d'une pièce métallique 2 à décou per; il peut être tenu à la main ou bien être sup porté par tout moyen: approprié, par exemple un chariot (non; représenté). Ce chalumeau comprend une électrode 3 en tungstène dont l'extrémité infé rieure est effilée et située au centre de la paroi inté rieure annulaire conique 4 d'une pièce rapportée 5 constituant un ajutage et refroidie à l'eau, qu'on peut facilement enlever et remplacer. Cette pièce présente un orifice 6 à travers lequel passent l'arc et le gaz.
Ce gaz, dans le cas présent de l'azote seul (ou mé langé à de l'hydrogène), est fourni au chalumeau par un tuyau souple 7 à partir d'un compteur de débit 8 relié à une conduite 9 d'alimentation en gaz par l'in termédiaire d'une boîte principale de commande 10.
La pièce 2 est connectée au côté positif (-i-) par un conducteur 12 d'un générateur 13 à haute fré quence, un, conducteur 14 reliant la borne positive (-I-) de ce générateur à haute fréquence à la borne positive (-i--) d'une source de courant continu 11. Le côté négatif (-) de la source 11 de courant con tinu est connecté à l'électrode 3 par un conducteur 15, un contacteur 16, un conducteur 17, les bornes négatives () du générateur 13 à haute fréquence, un conducteur 18, la boite principale de commande 10 et un conducteur 19.
Le contacteur 16 est con necté à la boite 10 par un câble 20. La source de courant continu est également connectée à l'ajutage 5 du chalumeau par le conducteur 14, un conducteur 21, la boîte 10 et un conducteur 23. A la boîte de commande 10 sont aussi connectés un câble 24 d'ali mentation en courant alternatif 115 volts, des tuyaux d'admission 25 et d'évacuation 26 de l'eau, et une boite 27 de commande à distance par un câble 28.
L'eau de refroidissement du chalumeau est conduite entre la boite et le chalumeau par un tuyau souple 29 d'admission de l'eau et un tuyau souple 30 d'éva cuation de l'eau, qui contient également le câble 19 d'alimentation du chalumeau en courant électrique.
Pour effectuer le découpage au chalumeau élec trique, on utilise un arc 31 à température très éle vée, à grande vitesse et de section transversale réduite entre l'extrémité de l'électrode en tungstène 3 et la pièce 2 à découper. Cet arc à énergie con centrée fond rapidement et éjecte une mince bande de métal pour former une entaille 32. L'action de cet arc analogue à celle d'un jet enlève le métal fondu et l'atmosphère gazeuse entourant l'arc empê che l'oxydation des parois de l'entaille.
On obtient un arc de section réduite en ayant recours à un aju- tage 5 présentant une ouverture de diamètre com pris entre<B>0,317</B> et 0,397 cm. On utilise un circuit auxiliaire, comprenant les conducteurs 21 et 23, qui est nécessaire pour l'amorçage de l'arc, pour relier l'ajutage à la borne positive (+) de la source de courant par l'intermédiaire d'une résistance 33 de limitation du courant, placée sur le sommet de la boîte 10.
On peut procéder de deux façons pour obtenir l'amorçage avec l'azote ou un mélange d'azote et d'hydrogène. Dans le découpage mécanique, on uti lise le générateur à haute fréquence avec le circuit d'arc auxiliaire pour amorcer l'arc. L'étincelle à haute fréquence ionise un trajet pour le courant de l'arc auxiliaire entre l'électrode et l'ajutage. Les gaz ioni sés émanant de l'arc auxiliaire fournissent un trajet de faible résistance pour l'arc principal de coupe entre l'électrode et la pièce qui peut ainsi être amorcé. Dans le découpage à la main, on utilise un arc auxiliaire à haute. fréquence pour amorcer l'arc de découpage.
L'éclairage fourni par l'arc auxiliaire permet à l'opérateur de situer le bord de la pièce à l'endroit désiré avec son casque en position. Lorsque le point d'amorçage de la coupe est déterminé, on amorce l'arc principal. A la fin de l'opération de découpage, on éteint l'arc et l'on interrompt l'arri vée de l'azote ou d'un mélange d'azote et d'hydro gène.
On peut obtenir des coupes de bonne qualité dans, une pièce en aluminium, quel que soit le pour centage d'hydrogène ajouté à l'azote. Ceci résulte nettement d'essais dans. lesquels on a additionné à l'azote des proportions de 15, 35, 55 et 75 0/o d'hy drogène en volume. Les parois des entailles sont toutes d'égale qualité et sont comparables à celles obtenues à l'aide du mélange classique (65 0/o argon + 35,0/o H, en volume). L'addition d'hydrogène à l'azote permet d'adopter des vitesses de coupe beau coup plus élevées.
Il est évident que, bien qu'on ait représenté à titre d'exemple une source d'alimentation en courant continu de polarité directe pour alimenter l'arc, on pourrait aussi utiliser du courant continu à polarité inverse ou du courant alternatif.