Brevet FR2236145A1 — publié le 19750131

L'invention est relative à une tuyère pour les chalumeaux à l'autogène et qui comprend des canaux, prévus à l'inte- rieur, pour le gaz de combustion et l'oxygène, ainsi qu'au moins un élément de raccordement en vue de relier la tuyère à un tube du chalumeau. D'une manière générale, les tuyères connues pour les chalumeaux à l'autogène (chalumeaux de soudage, de coupage, de chauffage, etc. ..) sont hautement chargées thermiquement pendant le service. En raison de-cette charge thermique élevée et, en outre, en raison de processus chimiques, ces tuyères, plus particulièrement les tuyères à haut rendement (vitesse de coupage accrue) sont rapidement usées. De ce fait, étant donné que les forages de sortie du gaz s'élargissent très rapidement ou- peuvent même être endommagés ou bouchés par les éclaboussures du laitier, il est fréquent que ces tuyères doivent être- remplacées déjà après quelques heures par des tuyères neuves. D'une manière désavantageuse, un tel remplacement des tuyères peut être très croûteux suivant le type et la dimension de la tuyère. Pour cette raison, dans le cas d'une tuyère de coupage, on a déjà proposé que l'extrémité de cette dernière soit plane afin de permettre un usinage ultérieur (enlevage au tour, enlevage àla fraise ou similaire) de l'extrémité endommagée de la tuyère (brevet allemand NO 1.952.638). Toutefois, un tel usinage ultérieur ne peut être répété que quelques fois et, après une certaine durée de service, il faut malgré tout remplacer toute la tuyère. En outre, on a-également déjà proposé (brevet allemand NO 1.956.934) que la tuyère (embouchure du chalumeau) soit réalisée en deux parties à savoir une partie mélangeuse et une partie d'extrémité à flamme. Suivant cette proposition, il suffit de remplacer la partie d'extrémité à flamme qui est plus soumise àl'usure. Cependant, étant donné que la partie d'extrémité à flamme et la partie mélangeuse sont-raccordees par un raccord à fiche (raccord d'ajustage) afin de former la tuyère, il existe le risque que lors du remplacement, la partie d'extrémité à flamme "neuve" ne s'ajuste pas d'une manière sûre à la partie mélangeuse qui subsiste, et ce, en raison de tolérances différentes, de manière qu'il soit nécessaire de procéder à un usinage ultérieur des surfaces d'ajustage-. En se basant sur l'état de la technique indiqué ci dessus, la présente invention vise à procurer une tuyère pour les chalumeaux à l'autogène et qui, par comparaison aux tuyères connues actuellement, présente une durée de vie essentiellement plus élevée que ces dernières, même sous des charges extrêmes. Conformément à Uinvention, ce but est atteint du fait que l'extrémité, du coté de la sortie du gaz, du corps de tuyère est réalisée en tant que pièce constitutive séparée qui est reliée amoviblement au dit corps de tuyère. D'une manière particulièrement avantageuse, cette pièce constitutive séparée est réalisée sous la forme d'un disque de tuyère comprenant les ouvertures de sortie appropriées pour le ou les gaz. Le disque de tuyère conforme à l'invention forme donc la zone de sortie de laquelle les gaz sortent de la tuyère. Etant donné que le disque de tuyère est soumis aux charges chimothermiques pendant le service, il subit évidemment l'usure. Cependant, lorsque la tuyère ne fournit plus les qualités de soudage ou de coupage nécessaires, il suffit de remplacer le disque de tuyère conforme à l'invention et non toute la tuyère ou une partie de cette dernière (par exemple la partie d'extrémité à flamme suivant le brevet allemand NO l.-956.934). Le remplacement nécessaire se limite donc à la seule"zone d'usuret' qui, dans le présent cas, n'est formée que par le seul disque de tuyère.Le corps de tuyère proprement dit et qui, ainsi que dit plus haut, doit être remplacé actuellement, ne doit donc plus être remplacé. De ce fait l'économie est avantageusement accrue d'un multiple. En même temps, la tuyère, munie du disque de tuyère conforme à l'invention, permet d'obtenir une capacité de chauffe qui est améliorée par rapport à celle des tuyères connues, et ce, sans que la consoamation de gaz ne soit modifiée et, en outre, ainsi qu'il sera indiqué plus en détail plus loin, la sécurité à l'allumage en retour est considerablement améliorée. Afin qu'un disque de tuyère, devenu inutilisable par l'usure, puisse être remplacé rapidement et sans effort par un disque neuf, il est avantageux que le disque de tuyère soit rete nu a d'une manière étanche au gaz, par un écrou à chapeau, sur le corps de tuyère. Le remplacement des disques de tuyère peut donc être effectué dans le temps le plus court et il ne faut même pas veiller que les -forages par lesquels sort le mélange de gaz de combustion, soient alignés aux forages correspondants du corps de tuyère. Alternativement et également conformément à l'invention, il est évidemment possible que la circonference exterieure du disque de tuyère soit munie d'une bride filetée. Au lieu de la fixation au moyen dlun ecrou à chapeau, le disque de tuyère peut donc être vissé directement sur le corps de tuyère. Ceci est plus particulièrement à préférer lorsqu'il s'-agit de disques de tuyère pour des tuyères de dimensions plus élevées. Pour obtenir une assise convenable du disque de tuyère conforme à l'invention, il est avantageux que ce dernier soit muni d'un cône en vue de son centrage par rapport au corps de tuyère. Dans ce cas il est particulièrement avantageux qu1au cône de centrage soit associé un forage de passage qui est relié à un canal pour 1' oxygène de traitement et dans lequel s'insère le cône de centrage. Cette disposition centrale garantit, en outre, qu'après la fixation du disque de tuyère au corps de tuyère, on obtienne un raccord étanche au gaz entre le cône et le canal, de manière que dans le cas ou il s'agit d'un chalumeau de coupage, l'oxygène de coupage ne puisse pas pénétrer dans le mélange de gaz de combustion. Conformément à l'invention on prévoit, en outrez que le disque de tuyère présente un bombage concave/convexe, le bom bage convexe étant prévu au côté du disque de tuyère qui est orienté vers le corps de tuyère. Ce pré-baubage permet de garantir que lorsque le disque de-tuyère est vissé fermement sur le corps de tuyère, le cne soit pressé en premier lieu dans l'élargissement conique correspondant du canal à oxygène et que ce n'est qu'ensuite que la bride extérieure du disque de tuyère s'applique contre le corps de tuyère. Cette pré-tension offre l'davantage supplémentaire que lors de f'échauffement découlant du service et de la dilatation à la chaleur, entraînée ainsi,. le disque de tuyère se dilate préférentiellement vers le côté convexe et-refoule de ce fait le cône plus fermement dans ~ canal pour f'oxygène de traitement. I1 n'est donc pas possible zue le disque de tuyère devienne inétanche en raison d'un gauchissement engendré par la chaleur. Afin d'obtenir que les flammes de chauffe entourent comme un manteau le jet d'oxygène de coupage (plus particuliè- rement dans la zone du coupage), l'invention propose également que les forages de sortie pour le mélange de gaz de combustion soient inclinés vers le forage de passage central du disque de tuyère, et ce, de préférence sous un angle de 100 + 20. Enfin, avantageusement on prévoit un espace tampon entre le disque de tuyère et le corps de tuyère. Dans cet espace tampon s'effectue à nouveau un mélange intense entre l'oxygène de chauffe et le gaz de combustion, étant donné que les composantes du mélange qui sortent des canaux du corps de tuyère heurtent d'abord le disque de tuyère (coté convexe) et que, de ce fait, il se produit, dans 11 espace tampon situé à cet endroit, d'abord un tourbillonnement intense, s'effectuant sous pression, de manière que ces composantes sortent vers l'extérieur par les forages du disque de tuyère en tant que mélange gaz de combustion/ oxygène de chauffe extrêmement homogène. De cette manière la capacité de chauffe de la tuyère est avantageusement accrue davantage sans qu'il soit nécessaire d'accroître la consommation de gaz. En outre, la tuyère conforme à l'invention se caractérise par une sécurité à l'allumage en retour qui est accrue par rapport à celle des tuyères connues. Ceci découle du fait que la température de service est plus faible que dans les tuyères connues, même lors d'une capacité de chauffe élevée et d'une durée de service élevée. Une forme d'exécution, donnée à titre d'exemple non limitatif, est représentée aux dessins annexés, dans lesquels La fig. 1 est une vue en demi-coupe d'une tuyère incorporant l'objet de la présente invention. La fig. 2 est une coupe du disque conforme à l'inven- tion. La fig. 3 est une vue en plan de la fig. 2. La fig. l représente une tuyère de coupage 10 dont 1' extrémité supérieure étagée 12 est reliée à un tube de chalumeau (non représenté). L'extrémité inférieure de la tuyère, représentée en coupe et désignée ci-après comme corps-de tuyère 14, comprend un canal central 16 pour l'oxygène de coupage et qui est entouré par plusieurs canaux 18, disposés selon un cercle concentrique et destiné au mélange gaz de combustion/oxygène de chauffe. Sur la circonférence extérieure du corps de tuyère 14 est prévu un filetage 20 qui sert à recevoir un écrou à chapeau 22. Ainsi qù'il ressort de la fig. 1, lrextrémité du côté sortie de gaz 24 du corps de tuyère 14 comprend une bride annulaire intérieure 26 et une bride annulaire extérieure 28. La bride annulaire intérieure forme un prolongement du canal à orygè- ne de coupage 16, alors que les canaux 18 pour le mélange gaz de combustion/oxygène de chauffe débouchent dans l'espace tampon annulaire 30, subsistant entre les deux brides annulaires 26 et 28. I1 sZonvient également de mentionner que les faces frontales des deux brides annulaires se situent dans un même plan. Ainsi qu'il ressort du dessin, à l'extrémité du côté sortie de gaz 24 du corps de tuyère est associé un disque de tuyère -32 qui, dans la position de montage, est pressé d'une manière étanche au gaz et au-moyen de l'écrou à chapeau 22, contre le corps de tuyère 14. Le disque de tuyère 32 est représenté en tant que pièce individuelle aux figs. 2 et 3. Le bord extérieur du disque de tuyère 32 est muni d' une bride 34 qui, dans la position de montage, est retenue par l'écrou à chapeau 22 sur la bride annulaire extérieure du corps de tuyère 14. -Au centre du disque de tuyère est prévue une suré- lévation conique 36 qui est prévue au même côté du disque que la bride 34. Cé cône est traversé par un forage de passage 38 dont l'axe central coïncide avec l'axe de rotation du disque de tuyère. Le forage de passage 38 forme le prolongement vers l'extérieur du canal à oxygène de coupage 16. En vue de l'application sûre, étanche au gaz, du cône 36, la face intérieure de la bride annulaire 26 est de forme c- nique. Dans la zone, associée à l'espace tampon, du disque de tuyère 32 sont prévus plusieurs forages de sortie 40, répartisuniformément sur un cercle qui est concentrique au cône 36 et par lesquels sort le mélange de gaz, pénétrant des canaux 18 dans 1' espace tampon 30, afin de former la flamme de préchauffage. Ainsi qu'il ressort-plus particulièrement de la fig. 2, les forages de sortie 40 sont inclinés vers le forage de passage central 38, et ce, de-préférence sous un angle de 100 t 20. I1 en découle que les flammes de préchauffage se placent sous la forme d'un-manteau autour du jet d'oxygène de coupage et permettent ainsi une stabilisation du jet de coupage. Ainsi qutil ressort également de la fig. 2, le disque de tuyère 32-conforme à l'invention présente un bombage concave/ convexe, le caté convexe étant orienté vers le corps de tuyère (il se situe donc au coté du cône) lorsque le disque se trouve dans la position de montage. Du fait que dans la position de montage le disque est légèrement pre-tendu et, par ailleurs, est bombé vers le corps de tuyère,ce bombage du disque de tuyère offre l'avantage que lors du chauffage, il ne faut craindre aucune inétanchéité des faces d'application, plus particulièrement entre le cône 36 et la bride annulaire 26, ainsi que déjà dit plus haut. Lorsque Re disque de tuyère 32 se trouve dans sa position de montage, il n'est pas absolument nécessaire que ses forages de sortie 40 soient alignés aux canaux 18. Un décalage les uns par rapport aux autres peut même constituer un avantage, étant donné que dans ce cas, le mélange de gaz qui sort des canaux 18 heurte d'abord la face intérieure (convexe) du disque et que de ce fait les différentes composantes du gaz sont soumises à un tourbillonnement additionnel de manière que le mélange de gaz ne sorte qu'après ce "mélange additionnel" et avec une capacité de chauffe accrue des forages de sortie 40 du disque de tuyère. Une tuyère équipée du disque de tuyère conforme à l'invention est, en outre, plus économique que les tuyères connues, ainsi qu'il ressortira des résultats d'essais indiqués ci-après: Epaisseur de coupe 3 na Tuyère conforme à tuyère connue l'invention Pression de l'oxygène de coupage 1,5 atm 2,0 atm pression de l'oxygène de chauffe 1,0 atm 2,0 atm pression de l'acétylène 0,3 atm 0,2 atm vitesse de coupage 900 mm/min. 740 mm/min. Epaisseur de coupe 4 inni tuyère conforme à tuyère connue l'invention pression de i'oxygene de coupage 1,5 atm 2,3 atm pression de l'oxygène de chauffe 1,0 atm 2,0 atm pression de l'acétylène 0,3 atm 0,2 atm vitesse de coupage 800 mm/min. 700 mm/min. Epaisseur de coupe 60 mm tuyère conforme à tuyère connue l'invention pression de l'oxygène de coupage 3,0 atm 5,0 atm pression de l'oxygène de chauffe 1,5 atm 2,5 atm pression de l1acétylène 0,3 atm 0,2 atm vitesse de coupage 350 mm/min 300 mm/min Les resultats ci-dessus des essais indiquent clairement qu'il est possible de travailler avec une pression essentiellement plus faible -de l'oxygène, cependant, en même temps, la vitesse de coupage est plus élevée que lorsqu'il s'agit des tuyères connues, tout en obtenant une qualité de coupe au moins identique, mais fréquemment meilleure. La forme d'exécution décrite plus haut se rapporte à une tuyère de coupage. Cependant, il est évidemment possible et avantageusement englobé dans le cadre de l'invention, que le disque de tuyère, après une adaptation appropriée, peut également étre prévu sur des chalumeaux de soudage, des chalumeaux de chauffage, des brûleurs à tremper ou des chalumeaux de dêcriquage afin d'obtenir les mêmes avantages décrits plus haut. Le disque de tuyère conforme à l'invention peut être utilisé évidemment tant pour des tuyères qui mélangent les gaz, que pour des tuyères qui travaillent suivant le principe injecteur et suivant le principe à gaz comprimé. Lors de l'utilisation-de l'invention pour un chalumeau au plasma, plus particulièrement pour un chalumeau large de décriquage, il est évidemment necessaire que le disque de tuyère reçoive une forme qui est adaptée à la forme rectangulaire du chalumeau de décriquage -(dans la zone de la sortie des gaz). De ce fait, conformément à 1' invention, il est avantageusement possible que le disque de tuyère -soit réalisé sous une òrme ronde, telle que décrite plus haut, ou sous une forme polygonale afin de pouvoir etre monté en tant que pièce d'usure également sur des chalumeaux de forme particulière (constractions speciales). R E V E 1s D I C A T I O N S 1.- Tuyère pour chalumeaux à l'autogène et comprenant des canaux, prévus a l'intérieur, pour le gaz de combustion etù l'oxygène, ainsi qu'au moins un élément de raccordement pour relier la tuyère à un tube du chalumeau, caractérisée en ce que I'extrémité de sortie de gaz du corps de tuyère est réalisée en tant que pièce constitutive séparée et est reliée amoviblement au dit corps de tuyère. 2. - Tuyère suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce constitutive séparée est réalisée sous la forme d1un disque de tuyère comprenant des ouvertures de sortie appropriées pour le ou les gaz. 3.- Tuyère suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le disque de tuyère est retenu d'une manière étanche au gaz et par un écrou à chapeau sur le corps de tuyère. 4. - Tuyère suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que sur la circonférence extérieure disque de tuyère est prévue une bride filetée. 5.- Tuyère suivant llune quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le disque de tuyère est muni d'un QOne servant à son centrage par rapport au corps de tuyère. 6.- Tuyere suivant la revendication 5, caractérisée en ce qu'au cône de centrage est associé un forage de passage qui est relié au canal pour l'oxygène de traitement et dans lequel est inséré le cône de centrage. 7.- Tuyère suivant l'une quelconque des revendications 9 6 , caractérisée en ce que le disque de tuyère présente un bombage concave/convexe, le bombage convexe étant prévu au côté du disque de tuyère qui est orienté vers le corps de tuyère. 8.- Tuyère suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les forages de sortie pour le mélange de gaz de combustion sont inclinés par rapport au forage de passage central, et ce, de préférence sous un angle de + 100 t 20. 9.- Tuyère suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'entre le disque due tuyère et le corps de tuyère est prévu un espace tampon. 10.- Tuyère suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce constitutive séparée présente une forme polygonale.