Brevet FR2293849A1 — publié le 19760702

La pressente invention a trait selon un premier aspect à un procédé de confinement d'un plasma d'arc et au dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Sans entrer dans le détail des torches à jet de plasma connues en elles-memes, on rappellera simplement que l'arc plasma se traduit par l'émission à travers une tuyère d'étranglement d'une colonne d'arc gazeuse présentant dans la partie centrale de la veine plasma une température très élevée ; la nature du gaz plasmagène (gaz inerte, hélium, hydrogène par exemple), son débit et l'intensité du courant d'arc permettent d'influer sur les paramètres de l'arc et la répartition des températures. Des mesures effectuées dans le jet de plasma ont montré que les flux de chaleur peuvent y atteindre plusieurs Kw/cm2 sur l'axe, ces flux décroissant rapidement à mesure que l'on stéloigne de l'aie ou vers l'aval du jet. Bien entendu, après la striction du jet au niveau de la tuyère, celui-ci diverge et frappe la zone d'impact selon une surface dépendant notamment de la distance tuyère-plan d'impact. Les quantités de chaleur très importantes véhiculées par le jet de plasma et appliqués à la surface réceptrice provoquent une élévation très rapide de la température de la zone d'impact et la fusion superficielle survient en quelques millisecondes. Le ået contribue de plus à souffler les produits de fusion hors de la zone fondue, engendrant un cratère local de dimensions variables en fonction des paramètres de fonctionnement du plasma d'arc. La zone d'impact d'un tel jet libre est donc le siège d'effets thermiques susceptibles d'etre contrôlés dans leur ensemble mais non pas dans le plan même de cette zone impact. Or, dans certai nes applications, il peut être important de pouvoir moduler les effets thermiques az niveau du plan d'impact en intervenant par exemple sur les températures marginales du jet de plasma. C'est ce problème de la modulation des effets thermiques du jet de plasma que se propose de résoudre l'invention, par un procédé de confinement du plasma d'arc. A cet effet, le procédé de confinement d'un plasma d'arc du type soufflé, non transféré, engendré par un générateur connu en lui-même, délivrait par l'inter miliaire d'une torche un jet de plasma à travers l'orifice d'une tuyère, générateur associé à un support mobile, est caractérisé en ce que le jet est confiné au moyen de barrières ou rideaux de fluides de forme laminaire émis dans des plans sensiblement parallèles à l'axe dudit jet de plasma. Selon ure caractéristique du procédé, ledit ^onfinement est bilatéral et est obtenu par deux rideaux liquides émis symctrique- ment à distance de chaque côté du jet. Gatte Àisnosition permet donc de dre!s.r e nart et d'autre du jet de plasma deux barre'res liquides, dfllmitant ainsi une sorte de champ oratoire pour l'attaque thermique par le jet de plasma. On conçoit que dans ces condition^, on puisse moduler les effets du jet et cbtenir notamment, au niveau de l'impact une inhibition des effets du jet par les barrières liquides et, ainsi des zones limite extrêmement franches. Pour la mise en oeuvre du procédé précité, l'invention prévoit un dispositif caractérisé en ce qu'au voisinage dudit orifice de la tuyère d'éjection du jet de plasma sont disposées à distance et symétriquement par rapport à l'axe dudit jet, deux rampes tubulaires sensiblement horizontales adaptées à émettre une pluralité de jets de liquides adjacents et se recoupant pour former à distance de la rampe un rideau continu, jets de liquides orientés dans le sens du jet de plasma et sensiblement parallèles à celui-ci. Avantageusement, l'entr'axe desdites rampes est réglable. De plus, le dispositif comporte des moyens de régulation du débit et de la pression dudit liquide. Selon une caractéristique de l'invention, le générateur étant adapté à effectuer une translation selon un axe les plans desdits rideaux liquides sont sensiblement parallèles à cet axe. Le confinement latéral du jet peut ainsi être modulé par un réglage approprié du débit et de la pression du liquide ; la section du jet normalement circulaire au droit de la zone d'impact peut alori être façonnée en une éllipse de grand'axe orienté dans le sens de la translation, et plus ou moins allongée. Selon une variante du dispositif, ctest l'eau qui est utilisée pour la création des barrières de confinement. Préférentiellement, le gaz plasmagène mi en oeuvre est l'azote. Selon un autre de ses aspects, l'invention vise l'application eu striage des surfaces en béton et matériaux similaires du dispo- votif de l'Invention. Cette technique de triage des surfaces en bétcn, appliquée entre autres aux chaussées d'autoroutes, pister d'aérodromes, etc ; consistant au traçage de sillons d'un profil déterminé fait appel actuellement au procédé traditionnel de systèmes à meules diamantées dont les inconvénients majeurs sont leur coût, leur mise en oeuvre délicate et leur durée de vie limitée. Cn appréciera tout l'intérêt de la technologie proposée par l'invention suri, avec un appareillage beaucoup plus simple, très souple et reu couteux à l'emploi, offre des performances au moins égales à celles de ce Système de l'art antérieur. Les avantages du procédé et du dispositif selon l'inventIon ont été mis en évidence dans le cas de leur application au striage du béton par des essais comparatifs successivement effectués avec un jet de plasma libre et un jet confiné par barrières liquides. Des détails relatifs à ces essais seront donnes ci-après. Les autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'un mode de réalisation non limitatif du dispositif de l'invention appliqué au tracé de sillons dans une surface en béton, en référence aux dessins an nexe F sur lesquels la figure 1 est une vue schématique d'une torche plasmagène équipée du dispositif selon l'invention, la figure 2 représente l'allure générale, vue latéralement, d'un jet libre, la figure 3 représente l'impact sur une surface réceptrice du jet libre selon la figure 2, la figure 4 représente l'allure générale dans des conditions semblables à celles de la figure 2, d'un jet confiné selon l'invention, la figure 5 donne l'impact sur une surface réceptrice du jet confiné selon la figure 4, la figure 6 est une coupe schématique du profil d'un sillon réalisé dans du béton avec un jet selon les figures 2, 3; tandis que, la figure 7 est une coupe schématique de ce même profil obtenu avec un jet selon les figures 3, 4. On re réfèrera tout d'abord à la figure 1 sur laquelle est désignée dans son ensemble par 1 une torche à jet de plasma d'une conception connue en elle-même et comportant les connections usuelles d'amenée de courant et de gaz plasmagène ; au niveau de Sa tuyère 2, cette torche présente deux rampes tubulaires 3, 4 sensiblement horizontales alimentées en liquide par un conduit appro- prié 5. non Te mzde de réalisation représenté en figure 1, ce rampes sont d spores à entr'axe fixe par rapport à la tuyère mais il est évident qu'elles peuvent être associées a tout dispositif mécanl- que permettant de régler à volonté leurs positions respectives dans l'espace. De même, on n'a pas représenté au niveau du conduit 5, les moyens connus en eax-mêmes de régulation et de mesure du débit et de la pression du liouide alimentant les rampes. Ges rompes tubulaires 3, 4 présentent le long d'une gCrnératri- ce en vi-a-vis de la surface réceptrice, une pluralité d'orifices disposés avec un pas tel que les jets élémentaires auxquels ils donnent naissance se recoupent à distance pour former un rideau continu ; ces jets sont orientés dans le sens du jet de plasma et sensiblement parallèles à celui-ci. Les figures 2 à 5 illustrent bien l'effet de confinement du jet de plasma grâce au procédé et dispositif de l'invention. En effet, sur la figure 2, le jet de plasma libre U dIverge à la sor- tie de la tuyère 2 en forme de tronc de cne à génératrice curviligne ; sa surface d'impact sur un plan a une allure circulaire 7 ainsi qu'il ressort de la figure 2. Par contre, sous l'effet des barrières liquides 8, 9 le jet de la figure 4 est tronqué à sa base de sorte que a surface d'impact 10 affecte une forme oblongue de grand'axe variable avec la longueur des barrière , 9.Cet effet de confinement a, dans tous les cas, pour effet de limiter nettement l'action thermique du jet ; c'est ainsi que le jet 6 de la figure 2 creuserait dans la surface 11 un cratère 12 à bords indéfinis, tandis que le jet confiné selon la figure 4 creuserait un sillon 13 mieux profile et présentant des arêtes 14 bien définies. Les figures 6 et 7 Illustrent par comparaison une application particulièrement spectaculaire du procédé et du dispositif de l'invention ; il s'agit en l'occurence de strier des surfaces en béton, telles que chaussées d'autoroutes, pistes d'aérodromes, etc... Le but recherché est d'obtenir des sillons à profil régulier, en U par exemple, et, aussi de ne pas altérer la structure des zones traitées. A cet effet, le générateur et sa tuyère sont montés sur on chariot leur conférant a mobilltC correspondant au trac rechereh . La figure 6 est une coupe schématique du profil réel d'un sil- lon obtenu dans le béton par un jet libre seiDn la figure 2. On notera que le profil creuse est loin de la forme en id re cherchée ; ainsi qu'on le représente sur la figure C, la zone attaque par le jet présente un aspect chaotique ; ses bords sont mal définis et non rectilignes ; le tracé eit fDrtemer.t perturbé par les inhomogénéités de l'aggrégat constituant le béton (taille et nature des graviers). De plus, au cours des essais, on a noté que les produits de fus Ion se sont pour la plupart resolidifies dans la zone de fusion.On a constaté en outre que les zones non fondues latrrales ont éclaté par endroit et ont subi un brûlage superficiel (apparition d'une teinte marron) ce qui provoque un effritement des bords du sillon. Le profil de la figure 7 correspond à l'attaque par jet confiné d'une surface en béton identique, les paramètres de fonctIonne- ment étant identiques : mêmes puissance å l'arc électrique, débit d'azote, distance orIfice de tuyère-surface à strier, vitesse de translation de la torche. On constate que le sillon ainsi tracé est bien rectiligne et régulier ; son profil est très proche du profil en U recherché. On a constaté aussi, en pratique, qu'il ne reste plus de produits de fusion à l'interieur du sillon. On a noté, en outre, la disparition de tous effets thermiques parasites sur les bords du sillon. Ce processus s'est avéré présenter d'autres avantages encore la largeur des sillons peut être modulée à l'aide du débit d'eau de confinement du jet ; on peut tracer des sillons séparés de moins de i cm ranr porter préjudice à la rées stance mécanique de la zone intermédiaire entre deux sillons consécutifs (ce qui n'est pas le cas avec la meule diamantée). D'autre part, en cours d'opération, le bruit et les projections de poussières sont notablement réduites par rapport au procédé traditionnel. Pour ces essais, c'est l'azote qui a été choisi comme gaz plas- agence, les barrières liquides étant des nappes d'eau. Bien entendu, d'autres gaz (hydrogène, argon, hélium) ou leurs mélanges peuvent êtie utilisés, les barrières liquides étant obtenues avec un fluide approprie. L'invention n'est d'ailleurs pas limitée aux formes d'exécution décrites et reprfoentneF mais englobe toutes variantes. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Procédé de confinement d'un plasma d'arc qu type souffla non transféré, engendré par un générateur connu en lui-même, åéli- vrant par l'intermédiaire d'une torche un et de plasma à travers l'orifice d'une tuyère, générateur associe i un support mobile, ledit procédé caractérisé en ce que le jet est confiné au moyen de barrières ou rideaux de fluide de forme laminaire émis dans des plans sensiblement parallèles à l'axe dudit jet de plasma. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le confinement est bilatéral et en ce qu'il est obtenu par deux rideaux liquides emis symétriquement à distance de chaque côté du jet. 3.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au voisinage dudit orifice de la tuyère d'éjection du jet le plasma sont disposes à distance et symétriquement par rapport à l'axe dudit jet, deux rampes tubulaires sensiblement horizontales adaptées à cet tre une pluralité de jets de liquides adjacents et se recoupant pour former à distance de la rampe un rideau continu, jets de liquides orientés dans le sens du jet de plasma et sensiblement parallèles à celui-ci. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'entr'axe desdites rampes est réglable. 5. - Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé par des moyens de régulation du débit et de la pression dudit liquIde. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé en ce que le gaz plasmagène est l'azote. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit liquide est de l'eau. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur étant adapté à effectuer une translation selon un axe les plans desdits rideaux li qui e sont sensiblement parallelles à cet axe. 9,.- Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 3 au traçage e sillon profilé dans der urfa- ces en béton ou matériaux similaires.