Brevet FR2337004A1 — publié le 19770729

L'invention se rapporte aux procédés à l'arc de plasma pour le nettoyage, par exemple ltébarbaffl do 'a surface des métaux en vue d'en éliminer les défdu~. dalle peut être utilisée, de préférence, pour le nettoyage à froid de la surface des produits laminés, fabriqués en aciers sujets à la formation de criques thermiques au cours du nettoyage (ébarbage). Ces procédés sont appliqués dans les ateliers de laminage des usines métallurgiques. Il est universellement connu qu'au cours de la fabrication des produits laminés, des défauts sous formes de repliures, de fissures longitudinales et transversales, de déchirures, d'inclusions non métalliques et de grumelures apparaissent à leur surface. Pou#'obtention de produits laminés de haute qualité, il faut enlever de leur surface la couche contenant ces défauts. A ltheure actuelle, le nettoyage (ébarbage) de la surface du métal se fait par traitement aux abrasifs et par fraisage. Dans ces procédés, on effectue ébarbage de la surface du métal à l'état froid. Toutefois, ces procédés ne sont pas largement employés actuellement, car ils ntassurent pas le rendement nécessaire de la production de métal. En outre, le traitement abrasif de la surface du métal entrain une grande consommation de meules, nécessite un nombre important d'ouvriers pour ltexploitation et les réparations, et des aires notables pour l'installation des équipements principal et auxiliaire. Tout ceci rend le traitement abrasif de la surface du métal peu efficace et irrationnel du point de vue économique. On rencontre des difficultés analogues au cours du nettoyage (ébarbage) de la surface des métaux par fraisage, qui n'assure pas, lui non plus, le traitement de la surface des produits laminés conformément aux prescriptions de plus en plus séveres qui caractérisent la production moderne des métaux. Actuellement on applique plus largement le procédé de nettoyage (d'ébarbage) à la flamme de la surface des métaux. Ce procédé assure une productivité de travail plus élevée et est plus économique que les procédés par abrasion et par fraisage mentionnés plus haut. Le procédé à la flamme prévoit la fusion de la couche superficielle défectueuse par un jet d'oxygène coupant, suivie de l'évacuation du métal fondu de la zone de nettoyage. Cependant, ce procédé n'assure pas le nettoyage (ltébarbage) de la surface de métaux à ltétat froid, par exemple celle des aciers sujets à la formation de criques thermiques. Selon ce procédé, les aciers sujets à la formation de criques thermiques sont soumis à un chauffage préalable, dans les limites de 3000C à 5000C, dans des fours de chauffage. L'emploi de ces fours de chauffage élève notablement le coût du procédé, car les-fours nécessitent des aires de production importantes, les frais pour le chauffage d'une grande quantité de métal s'accroissent eux-aussi et, en plus, on doit faire appel à un nombre considérable d'équipements auxiliaires et à un personnel nombreux. Ces derniers temps on a tenté d'appliquer le procédé à l'arc de plasma au nettoyage (ébarbage) de la surface de métaux à ltétat froid. Ce procédé consiste à déplacer sur la surface à nettoyer un jet de plasma qui met en fusion la couche superficielle défectueuse du métal et enlève le métal fondu de la zone de nettoyage. On a ainsi soumis au nettoyage des aciers faiblement alliés et alliés, qui ne sont pas sujets à la formation de criques thermiques. Ce procédé appliquant les régimes connus de nettoyage à l'arc de plasma de la surface du métal, n'a pas trouvé d'applications dans le traitement des aciers sujets à la formation de criques thermiques, c'est-à-dire des aciers au carbone, des aciers moyennement alliés et des aciers hautement alliés. Pendant le nettoyage (l'ébarbage) de la surface du métal, on chauffe la surface du métal de base, en provoquant axeienelemétal de base des changements de phase et de structure qui conduisent à la formation de fissures altérant la qualité du métal et augmentant la quantité de produits laminés mis au rebut. Pour éviter l'apparition de criques thermiques sur la surface des aciers sujets à la formation de telles criques, on soumet les produits laminés à un chauffage préalable dans les limites de 3000C à 5000C dans des fours de chauffage. Ce procédé assure une productivité assez élevée du nettoyage (ébarbage) de la surface du métal. Cependant, dans ce cas aussi, il est nécessaire de faire appel aux fours de chauffage, ce qui élève sensiblement le coût du nettoyage de la surface des aciers sujets à la formation de criques thermiques. La production croissante des métaux a rendu nécessaire la mise au point d'un nouveau procédé de nettoyage (d'ébarbage) de la surface des métaux, procédé qui correspondrait mieux aux volumes modernes de la production de métaux, serait rationnel du point de vue économique et pourrait être introduite dans les chaînes automatiques de production de métaux. Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients des procédés connus décrits ci-dessus. On s'est proposé pour cela de mettre au point un procédé de nettoyage (ébarbage) à l'arc de plasma de la surface des métaux, qui serait mis en oeuvre de telle façon, et notamment avec une telle puissance spécifique du jet de plasma et de telles vitesses de fusion et de chauffage de la couche défectueuse à enlever de la surface du métal, qu'il permettrait d'exclure la formation de criques thermiques sur la surface du métal à nettoyer à l'état froid, assurerait un rendement plus élevé que ceux des procédés connus et serait plus économique grâce à la diminution des frais dus à l'emploi des fours de chauffage. Ce problème est résolu grâce à un procédé de nettoyage (d'ébarbage) à l'arc de plasma de la surface d'un métal, du type prévoyant le déplacement du jet de plasma suivant la surface à nettoyer du métal, la fusion de sa couche superficielle contenant les défauts et l'évacuation du métal fondu de la zone de nettoyage, ledit procédé étant caractérisé, suivant l'invention, en ce qu'on utilise un jet de plasma dont la puissance spécifique est comprise dans des limites de 400 à 1000 kW par centimètre carré, et que la vitesse de fusion et la vitesse de chauffage de la couche contenant les défauts sont maintenues égales entre elles, par suite de la conductibilité thermique, et comprises entre 100 et 250 mm/s. Ces valeurs de la puissance spécifique du jet de plasma et des vitesses de fusion et de chauffage de la couche contenant les défauts et enlevée de la surface du métal ont été choisies par les auteurs de l'invention de manière à assurer, du fait de la conductibilité thermique, la fusion rapide et l'évacuation de cette couche sans chauffage sensible du métal de base. Dans un tel procédé, l'action thermique sur la surface du métal de base a une valeur minimale, à laquelle il ne se produit pas de changements de phase et de structure, excluant ainsi la formation de criques thermiques. Une diminution de la puissance spécifique du jet de plasma au-dessous de 400 kW par centimètre carré aboutirait à une vitesse de chauffage de la couche superficielle du métal à nettoyer dépassant la vitesse de fusion, par suite de la conductibilité thermique. Dans ce cas, une partie notable de la chaleur arriverait dans la couche superficielle du métal de base et le chaufferait jusqu'à une haute température provoquant des changements de phase et de structure dans la couche superficielle du métal de base, donc la formation de criques. Une augmentation de la puissance spécifique du jet de plasma au-dessus de 1000 kW par centimètre carré ne serait pas rationnelle au point de vue pratique et économique, car l'effet désiré n'est obtenu que dans les limites indiquées. Les limites précitées de la puissance spécifique du jet de plasma (de 400 à 1000 kW par centimètre carré) assurent l'égalité entre la vitesse de fusion et la vitesse de chauffage de la couche contenant les défauts, et assurent des valeurs de ces vitesses comprises dans les limites de 100 à 250 mm/s. En même temps, la profondeur de la couche à enlever est réglée en variant la vitesse de déplacement du jet de plasma par rapport à la surface à nettoyer du métal, et cette vitesse est une grandeur dérivée déterminée par la vitesse de fusion et par la vitesse de chauffage de la couche superficielle du métal. Ci-après, l'invention est expliquée par la description d'exemples non limitatifs de réalisation du procédé de nettoyage (ébarbage) à l'arc de plasma de la surface des métaux, avec références aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique illustrant le nettoyage (ébarbage) de la surface d'un métal selon le procédé connu - la figure 2 est une vue schématique illustrant le nettoyage (ébarbage) de la surface d'un métal selon le procédé de l'invention. Suivant le procédé connu de nettoyage (ébarbage) à l'arc de plasma de la surface d'un métal 1 (figure 1), la couche 2 contenant les défauts est mise en fusion et est évacuée de la zone de nettoyage par un jet de plasma 3 sortant d'un plasmotron 4. Au cours de la fusion de la couche 2, le jet de plasma de faible puissance spécifique (q1) assure une vitesse (vecteur b1) de fusion de la couche 2 inférieure à la vitesse (vecteur ) de chauffage de cette couche, et ce, par suite de la conductibilité thermique. De ce fait, une partie notable de la chaleur pénètre à travers la couche défectueuse 2 dans le métal de base 1 et le chauffe jusqu a une température à laquelle il se produit des changements de phase et de structure sur une profondeur désignée par h1, et ceci aboutit à la formation de criques thermiques 5 diminuant la qualité du métal. Selon le procédé de l'invention, on déplace suivant la surface à nettoyer du métal 1 (figure 2) un jet de plasma d'une puissance spécifique de 400 à 1000 kW par centimètre carré, à l'aide duquel on met en fusion et on élimine la couche 2 contenant les défauts. Dans ce cas, la vitesse (vecteur b2) de fusion de la couche 2 et la vitesse (vecteur ) de chauffage de cette couche sont égales entre elles par suite de la conductibilité thermique du métal 1, et se trouvent dans des limites de 100 à 250 mm/s. La puissance spécifique q2 dépasse notablement la puissance thermique q1 (figure 1). En même temps, le chauffage du métal de base I (figure 2) est tellement insignifiante (Q2 ~ ) qu'il ne se produit dans celui-ci aucun changement de phase et de structure, et que sur sa surface (h2 X O) il ne se forme pas de criques thermiques, ce qui permet d'obtenir des produits laminés de haute qualité. Au cours du nettoyage (ébarbage) de la surface du métal, la profondeur de la couche défectueuse à enlever dépend du temps d'action du jet de plasma sur la surface à nettoyer et est réglée en variant la vitesse de déplacement du jet de plasma par rapport à la surface à nettoyer du métal. Exemple 1 Pour une puissance spécifique du jet de plasma égale à 400 kW par centimètre carré de surface à nettoyer, assurant une vitesse de fusion 100 mm/s, et pour une profondeur donnée de 4 mm de la couche à enlever, la vitesse de déplacement du jet de plasma par rapport à la surface du métal à nettoyer sera égale à 20 mm/s (0,02 m/s), c'est-àdire que, connaissant la vitesse de fusion et la profondeur de la couche à enlever, on obtient d'une manière univalente la vitesse de déplacement du jet de plasma. Exemple 2. Pour une puissance spécifique du jet de plasma égale à 500 kW par centimètre carré de surface à nettoyer, assurant une vitesse de fusion 125 mm/s, et pour une profondeur donnée de 2 mm de la couche à enlever, la vitesse de déplacement du jet de plasma par rapport à la surface du métal sera égale à 62,5 mm/s (0,062 m/s). Exemple 3. Pour une puissance spécifique du jet de plasma égale à 1000 kW par centimètre carré de surface à nettoyer, assurant une vitesse de fusion 250 mm/s, et pour une profondeur donnée de 1,5 mm de la couche à enlever, la vitesse de déplacement du jet de plasma par rapport à la surface du métal à enlever sera égale à u6 mm/s g 0,17 m/s). Les essais effectués ont fait apparaître que le procédé de nettoyage (ébarbage) à l'arc de plasma conforme à l'invention assure l'élimination complète de la couche défectueuse de la surface du métal, ainsi qu'une haute qualité de nettoyage de la surface du métal de base sur une profondeur de 1 à 8 mm. Aucune crique thermique n'est décelée sur la surface des aciers sujets à la formation de telles criques. Le procédé est économique et assure un haut rendement du nettoyage (ébarbage) de la surface du métal. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constitutant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent.