Brevet FR2326265A1 — publié le 19770429

La présente invention concerne un dispositif pour souder ou découper de ltacier inoxydable ou des alliages, dans lequel un mélange d'oxygène pur et de poudre métallique (de fer surtout) est projeté sous haute pression sur l'objet à souder ou à découper, de manière à effectuer ces deux opérations avec un apport de chaleur très élevé et dû à la fois à la combustion de la poudre métallique et à la présence de l'oxygène qui favorise cette combustion. Le dispositif de l'invention est caractérisé en ce qu'il maintient absolument constantes les proportions du mélange de poudre métallique et d'oxygène sous pression qui est projeté vers l'objet à souder ou à découper. Ce mélange en proportions constantes permet d'apporter vers l'objet à souder ou à découper toujours la même quantité de poudre métallique, et 11 apport de chaleur sur la surface de cet objet reste constant. Il s'ensuit que l'opération de soudage ou de découpage s'effectue dans de bonnes conditions. La présente invention a également pour but d'empêcher une combustion prématurée de la poudre métallique contenue dans le réservoir, en s'opposant ainsi a' toute explosion, ainsi qu'à la perte d'une quantité importante de poudre métallique. L'invention est décrite ci-après à l'aide des dessins annexés représentant un mode de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - La figure 1 est un schéma très général de l'ensemble du dispositif dans ce mode de réalisation de l'invention; - La figure 2 est une vue en coupe agrandie des pièces les plus importantes parmi celles représentées sur la figure 1. Comme le montre la figure 1, le dispositif de la présente invention, qui consiste en un appareil de soudage et de découpage à chaud utilisant une poudre métallique, comprend deux bouteilles 1 et 2 de gaz sous pression, un dispositif 10 de soudage et de découpage proprement dit, et un chalumeau 80 en forme de torche qui permet d'effectuer le soudage ou le découpage. La bouteille 1 est remplie d'oxygène pur sous très haute pression, et la bouteille 2 d'un gaz combustible, par exemple de l'acétylène ou du propane, également sous très haute pression. A la sortie de ces bouteilles l et 2 sont prévues des soupapes 3 et 4 de fermeture et des soupapes 5 et 6 de commande de la pression. La soupape 5 de commande de pression de la bouteille 1 est destinée à abaisser la pression de oxygène, qui est de 150 kilogrammes par centimètre carré, jusqu'à une valeur de 8 kilogrammes par centimètre carré; la soupape 6 de commande de pression de la bouteille 2 est destinée à abaisser la pression du gaz combustible, qui est de 20 kilogrammes par centimètre carré, jusqu'à une valeur de 0,5 kilogramme par centimètre carré. Le dispositif 10 de soudage et de découpage comprend un carter il et, à l'intérieur de ce carter, un réservoir 12, deux soupapes 13 et 14 de distribution, une soupape thermique 15 qui se ferme en cas de fonctionnement anormal, une soupape 16 de régulation de la pression différentielle et une soupape 17 de régulation du débit de la poudre. Comme le montre la figure 2, le réservoir 12 comporte à son sommet une ouverture 18 d'introduction de la poudre métallique 9, et à sa base une ouverture 19 d'évacuation de ladite poudre métallique 9. Ces ouvertures 18 et 19 sont obturées à l'aide de capsules 20 et 21 respectivement, qui sont vissées. Le réservoir 12 est également équipé d'un tube 22, qui met en communication l'intérieur et l'extérieur du réservoir et, & son sommet, de deux orifices 23 et 24 permettant la liaison avec la soupape thermique 15. Il comporte aussi un tube 25 d'évacuation de secours, qui met en communication l'intérieur et l'extérieur du réservoir 12 et, à l'extrémité inférieure du tube 25, une pièce 26!fusibleXqui entoure le tube 22 et obture en fonction. nement normal le tube 25, coupant ainsi la communication entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir 12. Le boîtier 27 de la soupape 13 de distribution comporte trois orifices 28, 29 et 30. Comme le montre la figure 1, un tube 31 relie l'orifice 28 & la bouteille 1 d'oxygène, un tube 3lbis relie l'orifice 29 à l'orifice 33 de la soupape 14 de distribution, et un tube 41 relie l'orifice 30 à l'orifice 43 de la soupape thermique 15. Le boîtier 32 de la soupape 14 de distribution comporte quatre orifices 33, 34, 35 et 36. Un tube 37 relie l'orifice 34 S un orifice 38 traversant le carter 11, un tube 39 relie l'orifice 35 à l'orifice 56 de la soupape 16 de régulation de la pression différentielle, et orifice 36 est le siège d'une soupape 40 à pointe conique dont l'ouverture permet, si cela est nécessaire, de laisser la pression s'échapper par cet orifice 36. Le boîtier 42 de la soupape thermique 15 comporte trois orifices 43, 44 et 45. L'orifice 44 est relié à l'orifice 23 du réservoir 12 par l'intermédiaire d'un tube 46 équipé d'un filtre 46a et comprend un étranglement 44a. L'orifice 45 est relié à ltorifice 24 du réservoir, par l'intermédiaire d'un tube 45a équipé d'un filtre 45b. La soupape thermique 15 comporte également un siège de soupape 47, situé entre les orifices 43 et 44, et un diaphragme 48, situé entre les orifices 44 et 45; une soupape 50, solidaire du diaphragme 48, peut venir en appui sur ledit siège de soupape 47. Une extrémité de la tige de soupape 49 de la soupape 15 fait saillie hors du bottier 42 et est reliée à un levier 51 en forme de Ls articulé par rapport au boîtier 42 grâce à une goupille 52; la liaison entre la tige de soupape et le levier est réalisée par une goupille 54 solidaire de la tige de soupape 49 et qui s'insère dans un évidement longitudinal 53 réalisé & l'extrémité du levier 51. La soupape 16 de régulation de# la pression différentielle comporte deux orifices 56 et 57; ltorifice 57 est relié à l'orifice 70 de la soupape 17 de régulation du débit de la poudre par l'intermédiaire d'un tube 57b équipé d'un filtre 57a. La soupape 16 de régulation de la pression différentielle comporte également un siège de soupape 58, situé entre les orifices 56 et 57, et un étranglement 59, situé dans le passage contournant ledit siège de soupape 58. Sur ce siège de soupape 58 peut venir en appui une soupape 61, solidaire d'un diaphragme 60. Le boîtier 55 de la soupape contient une première chambre 63, une deuxième chambre 65 située derrière le siège de soupape 58 et une chambre 64 de pression inverse; les chambres 63 ot 64 sont séparées par le diaphragme 60. Dans la chambre 64 de pression inverse, se trouve un ressort 67 entre le diaphragme 60 et une vis réglable 66. Les chambres 64 et 65 communiquent grSce au passage percé dans la partie centrale de la soupape 61. La soupape 17 de régulation du débit de la poudre comporte, dans son boîtier 69, deux orifices 70 et 71, dont le deuxième est relié, par l'intermédiaire du tube 72, à l'extrémité du tube 22 située hors du réservoir. Un manchon 73 coulissant est inséré dans le boîtier 69 et a le même axe que lui. Ce manchon 73 est creux; un écrou 74 fixé à l'une de ses extrémités vient s'engager sur la vis 75 située à l'extrémité correspondante du boîtier 69, et ce dispositif de serrage permet de régler l'ouverture de l'orifice 76 prévu entre lçextrémité du manchon 73 et ltangle du boîtier 69 qui se trouve en regard, c1est-a-dire de régler le débit entre l'orifice 70 et l'orifice 71. Le chalumeau 80 en forme de torche, que l'on peut voir sur la figure 1, est équipé de trois raccords 81, 82 et 83. Le raccord de tube 81 communique, par l'intermédiaire d'une canalisation flexible 84S avec la sortie de la soupape 17 de régulation du débit de la poudre. Le raccord de tube 82 communique avec l'orifice 38, par l'intermédiaire de la canalisation flexible 85, et le raccord de tube 83 communique, par l'intermédiaire de la canalisation flexible 86, avec la sortie de la soupape 6 de commande de pression fixée sur la bouteille 2 contenant le gaz combustible. Le chalumeau 80 est équipé de trois soupapes 87, 88 et 89 de régulation de débit et d'une buse de distribution 90 dont l'extrémité est plus particulièrement décrite sur la figure 2.Au centre de la buse 90 se trouve le conduit 91 destiné au gaz sous haute pression et qui communique avec la canalisation flexible 84. Autour du conduit 91 sont prévus plusieurs conduits 92 destinés aux gaz mélangés; ces conduits communiquent avec les canalisations 85 et 86. Entre les soupapes 69 et 87 a été placé un dispositif de prévention contre un allumage prématuré. Ce dispositif 100 comporte un bottier 102 contenant un gaz incombustible introduit sous pression grâce à la présence de la soupape; ce gaz est par exemple de l'oxyde de carbone C02 ou de l'azote N2. Un tube 103 faisant partie de la canalisation 84 traverse le boîtier 102 et, dans la zone intérieure au boîtier, est percé d'une ouverture obturée à l'aide d'une pièce 105 réalisée en un alliage fusible. Le fonctionnement du dispositif de réalisation de la présente invention est le suivant X Comme le montre la figure 1, lorsque les soupapes 3 et 4 des bouteilles 1 et 2 sont toutes deux ouvertes, le tube 31 conduit l'oxygène à l'intérieur de la soupape de distribution 13, tandis que la canalisation 86 conduit directement le gaz combustible vers le chalumeau 80. Comme le montre la figure 2, l'oxygène conduit par le tube 31 vers l'orifice 28 de la soupape de distribution 13 se divise, selon l'indication des flèches portées sur la figure 2, en deux écoulements dont l'un se dirige vers la soupape de distribution 14 et l'autre vers la soupape thermique 15. L'oxygène conduit vers la soupape de distribution 14 se divise à son tour en deux écoulements. Le premier de ces écoulements suit le tube 37 et la canalisation 85 et se dirige vers la buse 90 du chalumeau où il se mélange au gaz combustible pour former le jet qui est projeté & lfextérieur par les conduits 92S ce mélange de gaz qui est projeté par les conduits 92 permet dr exécuter cette phase préparatoire qui consiste à préchauffer l?objet à souder ou à découper par combustion. L'autre de ces écoulements est conduit par le tube 39 vers la soupape 16 de régulation de la pression différentielle. Comme l'action du ressort 67 maintient énergiquement la soupape 61 contre son siège de soupape 58, la pression de l'oxygène (celui ci traverse l~étranglement 59) agit à l'intérieur de la chambre 65. Tant que la soupape 87 de régulation de débit reste fermée, il n'y a pas de différence de pression entre les chambres 63 et 65 de la soupape 16 de régulation de la pression différentielle. Lorsqu'au contraire la soupape 87 qui équipe le chalumeau s'ouvre, la faible résistance de l'étranglement 59 fait qu'une différence de pression apparaît entre les chambres 63 et 65; comme la chambre 65 et la chambre 64 de pression inverse communiquent grâce au passage 68 percé dans la partie centrale de la soupape 61, une différence de pression apparaît également entre la chambre 63 et la chambre 64 de pression inverse séparées par le diaphragme 60 et déclenche l'ouverture de la soupape 61 qui s'écarte du siège de soupape 58.La surface de l'ouverture de l'étranglement 59, comparée à celle du siège de soupape 58, est suffisamment faible par rapport à elle pour que l'oxygène sous pression ne traverse pratiquement que le siège de soupape 58. Grâce à ce mode de commande par la pression, la pression différentielle entre les chambres 63 et 65 permet toujours d'obtenir l'équilibre face à l'action du ressort 67. Meme si la pression varie dans la chambre 63, la pression différentielle ne varie pas. D'autre part, lorsque action Hu levier 51 permet le décollement de la soupape 50 (de la soupape thernique 15) par rapport au siège de soupape 47, l'oxygène traverse le tube 46, pénètre dans le réservoir 12, et exerce sur la surface de la poudre 9 une pression qui chasse la poudre dans le tube 22 et dans le tube 72 qui le prolonge.La régulation de la quantité de poudre ainsi chassée est assurée par l orifice 76 de la soupape 17 de régulation du débit de la poudre. Comme l'ouverture de l'étranglement 44a de la soupape thermique se trouve avoir une surface supérieure à celle de l'orifice 76, il n'y a pas de résistance à l'écoulement au passage de l'étranglement a. Il s'ensuit que la pression dans le circuit comprenant le tube 31, la soupape 13 de distribution, le tube 41, la soupape thermique 15, le tube 46, le réservoir 12 et le tube 72 correspond à celle que lton obtient au niveau de la soupape 5 de commande de pression fixée sur la bouteille 1, tandis que la pression de l'oxygène qui traverse le manchon 73 de la soupape 17 de régulation du débit de la poudre subit une diminution de valeur sous l'action de la soupape 76 de régulation de la pression différentielle citée précédemment et venue dans la position qui vient d'etre décrite. La pression de l'oxygène est donc légèrement supérieure à celle de la poudre, l'un et l'autre subissant l'obstacle de l'orifice 76, et c'est cette pression différentielle qui est maintenue stable sous l'action de la soupape 16 de régulation de la pression différentielle. Le débit de la poudre métallique qui traverse l'orifice 76 est donc toujours stable. En d'autres termes, le mélange de poudre métallique et d'oxygène sous haute pression évacué par la buse 90 garde des proportions constantes. L'apport de poudre métallique contre la pièce 95 (préalablement chauffée) à souder ou à découper permet, par combustion de la poudre, d'augmenter l'apport de chaleur sur la surface de la pièce 95. L'effet de soudage ou de découpage du jet d'oxygène sous pression s'en trouve donc considérablement accru; ce jet à haute température permet de découper le fer ou des alliages. La pression qui s'exerce sur la surface de la poudre métallique 9 du réservoir 12 est également transmise, par l'intermédiaire du tube 45a, à une chambre située dans la soupape thermique 15, derrière le diaphragme 48. Il s'ensuit que les deux surfaces du diaphragme 48 subissent la même action en sens opposé et que, même si l'on cesse toute action manuelle sur le levier 51, l'espace situé entre la soupape 50 et le siège de soupape 47 reste toujours ouvert. La capacité de combustion de la poudre métallique est très élevée.Cependant, comme la vitesse du jet qui traverse la buse 90 est très élevée, le risque d'allumage prématuré dans la buse est faible, & BR si la soupape 87 de régulation de débit n'est pas parfaitement fermée et qu'un peu d'oxygène fuit dans le conduit 91, il y a un risque d'allumage prématuré. Supposons que cet allumage prématuré se produise. Il y a alors combustion de la poudre métallique contenue dans la canalisation 84, et la flamme se propage du tube 72 vers la poudre métallique contenue dans le tube 22. La chaleur qui accompagne cet allumage prématuré agit dans le tube 22 et entraîne la fusion du fusible 26; la pression dans le réservoir 12 diminue alors rapidement grâce à l'ouverture du tube 25 d'évacuation de secours. L'existence de l'étranglement 44a & l'intérieur de l'orifice 44 de la soupape thermique fait apparaître une différence de pression de part et d'autre du diaphragme 48 : la soupape 50 vient ssappliquer énergiquement contre le siège de soupape 47, ce qui interrompt l'alimentation du réservoir en oxygène. D'autre part, l'ouverture du tube 25 d'évacuation de secours a fait pénétrer de l'air dans le réservoir g comme la poudre métallique ne brûle pas dans l'air, la flamme due à l'allumage prématuré de la poudre métallique ne peut atteindre le réservoir.Même si la flamme atteignait la poudre métallique du réservoir, l'oxygène qutil contient serait très rapidement utilisé pour la combustion de la poudre et le feu s'éteindrait naturellement. En outre, le dispositif 100 de prévention contre un allumage prématuré est placé de manière à intervenir avant qu'il ne soit nécessaire d'attendre la fusion du fusible 26 du réservoir 12 pour éteindre la flamme due à l'allumage prématuré. Lorsque l'allumage prématuré à l'intérieur de la buse 90 se propage vers le dispositif 100 par l'intermédiaire de la canalisation 84, le tube 103 s'échauffe et le fusible 105 qui obturait l'ouverture 104 fond, mettant en communication le tube 103 et le boîtier 102. Le gaz incombustible qui était comprimé dans le boîtier passe alors dans le tube et empêche l'allumage prématuré, dont la propagation de la flamme vers le réservoir 12 est ainsi arrêtée. Comme on l'a vu plus haut dans la description de la présente invention, la soupape 16 de régulation de la pression différentielle est placée au milieu du tube menant au conduit 91 (percé au centre de la buse 90 du chalumeau afin de permettre la projection de l'oxygène sous haute pression), tandis que l'extrémité extérieure du tube 22 qui plonge dans la poudre métallique du réservoir 12 est en communication avec l'orifice 57 par l'intermédiaire de l'orifice 76 de la soupape 17 de régulation du débit de la poudre; ainsi, la pression différentielle commandée par l'orifice 76 reste constante, ainsi que le rapport métal-oxygène. Il s'ensuit que l'apport de chaleur possible sur la surface de l'objet à souder ou à découper de manière soignée est constant, et que la présente invention permet d'obtenir un tel résultat. La présente invention présente d'autres caractéristiques. D'une part, l'intérieur et l'extérieur du réservoir 12 sont séparés par le fusible 26 placé au contact du tube 22. D'autre part, au milieu du tube menant de la bouteille 1 d'oxygène au réservoir 12 se trouve la soupape thermique 15, dont l'espace entre la soupape 50 et le siège de soupape 47 reste ouvert grâce aux actions égales et opposées de l'oxygène qui agit sur les deux surfaces du diaphragme 48. Enfin, en amont dudit espace a été prévu l'étranglement 44a. Il s'ensuit, de ces caractéristiques, que si le fusible 26 fond sous l'effet de la chaleur produite par un allumage prématuré, une pression différentielle apparaît dans la soupape thermique 15 et la ferme automatiquement, tandis que l'alimentation du réservoir en oxygène et la combustion de la poudre du réservoir sont arrêtées. La présence d'un tel dispositif supprime tout risque d'explosion et empêche la perte d'une grande quantité de poudre métallique. La présente invention permet effectivement d'obtenir un tel résultat. La présente invention est encore caractérisée par la présence, entre le réservoir 12 et la buse 90, du dispositif 100 de prévention contre un allumage prématuré, qui comprend le boîtier 102 rempli de gaz incombustible sous pression et une ouverture située à l'intérieur du boîtier 102 et obturée par le fusible 105; lorsque le fusible fond sous l'effet de la chaleur due à l'allumage prématuré qui se propage à partir de la buse 90, le gaz incombustible contenu dans le boîtier est projeté dans la canalisation et empeche alors la propagation de l'allumage prématuré vers le réservoir 12. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Appareil de soudage et découpage dans lequel un mélange d'oxygène pur et de poudre métallique (de fer surtout) est projeté sous haute pression sur l'objet à souder ou à découper, de manière à effectuer ces deux opérations avec un apport de chaleur très élevé et dû à la fois à la combustion de la poudre métallique et à la présence de l'oxygène qui favorise cette combustion, appareil caractérisé par un ensemble de canalisations et de soupapes tel que les proportions de poudre métallique et d'oxygène sous pression dans le mélange projeté vers l'objet à souder et découper sont constantes. 20) Appareil de soudage ou de découpage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sortie de la soupape (6) de commande de pression qui équipe la bouteille (2) de gaz combustible est reliée, par l'intermédiaire d'une canalisation (86), au conduit (92) de projection du mélange des gaz qui traverse la buse (90) du chalumeau (80) de l'appareil; et la sortie de la soupape (5) de commande de pression qui équipe la bouteille (1) d'oxygène est reliée au tube (31), après lequel il y a partage en trois directions, la première menant par l'intermédiaire de la canalisation (85) vers le conduit (92) de la buse (90), la deuxième menant par l'intermédiaire de la soupape (16) de régulation de la pression différentielle vers le conduit (91) de projection de gaz sous haute pression qui traverse la partie centrale de la buse (90) et la troisième menant par l'intermédiaire du réservoir (12) de poudre métallique et de l'orifice (76) de la soupape (17) de régulation du débit de la poudre vers un orifice de la soupape (16) de régulation de la pression différentielle; une soupape (16) assurant la commande et le maintien d'une différence de pression donnée entre sa première et sa deuxième chambre; et la partie supérieure du réservoir (12) comportant un orifice (23) d'introduction de l'oxygène et un tube (22) de prélèvement de la poudre métallique (9) contenue dans la partie inférieure du réservoir, le tube (22) menant vers la soupape (17) de régulation du débit de la poudre. 30) Appareil de soudage ou de découpage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'intérieur et l'extérieur du réservoir sont séparés par un fusible (26) placé dans le réservoir (12) au contact du tube (22), au milieu du tube menant de la bouteille d'oxygène à la partie supérieure du réservoir (12) se trouve une soupape thermique (15), dont l'espace entre la soupape (50) et le siège de soupape (47) reste ouvert grâce aux actions égales et opposées de l'oxygène qui agit sur les deux surfaces du diaphragme (48), un étranglement ( a) étant prévu en amont dudit espace. 40) Appareil de soudage ou de découpage suivant l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend, entre le réservoir (12) et la buse (90), un dispositif (100) de prévention contre un allumage prématuré composé d'un boîtier (102) rempli de gaz incombustible sous pression et d'une ouverture située à l'intérieur du boîtier et obturée par un fusible (105), ledit gaz incombustible sous pression étant projeté dans la canalisation si le fusible fond.