Brevet FR2383745A1 — publié le 19781013

La présente invention concerne un procédé pour l'amorçage momentané d'un procédé d'oxy-rabotage ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé. Pour éliminer des défauts superficiels sur une ébauche dans un laminoir, on a recours à ce qu'on appelle l'oxy-rabo- tage qui est basé sur le brayage des défauts superficiels de l'ébauche au moyen d'un courant d'oxygène. La température d'inflammation du fer se trouve à 150ou environ et à cette température, une quantité minimale donnée de fer doit autre chauffé sur la surface de l'ébauche pour que puisse commencer une combustion exothermique dans le courant d'oxygène. La solution la plus simple consiste à avoir recours à un réchauffage local direct au moyen d'une flamme chauffante pour amorcer le processus. Cette méthode est la plus utilisée pour ce qu'on appelle le rabotage à chaud, dans lequel l'ébau- che rabotée a une température de 10000 environ. D'une manière générale, cette ébauche est entièrement rabotée et pour accélérer l'amorçage du processus de rabotage, on commence au bord avant, là où les pertes de chaleur lors du réchauffage sont les plus faibles. Pour accélérer encore l'amorçage, on utilise de la poudre de fer ajoutée à la flamme de réchauffage. Mais dans ce cas également, il faut compter que l'amorçage prendra quelques secondes au cours desquelles le brûleur doit se trouver immobile par rapport au chalumeau de rabotage. Lors du rabotage à froid, lorsque la température de l'ébauche est proche de la température ambiante, les conditions sont encore plus défavorables. C'est le cas du rabotage manuel pour lequel on se sert comme auxiliaire, d'un fil de fer qui est fondu à l'endroit où doit se produire l'amorçage. Pour accélérer l'amorçage dans la raboteuse à froid, on a proposé d'employer un arc établi entre une électrode fusible ou non-fusible et une ébauche, à l'endroit où doit se produire l'amorçage. Dans ce cas, certains perfectionnements techniques permettent d'avoir ce qu'on appelle un démarrage "au vol", ctest-à-dire que le chalumeau de rabotage et ébauche se trouvent en mouvement relatif l'un par rapport à l'autre pendant le processus d'amorçage. Cela revêt une grande importance pour l'augmentation de capacité des raboteuses travaillant localement (par taches), quand le processus de rabotage peut être amorcé pour chaque défaut superficiel détecté. De plus, un démarrage "au vol" est une condition absolue pour la conception d'une raboteuse à rampe. Cette machine se compose d'une série de chalumeaux de rabotage qui couvrent toute la largeur de l'ébauche. L'ébauche et la rampe de rabotage se trouvent en permanence en mouvement l'une par rapport à l'autre. Chaque chalumeau peut traiter des tronçons de la surface de l'ébauche qui se trouvent sous lui, et peut être allumé et éteint individuellement.Le processus de rabotage est amorcé chaque fois qu'un chalumeau se rapproche d'un défaut de surface, et éteint quand ledit défaut est éliminé par brûlage. un démarrage "au vol" est exigé, car la profondeur de la gorge de rabotage dépend dans une grande mesure de la vitesse entre le chalumeau et 11 ébauche. Il est facile de constater que chaque freinage ou arrêt de ce mouvement lors de l'allumage d'une nouvelle gorge entrainerait un brûlage plus profond dans la gorge dans laquelle le rabotage est déjà commencé. Dans les procédés connus d'amorçage, la condition de démarrage "au vol" est seulement remplie par les procédés qui utilisent un arc électrique. Mais ces procédés ont également leurs points faibles. L'un des problèmes réside dans la protection de l'organe d'amorçage qui doit nécessairement être placé devant le chalumeau. n y est exposé au rayonnement de chaleur et à des éclaboussures de laitier s'écoulant et jaillissant de la zone de rabotage. La protection de l'organe 'amorçage est encore plus difficile dans les raboteuses à rampe, où chaque organe d'amorçage, est non seulement menacé par son propre chalumeau, mais également par le chalumeau voisin quand celui-ci est en marche.Un autre inconvénient de l'organe d'amorçage à arc est inhérent au désir d'avoir une répartition encore plus poussée de la rampe en un plus grand nombre de chalumeaux plus petits qui peuvent améliorer la sélectivité du rabotage. Ici l'obstacle majeur est que le nombre d'organes d'amorçage de l'arc est trop grand et que la dimension géométrique de chaque organe d'amorçage est trop élevée. Le procédé pour l'amorçage du rabotage selon l'invention ne comporte pas les inconvénients précités et permet à la fois un démarrage "au vol" et la construction d'organes d'amor çage qui ne sont pas exposés à l'influence de la chaleur et du laitier provenant de la zone de rabotage. L'invention se base sur l'utilisation d'au moins un faisceau lumineux riche en énergie et au moyen duquel l'endroit où doit commencer le rabotage, est réchauffé jusqu'à la température d'amorçage. L'anvention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques#, détails et avantages de celle-ci apparattront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 montre le dispositif, dans lequel l'on utilise comme source de faisceau lumineux riche en énergie, une puissante source lumineuse pratiquement ponctuelle, par exemple un laser. - la figure 2 montre un exemple du dispositif selon l'invention avec l'utilisation d'une source lumineuse linéaire. A la figure 1, le chalumeau de rabotage 1 dirige le courant d'oxygène vers la zone de rabotage. L'ébauche 2 se déplace pendant l'amorçage et le rabotage par rapport au chalumeau s'effectue à une vitesse 3. Le faisceau lumineux 4 partant de la source lumineuse 6 est dirigé sur l'endroit de l'ébauche qui doit être réchauffé jusqu'à la température d'amorçage à l'aide d'un système optique 5. Le débit d'oxygène au chalumeau de rabotage est réglé par la vanne 7. A la figure 2, le chalumeau de rabotage est désigné par 8, et 9 indique l'ébauche qui doit être rabotée et qui se déplace à une vitesse relative 10 par rapport au chalumeau pendant l'amorçage et le rabotage. Des miroirs elliptiques Il, 12 13 concentrent le rayonnement lumineux émanant de sources de rayonnement linéaires 14, 15 16 sur l'endroit de la surface d'ébauche qui doit étire réchauffé Jusqu'd la température d'amorçage. Cône sources lumineuses linéaires, on peut utiliser des réchauffeurs infra-rouge ou de puissants tubes à décharge. Le principe de l'invention va maintenant être exposé plus en détail à l'aide d'un exemple de dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention illustré à la figure 2. L'ébauche 2, dont la surface présente des défauts superficiels localisés au préalable, se déplace avec une certaine vitesse 3 par rapport au chalumeau de rabotage. Au noient où un défaut superficiel est rapproché d'une zone de travail du chalumeau de rabotage 1, la source lumineuse 6 entre en action. Le faisceau lumineux 4 engendré par celle-ci est dirigé par un système optique 5 sur l'endroit de la surface de l'ébauche devant être réchauffé Jusqu'à la température d'aiorçage. Conne source lumineuse, on peut utiliser un laser ou une lampe à décharge, par exemple du type Xenon. La figure 1 montre seule sent une source lumineuse, nais le principe de l'invention reste inchangé si, à la place, on utilise deux ou plusieurs sources lumineuses en parallèle. Le système optique 5 de la figure 1 est simplifié et réduit à un seul tiroir, nais il peut se com, poser de plusieurs miroirs et lentilles qui sont utilisés pour guider le faisceau lumineux et, le cas échéant, le concentrer sur le point de travail. A la suite du souvienent relatif de la pièce 3 par rapport au chalumeau 1 et par rapport à la source lumineuse pratiquement stationnaire, l'ébauche se déplace également vers le faisceau lumineux 4. Si le temps d'action de la source lumineuse est court, comparé à la vitesse du mouvement relatif, l'endroit réchauffé sur la surface de ;L'ébauche a une forme d'une tache plus ou moins ovaleS à partir de laquelle le processus de combustion est amorcé. A des vitesses relatives plus élevées, la surface de la zone réchauffée est proportionnellement plus grande. Lorsque l'intensité de la source lumineuse est inchangée, il peut arriver alors que la surface de l'ébauche n'atteigne pas la température d'amorçage. Dans ce cas et selon l'invention, on peut se servir du système optique 5 pour manoeuvrer le faisceau lumineux de manière à diriger le faisceau pendant la période de fonctionnement à peu près -sur le iêie endroit de la surface de l'ébauche. Le temps effectif de réchauffage dudit endroit peut dans ce cas notre rendu plus long, comparé à un faisceau immobile. Le dispositif pour manoeuvrer le faisceau est déjà connu en lui-même et n'a donc pas besoin d'être représenté et décrit plus en détail à la figure 1. Des essais pratiques montrent qu'aux vitesses concernées, il faut une densité de puissance supérieure à 1 KW/cm2 pour que l'ébauche soit réchauffée jusqu'à la température d'amor çage sur une profondeur de 0,5 cm. Une partie non-négligeable de la chaleur fournie disparait par la conductivité theraique dans la pièce. Pour réduire ces pertes, il est possible selon l'invention d'utiliser également de la poudre de fer comme addition. La poudre de fer a une- conductibilité thermique sensiblement-moindre que du fer massif et les pertes par conductivité thermique sont donc moins importantes. Il est possible de transporter la poudre de fer Jusqutau point d'amorçage sur la surface de l'ébauche par pratiquement n'importe quel procédé et n'importe quel dispositif. Cela n'est par conséquent pas montré à la figure 1. En utilisant un gaz porteur comme agent de transport, il est possible selon l'invention d'utiliser avantageusement de l'oxygène. En fait des particules de poudre de fer s'oxydent sur la surface déjà au cours du réchauffage avant même que la température d'amor çage ne soit atteinte, et une surface oxydée absorbe mieux le rayonnement. En mtme temps, la chaleur de réaction de l'oxydation contribue également au réchauffage de la poudre. Dès que la poudre a atteint la température d'amorçage, elle s'enflamme spontsnément. La combustion de la poudre contribue efficacement au réchauffage de l'ébauche au point d'amorçage. Ainsi, si l'on a réchauffé jusqu'à la température d'amorçage et au moyen d'un faisceau lumineux 4 un endroit sur la surface de la pièce qui se trouve à portée d'un chalumeau de rabotage 1, l'opération qui suit est l'ouverture de la vanne d'oxygène 7. Le bain en fusion est allumé dans le courant d'oxygène provenant du chalumeau et brûle en dégageant de la chaleur. Avec le brûleur convenablement réglé, le processus s'entretient de lui-même. A la suite du mouvement relatif de l'ébauche par rapport au chalumeau, le rabotage se poursuit le long de la surface de l'ébauche jusqu'à ce qu'il s'arrête par coupure du débit d'oxygène au moyen de la vanne 7. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention à la figure 2 comporte une variante dans laquelle on utilise comme sources lumineuses pour l amorçage du rabotage, des sources lumineuses linéaires 14, 15, 16. A cette fin, on se sert d'un réchauffeur infra-rouge, de tubes de décharge ou analogues. Le flux lumineux émanant desdites sources est concentré sur l'endroit de la surface de ébauche qui doit être réchauffé et qui est généralement aussi large que le chalumeau lui-même. Pour la concentration focale du faisceau lumineux, on utilise des miroirs elliptiques 11, 12, 13 (figure 2), mais d'autres dispositifs optiques appropriés et connus peuvent être utilisés.La figure 2 montre au total trois sources lumineuses qui sont requises pour obtenir la densité de puissance nécessaire pour le réchauffage dusqutà la température d'amorçage. Le principe de l'invention n'est pas changé si lton utilise un nombre de sources plus grand ou plus petit qué ce qui est montré sur le dessin. Tout comme dans 11 exemple précédent, l'ébauche 9 se déplace à une vitesse relative 10 par rapport au chalumeau 8. Pour une intensité suffisamment élevée de la source lumineuse, un temps d'action de la source qui est court, suffit également dans ce cas pour réchauffer la partie exposée de la surface d'ébauche jusqu'à la température d'amorçage. Si la vitesse 10 du mouvement relatif de ébauche est faible par rapport du temps d'action, la partie réchauffée de la surface a une forme correspondant à la reproduction des sources lumineuses à l'endroit précité. Pour une vitesse relative 10 plus élevée ou en utilisant des sources lumineuses moins puissantes, il peut arriver que la densité de puissance nécessaire ne soit pas atteinte.Dans ce cas, on peut selon l'invention déplacer le rayonnement sur l'endroit réchauffé en synchronisme avec le mouvement de ébauche, de manière que le même endroit soit soumis au rayonnement pendant tout le temps d'action et que l'effet de chauffage du faisceau soit ainsi accumulé. Pour ledit déplacement du faisceau lumineux, on peut utiliser soit des moyens optiques : miroirs, lentilles et analogues, soit un déplacement mécanique de la source lumineuse en synchronisme avec 11 ébauche pendant le temps d'action. Ces méthodes connues en elles-mêmes ne sont donc pas montrées à la figure 2. Tout comme dans l'exemple 1, on peut employer dans l'exemple de la figure 2 également de la poudre de fer comme addition pour réduire les pertes de chaleur lors du réchau!- fage. La poudre de fer peut être insufflée jusqu'à la zone de réchauffage, par exemple avec de l'air comprimé ou de l'oxygène. On peut se servir soit dtune buse auxiliaire, soit de la buse de rabotage pour le transport de la poudre de fer. L'utilisation d'oxygène pour le transport de la poudre de fer contribue à l'accélération du processus d'amorçage, car la combustion de la poudre additionnée améliore l'équilibre thermique du processus d'amorçage. Lors de l'emploi de poudre de fer comme addition, on peut avantageusement orienter le faisceau lumineux et le transport de la poudre de manière que cette dernière se trouve aussi longtemps que possible dans le champ lumineux. Cela prolonge le temps effectif de réchauffage de la poudre et écourte l'amorçage. Les exemples des figures 1 et 2 montrent l'utilisation de l'invention avec un seul chalumeau. Le principe de l'invention reste inchangé Si l'on agence plusieurs de ces chalumeaux en une rangée, comme par exemple une rampe de chalumeaux. Alternativement, on peut utiliser selon l'invention un seul organe d'amorçage lumineux pour deux ou plusieurs chalumeaux. Cette dernière alternative est favorable et économique pour le travail, quand il n'est pas absolument nécessaire d'avoir un amorçage simulténé des chalumeaux qui sont desservis par un seul et même organe d'amorçage. L'organe d'amorçage lumineux selon l'invention convient tout particulièrement à une variante avec desserte de plusieurs chalumeaux au moyen d'un seul et même organe d'amorçage en vue d'obtenir une technique simplifiée selon laquelle on peut effectuer le déplacement du faisceau lumineux d'un des endroits vers un autre. Les avantages de la méthode d'amorçage selon l'invention ressortent clairement de la description. Ainsi, par exemple, il est extrêmement simple et facile de déplacer et de guider avec précision le faisceau d'amorçage sur la surface de l'é- bauche. En outre, l'énergie sous forme de rayonnement permet en principe et en pratique de travailler en parallèle avec plusieurs sources lumineuses d'amorçage, avec possibilité pratiquement illimitée d'augsenter la vitesse d'amorçage. Un autre avantage important est aussi que le transfert d'ner- gie sous forme de rayonnement permet le placement de l'organe d'amorçage loin de la zone de rabotage, dans laquelle il est exposé au rayonnement de chaleur ou à des éclaboussures de laitier. Cela concerne tout particulièrement le rabotage à chaud, dans lequel le rayonnement thermique provenant de lte- bauche chaude peut stavérer gênant. De plus, le besoin d'énergie pour l'amorçage lui-même diminue fortement lors du rabotage à chaud, de sorte qu'une puissance limitée de la source lumineuse est suffisante. Indépendamment de cela, le procédé d'amorçage selon 1'invention est approprié au rabotage à chaud et à froid, ainsi que pour des raboteuses à une gorge et à rampe. Il ressort également de la description de l'invention que cette dernière n'est pas limitée à un certain type de chalumeau. En outre, l'invention peut être utilisée en cor- binaison avec d'autres procédés connus pour le réchauffage d'ébauches. Ainsi, par exemple, on peut employer une flamme chauffante pour le réchauffage local de l'ébauche et un organg d'amorçage lumineux pour amener la température à la température d'amorçage. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qusà titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant 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. REVENDICATIONS 1. Procédé pour amorcer un procédé d'oxy-rabotage au moyen d'un rayonnement sur une pièce métallique par réchauffage d'une certaine quantité du métal jusqu'à la température d'amorçage, caractérisé en ce que le rayonnement est effectué avec au moins un faisceau électro-magnétique, riche en énergie et en exposant au rayonnement un endroit de la surface de l'ébauche au niveau duquel doit se produire, avec un flux 2 d'énergie supérieur à 1000 W/cm , ledit amorçage. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 comprenant un groupe de chalumeaux pour diffuser un courant d'oxygène sur la zone de rabotage d'une ébauche et un organe engendrant un rayonnement pour réchauffer le métal jusqu'à la température d'amorçage, caractérisé en ce que l'organe engendrant le rayonnement comprend une source de rayonnement émettant au moins un faisceau électromagnétique avec un flux d'énergie supérieur à 100 W/cm2 et en ce qu'un système optique est agencé en relation avec la source de rayonnement et dirige le rayonnement provenant de cette dernière sur l'ébauche. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la source de rayonnement est du type ponctuel. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la source de rayonnement est du type linéaire et que le système optique donne une image linéaire sur l'ébauche. 5. Dispositif selon la revendications 3-ou 4, caractérisé en ce qu'un système optique projette une image de la source de rayonnement sur l'ébauche qui se trouve en mouvement relatif par rapport à l'arrangement de chalumeaux, de manière que l'image de la source soit immobile par rapport à l'ébauche. 6. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que de la poudre de fer arrive à l'endroit où l'image provenant de la source de rayonnement rencontre l'ébauche. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la poudre de fer est envoyée avec du gaz. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le gaz est de l'oxygène. 9. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce qu'un organe d'amorçage optique dessert deux ou plusieurs chalumeaux de rabotage dans une raboteuse à rampe.