Brevet FR2383744A1 — publié le 19781013

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour amorcer un processus d'oxy-rabotage. Ce procédé est basé sur l'application d'un effet de chauffage sur une pièce à 11 aide d'une source de chaleur mobile et qui a en principe un effet ponctuel, de manière que la partie chauffée ou fondue de la pièce forme une bande qui se trouve en principe perpendiculaire au sens d'écoulement de 1'oxygène pour le rabotage. Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention se compose de un ou plusieurs chalumeaux de rabotage ainsi que de un ou plusieurs organes d'amorçage mobiles et raccordés au chalumeau, afin que l'organe d'amorçage puisse se déplacer par rapport au chalumeau de rabotage parallèlement et perpendiculairement au sens de rabotage, tout en exerçant la fonction d'une source de chaleur en principe ponctuelle, réchauffant un tronçon sous forme de bande de la surface de la pièce et/ou, en plus du réchauffage permettant un apport de métal fondu sur ledit tronçon. L'oxy-rabotage d'une ébauche d'acier est un processus exothermique avec une température d'amorçage de 1.2500C. Il est nécessaire de réchauffer Jusqu'à cette température une certaine portion minimale de la surface d'ébauche sur laquelle le processus de rabotage doit Entre amorcé. Pour ce réchauffement local, on a coutume d'utiliser la flamme chauffante d'un chalumeau à combustion qui constitue par conséquent une partie vitale du chalumeau de rabotage.Lors du rabotage aussi bien manuel que mécanique, il est généralement nécessaire que l'ébauche et le chalumeau de rabotage avec dispositif éventuel d'amorçage se trouvent relativement immobiles pendant le processus dsamorcage. Cela concerne aussi bien ce qu'on appelle le rabotage à froid qui s'effectue ordinairement à la température ambiante que le rabotage à chaud qui est exécuté à 8000C environ. Cela réduit naturellement la capacité des raboteuses, car chaque amorçage exige 1'arrêt de la machine. Et cela entraine des pertes de temps encore plus importantes lors du rabotage local, puisque l'amorçage du rabotage est effectué pour chaque défaut superticiel séparé. Pour un plus grand nombre de défauts, il peut alors arriver que cette réduction de la capacité de la machine de rabotage local soit Si importante que le rabotage total est plus avantageux en dépit des grandes pertes de matière, qui en r6aultente Pour résoudre ce problème principalement inhérent au rabotage local (par taches) sélectif, différents perfection relents ont été proposés, qui visent à écourter le processus d'amrçage. Lors d'un amorçage suffisamment rapide,l'4bauche peut se déplacer par rapport au chalumeau de rabotage et à l'organe d'amorçage de sorte que l'on peut éventuellement parler d'un démarrage w au vol". Lors du rabotage manuel, on se sert pour accélérer 11 amorçage d'une petit quantité de fer en fusion, quelques gouttes étant placées au point d'amorçage réchauffé. Les gouttes sont formées par fusion d'un fil de fer dans une flamme de réchauffage. Une solution similaire est adoptée pour le rabotage mécanique, mais on utilise alors une addition de poudre de fer au lieu de fil de fer. La poudre de fer est insufflée dans la flamme de réchauffage. La chaleur de com bustion du fer, alliée à un effet favorable du laitier sur la transmission locale de chaleur, entrain une accélération du réchauffage de la surface d'amorçage. Un départftau vol" ne réussit qu'à des vitesses relativement basses.Ceci n'est d'ailleurs pas le seul inconvénientss de l'emploi de poudre de fer. Il a donc été proposé d'utiliser un arc électrique pour réaliser un fusion d'amorçage au lieu de la combustion de poudre de fer. On se sert soit d'une électrode fusible, soit d'une électrode non-fusible. Sous 11 effet de l'arc électrique, de la matière est chauffée et fondue dans les deux cas au point de la surface de l'ébauche au niveau duquel doit se produire l'amorçage du processus de rabotage. L'utilisation d'une électrode fusible offre l'avantage que l'on peut augmenter la quantité de matière en fusion au point d'amorçage. Pendant la période d'activité de ltarc, 11 électrode peut titre soit immobile, soit se déplacer en synchronisme avec ltétauche, Dans l'un des cas, il se forme un tronçon de métal en fusion qui est parallèle au sens de rabotage et dont la longueur dépend du temps pendant lequel l'arc reste allumé. Dans le second cas, le métal en fusion forme une tache dont la grandeur dépend également de la durée précitée. A la fin de la fusion, le chalumeau de rabotage est immédiatement mis en action. Le tronçon ou la tache de métal réchauffé et fondu est enflammé dans le courant d'oxygène provenant du chalumeau de rabotage. Par suite de la géométrie du bain en fusion et de l'orientation du courant d'oxygène, le processus de rabotage commence pratiquement en un point ou sur une ligne d'où il se propage en forme de coin Jusqutà ce qu'il atteigne la largeur complète de gorge. La concentration décrite du bain en fusion et du métal réchauffé en un point ou bien sur un tronçon le long du sens de rabotage écourte sensiblement le processus d'amorçage, ce qui-permet un départ "au vol", mame à des vitesses relativement élevées. Un inconvénient assez sérieux de cette technique est la formation de creux de démarrage relativement profonds ou bien de tronçons de démarrage avec des bords abrupts. Il est généralement difficile et parfois meme impossible d'éliminer ces défauts par laminage. De cette manière, de nouveaux défauts secondaires peuvent se produire sur de la tôle laminée. Le procédé d'amorçage de ltoxy-rabotage selon l'invention et le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé remplissent la condition d'un départ au vol pour l'oxy-rabotage à des vitesses encore plus élevées, sans présenter les défauts et inconvénients précités. L'invention est basée sur I'utilisa- tion d'une source de chaleur en principe ponctuelle et qui, agissant sur la surface de l'ébauche, forme une bande de métal fondu et réchauffé, orientée pratiquement perpendiculairement au sens d'écoulement de 1'oxygène de rabotage. Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé se compose d'un chalumeau de rabotage et d'un organe d'amorçage qui, à son tour, se compose d'une source de chaleur ponctuelle et d'un dispositif pour la commande de cette dernière. La source de chaleur peut astre commandée par rapport au chalumeau parallèlement et perpendiculairement au sens de rabotage. Ladite source de chaleur peut étire activée au mame moment. Par un réglage approprié du mouvement relatif de l'organe d'ar morçage par rapport au chalumeau, en ce qui concerne la vitesse relative de l'ébauche par rapport au chalumeau, il se forme selon l'invention et par l'effet de la source de chaleur en action, une bande de métal fondu et réchauffé qui est placée transversalement au courant d'oxygène de rabotage. Comme source de chaleur dans l'organe d'amorçage, on utilise en premier lieu un arc électrique entre une électrode fusible ou non-fusible et l'ébauche. L'application de l'inven- tion n'est pas limitée à l'utilisation d'un arc corns source de chaleur ponctuelle. Un effet similaire peut également être obtenu avec d'autres sources de chaleur riches en énergie et en principe ponctuelles, corne par exemple un chalumeau au plasma, un laser, un- faisceau électronique et, éventuellement un brûleur à grande puissance. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-cl apparaitront 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 - les figures la et lb montrent un exemple d'un dispositif pour la lise en oeuvre du procédé selon l'invention, une source de chaleur ponctuelle étant constituée par un arc entre une électrode filiforme fusible et une ébauche. La figure la est une vue latérale du dispositif et la figure lb une vue de dessus de ce dernier. - Les figures 2a et 2b montrent un autre exemple de mise en oeuvre du procédé, arc servant de source de chaleur penc- tuelle entre une électrode fusible en bande et une ébauche, la figure 2a étant une vue latérale du dispositif et la figure 2b une vue de dessus du se dispositif. Sur la figure la, 1 désigne un organe de guidage pour un fil d'amorçage ll qui est montré enssposfltion de départ pour le réchauffage et la fusion d'une zone d'amorçage en forme de bande. En 2, on voit le dispositif d'entrainement, par exemple un vérin pneumatique, qui pendant la fusion, imprime à l'organe de guidage 1 un mouvement pendulaire 10 autour d'un arbre fixe3. Le plan de mouvement pendulaire de ltorsane de guidage forme un certain angle avec le sens du mouvement relatif 12 de l'é- bauche 7 par rapport à un chalumeau de rabotage 6 (figure la > . Une électrode en forme de fil il, est alimentée à partir d'une réserve 5 à l'aide d'un organe d'alimentation 4. Pendant l'amorçage et le rabotage, le chalumeau de rabotage 6 oriente le courant d'oxygène de rabotage dans le sens 8 et éventuellement la flamme de réchauffage sur l'endroit à raboter. Sur la figure la, les lignes en tirets indiquent la position 9 de l'organe de guidage après l'achèvement du réchauffage et de la fusion d'une zone d'amorçage en forme de bande. En outre, la figure la montre une fissure à titre d'exemple de défaut superficiel à éliminer par rabotage. Cette fissure 13 est montrée dans la position dans laquelle l'organe d'amor çage est en action et lorsque la fusion de l'électrode est commencée. 14 indique en tirets la position de la fissure après la fusion et lorsque le rabotage peut être amorcé. Aux figures 1 et 2, le dispositif de rabotage est immobile et ébauche se déplace par rapport à ce dernier dans le sens opposé à la direction de rabotage. Le procédé d'amorçage du rabotage selon l'invention n'est pas modifié dans des conditions inverses, c'est-à-dire lorsqu'une ébauche est immobile et le dispositif de rabotage en mouvement. La vitesse et angle du mouvement pendulaire 10 sont toujours choisis selon ltinvention par rapport à la vitesse du mouvement relatif 12. La composante de la vitesse pendulaire, parallèlement au mouvement 12, doit etre égale à la vitesse de ce mouvement. De cette manière, cette composante du mouvement relatif de l'électrode ll par rapport à l'ébauche 7 est pratiquement à zéro pendant le temps d'action de l'organe d'amor çage.Par contre, la composante transversale du mouvement pendulaire est indépendante du mouvement de l'ébauche. L'arc électrique s'allume au début du mouvement pendulaire 10 l t organe d'amorçage étant dans la position de départ 1. L'arc formé entre ltélectrode et ébauche réchauffe et fond une petite zone de la surface de l'ébauche qui est situé le plus près de la pointe d'électrode. En même temps, l'électro- de il fond également et est avancée par l'unité d'alimentation de fil 4. La matière d'électrode fondue est transferrée dans l'ébauche. L'énergie pour l'arc est fournie par une source de courant branchée entre l'ébauche et un organe de contact sur la commande d'électrode. La source de courant et son circuit électrique ne sont pas montrés sur les dessins. Pendant que l'arc est établi, l'organe de guidage d'électrode 1 se déplace de la position de départ à la position limite 9. Il résulte de cela et de tous les mouvements (le plan de mouvement pendulaire forme un angle avec le sens de mouvement relatif 12) que sur l'ébauche se forme une bande de métal réchauffé et fondu 15. Lorsque l'arbre 3 est en position appropriée et en choisissant un temps convenable pour le débit du mouvement 10, le bain en fusion 15 doit se trouver après l'achèvement du mouvement 10, Juste en avant du prolongement 8 du canal par lequel l'oxygène de rabotage s'écoule du chalumeau 6. Si le flux d'oxygène est libéré à ce moment, le métal est allumé dans la bande 15 et, par conséquent, le processus de rabotage est également amorcé. Par suite de l'étalement du métal réchauffé et fondu selon l'invention, le rabotage commence sur toute une largeur correspondant à la longueur de la bande 15 qui à la figure lb est égale à la largeur du chalumeau 6. Il s'ensuit-également que la gorge de rabotage commence avec une largeur complète et qu'il se forme donc pas de creux de démarrage en forme de coin et avec des bords anguleux. La gorge de rabotage qui commence avec une largeur complète permet également de commencer le rabotage à proximité immédiate de défauts superficiels 13, 14. Le raccourcissement du tronçon de démarrage sur la gorge de rabotage entraîne donc des économies de matière et, simultanément, des économies de temps par réduction du temps de rabotage. La géométrie du tronçon d'amorçage qui, selon l'invention, se trouve dans le sens transversal devant le chalumeau permet également un démarrage plus fiable, plus rapide et plus facile du processus de rabotage. Un autre avantage important offert par le procédé d'amorçage selon l'invention est qu'il est possible de raboter également des défauts superficiels se trouvant près du bord avant de l'ébauche. Cela est impossible avec les procédés d'amorçage connus Jusqutici, utilisant des sources de chaleur ponctuelles et conservant le sens de rabotage sur l'ébauche. Il n'est pas nécessaire que la bande amorçage 15 soit aussi large que le chalumeau 6. Il est bien évident que l'on peut amorcer selon l'invention avec une bande 15 plus large que le chalumeau. Des essais pratiques ont permis de constater qu'avec une bande sensiblement plus courte que le chalumeau, il est possible d'avoir un démarrage "au vol". Comme électrode filiforme (figure la), on peut avantageusement employer du fil de fer, dont la fusion augmente la quantité de bain de fusion d'amorçage. Pour l'exécution du processus d'amorçage selon l'invention, on peut également utiliser comme matière d'électrode un autre métal ou alliage brt- lant exothermiquement ou qui, d'une autre manière agit favorablement sur l'amorçage du processus de rabotage. D'une manière similaire, l'invention n'est pas limitée à l'utilisation d'une électrode illiworme seulement. Des arcs peuvent être produits entre chaque électrode et l'ébauche ou bien seulement entre les électrodes elles-ia#mes. Les arcs sont alimentés à partir d'une source de courant commune ou de plusieurs sources de courant séparées.Des organes de commande et de contact pour deux ou plusieurs électrodes peuvent être agencés de manière que leurs arcs se fassent suite ou bien travaillent en parallèle entre eux. Eventuellement, il est possible d'obtenir le meme effet à l'aide d'un simple organe d'amorçage, par exemple une pluralité de fils d'amorçage, en répétant la période de fusion si l'on revient suffisamment vite de la position finale 9 à la position de départ l (figure la). En utilisant deux ou plusieurs électrodes ou en répétant la période de fusion, il est possible d'augmenter encore plus la vitesse d'amorçage pour un départ wau vol". Une autre manière d'augmenter la quantité de métal, à une température au-dessus de la température d'amorçage, lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention consiste à avoir recours à une chaleur de combustion chimique avant le commencement du rabotage. Ainsi, par exemple, on peut exécuter la fusion de l'électrode sous atmosphère oxydante. L'apport de l'oxygène nécessaire à cette opération, peut se faire avec une buse auxiliaire d'oxygène placée d'une manière appropriée et, par eses- ple solidaire mécaniquement de l'organe de guidage ou de commande de l'électrode.Le dispositif lui-même est si simple qu'il n'est pas représenté en figures la, lb. Alternativement, il est possible d'obtenir le mbse effet en employant une électrode tubulaire par laquelle de l'oxygène est envoyé au point de fusion ou encore qui est remplie d'un oxydant approprié. On vient de décrire l'utilisation d'une électrode fusible et d'un arc pour la formation du tronçon d'amorçage 15 sur la surface de l'ébauche. Il est cependant clair que le principe de l'invention n'est pas modifié ai l'on utilise une électrode non-fusible. Dans ce cas, l'arc effectue seul le chauffage et la fusion de la pièce. Le dispositif pour l'exécution' de ce procédé ne se différencie pas du principe de celui montré à la figure la, lb. La seule différence est la suppression de la réserve de fil 5 et du dispositif d'alimentation 4. L'organe de commande et de contact 1, 9, est remplacé par un support d'électrode non-fusible qui effectue le ISme ousérent pendulaire. De la uSme manière que pour 1' utilisation d'une électrode fusible, il est également possible lors de l'emploi d'une électrode non-fusible, de se servir d'une buse auxiliaire insufflant de ltoxygbne sur le bain en fusion dès le réchauf- fage, pour augmenter la température du métal fondu et en accroitre la quantité. En outre, il est clair qu'une simple électrode non-tusible peut Outre remplacé. par des sources de chaleur plus perfectionnées, du type ponctuel et basé sur l'utilisation d'un arc, par exemple un chalumeau à plasma.Il est également évident que pour l'amorçage du rabotage selon l'invention, il est aussi possible d'utiliser des sources de chauffage ponctuel appropriées et qui ne sont pas électriques, par exe- ple des lasers riches en énergie. Dans ce cas, le dispositif de guidage d'électrode I de la figure la, est remplacé par un système de déviation optique qui, pendant le processus d'amor çage, projette le faisceau laser sur l'ébauche de manière que la bande de métal formée, chauffée Jusqu'd la température d'a amorçage, soit en travers du sens de rabotage prévu. Il ressort aussi clairement de la description de l'invention que l'effet désiré selon l'invention peut étire obtenu, même ai l'on remplace le mouvement pendulaire 10, figure l entre la position de départ et la position 9, par un autre mouvement connu en soi, par exemple un déplacement longitudi nal. L'invention exige tout simplement que le résultat du mouvement relatif composé de l'ébauche et du dispositif d'amor çage sous l'influence de l'organe d'amorçage sur l'ébauche, soit une bande de métal réchauffé. En principe, ladite bande doit se trouver en travers du sens d'écoulement de 11 oxygène de rabotage. En pratique, il faut envisager certaines tolérances suivant la précision avec laquelle on peut commander des vitesses relatives. Un autre exemple d'amorçage d'un processusde rabotage est montré aux figures 2a et 2b. Dans cette variante, la composante du mouvement de l'organe de guidage d'électrode est remplacée par le mouvement commandé ou libre d'un arc le long de la largeur d'une électrode fusible en forme de bande. Sur la figure 2a, 16 représente ltorgane de commande et de contact de l'électrode 26 sous forme de bande qui est alimentée à partir d'une réserve 20 à l'aide de l'organe d'alimentation 19. Entre l'électrode 26 et l'ébauche 22 brèle pendant le temps d'activité de l'organe d'amorçage, un arc électrique 29 qui est alimenté à partir d'une source conventionnelle de courant de soudage. La source de courant est branchée entre l'ébauche 22 et l'organe de contact 16, mais elle n'est pas représentée pour la clarté des dessins.Pendant le fonctionnement de l'organe d'amorçage, l'organe de commande 16 de l'électrode effectue, à l'aide du mécanisme d'entratne- ment 17, un mouvement pendulaire autour de l'arbre 18. La vitesse pendulaire entre la position de départ 16 et la position d'extrémité 24 représentée par des tirets est adaptée à la vitesse du mouvement 30 de l'ébauche. La position de l'extrémité de l'électrode en bande 26 (ainsi que de l'arc 29 qui brute sur la pièce 22) est ainsi stationnaire par rapport à l'ébauche 22. L'arc 29, formé pendant le temps d'activité de l'organe d'amorçage, est commandé à l'aide d'un champ magnétique engendré par des électro-aimants 27,28. Pendant le mouvement pendulaire 25, l'arc doit passer au moins une fois de l'un des bords de l'électrode en bande vers l'autre bord de cette dernière. Les figures 2a et 2b montrent également un défaut superficiel en 31 au commencement du temps de fonctionnement, et en 32 par des tirets, à la fin de la fusion de l'électrode en bande. Par suite du mouvement pendulaire 25 et de l'effet de l'arc 29, un tronçon de métal 33 fondu et réchauffé est constitué. Il se trouve devant le chalumeau de rabotage 21 et se rapproche de celui-ci avec une vitesse relative 30. La flèche 23 montre le sens d'écoulement de 11 oxygène de rabotage provenant du chalumeau 21. Le débit d'oxygène est libéré quand le bain en fusion 33 arrive près du prolongement du sens d'écoulement 23. Dans le courant d'oxygène, le bain de fusion 33 est allumé et le processus de rabotage amorcé d'un seul coup et en même temps sur toute la largeur de la gorge de rabotage. Le processus d'amorçage est ainsi terminé et le dispositif d'amorçage peut retourner dans la position de repos. Dans cette dernière, l'organe d'amorçage attend le signal de commande pour un nouveau processus entre les positions 16 et 24. Il est bien évident qutun remplacement du mouvement pendulaire 25, figures 2a et 2b, par un mouvement longitudinal équivalent entre les positions de départ et finale de organe de commande nta aucune influence sur le principe du procédé d'amorçage selon l'invention. Il est également clair que la largeur de l'électrode en bande qui est égale à celle du chalumeau sur la figure 2b, peut être plus étroite ou plus grande que le chalumeau, sans que cela n'ait une influence quelconque sur le principe de l'invention. Il importe peu pour la mise en oeuvre de l'invention, que l'on utilise pour la commande du mouvement de l'arc le long de la bande, des moyens autres qu'un champ magnétique, par exemple un mouvement libre de l'arc à la suite de la fusion progressive de la bande. Le procédé selon l'invention convient pour l'amorçage avec départ l'au vol" pour des vitesses à la fois élevées et basses. Il est par conséquent évident pour le spécialiste que ce procédé d'amorçage peut également Autre employé dans des cas extrêmes, lorsque la vitesse relative de 11 ébauche par rapport au chalumeau est égale à zéro. 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 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 l'amorçage d'un processus d'oxy-rabotage sur une pièce par réchauffage d'une certaine quantité de métal jusqu'à la température d'allumage à l'aide d'une source de chaleur ponctuelle, caractérisé en ce que ladite source de chaleur reçoit un mouvement relatif par rapport au chalumeau de rabotage, avec une composante de vitesse essentiellement égale à la résultante absolue de la vitesse de déplacement de la pièce, et que par son effet de chauffage, la source de chaleur est amenée à former au moins une bande de métal réchauf- fé sur la surface de la pièce, cette bande se trouvant en principe en travers du sens d'écoulement de l'oxygène de rabotage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de chaleur reçoit une composante de vitesse dirigée perpendiculairement au sens d'écoulement de l'oxygène de rabotage. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mouvement relatif de la source de chaleur est amené à concorder essentiellement avec le mouvement relatif de la pièce par rapport au chalumeau de rabotage. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 et comprenant un groupe avec buse d'oxyrabotage et un dispositif d'amorçage pour amorcer l1oxy-rabo- tage sur une pièce par réchauffage d'une certaine quantité de métal jusqu'd la température d'allumage à l'aide d'une source de chaleur formée d'un arc se développant entre la pièce et une électrode, caractérisé en ce que les organes formant l'arc sont agencés sur un organe de commande en forme de pendule, dont le plan de mouvement forme un angle aigu avec la résultante relative de mouvement de la pièce, la composante de vitesse de l'organe de commande dans le sens de ladite résultante de mouvement étant orientée dans le même sens et essentiellement de même valeur que cette dernière. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la source de chaleur comprend une électrode en bande dont la largeur est orientée transversalement au sens d'écoulement de l'oxygène de rabotage, le plan de mouvement de l'organe de commande formant un angle égal à zéro. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'électrode filiforme est fusible ou non-fusible. 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite source de chaleur est un faisceau lumineux riche en énergie. 8. Dispositif selon les revendications 4 - 7, caractérisé en ce que l'augmentation de la quantité et de la température du métal réchauffé est effectuée par fusion sous atmosphère oxydante. 9. Dispositif selon ltune des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'augmentation de la quantité et de la température du métal réchauffé est obtenue par fusion avec addition d'agents oxydants ou combustibles.