Brevet FR2499440A1 — publié le 19820813

La présente invention concerne de façon générale des appareils de découpage thermique, par exemple des appareils de découpe par faisceau laser et des appareils de découpe à l'arc dans un plasma, destinés à découper des pièces en feuilles, par exemple des tôles, et plus précisément un appareil destiné à collecter des poussières telles que les laitiers. ou les métaux fondus produits dans de tels appareils de découpe. On sait que des machines de découpage thermique, par exemple par faisceau laser, dans un plasma ou au chalu- meau, sont utilisées pour le découpage de pièces en feuil- les telles que les tôles, dans de nombreuses industries. Pendant les opérations de découpage de ces machines, des poussières, telles que des laitiers ou des métaux fondus, comprenant des particules fines ou minuscules, se forment à partir des pièces à découper, avec des fumées chaudes, sous l'action du faisceau laser, de l'arc dans un plasma ou d'une flamme de chalumeau acétylénique, dans la zone de travail. Jusqu'à présent, on a habituellement collecté le métal fondu dans un godet placé juste au-dessous de la zone de travail, les fumées étant évacuées par l'inter- médiaire d'un dispositif de filtration de type à sec si bien que les particules étrangères peuvent être séparées des fumées par filtration et permettent une évacuation rela- tivement propre à l'atmosphère. Cependant, comme les fumées traversent le filtre, des particules fines ou minuscules, par exemple d'oxyde de chrome, se formant pendant la découpe de matières telles que l'acier inoxydable, ne peuvent pas être éliminées des fumées, et les fumées évacuées à l'atmosphère restent à température élevée. Ainsi, le fait que les particules fines ou minuscu- les des métaux fondus, et que la chaleur des fumées produites pendant les opérations de découpe pollue ou contamine les régions entourant les machines de découpage thermique cons- titue un inconvénient connu. En outre, le godet qui collecte les laitiers ou métaux fondus s'use précocement ou a une durée de vie réduite du fait de l'oxydation provoquée par la température élevée des métaux fondus, ou il peut se dé- former thermiquement sous l'action de la chaleur des métaux fondus. L'invention concerne un appareil de découpage thermique, par exemple à faisceau laser ou à arc dans un plasma, ayant un appareil collecteur de poussières perfec- tionné, capable d'éliminer des particules fines ou minuscu- les des fumées et de refroidir celles-ci pendant les opé- rations de découpage. L'invention concerne aussi un appareil de découpage thermique par exemple par un laser ou un arc dans un plasma, dans lequel les poussières des métaux fondus et la chaleur des fumées produites pendant les opérations de découpage ne peuvent pas polluer ou contaminer les zones de travail. L'invention concerne aussi un appareil de découpage thermique, par exemple à faisceau laser ou à arc dans un plasma, ayant un aspirateur à venturi, capable d'aspirer efficacement les fumées chaudes avec des laitiers et métaux fondus. L'invention concerne aussi un appareil de découpage thermique, par exemple par un faisceau laser ou un arc dans un plasma, comportant un dispositif réfractaire, résistant aux laitiers et métaux fondus. Plus précisément, l'invention concerne un appareil de découpage thermique, par exemple par faisceau laser ou à arc dans un plasma, comprenant un appareil collecteur de poussières qui comporte un premier dispositif collecteur de poussières placé au-dessous de la zone de travail et un second dispositif collecteur de poussières communiquant avec le premier et destiné à éliminer et collecter les lai- tiers et métaux fondus provenant des fumées. Le premier dispositif collecteur a un aspirateur à venturi destiné à aspirer les fumées chaudes avec les laitiers ou métaux fondus hors de la zone de travail, et il comporte des ma- tières résistant au feu, par exemple des briques réfractai- res. En outre, le second dispositif collecteur destiné à séparer les fines particules des fumées avec un bon rende- ment, a un filtre à liquide ayant un dispositif de division de bulles formées par le liquide de filtration en plus petites bulles. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation latérale d'un appa- reil de découpage par faisceau laser selon l'invention; la figure 2 est une élévation partielle représen- tant la partie latérale avant de l'appareil de découpage par faisceaulaser représenté sur la figure 1 (sa partie droite), avec des parties arrachées; la figure 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la figure 2, de l'appareil de la figure 1, avec des parties retirées par raison de clarté; la figure 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 2; la figure 5 est une vue en plan de la partie repré- sentée sur la figure 4; et la figure 6 est une coupe d'un second mode de réalisation, correspondant à la partie supérieure de l'appa- reil de découpage par faisceau laser de la figure 3. La figure 1 représente un appareil 1 de découpage par faisceau laser qui porte la référence générale 1 et qui est relié à un cavité résonnante 3 d'un laser, par exem- ple au résonateur d'un laser à CO 2. Ce résonateur 3 qui peut être d'un type disponible dans le commerce, est disposé de manière qu'il forme un faisceau laser LB et le dirige vers l'appareil 1 de découpage par faisceau laser; le ré- sonateur est raccordé rigidement et directement à l'arrière de l'appareil de découpage dans un mode de réalisation avan- tageux. Cependant, il faut noter à cet égard que l'inven- tion n'est pas limitée à l'appareil de découpage par faisceau laser 1 représenté sur la figure 1 mais convient aussi à d'autres machines. L'invention s'applique aussi à des appareils de découpage par un arc formé dans un plasma et par un chalumeau par exemple, bien qu'on décrive l'invpn- tion dans son application à l'appareil 1 de découpage par faisceau laser. L'appareil 1 comporte une base 5, un socle 7 dis- posé verticalement ou f ixé sur la base 5 et une poutre 9 en porte-à-faux supportée horizontalement au-dessus de la base 5 par le socle 7. La base 5 a une table 11 de tra- vail à sa partie supérieure, une pièce W, par exemple une tôle, pouvant être placée horizontalement sur la table en vue de son découpage. La poutre suspendue 9 porte, à son extrémité avant, un ensemble 13 formant tête de découpage qui comprend un ensemble 15 à miroir, une lentille 17 de focalisation et une buse 19. L'ensemble 15 est disposé de manière qu'il réfléchisse le faisceau laser LB transmis par le résonateur 3 vers la pièce W par l'intermédiaire de la lentille 17 et la buse 19 est disposée de manière qu'elle applique le faisceau laser LB sur la pièce W, en présence d'un gaz auxiliaire tel que de l'oxygène gazeux. Ainsi, l'appareil 1 de découpage ayant la construction préci- tée est réalisé de manière qu'il reçoive le faisceau laser LB du résonateur 3 et qu'il l'applique à la pièce W par l'intermédiaire de la lentille 17 et de la buse 19 comme représenté par la flèche, afin qu'il découpe la pièce. L'appareil 1 de découpage par faisceau laser com- porte un premier chariot 21 mobile horizontalement et un second chariot 23 qui porte plusieurs dispositifs 25 de serrage de pièce et qui peut coulisser sur le premier cha- riot 21, afin que la pièce W à découper puisse avancer et être positionnée. Le premier chariot 21 peut coulisser sur deux rails 27 qui sont fixés à la partie supérieure de la base 5, parallèlement l'un à l'autre afin que le cha- riot puisse se déplacer en translation par rapport à la zone de découpage disposée juste au-dessous de l'ensemble 13 à tête de découpage. Plus précisément, le premier chariot 21 est disposé de manière qu'il puisse se déplacer horizon- talement le long de la partie supérieure de la table 11 de travail sous la commande d'un servomoteur 29 et par l'in- termédiaire d'une vis-mère 31 et d'un écrou 33, dans un mode de réalisation avantageux, de manière que le second chariot 23 et les dispositifs 25 de serrage de pièce soient dépla- cés en translation par rapport à la zone de découpage. En outre, le second chariot 23 portant les dispositifs 25 de serrage de pièce, est monté sur le premier chariot 21 afin qu'il puisse se déplacer horizontalement sous la com- mande de servomoteurs (non représentés) en direction perpen- diculaire aux rails 27. Ainsi, la pièce W qui est serrée par les dispositifs 25, peut avancer sur la table 11 au- dessous de l'ensemble 13 formant tête de découpage, lors du déplacement du premier et du second chariot 21 et 23. Les hommes du métier peuvent aussi noter que le premier et le second chariot 21 et 23 peuvent être déplacés automa- tiquement et de façon continue par une commande numérique préalablement programmée. Dans l'arrangement décrit précédemment, la pièce W peut être découpée par le faisceau laser LB, lorsque le premier et le second chariot 21 et 23 l'ont positionnée juste au-dessous de l'ensemble 13 à tête de découpage, sur la table 11 de travail. Evidemment, le faisceau laser LB qui est formé par le résonateur 3 parvient dans l'ensemble 13 et est dirigé vers le bas par l'ensemble 15 à miroir comme représenté par la flèche, et il parvient sur la pièce W par l'intermédiaire de la lentille 17 et de la buse 19, avec un gaz auxiliaire, par exemple de l'oxygène. En outre, comme la pièce W subit une fusion sous l'action du faisceau laser LB afin qu'elle puisse être découpée ou percée, des poussières de laitier ou métaux fondus, comprenant des par- ticules fines ou minuscules, se forment avec des fumées chaudes dans la zone de travail, au-dessous de l'ensemble 13 lors du découpage de la pièce W. Les figures 2 et 3 représentent un premier ensemble collecteur collecteur de poussières 35 disposé dans la base juste au-dessous de l'ensemble 13 à tête de découpage afin qu'il rassemble les poussières de laitiers ou métaux fondus et qu'il transmette les fumées. Le premier ensemble collecteur 35 a un châssis en forme de boîte, comprenant une plaque 37 de base, et une première et une seconde porte 39 et 41, disposées sur les côtés,afin qu'il puisse rece- voir les laitiers ou métaux fondus, comprenant de fines particules, avec les fumées, e provenance de la zone de travail. Les deux portes 39 et 41 sont analogues l'une à l'autre car chacune d'elles est articulée sur le premier ensemble collecteur 35 par une charnière 43 et a un dis- positif 45 de blocage. Cependant, la seconde porte 41 a une tuyauterie 47 de sortie qui dépasse vers l'extérieur et qui est raccordée à une tuyauterie souple 49, et elle comporte en outre, à sa face interne, un dispositif 51 de filtration d'air, analogue à une feuille comme représenté sur la figure 3. Ce dispositif 51 de filtration est suppor- té verticalement par deux supports 53 placés sur la seconde porte 41, à distance de celle-ci afin que les fumées con- tenant les fines particules puissent y circuler vers la tuyauterie 47 de sortie. En outre, la plaque 37 de base a, à sa face supérieure, un organe 55 résistant au feu, par exemple formé de briques réfractaires afin qu'il puisse résister au faisceau laser LB qui peut provenir de l'en- semble 13 à tête de découpage, en cas d'urgence, comme décrit dans la suite du présent mémoire. Comme l'indique la figure 3, un conduit 57 est placé verticalement dans la base 5 juste au-dessous de la zone de travail et l'extrémité inférieure de la tuyauterie 57 communique avec le premier ensemble collecteur 45 si bien que les métaux fondus et les fumées peuvent descen- dre et y pénétrer. Le conduit 57 a un aspirateur 59 placé à sa partie supérieure et comprenant un premier anneau 61 et un second anneau 63 placé sur le premier 61 et ayant à sa partie supérieure un organe 65 de support de pièce. Cet organe 65 est aligné horizontalement avec la face su- périeure de la table 11 de travail afin que la pièce W soit supportée horizontalement. Les deux anneaux 61 et 63 sont réalisés de manière qu'une chambre annulaire 67, ayant une fente annulaire 69, soit formée entre eux d'une manière telle que la fente 69 débouche vers le bas. La chambre annu- laire 67 communique avec une réserve d'air (non représen- tée) par un orifice 71 de circulation d'air, formé dans le premier anneau, dans un mode de réalisation avantageux. Ainsi, les gaz ou fumées formés par le faisceau laser LB dans la région de l'organe 65 sont aspirés vers le bas dans le conduit 57 du fait de l'aspiration, avec les métaux fondus comprenant de fines particules, avant transmission au premier ensemble collecteur 35, lorsque l'air est soufflé par l'orifice 71 dans la chambre annulai- re 67 et par la fente annulaire 69. Comme l'indique aussi la figure 3, un godet ou cuvette 73 ayant des poignées 75 est placé dans le premier ensemble collecteur 35 juste audessous du conduit 57 afin qu'il rassemble les laitiers ou métaux fondus. Ce godet 73 a des organes réfractaires 75 à sa partie inférieure interne, par exemple des briques réfractaires, afin qu'il puisse résister au faisceau laser LB qui provient de l'en- semble 13 et passe dans le conduit 57, pendant les opéra- tions de découpage. En outre, un organe 79 de butée est fixé sur la plaque 37 de base du premier ensemble collec- teur 35 afin que le godet 73 puisse être placé au-dessous de la zone de travail et à son contact. Ainsi, les laitiers ou métaux fondus tombent et sont efficacement collectés dans le godet 73, à partir du conduit 57, et ce godet 73 peut être retiré par la première porte 39, à l'aide des poignées 75, afin que les laitiers ou métaux fondus puissent être retirés. Dans l'arrangement précité, les laitiers ou métaux fondus, les fines particules et les fumées qui sont formés dans la zone de travail, juste au-dessous de l'ensemble 13 formant tête de découpage, sont aspirés et transmis dans le premier ensemble collecteur 35 par l'aspirateur 59 et le conduit 57. Ainsi, les laitiers ou métaux fondus tombent et sont collectés dans le godet 73 du premier ensemble col- lecteur 35 lorsqu'ils y sont transmis avec les fumées. En outre, les fines particules et les fumées transportées dans le premier ensemble collecteur 35 sont ensuite transmises à la tuyauterie souple 49 par l'intermédiaire du dispositif 51 de filtration et de la tuyauterie 47 de sortie comme indiqué dans la suite du présent mémoire. Evidemment, les particules les plus grosses sont collectées par le disposi- tif 51 de filtration et seules les plus petites sont entrai- nées dans la tuyauterie souple 49 avec les fumées. On se réfère maintenant aux figures 2, 4 et 5 qui indiquent que le premier ensemble collecteur 35 est raccordé par la tuyauterie souple 49 à un second ensemble collecteur 79 afin que les fines particules soient divisées ou éliminées des fumées et que ces dernières se refroidis- sent. Le second ensemble collecteur 79 comporte une cuve 81 de forme cylindrique dans un mode de réalisation avanta- geux, et il est placé près du premier ensemble collecteur , à l'extrémité avant de la base 5. Dans un mode de réalisation avantageux, le second ensemble collecteur 79 comporte, à sa partie inférieure externe, deux glissières allongées et parallèles 83 et 85, ayant des flasques 83F et 85F respectivement, et il est porté par les glissières 83 et 85 sur un organe allongé 87 de support ayant une section en C et placé horizontale- ment dans une partie de la base 5. Plus précisément, les flasques 83F et 85F des glissières 83 et 85 dépassent ho- rizontalement vers l'intérieur, l'un vers l'autre, et le second ensemble collecteur 79 peut coulisser sur l'organe 87 de support, de manière que les flasques 83F et 85F soient disposés au-dessous de cet organe de support 87. En outre, un organe de blocage ayant un levier 91 est destiné à blo- quer le second ensemble collecteur 79 sur l'organe 87 de support, et il comporte un levier 91 pouvant tourner hori- zontalement autour d'un axe 93 boulonné à la face intérieure de l'organe 87 de support, et des butées 95 et 97 sont fixées à la face supérieure du flasque 83F et à la face inférieure de l'organe 87 de support.L'organe 89 de blocage est disposé de manière qu'il puisse tourner autour de l'axe 93 sous la commande du levier 91, au-dessus des flasques 83F et F des glissières 83 et 85 et qu'il puisse être poussé par ceux-ci afin qu'il bloque le second ensemble collec- teur 79. La butée 97 comporte une partie épaulée non repré- sentée sur laquelle le levier 91 peut glisser en étant flé- chi afin qu'il repousse élastiquement l'organe 89 de blo- cage vers les flasques 83F et 85F. Ainsi, la disposition est telle que le second ensemble collecteur 79 est bloqué sur l'organe 87 de support lorsque l'organe 89 de blocage est repoussé vers le bas, vers les flasques 83F et 85F, au contact de la butée 97, par le levier 91 qui glisse sur l'épaulement de l'organe 97 de butée. Evidemment, le second ensemble collecteur 79 peut être séparé de l'organe de blo- cage 89 lorsque le levier 91 est fléchi de façon plus im- portante et tourne au-dessous de la butée 97, hors du con- tact de celle-ci. Comme l'indique la figure 4, le second ensemble collecteur 79 comporte, à sa partie supérieure, un couvercle 99 et plusieurs dispositifs 101 de blocage du couvercle 99, et il est rempli, à sa partie inférieure, d'un liquide F de filtration, tel que l'eau qui constitue un milieu de filtration. En outre, le second ensemble collecteur 79 a un conduit 103 raccordé à la tuyauterie souple 49 partant du premier ensemble collecteur 85 et il est disposé verti- calement dans le couvercle 99 de manière qu'il pénètre dans le liquide F de filtration par sa partie inférieure et attei- gne la proximité de la partie inférieure de ce liquide. Ainsi, les fumées contenant des fines particules, provenant du premier ensemble collecteur 35 et de la tuyauterie souple 49, sont transmises au liquide F de filtration par le con- duit 103 et remontent sous forme de bulles dans le liquide F, comme décrit dans la suite du présent mémoire. Il faut noter que les fumées transmises au second ensemble collec- teur 79 par le premier ensemble collecteur 35 sont filtrées et refroidies par le liquide F, et que les fines particules contenues dans les fumées sont séparées de ces dernières 1 0 par le liquide F. Comme l'indique aussi la figure 4, le second en- semble collecteur 79 a en outre un dispositif 105 destiné à casser les bulles et un dispositif 107 de séparation d'hu- midité, ayant plusieurs passages 109 de tourbillonnement. Le dispositif 105 qui casse les bulles est une plaque en forme de disque ayant un certain nombre de petits trous, et elle est placée horizontalement dans le liquide F de filtration, dans la partie interne inférieure du second ensemble collecteur 79 afin qu'elle casse les bulles des fumées en plus petites bulles. Plus précisément, le dispo- sitif 105 est réalisé de manière que les bulles des fumées qui ont été transmises dans le liquide F par le conduit 103 puissent la traverser en remontant après avoir été cas- sées en plus petites bulles. De plus, le dispositif 107 de séparation d'humidité est une plaque en forme de dis- que et est placé horizontalement au-dessus du liquide F de filtration, et les passages 109 de tourbillonnement sont disposés à la face supérieure du dispositif 107 de sépara- tion d'humidité, de manière que les fumées provenant du liquide F puissent y passer en remontant. Le dispositif 107 de séparation d'humidité est disposé de manière que l'humidité contenue dans les fumées et provenant du liquide F se dépose et se sépare des filmées dans les passages 109 lorsque les fumées y circulent. En outre, une fenêtre 110 permet l'observation de l'état du liquide F de filtration. Il faut ainsi noter que les fumées transmises dans l'ensem- ble collecteur 79 sont d'abord refroidies par le liquide F puis séparées de l'humidité de ce liquide par le dispo- sitif 107, et les fines particules sont séparées des fumées par le liquide F de filtration. Comme l'indiquent les figures 4 et 5, le second ensemble collecteur 79 comporte, à sa partie supérieure, une sortie 111 permettant l'évacuation et raccordée par une tuyauterie souple 113 à une Pompe aspirante 115, afin que les fumées soient évacuées dans l'atmosphère. Dans un mode de réalisation avantageux, la pompe 115 est montée il sur une base 117 de moteur fixée à une partie de la base afin qu'elle puisse être entraînée par un moteur 119 monté sur la base 117, par l'intermédiaire d'une courroie 221. Dans cet arrangement, lorsque la pompe aspirante 115 est entraînée par le moteur 119, les fumées présentes dans le second ensemble collecteur 79 sont aspirées dans la pompe par la sortie 111 et la tuyauterie souple 113 afin d'être évacuées à l'atmosphère. En outre, il faut noter que les fumées sont aspirées de façon continue et positive par la pompe 115 si bien qu'elles peuvent être transmises au premier ensemble collecteur 35 au second 79 et peuvent passer dans le liquide F de filtration puisque la pompe aspirante 115 fonctionne constamment et réduit la pression dans le second ensemble collecteur 35. La figure 6 représente un second mode de réalisa- tion de la partie correspondant à la région supérieure, plus précisément à l'aspirateur 59 du premier ensemble col- lecteur de poussières 35 représenté sur la figure 3. Ce second mode de réalisation est plus ou moins analogue au premier, représenté sur la figure 3, par sa construction et sa fonction, si bien que les éléments communs aux deux modes de réalisation portent des références identiques. Dans le second mode de réalisation, un second anneau 123 fixé à la table 11 de travail et correspondant au second anneau 63 représenté sur la figure 3, a une par- tie convergente 125 en forme d'entonnoir et comporte, dans sa partie interne inférieure, un taraudage. D'autre part, un premier anneau 127 correspondant au premier anneau 61 de la figure 3, a une partie supérieure convergente 129 analogue à la partie convergente 125 du second anneau 63, une partie rectiligne médiane 131 de diamètre réduit, et une partie divergente inférieure 133. En outre, le premier anneau 127 coopère de façon réglable avec le second anneau 123 grâce au taraudage, de manière qu'une fente annulaire 135 soit formée entre eux et constitue un tube de venturi. Dans cet arrangement, il faut noter que la fente annulaire peut être réglée afin qu'elle donne les meilleures con- ditions d'aspiration dans le venturi, si bien que les f:.es avec les laitiars ou métaux fonds et les fines particules sont introduits dans le premier ensemble collecteur 35. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de découpage d'une pièce à l'aide d'éner- gie thermique, par exemple le rayonnement d'un laser, carac- térisé en ce qu'il comprend une première chambre de filtration dans laquelle un godet (73) et un filtre à air sont placés sous la zone de travail, et une seconde chambre de filtration communiquant avec la première et et ayant un filtre à liquide (F), cette seconde chambre communiquant avec une pompe à vide (115), un dispositif (103) étant destiné à introduire dans le filtre à liquide les fumées provenant de la première cham- bre de filtration par l'intermédiaire du filtre à air. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un aspirateur (59) placé entre la position de travail et la première chambre de filtration, l'aspirateur aspirant les fumées dans la première chambre de filtration. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'aspirateur (59) comporte un tube à venturi. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première chambre de filtra- tion forme un socle auxiliaire (55) à sa partie inférieure, pour la collecte de laitier. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la seconde chambre de filtration comporte un dispositif (105) destiné à diviser les bulles en bulles plus petites. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la seconde chambre de filtration comporte un séparateur d'humidité (107) destiné à condenser des liquides contenus dans des gaz.