Brevet FR2528341A1 — publié le 19831216

1. La présente invention concerne un chalumeau utili- sé pour l'oxycoupage des métaux. Le chalumeau usuel d'oxycoupage, qui est actuelle- ment employé dans l'industrie,utilise une buse comportant un orifice central à travers lequel passe l'oxygène et qui est entouré par une première rangée d'orifices à travers lesquels circule un mélange combustible d'oxygène et d'acé- tylène,cet ensemble d'orifices étant encore lui-même entou- ré par une rangée supplémentaire d'ouvertures extérieures qui contiennent en supplément de l'oxygène Les gaz combus- tibles sont mélangés à l'intérieur du chalumeau avec une turbulence importante de manière à assurer un mélange inti- me et ce saz turbulent sort selon de petits jets parallè- les Ces derniers coagissent avec un écoulement d'oxygène turbulent qui sort par un ajutage central délivrant de l'oxygène, situé à l'intérieur de la flamme des gaz combus- tibles, et lorsqu'un excèsd'oxygène est présent, le métal devant être coupé est brûlé. L'une des caractéristiques de ce type de chalumeau de découpage est la présence de gaz très turbulents dans la zone de coupe, ce qui entraîne une surface de coupe rugueu- se, et également un brûlage assez important du métal voi- sin, mais cette dernière caractéristique est extrêmement indésirable étant donné que très souvent il est important que le bord soit aussi propre que possible. Dans le brevet australien NO 460 066, la demanderes- se décrit un dispositif ou un équipement de chalumeau de soudage dont la chambre de mélange possède une longueur égale au moins à huit fois son diamètre,et dont le diamè- tre est égale au triple du diamètre de l'ouverture de la buse Le dispositif ou équipement décrit dans ce brevet s'est avéré avoir une réussite commerciale,essentiellement pour la raison que la flamme brûle des gaz non turbulents,ce qui en- traine une température élevée sur une surfaoe assez faible Ce phénorè- ne a permis de souder des métaux qui, sinon, ne sont pas aisément soudables. Un but de la présente invention est d'apporter des perfectionnements visant à réduire le brûlage du métal voi- sin dans le cas d'un chalumeau d'oxycoupage, et de tirer parti de la chaleur concentrée à haute température disponi- ble à partir du brûlage des gaz non turbulents. Conformément à la présente invention,de l'oxygène et de l'acétylène sont mélangés dans une chambre de mélan- ge possédant une surface en coupe transversale relativement importante, puis traversent un passage allongé ou ils suivent des lignes d'écoulement naturel, puis le mélange traverse Plusieurs ouvertures en forme de busesallongéesdisposées se- lon un réseau circulaire autour d'une ouverture centrale délivrant de l'oxygène dans la buse, les ouvertures de la buse convergeantsuivant une direction avalde sorte que leurs projections intersectent toutes la projection de l'ouverture centrale délivrant l'oxygène,en un point unique de conver- gence. De façon plus spécifique, l'invention porte sur un chalumeau d'oxycoupage comportant un corps, des raccords d'amenée de l'oxygène et de l'acétylène fixés par rapport audit corps et une buse située sur l'extrémité avale de ce dernier, des parois définissant un passage allongé à l'in- térieur du corps et à travers lequel passent l'oxygène et l'acétylène, et d'autres parois définissant un passage cen- tral à travers lequel l'oxygène passe lorsque le chalumeau est utilisé, ledit passage central débouchant dans une ou- verture centraledélivrant de l'oxygène et située dans la bu- se, tandis que ledit passage allongé débouche dans plusieurs ouvertures allongées délivrant lesgaz combustibles et situées dans la buse convergeant suivant une direction aval de tel- le sorte que les projections des axes centraux intersectent toutes la projection de l'axe central de l'ouverture centra- le délivrant de l'oxygène,en un seul point de convergence. Grâce à l'utilisation d'un tel agencement, la cha- leur servant au découpage est beaucoup plus concentrée qu'avec une flamme du type turbulent et, à titre d'exemple, on a dé- coupé en un intervalle de temps d'une minute une longueur de 500 mm d'acier doux d'une épaisseur de 12 mm, en obtenant une surface de coupe très propre et des arêtes vives à la fois sur le dessus et le dessous de la plaque Le brûlage était si lé- ger que les scories purent être aisément éliminées et la cha- leur appliquée à la plaque fut nettement moins élevée que dans le cas des chalumeaux de l'art antérieur La consommation de gaz fut également nettement inférieure et, dans l'exemple in- diqué ci-dessus, la coupe fut obtenue avec un volume de 0,057 m 3 de gaz acétylène à une pression de 14 k Pa, ce qui est à comparer à la consommation de gaz dans un chalumeau de découpage de l'art antérieur, de 0,28 m 3 à une pression de 105 k Pa, tandis que la consommation d'oxygène fut égale à un volume de 0,51 m 3 sous une pression de 140 k Pa, e qui est à comn- parer aux exigences requises dans le chalumeau de l'art anté- rieur,qui portaient sur un volume de 2,55 m 3 de gaz à une pres- sion de 280 k Pa. C'est pourquoi alors même que la vitesse de coupe était élevée, la consommation fut inférieure au quart de la consommation dans un type de chalumeau d'oxycoupage à flamme turbulente. Un autre avantage, qu'il faut indiquer dans le cas du dispositif décrit ci-dessus, est qu'il y avait un volume d'autant plus faible d'oxygène servant au découpage, dans le mélange combustible qu'une fois qu'une flamme neuve avait été établie, l'adjonction de l'oxygène pour le découpage s'est avéréeentrainer seulement une faible différence par rapport à l'équilibre des gaz de cette flamme Ceci entrai- ne à son tour comme avantage supplémentaire le fait que le métal fut chauffé uniformément sans l'application d'un excès d'oxygène à la surface, et le gaz carbonique et la vapeur d'eau libérés par la combustion ont fourni-une surface d'en- veloppe de gaz, qui semble avoir été responsable de l'inhibi- tion d'une oxydation excessive, hormis à l'emplacement de la coupe elle-même. D'autres caractéristiques et avantages de la présen- te invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence au Kdessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une coupe centrale d'un chalumeau,et la figure 2 est une coupe semblable, mais partielle et à plus grande échelle du chalumeau de la figure 1, desti- née à montrer clairement des détails de forme. Dans cette forme de réalisation, un chalumeau d'oxy- coupage 10 comporte un corps extérieur 11, sur l'extrémité aval duquel est vissé un écrou de blocage 12, qui maintient une buse de découpage 13 en contact fixe avec l'extrémité du corps 11 L'extrémité aval du corps 11 est équipée de deux nervures annulaires qui sont placées de manière à définir une gorge annulaire 18 dans laquelle débouchent un certain nombre d'ouvertures 19, qui sont des orifices possédant un diamètre relativement important en amont et qui débouchent dans des ouvertures 20 de buses possédant un diamètre relativement pe- tit et à partir desquelles des mélanges de gaz combustibles sont délivrés Le corps est également muni d'une gorge annu- laire intérieure, qui possède une forme et une taille telles que ses parois compriment un joint torique 21 autour de la surface extérieure d'un tube 22 à parois parallèles, qui dé- finit un passage central qui s'étend au centre du corps 11 et au centre de la buse 13. Le tube central 22 est maintenu en place par un orga- ne d'extrémité 24 fileté extérieurement, qui est vissé dans un taraudage ménagé dans le corps 11, en pénétrant dans le corps à partir de l'extrémité amont, à l'opposé de la buse 13 Un organe formant entretoise 25 est en butée contre l'or- gane d'extrémité 24 et est muni d'une partie saillante 26 si- tuée sur son extrémité aval qui s'engage étroitement dans un renfoncement complémentaire ménagé dans le corps 11, en limi- tant le débit de gaz vers l'arrière au-delàdu taraudage Bien que ceci ne soit pas représenté, l'organe entretoise 25 peut engrener selon une liaison vissée avec le corps 11 Il pos- sède une ouverture centrale 27 le traversant et qui possède un diamètre supérieur au tube central 22 de manière à définir avec ce dernier un espace annulaire qui assure le rôle d'un passage pour l'écoulement et le mélange des gaz combustibles. L'extrémité amont de l'organe entretoise 25 est munie d'une partie alésée 28 de l'ouverture centrale 27 et qui loge un embout saillant creux 29, conique sur son avant, de l'orga- ne d'extrémité fileté 24 Cet embout 29 et les parois de la partie alésée 28 définissent entre eux un espace annulaire intermédiaire 30 dont la surface en coupe transversale augmen- te -ers l'aval, et qui reçoit une partie de l'écoulement du gaz acétylène sur sa longueur, au moyen de plusieurs peti- tes ouvertures 32 s'étendant radialement à travers l'extrémi- té amont annulaire de l'organe entretoise 25, à partir du raccord 33 d'admission de l'acétylène. L'embout saillant 29 est creux et l'ouverture centra- le le traversant possède également un diamètre supérieur à celui du tube si bien qu'un espace annulaire intérieur 35 s'étend en direction de l'espace annulaire situé entre le tube 22 et l'ouverture 27 Il existe sur l'organe entretoise une partie en forme de queue de diamètre réduit qui entou- re l'embout saillant et fournit un troisième espace extérieur annulaire concentrique 37, à travers lequel l'acétylène cir- cule depuis le raccord 33 en direction des ouvertures 32 Le corps 11 est muni d'un raccord fileté 40 pour tuyau, s'éten- dant vers l'extérieur et auquel peut être fixé un tuyau d'ame- née d'oxygène, et comporte, dans une zone intermédiaire entre ses extrémités, une partie hexagonale 41 sur laquelle on peut appliquer une clé Dans la partie hexagonale se trouve si- tuée une partie filetée 42 qui engrène avec l'extrémité filetée du corps 11, ladite partie filetée étant interrompue sur une partie de sa longueur par une gorge annulaire 43 comportant des ouvertures 44 s'étendant radialement vers l'intérieur en 2 528341 direction de l'espace annulaire intérieur 35 L'espace an- nulaire intérieur 35 se termine cependant dans un raccord fileté coaxial pour tuyau 46, qui est un second raccord d'arrivée d'oxygène, et l'extrémité amont du tube 22 est fixée de façon étanche au raccord L'oxygène, qui est introduit à partir du raccord par l'intermédiaire des ouvertures radiales 44 dans l'organe d'extrémité 24 et dans l'espace annulaire inté- rieur 34, se déplace suivant un cheminement d'une maniè- re générale non turbulent à travers l'espace annulaire in- térieur 35 en direction de la buse 13 L'acétylène est en- trainé dans le courant d'oxygène et passe du raccord 33 en traversant l'espace annulaire extérieur 37, les ouvertu- res 32 et l'espace annulaire intermédiaire 30, au-ddlà de l'extrémité de l'embout saillant 29, et pénètre dans l'es- pace annulaire aval de l'alésage 28 en pénétrant dans l'ou- verture centrale 27 entourant le tube 22 Surl'extrémité aval du tube, ce dernier est étanchéifié par le joint tori- que 21 situé dans l'espace annulaire au niveau de l'extrémi- té de la buse du corps 11, mais des ouvertures 48 s'étendent vers l'extérieur à la fois suivant une direction longitudina- le et suivant une direction radiale de manière à se terminer dans la gorge annulaire aval extérieure 18 à l'extrémité du corps 11, et ces ouvertures sont en communication hydrauli- que avec les ouvertures coaxiales 19 et 20 qui entourent l'ouverture 50 de délivrance de l'oxygène et qui sont incli- nées à l'intérieur de la buse et sont dirigées les unes vers les autres de sorte que la projection de ces ouvertures se termine en un point de convergence "CI" situé à l'extérieur de la buse Etant donné que chacune de ces ouvertures compor- te une partie de diamètre relativement important sur son ex- trémité amont et une partie relativement longue de diamètre plus petit au niveau de son extrémité aval, elle délivre un écoulement non turbulent hors de la buse 13 L'ouverture centrale 50, servant à délivrer l'oxygène de la buse 13, est 4. ? 528341 coaxiale à l'axe central du tube et s'étend depuis une paroi d'extrémité conique 51 situéedans la buse jusqu'à l'extrémité extérieure de cette dernière L'angle de conicité de la paroi 51 est compris entre 150 degrés et 170 degrés, et il s'est avéré que cet angle de conicité ne gene qu'à un très faible degré l'écoulement en général non turbulent de l'oxygène à travers le tube central Le tube 22 et le passage allongé dé- fini entre le tube et les parois d'ouverture 27 sont tous les deux longs par rapport à la surface en coupe transver- sale, de sorte que l'écoulement du gaz en leur intérieur est un écoulement naturel ou laminaire Les ouvertures 20 de la buse et l'ouverture centrale 50 de délivrance de l'oxygène possèdent également une grande longueur pour la même raison et dans chaque cas la longueur dépasse trois cent fois le diamètre Cette configuration contribue grandement à garan- tir que les gaz émis ne sont pas turbulents (pourvu que la pression soit faible). Des commandes séparées (qui ne sont pas représen- tées) sont prévues pour l'oxygène de la flamoe,l'oxygène de coupe et l'acétylène et l'agencement est tel qu'une flamme neutrepeut être tout d'abord obtenue moyennant un réglage soigneux des commandes-de l'oxygène pour la flamme et de l'acétylène, et l'oxygène de coupe peut être introduit avec une très faible interférence avec le mélange dans les jets de la flamme C'est-à-dire qu'il est possible de s'arranger très facilement pour que le gaz entourant la zone du dispositif de chauffage soit entièrement neutre si bien qu'il n'oxyde pas de façon excessive la surface du mé- tal qui est découpée. Comptatenu des excellentes conditions de combustion fournies par ce chalumeau et compte tenu de l'écoulement re- lativement non turbulent à la fois des gaz de la flamme et de l'oxygène de coupe, il est possible de donner au diamè- tre de l'ouverture de sortie de l'oxygène de coupe une va- leur très faible (dans cette forme de réalisation environ 1,1 mm) et ceci fournit un très faible diamètre et une cha- leur très concentrée dans le but de réaliser un découpage. REVENDICATIONS l.Chalume aud'oxyqoupage comportant un corps ( 11), des raccords ( 33,40, 46) pour l'oxygène et l'acétylène, fixés par rapport au corps et une buse ( 13) situé sur l'ex- trémité aval du corps, des parois définissant un passage allongé ( 27) à l'intérieur du corps à travers lequel l'oxy- gène et l'acétylène circulent, et d'autres parois ( 22) dé- finissant un passage central à travers lequel l'oxygène circule lorsque le chalumeau est utilisé, caractérisée par le fait que ledit passage central débouche dans une ouver- ture centrale ( 50) de délivrance de l'oxygène située dans la buse, que lesdits passages allongés débouchent dans plu- sieurs ouvertures allongées ( 20) de délivrance des gaz com- bustibles, dans la buse, que lesdites ouvertures de déli- vrance des gaz combustibles convergent suivant une direc- tion aval de telle sorte que les projections de leurs axes centraux intersectent toutesla projection de l'axe central de l'ouverture centrale délivrant l'oxygène,en un point uni- que de convergence (C) - 2 Chalumeau d'oxycoupage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport de la surface en coupe transversale à la longueur dudit passage et desdites ouver- tures de délivrance des gaz est suffisamment faible pour que le gaz soit délivré suivant l'écoulement naturel à tra- vers lesdites ouvertures. 3 Chalumeau d'oxycoupage selon la revendication 1, caractérisé en outre par un organe d'extrémité ( 24) situé sur l'extrémité amont dudit corps, et un raccord ( 46) d'ame- née de l'oxygène situé sur ledit organe d'extrémité, ledit passage central étant le passage d'un tube ( 22) qui s'étend depuis ledit organe d'extrémité à travers le corps jusqu'à ladite buse. 4 Chalumeau d'oxycoupage selon la revendication 3, caractérisé en outre parce qu'il comporte un organe éntre- toise ( 25) situé à l'intérieur du corps et entre l'organe d'extrémité et la buse, et que ledit passage allongé est un espace annulaire situé entre la surface extérieure dudit tu- be ( 22) et la paroi d'une ouverture centrale ( 27) qui s'étend à travers l'organe entretoise et en partie à travers à la fois l'organe d'extrémité et le corps, et qui entoure le tube ( 22). Chalumeau d'oxycoupage selon la revendication 4, caractérisé en outre en ce que lesdits raccords comportent un second raccord ( 40) de délivrance d'oxygène et un raccord ( 33) de délivrance d'acétylène, qui tous deux s'étendent à partir du corps ( 11),et que des ouvertures ( 44, 32) situées respec- tivement dans l'organe d'extrémité ( 24) et dans l'organe en- tretoise ( 25) font partie d'espaces formant conduits entre 1 e-f 1;ts r tr-rds et ledit passage annulaire allongé. 6 Chalumeau d'oxycoupage comportant un corps ( 11), une buse ( 13) située sur l'extrémité aval du corps, un orga- ne d'extrémité ( 24) situé sur l'extrémité amont du corps, un organe entretoise ( 25) en butée contre une paroi intérieure dudit organe d'extrémité et logée à l'intérieur dudit corps, caractérisé par le fait qu'il comporte un premier raccord pour l'oxygène ( 46) situé sur l'organe d'extrémité et en com- munication hydraulique avec un tube allongé ( 22) qui s'étend à travers le corps en direction de la buse ( 13) et définit un passage central, et une ouverture ( 50) délivrant de l'oxygène et s'étendant à travers la buse en étant coaxiale et en com- munication hydraulique avec le passage central, et une ouver- ture centrale ( 27) s'étendant à travers l'organe entretoise ( 25), partiellement à travers l'organe d'extrémité ( 24) et partiellement à travers le corps ( 11) et définissant un passa- ge allongé, des ouvertures ( 44) traversant l'organe d'extrémi- té ( 24) plaçant ledit second raccord de délivrance d'oxygène ( 33) en communication hydraulique avec ledit passage allongé, tandis que des ouvertures ( 32) traversant l'organe entretoi- se ( 25) placent le raccord de délivrance d'acétylène en com- munication hydraulique avec le passage allongé, et qu'il comporte en outre plusieurs ouvertures de petit diamètre ( 20) situées dans la buse et entourant ladite ouverture ( 50)déli- vrant de l'oxygène, et débouchant dans une gorge annulaire ( 18) située entre ladite buse et ledit corps, et en outre des ouvertures ( 46) plaçant ledit passage allongé en commu- nication hydraulique avec ladite gorge annulaire. 7 Chalumeau d'oxycoupage selon la revendication 6, caractérisé en outre par le fait que lesdites ouvertures ( 20) de la buse débouchent, à leurs extrémités amont,dans des orifices amont ( 19) respectifs possédant un diamètre relativement important et qui débtucbert eux-même dans lesdi- tes gorges annulaires ( 18).