Brevet FR2543465A1 — publié le 19841005

La présente invention concerne une baguette consom- mable destinée à être utilisée dans un processus d'oxycoupage, notamment un processus d'oxycoupage sous l'eau, qui emploie du cou- rant électrique pour amorcer la coupe Un tel processus est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 4 182 947 délivré le 8 janvier 1980 au demandeur et portant sur un système de chalumeau oxycoupeur électrique pour opérations d'oxycoupage sous-marines avec utilisation d'électrodes de coupe constituées d'un tube métal- lique formant un conduit d'amenée d'oxygène et d'un certain nombre Ilb de baguettes disposées dans le tube et d'une couche de matériau iso- lant qui couvre pratiquement toute la surface externe du tube La baguette objet de l'invention représente un perfectionnement des d lectrodes décrites dans ce brevet. Le dispositif selon le brevet précité demande une source de courant électrique pour amorcer la combustion de l'élec- trode, c'est-à-dire de la baguette, à partir de son bout libre Si désiré, l'apport d'énergie électrique se poursuit pendant 18 exécu- tion de la coupe, même si l'électrode brûle déjà Le matériel actuel- lement employé pour fournir cette énergie électrique est puissant, encombrant et onéreux en raison de la quantité d'énergie électrique nécessaire. L'invention vise B apporter une électrode (baguette) pour un chalumeau coupeur, du type décrit ci-dessus, qui réduise con- sidérablement le besoin en énergie électrique par l'augmentation de la conductivité électrique de l'électrode elle-m Ume, afin de per- mettre l'emploi de matériel beaucoup moins puissant donc nettement moins coûteux pour fournir l'énergie électrique, et afin d'augmenter la sécurité de l'opérateur, notamment lors des opérations de coupe sous- marines. Les caractéristiques et d'autres buts de l'inven- tion seront décrits ci-après en référence au dessin annexe, sur lequel: la figure 1 est une coupe transversale à échelle plus grande que nature d'une électrode selon l'invention; et la figure 2-est une vue analogue d'une électrode selon une deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente un tube d'acier léger 10, d'épaisseur de paroi relativement mince, qui forme l'enveloppe ou le fourreau d'une baguette ou électrode de coupe selon l'invention Le tube d'acier 10 porte sur sa surface interne et sur sa surface externe un revêtement sous forme d'une mince couche de cuivre 12, 14. Le tube 10 contient plusieurs baguettes métalliques 16 Celles-ci peuvent toutes âtre faites d'un métal ferreux, d'acier par exemple, mais elles peuvent former aussi un mélange de baguettes d'acier et de baguettes faites d'un autre métal, notamment d'un métal du groupe comprenant l'aluminium, le magnésium, le titane, le tungstène, le molybdène ou des alliages de ces métaux La baguette de coupe permettra l'exécution de coupe satisfaisantes dans une plage de rap- ports de 3 parts d'acier pour une part d'aluminium, par exemple, et de 10 parts d'acier pour une part d'aluminium Pour 11 aluminium comme deuxième métal, donné uniquement à titre d'exemple, le rapport pré- féré est de 7 parts d'acier pour une part d'aluminium. La baguette de coupe peut être utilisée & l'air libre sous la forme décrite jusqu'ici Pour son empioi sous l'eau, le tube 10 est en outre doté d'un revêtement extérieur 18 qui est électriquement non-conducteur Ce revêtement est fait de préférence d'une matière plastique, par exemple d'une résine époxyde, vinylique, acrylique ou uréthanne,qui agit comme un revêtement isolant et de protection pour le tube 10 Du fait qu'il est isolant, le revêtement 18 empoche l'allumage involontaire de la baguette par son contact latéral accidentel avec une pièce électriquement conductrice et reliée à la terre Le revêtement 18 empêche ainsi le "collage" latéral de la baguette, le tirage d'arcs entre le c 8 té de la baguette et les objets métalliques, de même que l'extinction de la baguette, qui représentent tous des problèmes fréquemment rencontrés jusqu'ici. La figure 2 représente une baguette de coupe selon un deuxième mode de réalisation de l'invention Le tube d'acier 20 de cette baguette porte un revêtement intérieur de cuivre 22 et un revêtement extérieur de cuivre 24 et il est produit par enroulement en hélice d'une bande de tle d'acier cuivrée Les baguettes 26 à l'intérieur du tube 20 sont disposées un peu différemment, par rapport à l'exemple de la figure 1, en ce sens que l'une ( 28) des huit baguettes est disposée au centre du tube 20 dans l'exemple de figure 2 La disposition des baguettes est au choix de l'opérateur mais elle doit être telle qu'un passage subsiste entre les baguettes à l'intérieur du tube pour l'amende de l'oxygène au bout de la baguette de coupe Un revêtement,"rotecteur isolant 30 est prévu pour l'emploi de la * tguette de codt N us l'eau, comme dans l'exemple de figure 1. La fabrication de la baguette de coupe représentée sur la figure 2 comprend l'enroulement en hélice, sur un mandrin, d'une bande de t 8 le d'acier qui a été euivrée des deux c 8 tes par galvanisation "flash", ainsi qu'une brasure à l'hydrogène pour bloquer les couches superposées les unes par rapport aux autres et maintenir le tube à la forme qui lui a été donnée Au lieu d'être cuivrée, la t 8 le peut également être recouverte d'un autre matériau bon conducteur électrique, d'étain par exemple De même, l'applica- tion de ce revêtement peut également être réalisé par galvanoplastie ou immersion à chaud par exemple On obtient ainsi un tube comportant au moins une couche de métal bon conducteur électrique disposée en sandwich entre des couches continues d'acier La couche de cuivre, ou d'un autre métal ou alliage bon conducteur, agit à la fois comme un adhésif et comme un conducteur pour l'énergie électrique nécessaire à l'allumage de la baguette Le processus de brasure fait fondre le cuivre entre les couches d'acier et fait que le tube épouse la forme cylindrique du mandrin Le but du cuivre ou de l'autre métal conduc- teur disposé en sandwich entre les couches d'acier dans le tube formé par enroulement en hélice est de diminuer la résistance électrique du tube et d'accroître considérablement sa conductivité Les surfaces de cuivre forment pour l'essentiel le parcours suivi par le courant électrique dans la baguette de coupe assemblée La conductivité accrue de la baguette permet son emploi à des intensités de courant électrique très faibles, nettement inférieures à celles requises pour d'autres baguettes de coupe 'Pour amorcer la combustion d'une baguette de coupe selon l'invention sous l'eau, il suffit d'une batterie d'automobile ou de motocyclette L'invention supprime ainsi le besoin de matériel puissant, encombrm nt et co Oteux, telles que des machines à souder pour fortes intensités, pour fournir l'énergie électrique, comme cela est nécessaire pour d'autres baguettes de coupe actuellement fabriquées. Le tube stratifié ainsi obtenu par enroulement peut recevoir des baguettes de petit diamètre qui peuvent être en acier seulement ou en acier et aluminium, acier et magnésium, acier et titane ou acier et tungstène ou molybdène Les baguettes inté- rieures seront normalement juxtaposées le long de la paroi du tube fourreau, avec formation, tout au long du tube, d'un passage libre pour l'amenée de l'oxygène jusqu'au bout de la baguette de coupe, o celle-ci est en contact avec la pièce à couper. Pour commencer la coupe, une étincelle est tirée entre le bout de la baguette et la pièce à couper reliée à la terre, la baguette de coupe étant connectée à la source d'énergie électrique et à une arrivée d'oxygène L'ouverture d'un robinet d'oxygène au tirage de l'arc entre le bout de la baguette et la pièce à couper déclenche la réaction chimique initiale (oxydation/ réduction) Il s'établit alors une réaction aluminothermique continue qui constitue une source de chaleur de très haute température, capable de faire fondre n'importe quel élément, qu'il s'agisse d'un métal, d'un alliage, d'un minéral ou d'un mélange de minéraux, venant en con- tact avec le bout en combustion de la baguette de coupe, y compris, notamment, le matériau utilisé comme écran thermique sur une navette spatiale Cette réaction a lieu à l'air libre ou sous l'eau, quelle que soit l'atmosphère ou l'environnement dans lequel se produit la combustion Une fois que le bout de la baguette brûle, le courant élec- trique peut être coupé et la source d'énergie électrique peut être retirée:la baguette continue à brûler jusqu'à ce que l'arrivée d'oxygène soit coupée. La baguette doit Etre isolée extérieurement dans les opérations de coupe sous l'eau pour empocher que des ares ne soient tirés entre le côté de la baguette et la pièce lors de con- tacts accidentels La baguette brûle à la façon d'une cigarette. Après avoir été allumée au bout, elle se consume progressivement en brûlant et en se raccourcissant, jusqu'à la prise tenant la baguette dans la poignée du support, la réaction ne s'arrâtant que lorsque l'opérateur coupe l'arrivée d'oxygène. Si le matériau à couper est non-conducteur, on utilise une plaque conductrice d'amorçage ou d'allumage pour fermer le circuit électrique La baguette s'allume à l'établissement du contact La pièce à couper ou la plaque d'amorçage fait partie du circuit électrique La plaque d'amorçage est une petite pièce de matériau conducteur attachée à la pince de mise à la terre Le générateur ou la génératrice de courant électrique, la batterie ou la machine à souder est mis en marche et l'opérateur touche en m 9 me temps la plaque d'amorçage par le bout de la baguette de coupe Une étincelle est alors produite et l'oxygène est introduit en même temps dans le système et amené jusqu'au bout de la baguette Celle- ci commence à brûler et continue à brûler m 8 me si le courant élec- trique est coupé Cette particularité nouvelle permet d'utiliser la baguette pour brûler ou sectionner des matériaux non-conducteurs aussi bien que des matériaux conducteurs et ce sous toutes les con- ditions, tant à l'air libre que sous l'eau Que l'opération de coupe ait lieu à l'air ou sous l'eau, la baguette continue à brûler et la coupepatse parsur v-e jusqu'à ce que l'arrivée d'oxygène soit coupée ou jusqu'à ce que la baguette soit complètement consomm 5 eo Les autres types de baguettes de coupe sous l'eau ne continuent pas à brûler lorsque le courant électrique est cap: et ils nep&mettent pas de couper d'autxrs matériaux que l'acier, qu'il s'agisse d'une coupe sous l'eau ou à l'air libre, La baguette tubulaire selon l'invention convient particulièrement pour brûler ou sectionner de la fonte, de l'acier inoxydable, du monel, de l Vinconel, du cuivre, du laiton, du caoutchouc, du béton, du bois, et ainsi de suite. Les métaux ou le béton, qui ne se laissent pas fon- dre par les baguettes de coupe actuellement fabriquées, ni à l'air libre ni sous l'eau, peuvent 9 tre sectionnés ou fondus facilement par une baguette tubulaire "d'oxycoupage à l'arc" selon l'invention, Des essais ont été effectués pour comparer les baguettes selon l'invention avec des baguettes standards que l'on trouve actuellement sur le marché, L'équipement d'essai était une cuve d'entraînement pour plongeurs d'un contenu de 100 m 3 et d'une profondeur de 3 m. Deux types d'objets métalliques ont été coupés A des morceaux de rideau de palplanches (propres) d'environ 11 mm d'épaisseur, chaque morceau ayant une largeur d'environ 74 cm et comprenant deux jointures B des t 8 les de carène d'environ 8 mm d'épaisseur avec deux rebords rivés et recouvertes d'un léger dépôt marin (algues, rouille et petits crustacés) Les tôles étaient rivées ensemble de manière à former deux joints sur la pièce d'essai pour chaque plon- geur Les coupes continues couvraient une distance d'environ 61 cm. Mode opératoire Le morceau de palplanthes propres était abaissé dans la cuve remplie d'eau et fixé dans un étau porté par un établi Le plongeur exécutait d'abord quatre coupes, chacune avec une baguette selon l'invention, puis quatre autres coupes, chacune avec une baguette standard, en essayant de couvrir une distance de coupe maximale avecchaque baguette Ensuite, le plongeur exécutait une coupe à travers toute la plaque, d'abord en utilisant la baguette selon l'invention puis en utilisant une baguette standard Immédiatement après, le morceau de rideau de palplanches propres était enlevé et remplacé par une tôle de carène recouverte d'un dép 8 t marin, sur laquelle était effectué le même essai. Variations dans le mode opératoire Le plongeur n'1 (inexpérimenté) et le plongeur N 02 (expérimenté) exécutaient des coupes horizontales, à commencer par la jointure ou le rebord Ceci était très défavorable pour la baguette standard en ce qui concerne la distance de coupe car, à plusieurs reprises, il était impossible de sectionner la jointure au début avec une seule baguette tubulaire standard en acier Le mode opératoire était alors changé, en remplaçant les coupes horizontales par des coupes verticales, lesquelles ne comportaient pas de jointures ou de rebords Cependant, dans tous les cas, des coupes continues ont été faites sur toute la largeur de la pièce et avec inclusion des deux jointures. -2543465 Le plongeur n 3 et le plongeur n 4 ont tourné les deux pièces de manière que les coupes exécutées chacune avec une seule baguette pouvaient Atre faites horizontalement et que la coupe à travers toute la plaque était verticale. Les plongeurs 1 et 2 ont d'abord exécuté des coupes avec des baguettes selon l'inventiono Les plongeurs 3 et 4 ont procédé dans l'ordre inverse. Ces essais ont démontré que la baguette selon l'in- vention permet de couvrir une distance de coupe presque trois ( 3) fois plus longue que la baguette tubulaire d'acier standard La distance moyenne coupée par tous les plongeurs avec une seule baguette selon l'invention sur la t 8 le de carène sale et sur les palplanches propres était de 38,4 cm La distance moyenne coupée avec la baguette standard était de 13 cm. Pour exécuter une coupe d'une longueur donnée, les baguettes selon l'invention prenaient moins de la moitié du temps nécessaire avec les baguettes tubulaires d'acier standards et la coupe pouvait être faite avec la moitié des baguettes. Il fallait en moyenne 3,5 baguettes et 3,5 min aux quatre plongeurs pour couper les deux t 8 les avec des baguettes selon l'invention Avec des baguettes standards, il fallait en moyenne 7,5 baguettes et plus de 15,5 min pour faire le même travail. Dans tous les cas, des plongeurs inexpérimentés utilisant des baguettes selon l'invention battaient nettement des plongeurs expérimentés utilisant des baguettes standards. Dans les coupes avecchaque fois une baguette, les deux plongeurs inexpérimentés arrivaient à une distance de coupe moyenne de 31,5 cm sur les deux t 8 les avec des baguettes selon l'in- vention Leurs instructeurs, utilisant des baguettes standards, arrivaient à une moyenne de 15,5 cm de longueur de coupe par baguette, ocur ce qui concerne les coupes continues, il fallait en moyenne 3,4 baguettes selon l'invention et 6 min 48 S aux élèves plongeurs pour terminer la coupe Les plongeurs expérimentés étaient capables d'exécuter la mgme coupe dans un temps moyen de 17 min 48 S avec en moyenne 8,1 baguettes standards. REVENDICATIONS 1 Baguette ou électrode destinée à être utilisée dans un processus d'oxycoupage, notamment dans un processus d'oxy- coupage sous l'eau, qui emploie du courant électrique pour au moins amorcer la coupe, la baguette étant formée d'un tube métallique qui contient des baguettes métalliques, la baguette étant tenue par une extrémité dans un support et servant à l'amenée de courant élec- trique et d'oxygène à son bout libre, o elle brûle, caractériséeen ce que le tube métallique ( 10; 20) comporte au moins une couche d'un métal bon conducteur électrique et en ce que les baguettes métal- liques ( 16; 26, 28) disposées à l'intérieur sont en acier, aluminium, magnésium, titane, tungstène, molybdène ou un alliage de ces métaux. 2 Baguette selon la revendication 1, dont le tube ( 10) porte intérieurement et extérieurement un revatement ( 12, 14) bon conducteur électrique. 3 Baguette selon la revendication 1, dont le tube ( 20) est fait par enroulement en hélice d'une bande de t 8 le d'acier revêtue des deux c 8 tés d'une couche ( 22, 24) de matériau bon conduc- teur électrique. 4 Baguette selon l'une quelconque des revendicattions 1 à 3, o le matériau conducteur électrique est du cuivre ou de l';tain. Baguette selon l'une quelconque des revendica- tions 1 a 4, dont le tube métallique ( 10; 20) porte un revêtement extérieur isolant ( 18; 30), entourant éventuellement une couche de revêtement conducteur ( 24). 6 Baguette selon la revendication 5, o le revêtement extérieur isolant est en plastique. 7 Baguette selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, dans laquelle les baguettes métalliques intérieures ( 16; 26, 28) sont enacier et un autre mital, avec un rapport acier/ autre métal compris entre 3: 1 et 10: 1. 8 Baguette selon l'une quelconque des revendications 1. à 6, dans laquelle les baguettes métalliques intérieures ( 16; 26, 28) sont toutes en acier.