Brevet FR2697319A1 — publié le 19940429

"Procédé et outil d'usinage thermique pour allumer un mélange gaz combustible-oxygène de chauffage capable de réduire l'émission de bruit à l'allumage" L'invention concerne un procédé pour allumer un mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage d'un outil d'usinage thermique notamment d'un chalumeau d'oxycoupage avec une flamme d'allumage. L'invention concerne également un outil d'usinage thermique notamment un chalumeau d'oxycoupage composé d'un bloc de branchement de gaz avec un injecteur et en entrée des conduites équipées de robinets pour le gaz combustible, l'oxygène de chauffage et l'oxygène de découpage et qui est relié15 en sortie par des conduites pour l'oxygène de découpage et le mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage à une tête de chalumeau, cette tête de chalumeau étant reliée par des canaux pour l'oxygène de découpage et le mélange de gaz20 combustible et d'oxygène de chauffage aux buses du chalumeau, la tête de chalumeau ayant une installation d'allumage reliée au canal d'oxygène de découpage, installation qui reçoit le mélange de gaz d'allumage par un canal de liaison équipé d'une vis de réglage25 dans le volume défini par la vis. Les outils d'usinage thermique notamment les chalumeaux d'oxycoupage découpent des pièces séparées dans des tôles de grande surface; l'opération de découpage se fait avec une flamme d'un mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage et d'oxygène de découpage La flamme du mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage du chalumeau préchauffe la pièce à sa température d'allumage qui est inférieure à sa température de fusion En ouvrant une vanne on 1.0 fournit l'oxygène sous pression qui brûle la matière. Le mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage et le jet d'oxygène de découpage se règlent sur des vannes ou robinets du chalumeau de découpage Pour un réglage normal du mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage, le gaz combustible (acétylène) et l'oxygène sont mélangés dans un rapport 1:1 L'injecteur aspire le gaz combustible par le passage de l'oxygène de chauffage et le mélange dans la conduite de gaz combustible et d'oxygène de chauffage Ce mélange gazeux se brûle après l'allumage, comme flamme sur la buse du chalumeau de découpage. Pour allumer le mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage, il s'est avéré avantageux d'avoir des installations d'allumage à l'intérieur du chalumeau de découpage car celles-ci s'encrassent moins et ne présentent aucun risque de collision avec les pièces ou les dispositifs des pièces par comparaison avec les chalumeaux de découpage à allumage extérieur. On connaît un grand nombre d'installations d'allumage intérieures qui présentent chacune des avantages et des inconvénients propres C'est ainsi que selon le document US-3 255 803 on connaît un chalumeau d'oxycoupage selon lequel le gaz d'allumage arrive par un perçage transversal entre le canal du mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage et le canal d'alimentation de l'oxygène de découpage dans le canal d'oxygène de découpage pour y être allumé par une installation d'allumage Les inconvénients d'un tel perçage transversal sont notamment le passage de la flamme d'allumage dans le canal du mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage et une influence unilatérale du chauffage pour l'oxygène de découpage qui s'écoule, inconvénient que doit éviter une vis placée dans le perçage transversal Cela est décrit dans le document DE-OS-35 16 511. L'avantage de ces installations d'allumage réside dans une mise en oeuvre réduite de moyens puisque la conduite du mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage sert en même temps au transport du gaz d'allumage et ne nécessite aucune installation de régulation pour le gaz d'allumage. De plus on connaît des installations d'allumage avec séparément des alimentations en mélanges gazeux, des dispositifs de réglage de débit du gaz d'allumage (DE-35 27 955) ou avec prise de gaz d'allumage dans les conduites d'alimentation du gaz combustible et de l'oxygène de chauffage pour être mélangé dans un mélangeur séparé (DE-OS 39 41 370). Lors de l'allumage du mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage, en réglage neutre, on arrive dans toutes les installations d'allumage, connues à une détonation d'allumage du mélange explosif de gaz combustible et d'oxygène de chauffage, détonation de l'ordre de 90 à 100 décibels qui créée une gêne considérable pour le personnel de service et les personnes présentes dans les ateliers. La présente invention a pour but d'éviter cette émission de bruit à l'allumage d'un mélange de gaz combustible et d'oxygène d'un outil d'usinage thermique. Ce problème est résolu par un procédé correspondant au type défini ci-dessus caractérisé en ce que le mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage contient une fraction de gaz combustible plus faible que celle correspondant au réglage normal. Suivant une autre caractéristique de l'invention le mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage présente une fraction de gaz combustible inférieure ou égale à 50 % de celle correspondant au réglage normal pour des gaz combustibles à combustion lente ou rapide Cela diminue de 6 à 12 décibels l'émission de la détonation d'allumage en fonction de la dimension des buses. Suivant une autre caractéristique de l'invention à l'intérieur de l'outil d'usinage, à partir d'une fraction prélevée du mélange appauvri de gaz combustible et l'oxygène de chauffage on forme le gaz d'allumage et on l'allume avec une installation d'allumage puis après la sortie de la flamme d'allumage de la buse de l'outil d'usinage, on allume le mélange de gaz combustible et de l'oxygène de chauffage, appauvri, qui s'écoule à proximité, puis on fournit la quantité de gaz combustible nécessaire pour le réglage normal du mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage On diminue d'une part le bruit émis par la flamme d'allumage et d'autre part cela permet de prendre le mélange de gaz d'allumage dans le mélange de gaz combustible et d'oxygène De ce fait il n'est pas nécessaire d'avoir des alimentations ou des dispositifs de réglage de mélange, distincts pour le mélange de gaz d'allumage. Suivant une autre caractéristique on fournit pendant un temps prédéterminé de l'oxygène de découpage au mélange du gaz d'allumage On évite ainsi les retours de flamme dans la conduite de gaz combustible-oxygène de chauffage. Suivant une autre caractéristique de l'invention la conduite de gaz combustible comporte une vanne supplémentaire de préférence équipée d'une conduite de dérivation. Un tel outil d'usinage thermique notamment un chalumeau d'oxycoupage permet un réglage peu coûteux du mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage avec une réduction du composant de gaz combustible (mélange appauvri de gaz combustible et d'oxygène de chauffage) La vanne ou robinet supplémentaire permet de brancher le débit total de gaz combustible après l'allumage du mélange appauvri de gaz combustible et d'oxygène de chauffage. Pour automatiser l'allumage, la vanne est reliée par une ligne de commande à un moyen de commande de préférence la commande de la machine d'oxycoupage qui présente les positions d'ouverture et de fermeture de la vanne. Selon une autre caractéristique de l'invention la vanne est reliée par une conduite de commande à une commande et les positions d'ouverture et de fermeture de la vanne sont commutées par la commande, on prédétermine un mélange appauvri de gaz combustible et d'oxygène de chauffage en fonction du type de gaz combustible Cela permet une variante de dispositif particulièrement avantageux sur le plan du coût par une conduite de dérivation qui est toujours ouverte. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention: la conduite de dérivation comporte un chemin toujours ouvert et l'orifice de passage est réalisé en fonction de la nature du gaz combustible, le canal d'oxygène de découpage est relié par un canal de dérivation à l'installation d'allumage et ne débouche dans le canal de dérivation par le canal de liaison relié à la conduite du mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage. Les avantages de l'invention résident notamment dans le fait que la réduction de la composante de gaz combustible dans le mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage et du mélange de gaz d'allumage que l'on en prélève réduit l'émission de bruit de la détonation d'allumage de 6 à 12 décibels par rapport à l'allumage d'un mélange usuel de gaz combustible et d'oxygène de chauffage A cela s'ajoute que le ralentissement de la réaction d'allumage du mélange appauvri de gaz combustible et d'oxygène de chauffage aboutit à un retour de flamme beaucoup moins critique dans le canal du mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage ainsi que des allumages en retour que pour un mélange usuel de gaz combustible et d'oxygène de chauffage. Le mélange appauvri de gaz combustible et d'oxygène évite en outre la consommation de gaz combustible lors de l'usinage thermique de pièces, car les points d'amorce de découpe entre deux pièces ou à partir de la position de repos du chalumeau d'oxycoupage se produisent avec une flamme du mélange appauvri de gaz combustible et d'oxygène de chauffage donc avec la vanne complémentaire fermée. De façon avantageuse le procédé selon l'invention peut également s'appliquer pour le préchauffage ou le chauffage en aval pour le soudage et le découpage ainsi que le recuit, le revenu et le durcissement à la flamme ou opération analogue avec des chalumeaux de chauffage. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté aux dessins et sera décrit ci-après de manière plus détaillée Ainsi: la figure 1 est un bloc de raccordement de gaz d'un chalumeau d'oxycoupage avec une vanne auxiliaire dans la conduite de dérivation pour la conduite de gaz combustible, la figure 2 est une vue en coupe de la tête d'un chalumeau d'oxycoupage avec une installation d'allumage interne. La figure 1 montre en coupe partielle le bloc de branchement de gaz 10 d'un chalumeau d'oxycoupage dont l'entrée est munie de conduites 14, 15, 16 équipées de robinets ou de vannes de réglage, pour l'oxygène de découpage, le gaz combustible et l'oxygène de chauffage Les robinets de réglage 11, 12, 13 sont des vannes à commande manuelle sur la figure 1 Le bloc de raccordement 10 comporte un injecteur 17 relié par des canaux de liaison 18, 19 aux conduites 15, 16 du gaz combustible et de l'oxygène de chauffage En sortie, l'injecteur 17 est relié par le canal de liaison 20 et la conduite 21 à la tête de chalumeau 22 représentée à la figure 2 La conduite 14 de l'oxygène de découpage est reliée par un canal de liaison 23 et une conduite 24 également à la tête de chalumeau 22 En outre le bloc de raccordement 10 est traversé par la conduite d'alimentation électrique 25 qui est représentée que schématiquement pour l'installation d'allumage 26 de la figure 2 La conduite d'alimentation électrique est reliée au bloc 10 par un élément de raccordement 27 qui est relié par des lignes électriques non représentées en détail à une source d'allumage. L'installation d'allumage 26 est avantageusement une bougie d'allumage. En amont du robinet de réglage 13, la conduite de gaz combustible comporte une vanne supplémentaire 28 avec une conduite de dérivation 29. La vanne 28 est reliée a une commande 31 par une ligne de commande 30 La commande 31 est la commande connue de la machine d'oxycoupage. Les sécurités anti-retour équipant les conduites 14, 15, 16 ainsi que les robinets d'adressage et d'arrêt ou les tubes distributeurs et les installations de régulation de gaz sont connus en soi et ne nécessitent ni description ni représentation particulière. La figure 2 montre de manière plus détaillée la tête de chalumeau 22 La tête de chalumeau est reliée par les conduites 21, 24 et le tube de guidage 32 au bloc de raccordement de gaz 10 La tête de chalumeau 22 reçoit les buses d'oxycoupage 33 La buse représentée à la figure 2 est de préférence une buse fendue en deux parties La buse de chauffage 34 se visse par son filetage extérieur 35 représenté en partie supérieure dans le filetage intérieur 36 de la tête de chalumeau 22. Il est également possible de réaliser la buse de chauffage 34 en une seule pièce avec la buse de découpage 37 ou encore de la fixer à la tête de chalumeau 22 par une vis de pression non représentée en détail. Le filetage intérieur 36 de la tête de chalumeau 22 délimite un volume annulaire 38 en forme de rainure annulaire à l'extrémité de la tête de chalumeau 22 tournée vers la buse 33 Lorsque la buse 33 est vissée dans la tête de chalumeau 22, la face frontale 39 de la buse de chauffage 34 ferme partiellement le volume annulaire 38 qui communique alors en sortie avec toutes les formes de chauffage de la buse de chauffage 37 Le volume annulaire 38 communique à l'entrée par le canal 44 avec la conduite 21 fournissant le mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage La buse de découpage 37 est vissée par son extrémité opposée à sa sortie dans un taraudage du téton central de la tête de chalumeau 22 au milieu du volume annulaire 38 Le canal de découpage 42 au milieu de la buse de découpage 37 communique avec le canal d'oxygène de découpage 43 de la tête de chalumeau 22 La conduite 24 non représentée à la figure 2 est reliée au canal d'oxygène de découpage 43. Le volume annulaire 38 communique par un canal de liaison 45 avec un canal de dérivation 46 Un filetage d'écrou 47 est réalisé dans le canal de liaison 45 dans lequel on visse une vis 48 à tête La vis est serrée de façon étanche vis à vis de l'atmosphère par un joint annulaire 48 1 sous sa tête. Pour l'entretien on peut accéder de l'extérieur à la vis. L'installation fonctionne comme suit Avant l'allumage on ouvre les robinets de réglage 11, 12, 13 Puis à l'aide de la commande 31 on commence l'opération d'allumage en déclenchant un signal d'allumage Le démarrage de l'opération d'allumage se fait manuellement Après le démarrage, l'oxygène de chauffage circule dans le cas d'un gaz combustible à combustion rapide, en fonction de la dimension de la buse, par exemple avec une pression de 2,5 bars; dans le cas d'un gaz combustible brûlant lentement, et suivant les dimensions de la buse, la circulation de l'oxygène se fait avec une pression de l'ordre de 3 bars dans la conduite 16; le gaz combustible circule sous une pression par exemple de 0,5 bar ou pression supérieure par la conduite de dérivation 29 toujours ouverte dans l'injecteur 17 qui forme le mélange de gaz pauvre, susceptible de s'enflammer Le mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage contient une fraction empirique de gaz combustible qui est inférieure ou égale à 50 % de la teneur correspondant au réglage normal de gaz combustible à combustion lente ou rapide La quantité de gaz combustible, réduite, se règle par des sections différentes dans la conduite de dérivation 29. L'ouverture de passage de la conduite de dérivation 29 pour un gaz combustible brûlant rapidement Acétylène pour un gaz Propane Mapp Gaz naturel Grieson entre 0,25 et 0,65 mm de préférence 0,3 et 0,45 mm brûlant lentement entre 0,35 et 0,8 mm de préférence 0,5 et 0,6 mm, entre 0,35 et 0,8 mm de préférence 0,5 et 0,6 mm, entre 0,55 et 0,9 mm de préférence 0,7 et 0,8 mm, entre 0,35 et 0,8 mm de préférence 0,5 et 0,6 mm. Ce mélange appauvri passe par le canal de liaison 20 et la conduite 21 dans la tête de chalumeau 22 puis par le canal 44 dans le volume annulaire 38. Par les fentes de chauffage 40 de la buse de chauffage 34, le mélange appauvri de gaz combustible et d'oxygène de chauffage sort par la buse 33 Une faible quantité du mélange appauvri de gaz combustible et entre entre entre entre entre il d'oxygène de chauffage traverse le volume dégagé par le filetage du canal de liaison 45 dans le canal de dérivation 46 et de là dans le canal d'oxygène de découpage 43 Après un temps de début d'écoulement, prédéterminé pour le mélange appauvri de gaz combustible et de d'oxygène de chauffage, la commande 31 déclenche l'allumage et une étincelle de haute tension se forme dans l'installation d'allumage 26. Cette étincelle de haute tension allume le mélange appauvri de gaz d'allumage dans le canal de dérivation 46 Le front de flamme qui se forme se déplace en direction du canal de découpage 42 de la buse 33 Ce front de flamme débouche sur la face frontale de la buse 33 à l'extérieur du canal de découpage 42 et allume ainsi le mélange appauvri de gaz combustible et d'oxygène de chauffage sortant des fentes de chauffage En même temps que le démarrage de l'allumage, la commande de l'oxygène de découpage est activée pendant un court intervalle de temps, par exemple à l'aide d'une vanne d'adressage télécommandée L'oxygène de découpage atteint le point d'allumage à l'instant o le front de flamme est déjà sorti de la buse 33 Le flux d'oxygène de découpage, de courte durée, arrive alors partiellement dans le canal de dérivation 46 et dans le canal de liaison 45 et y éteint les foyers de flammes, résiduels, sur le filetage 48 ou dans le canal de liaison ou de dérivation On évite ainsi en sécurité des retours de flamme dans les fentes de chauffage 40 ou les allumages en retour dans le canal 42 par ce choc d'oxygène de découpage La fraction de gaz combustible du mélange appauvri de gaz combustible et d'oxygène de chauffage et du mélange de gaz d'allumage est diminuée par ce flux d'oxygène de découpage sans que cela n'éteigne la flamme d'allumage Après l'allumage du mélange appauvri de gaz combustible et d'oxygène de chauffage, la commande 31 ouvre la vanne 28 La vanne 28 s'ouvre et toute la fraction de gaz combustible nécessaire pour un réglage normal traverse la vanne 28 et la conduite de dérivation 29 pour arriver à l'injecteur et de là dans le volume annulaire 38 Il se forme ainsi une flamme complexe qui correspond en général au réglage normal (au réglage neutre). Selon un autre exemple de réalisation, l'orifice de passage de la vanne 28 peut se régler en continu ou de manière discontinue par la commande 31 ce qui correspond aux orifices de passage des conduites de dérivation pour des gaz combustibles différents Cette réalisation permet une adaptation simple à la nature du gaz combustible. L'allumage d'un mélange appauvri de gaz combustible et d'oxygène de chauffage avec une fraction de gaz combustible inférieure ou égale à 50 % de celle correspondant au réglage normal, réduit l'émission de bruit de la détonation d'allumage de 6 à 12 décibels c'est-à-dire à 78- 98 décibels grâce à la réaction plus lente du mélange. R E V E N D I C A T I O N S 1) Procédé d'allumage du mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage d'un outil d'usinage thermique notamment d'un chalumeau d'oxycoupage avec une flamme d'allumage, procédé caractérisé en ce que le mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage contient une fraction de gaz combustible plus faible que celle correspondant au réglage normal. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage présente une fraction de gaz combustible inférieure ou égale à 50 % de celle correspondant au réglage normal pour des gaz combustibles à combustion lente ou rapide. 3) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'à l'intérieur de l'outil d'usinage, à partir d'une fraction prélevée du mélange appauvri de gaz combustible et l'oxygène de chauffage on forme le gaz d'allumage et on l'allume avec une installation d'allumage ( 26) puis après la sortie de la flamme d'allumage de la buse ( 33) de l'outil d'usinage, on allume le mélange de gaz combustible et de l'oxygène de chauffage, appauvri, qui s'écoule à proximité, puis on fournit la quantité de gaz combustible nécessaire pour le réglage normal du mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage. 4) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on fournit pendant un temps prédéterminé de l'oxygène de découpage au mélange du gaz d'allumage. ) Outil d'usinage thermique notamment chalumeau d'oxycoupage composé d'un bloc de branchement de gaz ( 10) avec un injecteur ( 17) et en entrée des conduites équipées de robinets ( 11, 12, 13) pour le gaz combustible ( 15), l'oxygène de chauffage ( 16) et l'oxygène de découpage ( 14) et qui est relié en sortie par des conduites pour l'oxygène de découpage ( 24) et le mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage ( 21) à une tête de chalumeau ( 22), cette tête de chalumeau ( 22) étant reliée par des canaux pour l'oxygène de découpage ( 43) et le mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage ( 44) aux buses du chalumeau ( 33), la tête de chalumeau ( 22) ayant une installation d'allumage ( 26) reliée au canal d'oxygène de découpage ( 43), installation qui reçoit le mélange de gaz d'allumage par un canal de liaison ( 45) équipé d'une vis de réglage ( 48) dans le volume défini par la vis, outil caractérisé en ce que la conduite de gaz combustible comporte une vanne supplémentaire ( 28) de préférence équipée d'une conduite de dérivation ( 29). 6) Outil d'usinage thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne ( 28) est reliée par une conduite de commande ( 30) à une commande ( 31) et les positions d'ouverture et de fermeture de la vanne sont commutées par la commande ( 31). 7) Outil d'usinage thermique selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la conduite de dérivation ( 29) comporte un chemin toujours ouvert et l'orifice de passage est réalisé en fonction de la nature du gaz combustible. 8) outil d'usinage thermique selon l'une des revendications 6 à 7, caractérisé en ce que le canal d'oxygène de découpage ( 43) est relié par un canal de dérivation ( 46) à l'installation d'allumage ( 26) et ne débouche dans le canal de dérivation ( 46) par le canal de liaison ( 45) relié à la conduite ( 21) du mélange de gaz combustible et d'oxygène de chauffage. 9) Outil d'usinage thermique selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l'ouverture de passage de la conduite de dérivation ( 29) a les valeurs suivantes: pour un gaz brûlant rapidement: Acétylène pour un gaz Propane Mapp Gaz naturel Grieson entre 0,25 et 0,65 mm de préférence entre 0,3 et 0,45 mm brûlant lentement, entre 0,35 et 0,8 mm de préférence entre 0,5 et 0,6 mm, entre 0,35 et 0,8 mm de préférence entre 0,5 et 0,6 mm, entre 0,55 et 0,9 mm de préférence entre 0,7 et 0,8 mm, entre 0,35 et 0,8 mm de préférence entre 0,5 et 0,6 mm. ) Outil d'usinage thermique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la vanne ( 28) est reliée à une commande ( 31) par une ligne de commande ( 30) et la commande ( 31) règle l'ouverture de passage de la vanne ( 28) sur sa position d'ouverture ou de fermeture.