Brevet FR2711225A1 — publié le 19950421

L'invention concerne le domaine des chalumeaux à gaz, et plus particulièrement, mais pas exclusivement, les chalumeaux de décriquage, notamment oxyacétyléniques. De façon traditionnelle, les chalumeaux à gaz sont équipés d'une tête de chalumeau comportant un corps de buse dans lequel est ménagée une tuyère centrale de gaz dans l'axe du corps de buse, ladite tuyère débouchant à l'extrémité distale dudit corps de buse au niveau d'un orifice principal, en général circulaire, comme cela est par exemple illustré dans le document US-A-2,521,199. Le document FR-A-2628 667 illustre un chalumeau de ce type dont la tête comporte par ailleurs un corps de buse équipé intérieurement d'un dispositif d'observation visuelle à fibre optique et objectif monté dans l'axe de la tuyère centrale. La tuyère centrale est traversée par un flux d'oxygène pur et frais, et le corps de buse comporte des conduits pour le passage du mélange gazeux combustible adéquat, par exemple de l'oxygène et de l'acétylène, qui débouchent au niveau d'orifices associés agencés autour de l'orifice principal du corps de buse, c'est-à-dire l'orifice de la tuyère centrale. Un tel chalumeau peut en outre être complété par un circuit d'éjection de fluide débouchant au niveau d'orifices associés, pour diriger du fluide à grande énergie cinétique sur la surface travaillée et/ou inspectée, ainsi que cela est décrit dans le document FR-A-2684 434. On connaît aussi des chalumeaux de décriquage dont la tête comporte plusieurs petites tuyères taillées dans un bloc de cuivre, alimentées par plusieurs circuits d'oxygène : ceci permet d'obtenir des jets de formes différentes. Les têtes de chalumeau à plusieurs petites tuyères taillées dans un bloc se rencontrent d'ailleurs également pour des chalumeaux d'oxycoupage (voir par exemple le document EP-A-0287 420). L'homme de l'art sait ainsi modifier la forme du jet d'oxygène, mais dans tous les cas, la pression et la vitesse restent les mêmes dans la veine concernée. Il apparaît donc un besoin de pouvoir disposer d'une tête de chalumeau qui soit capable de propulser sur la surface à travailler un gaz dont la pression et/ou la vitesse peuvent varier au sein de la même veine, ce qui conférerait une souplesse de fonctionnement beaucoup plus grande en adaptant les conditions opératoires à chaque type d'opération à réaliser. L'invention vise précisément à résoudre ce problème, en concevant une tête de chalumeau dont la structure permet de moduler le jet principal de gaz sortant par l'extrémité distale du corps de buse. Il s'agit plus particulièrement d'une tête de chalumeau à gaz, comportant un corps de buse dans lequel est ménagée une tuyère centrale de gaz dans l'axe du corps de buse, ladite tuyère débouchant à l'extrémité distale dudit corps de buse au niveau d'un orifice principal, caractérisée par le fait que le corps de buse est équipé intérieurement d'au moins une tuyère supplémentaire qui est de forme annulaire à partir de son col, en étant agencée autour de la tuyère centrale et coaxialement à celle-ci, la ou chaque tuyère supplémentaire ayant son propre circuit d'alimentation en gaz qui est indépendant des autres circuits d'alimentation du corps de buse, et débouchant au niveau d'un orifice associé en forme de couronne coaxial à l'orifice principal, de façon à pouvoir le cas échéant propulser le gaz à des pressions et/ou des vitesses différentes dans la même veine et ainsi moduler le jet de gaz sortant du corps de buse. Conformément à une autre caractéristique, le corps de buse comporte un corps central délimitant intérieurement la tuyère centrale et extérieurement la tuyère supplémentaire adjacente, ledit corps central étant maintenu en position par des entretoises agencées au niveau du col de cette tuyère adjacente. Selon une variante plus élaborée, le corps de buse comporte au moins un corps intermédiaire agencé entre le corps central et le corps de buse, dont un corps intermédiaire délimitant intérieurement une première tuyère supplémentaire entourant la tuyère centrale, et extérieurement une seconde tuyère supplémentaire, ledit corps intermédiaire étant maintenu en position par des entretoises agencées au niveau du col de cette seconde tuyère. Il suffit naturellement d'ajouter encore un ou plusieurs corps intermédiaires supplémentaires, agencés autour du corps intermédiaire précédent, pour obtenir autant de tuyères supplémentaires. Il est alors intéressant que les entretoises assurant le maintien du corps central et du ou des corps intermédiaires soient agencées sous la forme d'un élément conique unique de révolution, dont la surface latérale présente des orifices pour le passage du gaz vers l'aval de la tuyère supplémentaire concernée. De préférence, les orifices de l'élément conique sont calibrés, de façon que le ou chaque élément conique assure en plus une fonction de répartiteur de l'arrivée de gaz associée, en vue d'une régulation des arrivées de gaz en amont du col de chacune des différentes tuyères du corps de buse. Selon une autre caractéristique, le corps de buse comporte des canalisations intégrées d'alimentation en gaz qui sont indépendantes entre elles, chaque canalisation menant à une chambre de détente en amont du col de tuyère associé. En particulier, les chambres de détente et les cols des différentes tuyères sont agencés de manière concentrique. Enfin, lorsque la tête de chalumeau est destinée à équiper un chalumeau de décriquage, il est avantageux que la tuyère centrale, et la ou les tuyères supplémentaires de forme annulaire servent à acheminer de l'oxygène, de façon à pouvoir réaliser un jet d'oxygène modulé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre et des dessins annexés, concernant un mode de réalisation particulier, en référence aux figures où - la figure 1 illustre en coupe une tête de chalumeau conforme à l'invention, équipée ici de trois tuyères concentriques, pour lesquelles on ne distingue que deux des trois circuits indépendants d'alimentation (la figure 1 est en effet une coupe selon I-I de la figure 4 mentionnée ci-après) - la figure 2 est une vue latérale selon II-II de la figure 1, montrant la face d'extrémité distale de la tête de chalumeau, avec son orifice central entouré de deux orifices annulaires agencés coaxialement à l'axe du corps de buse - la figure 3 est une coupe selon III-III de la figure 1, permettant de mieux distinguer l'agencement des trois circuits d'alimentation de la tête de chalumeau - la figure 4 est une vue latérale selon IV-IV de la figure 1, montrant la face d'extrémité proximale de la tête de chalumeau, avec les entrées des trois circuits d'alimentation précités, ainsi que les différentes jonctions périphériques de gaz et de fluide de refroidissement telles qu'elles sont en général prévues pour un chalumeau de décriquage. Les figures permettent de distinguer une tête de chalumeau à gaz 100 conforme à l'invention, ici plus spécialement destinée à équiper un chalumeau de décriquage. La tête de chalumeau 100 comporte un corps de buse 110 dans lequel est ménagée une tuyère centrale de gaz 101 dans l'axe X du corps de buse, ladite tuyère débouchant à l'extrémité distale 122 dudit corps de buse au niveau d'un orifice principal 111 ici circulaire. Conformément à un aspect essentiel de l'invention, le corps de buse 110 est équipé intérieurement d'au moins une tuyère supplémentaire agencée autour de la tuyère centrale 101 et coaxialement à celle-ci, la ou chaque tuyère supplémentaire ayant son propre circuit d'alimentation en gaz qui indépendant des autres circuits d'alimentation du corps de buse et débouchant au niveau d'un orifice associé en forme de couronne coaxial à l'orifice principal 111. Un tel agencement permet, le cas échéant, de propulser le gaz à des pressions et/ou des vitesses différentes dans la même veine, et ainsi moduler le jet de gaz sortant du corps de buse 110. En l'espèce, on a prévu un corps de buse 110 équipé de deux tuyères supplémentaires 102, 103, qui sont de forme annulaire à partir de leur col, chaque tuyère débouchant à l'extrémité distale 122 du corps de buse 110 au niveau d'un orifice associé 112, 113 en forme de couronne coaxial à l'orifice principal 111. Chaque tuyère possède son propre circuit d'alimentation en gaz, et son espace intérieur ne communique pas avec la ou les tuyères adjacentes. A la sortie de la tête de chalumeau, comme cela est mieux visible sur la vue de la figure 2, le jet sortant de l'extrémité distale 122 du corps de buse est structuré en parties concentriques, avec une portion centrale sortant par l'orifice 111, cette portion centrale étant enveloppée par une portion annulaire sortant par l'orifice 112 de la première tuyère supplémentaire 102, ladite portion annulaire étant elle-même entourée par une portion annulaire extérieure sortant par l'orifice 113 de la seconde tuyère supplémentaire 103. Il est alors possible, grâce à l'indépendance des moyens d'alimentation en gaz de chacune des tuyères du corps de buse, d'organiser chaque portion constitutive du jet global, en particulier en termes de pressions et/ou de vitesses, en fonction de l'opération à réaliser avec le chalumeau à gaz. On parvient ainsi à obtenir un jet de gaz modulé, permettant de propulser sur la surface à traiter du gaz à des pressions et/ou des vitesses différentes dans la même veine répondant aux besoins nécessaires à la réalisation d'un bain de combustion très homogène sur toute sa surface. En particulier, dans le cas d'un chalumeau de décriquage, on parvient à réaliser un jet d'oxygène modulé permettant de réduire au mieux la vitesse de passage de l'oxygène, tout en obtenant des quantités d'énergie cinétiques différentes compatibles avec la conduite de la réaction qui doit être déplacée sur la surface à décriquer. Il est en outre possible de limiter concurremment les effets secondaires et nuisibles, tels que l'émission de fumées rousses et/ou les projections de bavures métalliques. Chacune des tuyères indépendantes du corps de buse 110 comporte une chambre d'entrée qui est reliée aux conduites d'alimentation en gaz correspondantes, puis une chambre de détente en amont du col de tuyère, et enfin une chambre de sortie. La tuyère centrale 101 comporte ainsi successivement, à partir de l'extrémité proximale 121 du corps de buse 110, une chambre d'entrée 101.1, en l'espèce calée sur un axe X' légèrement excentré par rapport à l'axe central X du corps de buse, une chambre de détente 101.2 en amont du col 101.3, et une chambre de sortie 101.4 débouchant, au niveau de l'extrémité distale 122, par un orifice 111 ici circulaire. La première tuyère supplémentaire 102 comporte successivement une chambre d'entrée 102.1, une chambre de détente 102.2 en amont du col 102.3, et enfin une chambre de sortie 102.4 débouchant au niveau d'un orifice en forme de couronne circulaire 112. La seconde tuyère supplémentaire 103 comporte de la même façon une chambre d'entrée 103.1, qui est décalée angulairement par rapport à la chambre d'entrée 102.1 de la première tuyère supplémentaire 102 (ainsi que cela est mieux visible sur les figures 3 et 4), une chambre de détente 103.2 en amont du col 103.3, et enfin une chambre de sortie 103.4 débouchant au niveau d'un orifice en forme de couronne annulaire 113 qui entoure l'orifice précédent 112. Pour obtenir une telle géométrie à tuyères concentriques, on a prévu que le corps de buse 110 comporte un corps central 104 délimitant intérieurement la tuyère centrale 101 et extérieurement la première tuyère supplémentaire adjacente 102, ledit corps central étant maintenu en position par un système d'entretoises, par exemple agencées au niveau du col 102.3 de cette tuyère adjacente. En l'espè- ce, du fait de l'existence d'une seconde tuyère supplémentaire 103, le corps de buse 110 comporte un corps intermédiaire 105 agencé entre le corps central 104 et le corps de buse 110, ledit corps intermédiaire délimitant intérieurement la première tuyère supplémentaire 102 qui entoure la tuyère centrale 101, et extérieurement la seconde tuyère supplémentaire 103, ledit corps intermédiaire étant également maintenu en position par un système d'entretoises agencées au niveau du col 103.3 de cette seconde tuyère. Il sera naturellement possible, si l'on souhaite avoir plus de trois tuyères concentriques, de prévoir un ou plusieurs corps intermédiaires supplémentaires entourant coaxialement le corps intermédiaire 105 précité. Le système d'entretoises, destiné à assurer la tenue mécanique du corps central 104 et du corps intermédiaire 105 à l'intérieur du corps de buse 110, peut être réalisé de multiples façons, par exemple par un système de doigts radiaux. En l'espèce, on a préféré réaliser ces entretoises sous la forme d'un élément conique unique de révolution 106, 107, dont la surface latérale présente des orifices 108, 109 pour le passage du gaz vers l'aval de la tuyère supplémentaire concernée 102, 103. On distingue ainsi, du fait de l'existence de deux tuyères supplémentaires, un ensemble de deux éléments coniques 106, 107, qui sont fixés par des pions 110, respectivement sur le corps central 104 et sur le corps intermédiaire 105. Chaque élément conique comporte deux brides circulaires d'extrémité venant s'emboîter sur ou dans le corps concerné. Un tel mode de réalisation est particulièrement intéressant lorsque les orifices de passage 108, 109 sont calibrés : de cette façon, chaque élément conique 106, 107 assure en plus une fonction de répartiteur de l'arrivée de gaz associée. Ainsi, il devient possible d'organiser une régulation des arrivées de gaz en amont du col 101.3, 102.3, 103.3 de chacune des différentes tuyères 101, 102, 103 du corps de buse 110. De préférence, les éléments coniques formant répartiteurs 106, 107 sont agencés dans la zone centrale du corps de buse 110, de façon à minimiser les efforts de torsion tout en maintenant parfaitement la concentricité des différentes tuyères. On observera que les chambres de détente 101.2, 102.2, 103.2, et les cols 101.3, 102.3, 103.3 des différentes tuyères 101, 102, 103 sont agencés de manière concentrique. Dans la pratique, on fera en sorte que la section de passage globale correspondant à la somme des sections de passage associées aux orifices 108, 109, soit supérieure à la section de passage au niveau du col de la tuyère concernée. La tête de chalumeau 110 illustrée sur la figure 1 comporte en outre un certain nombre d'équipements qui seront décrits succinctement ci-après, dans la mesure où ces équipements ne font pas partie de l'invention. S'agissant d'une tête de chalumeau destinée à équiper un chalumeau de décriquage, la tuyère centrale 101 et les tuyères supplémentaires 102, 103 de forme annulaire servent à acheminer de l'oxygène, de façon à pouvoir réaliser un jet d'oxygène modulé en sortie du corps de buse. Si l'on se réfère à la figure 4 permettant de mieux distinguer l'extrémité proximale 121 de la tête de chalumeau, on retrouve la présence des trois entrées d'alimentation en oxygène 101.1, 102.1, 103.1 associées à chacune des tuyères de la tête de chalumeau, ces entrées étant ici organisées à 120 degrés. Autour de ces entrées indépendantes d'oxygène, on distingue différentes jonctions périphériques de gaz et de fluide de refroidissement, telles qu'elles sont en général prévues pour un chalumeau de décriquage. On distingue ainsi deux entrées 123 de gaz combustible, deux entrées 126 d'oxygène de chauffe, ainsi qu'une entrée 124 et une sortie 125 associées au circuit d'un fluide de refroidissement du corps de buse. Sur la figure 1, on constate que les conduites 123, 124 sont équipées de clapets anti-retour 150. D'autres moyens anti-retour, non représentés ici, seront également prévus au niveau des canaux d'arrivée d'oxygène et de gaz combustible, pour éviter un retour de gaz dangereux. Le gaz combustible arrivant par les conduites 123 est ainsi acheminé jusqu'à une chambre 133, et l'oxygène de chauffe est de la même façon acheminé jusqu'à une chambre 134, le mélange de gaz combustible et d'oxygène arrivant dans des canaux axiaux 132 débouchant sur une couronne de sécurité 130. Cette couronne de sécurité 130 assure à la fois une fonction de protection contre tout éventuel retour de flamme, grâce à une rondelle annulaire 145 en métal fritté, ainsi qu'une fonction d'antibruit grâce à la présence d'une multitude de petits orifices de sortie calibrés 131. On distingue bien cette couronne 130 avec ses orifices de sortie 131 sur la vue de la figure 2. Le fluide de refroidissement, qui est en général de l'eau, arrive quant à lui par des canaux axiaux 135 au voisinage de l'extrémité distale du corps de buse, et son retour est assuré par des canaux axiaux 136. On a en outre illustré ici des moyens de boulonnage 140, 141 assurant le serrage des pièces d'extrémité du corps de buse entre elles, ainsi qu'une canne 120, dont l'embouchure est adjacente à l'extrémité distale du corps de buse 110, servant à amener de la poudre de fer pour l'amorçage du chalumeau, conformément à une technique bien connue dans le domaine. Dans le mode de réalisation décrit ici, qui comporte trois tuyères concentriques 101, 102, 103, il est alors possible de propulser sur la surface à décriquer un jet d'oxygène qui est à la fois puissant, avec des vitesses internes différentes et choisies en fonction du but à atteindre pour l'opération à réaliser. A titre d'exemple, on peut citer comme opération celle qui est habituellement dénommée "lavage" en sidérurgie, qui correspond à un surfa çage intensif demandé plat. Dans ce cas, la tuyère centrale 101 apporte l'énergie cinétique suffisante pour entraîner rapidement le métal en combustion ; la deuxième tuyère 102, gainant la précédente, permet alors de moduler la quantité d'oxygène requise pour un profil de bain de densité identique en tous ses points, et en plus, la troisième tuyère concentrique 103 prévue ici permet d'apporter une correction de vitesse de l'oxygène, ce qui est particulièrement intéressant pour limiter les nuisances, en particulier la formation de fumées rousses et les projections de bavures métalliques, tout en participant à la régulation de densité du bain. Pour d'autres travaux, en particulier des travaux de décriquage sélectif, dans lesquels la nécessité d'un profil plat n'est pas requise, l'opérateur peut alors faire fonctionner la tête de chalumeau conforme à l'invention en utilisant seulement une ou certaines tuyères selon le cas, ce qui lui permet de disposer d'une gamme de plusieurs chalumeaux avec un outil unique. En particulier, dans le cas d'une surface à travailler qui est à la fois étroite et longue, il peut suffire d'utiliser la tuyère centrale de la tête de chalumeau qui va débiter moins d'oxygène, ce qui permet d'éviter l'enlèvement de métal ultérieur. La régulation des arrivées d'oxygène entre les trois tuyauteries d'alimentation et les cols des trois tuyères est extrêmement intéressante, dans la mesure où elle permet d'assurer la régularité de l'alimentation. En utilisant des entretoises de calage réalisées sous la forme d'éléments coniques formant répartiteurs, on parvient à parachever de façon très précise le travail de la chambre de détente de la tuyère associée, ce qui concourt à l'obtention d'un contrôle optimal des flux passant dans chacune des tuyères. On est ainsi parvenu à réaliser une tête de chalumeau qui est capable de propulser sur la surface à travailler un gaz dont la pression et/ou la vitesse peuvent varier au sein de la même veine, réalisant ainsi un véritable jet structuré et modulé, ce qui confère une grande souplesse de fonctionnement grâce à une adaptation des conditions opératoires à chaque type d'opération à réaliser. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées plus haut. REVENDICATIONS 1. Tête de chalumeau à gaz, comportant un corps de buse dans lequel est ménagée une tuyère centrale de gaz dans l'axe du corps de buse, ladite tuyère débouchant à l'extrémité distale dudit corps de buse au niveau d'un orifice principal, caractérisée par le fait que le corps de buse (110) est équipé intérieurement d'au moins une tuyère supplémentaire (102 ; 103) qui est de forme annulaire à partir de son col, en étant agencée autour de la tuyère centrale (101) et coaxialement à celle-ci, la ou chaque tuyère supplémentaire ayant son propre circuit d'alimentation en gaz (102.1 ; 103.1) qui est indépendant des autres circuits d'alimentation du corps de buse, et débouchant au niveau d'un orifice associé (112 ; 113) en forme de couronne coaxial à l'orifice principal (111), de façon à pouvoir le cas échéant propulser le gaz à des pressions et/ou des vitesses différentes dans la même veine et ainsi moduler le jet de gaz sortant du corps de buse (110). 2. Tête de chalumeau selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le corps de buse (110) comporte un corps central (104) délimitant intérieurement la tuyère centrale (101) et extérieurement la tuyère supplémentaire adjacente (102), ledit corps central étant maintenu en position par des entretoises (106) agencées au niveau du col (102.3) de cette tuyère adjacente. 3. Tête de chalumeau selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le corps de buse (110) comporte au moins un corps intermédiaire agencé entre le corps central (104) et le corps de buse (110), dont un corps intermédiaire (105) délimitant intérieurement une première tuyère supplémentaire (102) entourant la tuyère centrale (101), et extérieurement une seconde tuyère supplémentaire (103), ledit corps intermédiaire étant maintenu en position par des entretoises (107) agencées au niveau du col (103.3) de cette seconde tuyère. 4. Tête de chalumeau selon la revendication 2 ou 3, caractérisée par le fait que les entretoises sont agencées sous la forme d'un élément conique unique de révolution (106 107) dont la surface latérale présente des orifices (108 109) pour le passage du gaz vers l'aval de la tuyère supplémentaire concernée (102 ; 103). 5. Tête de chalumeau selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les orifices (108 ; 109) de l'élément conique (106 ; 107) sont calibrés, de façon que le ou chaque élément conique assure en plus une fonction de répartiteur de l'arrivée de gaz associée, en vue d'une régulation des arrivées de gaz en amont du col (101.3 ; 102.3 103.3) de chacune des différentes tuyères (101 ; 102 ; 103) du corps de buse (110). 6. Tête de chalumeau selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que le corps de buse (110) comporte des canalisations intégrées d'alimentation en gaz (101.1 ; 102.1 ; 103.1) qui sont indépendantes entre elles, chaque canalisation menant à une chambre de détente (101.2 102.2 ; 103.2) en amont du col de tuyère associé (101.3 102.3 ; 103.3). 7. Tête de chalumeau selon la revendication 6, caractérisée par le fait que les chambres de détente (101.2 102.2 103.2) et les cols (101.3 ; 102.3 ; 103.3) des différentes tuyères (101 ; 102 ; 103) sont agencés de manière concentrique. 8. Tête de chalumeau selon l'une des revendications 1 à 7, destinée à équiper un chalumeau de décriquage, caractérisé par le fait que la tuyère centrale (101) et la ou les tuyères supplémentaires (102, 103) de forme annulaire servent à acheminer de l'oxygène, de façon à pouvoir réaliser un jet d'oxygène modulé.