Brevet FR2805193A1 — publié le 20010824

La présente invention concerne une installation automatique de coupage ou de soudage par jet de gaz comprenant une ligne d'alimentation d'une torche ou d'un chalumeau en un gaz pilote et une ligne d'alimentation de la torche en un gaz de coupage ou de soudage, laquelle installation comporte en outre des moyens de pilotage permettant de contrôler la pression du gaz de coupage ou de soudage en fonction de la pression du gaz pilote. Le coupage à l'arc plasma de matériau métallique, telles des tôles d'aciers, au moyen d'une torche délivrant un jet de plasma est un procédé très répandu au plan industriel. Habituellement, une opération de coupage, par exemple, d'une tôle d'acier se décompose en deux phases distinctes, à savoir une phase d'amorçage et une phase de coupage proprement dit. Durant la phase d'amorçage, un gaz d'amorçage, encore appelé gaz pilote, est utilisé pour amorcer, c'est-à-dire allumer, l'arc électrique dans la torche. Plus précisément, le gaz pilote est ionisé au sein de la torche et il se forme un arc électrique au sein de ladite torche, appelé arc pilote. Ensuite, durant la phase de coupe, la torche est alimentée avec un gaz principal encore appelé gaz de coupe ayant un débit, en général, de l'ordre de 10 à 500 1/min, lequel gaz de coupe est ionisé dans l'arc électrique qui se forme entre l'électrode de la torche à plasma, faisant office de cathode, et la pièce à découper, faisant office d'anode. Selon le cas, le gaz pilote peut être identique ou différent du gaz de coupe, par exemple on peut utiliser de l'argon en tant que gaz pilote et de l'oxygène, de l'azote ou un mélange gazeux, tel un mélange argon/hydrogène, en tant que gaz de coupe. Cependant, dans tous les cas, la phase d'amorçage et la phase de coupage ou soudage sont exécutées l'une après l'autre et dans cet ordre. En général, les débits du gaz pilote et du gaz de coupe, respectivement, sont fixés aux niveaux souhaités par réglage de la pression de ces gaz. Par ailleurs, les circuits de gaz pilote et de gaz de coupe sont, le plus souvent, indépendant l'un de l'autre et la commande de la torche de coupage est, de plus en plus souvent contrôlée par des moyens de pilotage automatiques, notamment des moyens de pilotage à carte à microprocesseur mettant en oeuvre un ou des programmes informatiques. Or, pour certains types de gaz, tels l'oxygène ou l'hydrogène, il n'est pas possible ou recommandé d'utiliser, pendant la phase de coupe, des dispositifs de détentes commandés électriquement et ce, pour des raisons évidentes de sécurité. Dès lors, pour ce type de gaz, les dispositifs de détente ou détendeur pouvant être mis en oeuvre sont le plus souvent de type à réglage manuel ou, selon le cas, les détendeurs pilotés à distance par un gaz neutre ou inerte, tels l'azote ou l'argon, ce qui permet de pallier le problème de sécurité précité mais nécessite la présence d'une source complémentaire de gaz de pilotage. A l'inverse, la phase d'amorçage de la torche est habituellement réalisée avec un gaz neutre à fort pouvoir d'ionisation, tel l'argon, avec lequel l'emploi de détendeur piloté électriquement ne pose, par contre, pas de problème de sécurité. Cependant, on assiste à une demande croissante pour des dispositifs de réglage simultané et automatique de la pression du gaz pilote et du gaz de coupe, de manière automatique, par exemple à partir d'un même pupitre opérateur ou par l'intermédiaire de tables de paramètre incluses dans des systèmes informatiques, par exemple des commandes numériques. En effet, étant donné que les réglages des pressions du gaz pilote et du gaz de coupe dépend, en particulier, des tôles à découper, c'est-à-dire du type de matériau, de son épaisseur, de sa forme géométrique..., il est habituellement difficile pour un opérateur de trouver rapidement et sûrement les paramètres adéquats de réglage de la pression de ces deux gaz. En d'autres termes, le problème qui se pose est celui de pouvoir régler la pression du gaz de coupe et la pression du gaz d'amorçage de manière automatique, en toute sûreté quel que soit le type de gaz mis en oeuvre et sans utiliser une source extérieure de gaz de pilotage des détendeurs agencés sur les lignes ou circuits véhiculant, d'une part, le gaz pilote et, d'autre part, le gaz de coupe. La solution apportée par la présente invention repose sur un pilotage du détendeur agencé sur le circuit de gaz de coupe directement à partir de la pression du gaz pilote circulant dans le circuit de gaz pilote. En d'autres termes, la présente invention porte sur une installation automatique de soudage ou de coupage par jet de gaz de coupage ou de soudage, notamment par jet de plasma, comprenant au moins: - une torche de coupage par jet de gaz, de préférence une torche à plasma; - une première ligne d'alimentation de ladite torche en un gaz pilote; - un deuxième ligne d'alimentation de ladite torche en un gaz de coupage ou de soudage; - des moyens de pilotage; - des premiers moyens de régulation de la pression du gaz pilote circulant dans la première ligne, lesdits premiers moyens de régulation étant agencés sur la première ligne et étant commandés par les moyens de pilotage; - des deuxième moyens de régulation de la pression du gaz de coupage ou de soudage circulant dans la deuxième ligne; et - une ligne de pilotage pneumatique reliant pneumatiquement la première ligne aux deuxième moyens de régulation pour permettre un réglage de la pression du gaz de coupage ou de soudage dans la deuxième ligne à partir de la pression du gaz pilote dans la première ligne, en agissant sur lesdits deuxièmes moyens de régulation. Selon le cas, l'installation selon l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - la torche est une torche de coupage par jet de plasma; - les premiers moyens de régulation sont à commande électrique, de préférence des premiers moyens de régulation sont choisis parmi les détendeurs à commande électrique; - les moyens de pilotage sont choisis parmi les systèmes à commande numérique; - les deuxième moyens de régulation sont choisis parmi les détendeurs à commande pneumatique; - au moins une électrovanne est agencée sur la première ligne et/ou la deuxième ligne, de préférence au moins une électrovanne est agencée sur chacune desdites première et deuxième lignes; - au moins une électrovanne est commandée par les moyens de pilotage; - la ligne de pilotage est reliée à la première ligne, en aval desdits premier moyens de régulation. Selon un autre aspect, la présente invention concerne également un procédé de coupage ou de soudage par jet de gaz de coupage ou de soudage, en particulier par jet de plasma, susceptible d'être mis en oeuvre par une installation automatique, telle l'installation précitée, comprenant des moyens de régulation de la pression du gaz de coupe circulant dans une ligne d'alimentation d'une torche de coupage en gaz de coupage ou de soudage, dans lequel on pilote les moyens de régulation du gaz de coupage ou de soudage de manière pneumatique à partir de la pression du gaz pilote. La présente invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide des figures annexées, données à titre illustratif mais non limitatif. Les figures 1 et 2 schématisent respectivement, la phase d'amorçage (fig. 1) et la phase de coupe (fig. 2) se succédant durant une opération de coupage à l'arc plasma d'une pièce à couper PC, par exemple une tôle d'acier. Sur la figure 1, on voit que, durant la phase d'amorçage de l'arc pilote, il s'opère un transfert d'électrons et l'apparition d'un ou plusieurs arc pilote entre l'électrode E de la torche T à plasma et la tuyère TU de ladite torche T à plasma. Durant cette phase d'amorçage de l'arc pilote, la torche T à plasma est alimentée en gaz pilote GP, par exemple de l'argon, de manière à obtenir un flux plasmagène FP délivré par la torche T en direction de la pièce à couper PC. En outre, durant cette phase d'amorçage, la torche T est alimentée en courant électrique uniquement par une source auxiliaire SA de courant électrique, par exemple d'un courant d'une tension de 100 V et d'une intensité de A, alors que, durant cette phase d'amorçage, la source principale SP de courant électrique ne fonctionne pas (U = 0 V, I = 0 A). Par ailleurs, la figure 2 schématise la phase de coupe succédant à la phase d'amorçage représentée sur la figure 1. Plus précisément, sur la fig. 2, durant la phase de coupe, le gaz pilote est remplacé par un gaz de coupe qui peut être de même nature ou de nature différente du gaz pilote, par exemple de l'oxygène ou un mélange d'argon et d'hydrogène. De plus, durant la phase de coupe, on constate qu'il apparaît un flux d'électrons entre l'électrode E et la pièce à couper PC jusqu'à obtenir un perçage et un coupage selon une saignée de coupe SC de ladite pièce à couper PC. Durant la phase de coupe, la source auxiliaire SA de courant électrique est arrêtée (U = 0 V; I = 0 A) alors que la source principale SP de courant électrique délivre un courant ayant une intensité et une tension variable en fonction de l'épaisseur de la pièce à couper, par exemple une tension comprise entre 100 et 300 V et une intensité comprise entre 15 et 1 000 A. La figure 3 schématise quant à elle, le système d'alimentation d'une torche T à plasma alimentée en gaz pilote et en gaz de coupe par l'intermédiaire de deux circuits de gaz différents et indépendants l'un de l'autre. Plus précisément, le circuit de gaz pilote comporte une ligne Li d'alimentation en gaz pilote reliée, en amont, à une source Sl de gaz pilote et, en aval, à la torche à plasma T, et sur laquelle ligne Ll sont agencée, d'une part, des moyens de réglage MR1 manuels de la pression de gaz pilote et une électrovanne EVl commandant l'envoi dudit gaz pilote à la torche T à plasma. De manière analogue, le circuit de gaz de coupe comprend une ligne L2 de gaz de coupe relié, en amont, à une source S2 de gaz de coupe et, en aval, à la torche T à plasma, et sur laquelle ligne L2 sont agencée, d'une part, des moyens de réglage manuel de la pression de gaz de coupe MR2 et une électrovanne EV2 contrôlant l'envoi du gaz de coupe vers la torche T à plasma. Ce type de système connu de l'art antérieur présente plusieurs désavantages, notamment celui de nécessiter un réglage manuel de la pression du gaz pilote et de la pression du gaz de coupe par action direct de l'opérateur sur les moyens de réglage MR1 et MR2, respectivement. Les figures 4 et 5 représentent le schéma d'un système d'alimentation d'une torche T à plasma en un gaz pilote et en un gaz de coupe, respectivement, conforme à la présente invention. Plus précisément, la figure 4 schématise le fonctionnement du système d'alimentation en gaz pilote et en gaz de coupe durant la phase d'amorçage, alors que la figure 5 représente le fonctionnement du système d'alimentation durant la phase de coupe. Sur la figure 4, on voit que, durant la phase d'amorçage, le gaz pilote est acheminé, par la ligne Li, jusqu'à la torche T à plasma, étant donné que l'électrovanne EVl commandée par les moyens de pilotage MP est en position ouverte, c'est-à-dire qu'elle autorise le passage du gaz pilote vers la torche T et que, d'autre part, l'électrovanne EV2 à commande électrique ou pneumatique est elle, en position fermée, interdisant alors le passage du gaz de coupe vers la torche T. La régulation de la pression du gaz pilote dans la ligne L1 de gaz pilote se fait par le biais de moyens de régulation de pression MR1 à commande électrique, par exemple un détendeur à commande électrique commandée par les moyens de pilotage MP. Par contre, la pression du gaz de coupe dans la ligne L2 d'alimentation en gaz de coupe est réalisée, dans ce cas, par des moyens de régulation MR2 de pression à commande pneumatique, lesquels sont pilotés par la pression du gaz pilote dans la ligne Ll de gaz pilote. En effet, la ligne Ll de gaz pilote comporte une dérivation ou ligne de pilotage pneumatique LP, reliée à la ligne Ll de gaz pilote en un site de liaison SL situé en aval des moyens de régulation MR1 mais en amont de l'électrovanne EV1. De cette manière, les moyens de pilotage MP en agissant sur les moyens de régulation MR1 de la pression du gaz de pilote engendrent une première pression P1 du gaz pilote en aval desdits moyens de régulation MR1, en particulier dans la ligne de pilotage LP pneumatique, laquelle première pression Pl va agir sur les moyens de régulation MR2 de la pression de gaz de coupe pour fixer le niveau de pression PX de gaz de coupe souhaité lorsque le débit dudit gaz de coupe est nul (EV2 étant en position fermée). Ensuite, ainsi que représenté sur la figure 5, lors de la phase de coupe, le processus s'inverse, c'est-à- dire que les moyens de pilotage commandent l'électrovanne EV1 qui se ferme et interdit, par là même, le passage du gaz pilote vers la torche T à plasma et commandent, en outre, l'électrovanne EV2 qui s'ouvre et autorise le passage du gaz de coupe vers la torche T. En outre, les moyens de pilotage agissent également sur les moyens de régulation MR1 de la pression du gaz pilote de manière à fixer la pression du gaz pilote à un deuxième niveau de pression P2, ce qui engendre une variation de pression au sein de la ligne de pilotage LP pneumatique, laquelle variation de pression agit par ricoché sur les moyens de régulation MR2 de la pression de gaz de coupe, lesquels sont alors commandés pour ajuster la pression du gaz de coupe à une pression et à un débit de gaz de coupe souhaité. On comprend donc que le dispositif selon la présente invention permet d'utiliser, en tant que gaz de coupe, tout type de gaz notamment les gaz susceptibles de poser des problèmes de sécurité, tels l'oxygène ou l'hydrogène, étant donné que, selon l'invention, les moyens de régulation de la pression du gaz de coupe sont à commande pneumatique ce qui évite tout danger, étant donné que le moyen de régulation de pression MR2 du gaz de coupe n'est pas à pilotage électrique. En d'autres termes, selon la présente invention, il est possible de contrôler le débit et la pression de deux gaz différents, à savoir un gaz pilote et un gaz de coupe, nécessitant des réglages de pression et de débit différents l'un de l'autre, avec une seule ligne de consigne électrique réglable. La présente invention est applicable sur les machines automatiques de coupage mettant en oeuvre une torche à plasma ou un chalumeau d'oxycoupage, mais aussi sur une machine automatique mettant en oeuvre une torche ou un chalumeau de soudage ou, plus généralement, sur tout type de machine de distribution de gaz à grand débit, en particulier d'oxygène et/ou d'hydrogène, nécessitant un enchaînement de pression de gaz différents à partir d'une seule et même origine de consigne électrique. REVENDICATIONS 1. Installation automatique de coupage ou de soudage par jet de gaz, en particulier de coupage par jet de plasma, comprenant au moins: - une torche (T) de coupage; - une première ligne (Li) d'alimentation de ladite torche (T) en un gaz pilote; - une deuxième ligne (L2) d'alimentation de ladite torche (T) en un gaz de coupage ou de soudage; - des moyens de pilotage (MP); - des premiers moyens de régulation (MR1) de la pression du gaz pilote circulant dans la première ligne (Ll), lesdits premiers moyens de régulation (MR1) étant agencés sur la première ligne (Ll) et étant commandés par les moyens de pilotage (MP); - des deuxième moyens de régulation (MR2) de la pression du gaz de coupage ou de soudage circulant dans la deuxième ligne (L2); et - une ligne de pilotage (LP) pneumatique reliant pneumatiquement la première ligne (L1) aux deuxième moyens de régulation (MR2) pour permettre un réglage de la pression du gaz de coupage ou de soudage dans la deuxième ligne (L2) à partir de la pression du gaz pilote dans la première ligne (L1), en agissant sur lesdits deuxièmes moyens de régulation (MR2). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premiers moyens de régulation (MR1) sont à commande électrique, de préférence des premier moyens de régulation (MR1) sont choisis parmi les détendeurs à commande électrique. 3. Installation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens de pilotage (MP) sont choisis parmi les systèmes à commande numérique. 4. Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les deuxième moyens de régulation (MR2) sont choisis parmi les détendeurs à commande pneumatique. 5. Installation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'au moins une électrovanne (EV1, EV2) est agencée sur la première ligne (L1) et/ou la deuxième ligne (L2), de préférence au moins une électrovanne (EV1, EV2) est agencée sur chacune desdites première et deuxième lignes (Ll, L2). 6. Installation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'au moins une électrovanne (EV1, EV2) est commandée par les moyens de pilotage (MP). 7. Installation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la ligne de pilotage (LP) est reliée à la première ligne (L1), en aval desdits premier moyens de régulation (MR1). 8. Installation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la torche (T) est une torche de coupage par jet de plasma ou un chalumeau d'oxycoupage. 9. Installation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la première ligne (L1) d'alimentation est alimentée en gaz pilote issu d'au moins une source de gaz pilote (Si) et en ce que la deuxième ligne (L2) d'alimentation est alimentée en gaz de coupage ou de soudage issu d'au moins une source de gaz de coupage ou de soudage (S2). 10. Procédé de coupage ou soudage, en particulier susceptible d'être mis en oeuvre par une installation selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel on pilote les moyens de régulation du gaz de coupage ou de soudage de manière pneumatique à partir de la pression du gaz pilote, de préférence un procédé de coupage plasma.