Brevet FR2833505A1 — publié le 20030620

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé d'oxycoupage autogène selon lequel on dirige un jet de gaz de découpage sur la matière à découper. Arrière-plan technologique Dans les procédés de fabrication de l'industrie métallurgique on connaît des procédés de découpage thermique, des découpages au laser, des découpages au plasma et l'oxycoupage autogène comme base d'une fabrication économique. Ces procédés conviennent pour préparer des arêtes de soudage, pour découper des géométries de pièces compliquées ou encore pour découper des galets et des profilés. Tous les procédés de découpe thermique ont en commun d'assurer un apport ponctuel d'énergie et un jet de découpage à forte énergie. Dans le cas de la découpe par un faisceau laser, la matière se chauffe à la température nécessaire au produit de découpage par absorption du faisceau laser. Dans le cas du découpage par faisceau laser, la matière brûle dans le jet d'oxygène de coupage. La réaction exothermique du jet d'oxygène de coupage avec la matière coupée génère une partie de l'énergie nécessaire et permet ainsi une vitesse de coupe élevée avec une puissance de laser relativement faible. L'application la plus fréquente concerne les aciers non alliés et faiblement alliés. On atteint ainsi des vitesses de découpe supérieures à 10 m/min. La vitesse de découpe diminue fortement suivant l'épaisseur de la tôle et pour des tôles d'une épaisseur dépassant 10 mm, on n'atteint plus que des vitesses de découpe inférieure à 1 m/min. La découpe par plasma a été développée à l'origine pour la découpe thermique de matières métalliques qui ne conviennent pas pour l'oxycoupage comme par exemple des aciers CrNi, du cuivre et de l'aluminium et ce procédé est de plus en plus utilisé pour découper des aciers non alliés pour de faibles épaisseurs de tôle. Le faisceau de découpage au plasma est engendré par un gaz vecteur formant un plasma qui se rétrécit dans le faisceau lumineux pour être ionisé et dissocié. Le faisceau de découpe au plasma est à température élevée et il se réchauffe par la combinaison, convection et rayonnement de la pièce puis il s'évapore dans la matière, dans le trait de coupe. On atteint des vitesses de coupe allant jusqu'à 10 mm/min. Quand les épaisseurs de tôle augmentent, la vitesse de découpe diminue fortement, mais même pour des épaisseurs de tôle de 10 mm, on a encore des vitesses de coupe de 3 m/min. L'oxycoupage autogène est le procédé de découpage thermique le plus fréquemment utilisé. Il permet de couper des épaisseurs allant de 3 à 3000 mm. La vitesse de découpe est inférieure à 1 m/min. La puissance de découpe du procédé d'oxycoupage est définie par la nature de la buse et par le gaz combustible utilisé. Avec de l'acétylène, gaz combustible ayant la température de flamme et la vitesse d'allumage la plus élevée, on peut couper plus rapidement en liaison avec des buses de forte puissance. Du fait de la simplicité de la manipulation et de la consommation d'énergie relativement réduite, le procédé de découpage autogène est utilisé dans l'industrie de formation d'acier et dans l'industrie découpant de l'acier. Il convient pour des aciers faiblement alliés ou non alliés. Une grande partie de l'énergie nécessaire au procédé d'oxycoupage autogène provient de la combustion du fer dans l'intervalle de coupe. Pour cela, il est nécessaire d'atteindre la température d'allumage du fer à couper. Cela s'obtient déjà lors de l'amorce de coupe et au cours de la poursuite de l'opération de coupe. Lorsque la matière est chauffée à la température d'allumage, elle brûle dans un jet d'oxygène pur et forme une scorie volatile. La température d'allumage doit pour cela être inférieure à la température de fusion. Comme il faut un certain temps à la température d'allumage de la pièce à couper, lors de l'amorce de coupe et lors de la poursuite de la coupe, la vitesse de coupe est dominée à cet instant. L'élévation de température de la température d'allumage se fait avec une flamme chaude. Comme gaz combustible on utilise du propane, du gaz naturel ou de l'acétylène. Dans le cas des tôles minces, la fraction de l'eau provenant de la flamme chaude représentant environ 30 % ; pour des tôles plus épaisses elle représente environ 10 %. L'énergie restante nécessaire pour le procédé de combustion autogène est fournie par la réaction exotherme de l'oxygène avec l'acier. Pour raccourcir le temps nécessaire à atteindre le point d'allumage on préchauffe souvent la matière avec une flamme orientée. La présente invention a pour but de développer un procédé d'oxycoupage autogène permettant une vitesse de coupe particulièrement élevée. Exposé de l'invention Ce problème est résolu par le procédé de l'invention caractérisé en ce qu'on chauffe la matière à couper sous l'action d'un faisceau laser à quelques centaines de C jusqu'à la température d'allumage. Le rayonnement laser appliqué selon l'invention optimise l'élévation de température de la pièce. L'apport thermique plus précis et meilleur que la flamme, assuré par le faisceau laser augmente la vitesse de coupe à la fois pendant la poursuite de la découpe et au début de la découpe car on atteint plus rapidement la température d'allumage de la matière à couper. De plus, grâce à l'apport thermique amélioré, on diminue la déformation de la pièce. Le procédé selon l'invention augmente la vitesse de coupe et ainsi le rendement et favorise l'économie. Il est particulièrement important pour les coupes en biais ou suivant trois phases. Une vitesse de coupe plus élevée selon le procédé de l'invention est possible pour des tôles fortement encrassées, chargées de scories ou chargées d'un enduit primaire. De plus, le procédé selon l'invention améliore la qualité de la coupe. Selon un développement avantageux de l'invention, on chauffe la matière à couper à des températures au moins égales à 300 C, de préférence au moins égales à 400 C et de manière particulièrement avantageuse au moins égales à 600 C. D'une manière particulièrement avantageuse, on chauffe la matière à couper au maximum à 1200 C, de préférence au maximum à 1000 C et notamment au maximum à 800 C. Selon un développement avantageux, on règle le faisceau laser sur le point de coupe en amont du jet de gaz de découpe. Selon un autre développement avantageux, on installe le faisceau laser au milieu du jet de gaz de découpe. En variante, on installe le faisceau laser de manière annulaire par rapport au jet de gaz de découpe. Pour chauffer la pièce à l'endroit à couper on peut toutefois également combiner les caractéristiques développées ci-dessus. Pour cela, on combine deux ou plusieurs réalisations avec des dispositifs en amont au centre ou avec une disposition annulaire. Selon un développement particulièrement avantageux de l'invention, le faisceau laser est généré par une diode laser. L'échauffement de la pièce par un faisceau laser est combiné d'une manière particulièrement avantageuse à une flamme chauffante. En combinant le faisceau laser et la flamme chauffante, on chauffe très rapidement et on atteint la température d'allumage dans le temps le plus court. Cela permet également de commencer très rapidement l'opération de découpe après le perçage et l'opération de coupe elle-même peut progresser à vitesse très élevée. Si, au contraire, on utilise uniquement un faisceau laser pour chauffer la matière, il se forme un intervalle de coupe droit très étroit car la plage chauffée par un faisceau laser est définie de manière plus précise que lorsqu'on utilise une flamme. Mais on atteint ainsi non seulement des températures de quelques centaines de C comme pour le préchauffage classique avec une flamme supplémentaire mais la matière atteint avantageusement des températures allant jusqu'à la température d'allumage. Selon l'invention, le procédé décrit ci-dessus s'utilise pour la découpe sous l'eau. Le chauffage selon l'invention de la matière à découper jusqu'à la température d'allumage par un faisceau laser convient tout particulièrement pour la découpe sous l'eau. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de deux exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un premier exemple de réalisation du pro- cédé de l'invention, - la figure 2 est un schéma correspondant à celui de la figure 1 d'un se- cond exemple de réalisation de l'invention. Description des modes de réalisation Selon la figure 1, on a une application correspondant à une tôle d'une épaisseur de 8 mm. Un faisceau laser à diode de plus de 1000 W de puissance chauffe la pièce en amont de l'endroit du découpage à des températures proches du point d'allumage, avec un faisceau laser engendré par une diode en amont. La figure 1 comprend également une buse de découpage 1, classique, avec une veine de gaz de découpage 2 dirigée vers la pièce 3 à l'endroit découpé. Un faisceau laser 4 est dirigé vers le point de découpage. Ce faisceau est généré par une diode laser qui, vue dans la direction de découpe, se trouve en amont de la buse de découpe et forme avec celle-ci un angle aigu. La disposition selon l'invention permet d'augmenter la vitesse de coupe de 20 %. La figure 2 montre une autre application. Dans ce cas, on combine une flamme chauffante et un faisceau laser d'une diode, en amont, d'une puissance de 1000 W pour assurer le préchauffage. La figure 2 montre une buse de découpage classique 1 avec un flux de gaz de découpage 2 dirigé vers la pièce 3 à l'endroit du découpage. La veine de gaz de découpage est entourée par une flamme de gaz chauffant 4. Un faisceau laser 5 est dirigé à l'endroit de la flamme chauffante et entoure de manière annulaire le jet de gaz chauffant. Le faisceau laser est généré par un laser à diode et forme un angle aigu avec la buse de découpage. La présente invention permet une augmentation significative du rendement d'oxycoupage autogène, avec un procédé concurrentiel par rapport au découpage par faisceau laser et au découpage par plasma. REVENDICATIONS 1 ) Procédé d'oxycoupage autogène selon lequel on dirige un jet de gaz de découpage sur la matière à découper, caractérisé en ce qu' on chauffe la matière à couper sous l'action d'un faisceau laser à quelques centaines de C jusqu'à la température d'allumage. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on chauffe la matière à découper au moins à 300 C, de préférence à au moins 400 C et notamment de préférence à au moins 600 C. 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on chauffe la matière à découper au maximum à 1200 C, de préférence au maximum à 1000 C et notamment à 800 C. 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on règle le faisceau laser au point à couper en amont du jet de gaz de découpage. 5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau laser est disposé au centre du jet de gaz de découpage. 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau laser entoure de manière annulaire le jet de gaz de découpage. 7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par une diode laser générant le faisceau laser. 8 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on utilise la faisceau laser combiné à une flamme de gaz chauffant pour chauffer la pièce. 9 ) Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 au découpage sous l'eau.