Brevet FR2910360A1 — publié le 20080627

La présente invention concerne un procédé de coupage plasma des aciers fortement alliés contenant plus de 5% d'élément d'alliage, tel le nickel, le chrome ou le molybdène. Les aciers non alliés sont des aciers contenant une teneur très faible en élément d'alliage, c'est-à-dire une teneur inférieure à 1,65% en poids et plus généralement une teneur inférieure à 1% en poids. Ainsi, la teneur maximale rencontrée pour le manganèse est de 1,65%, alors qu'elle n'est que de 0,3% pour le nickel ou le chrome. Par ailleurs, les aciers alliés sont des aciers contenant un ou plusieurs éléments d'alliage, tel que le manganèse, le chrome, le nickel, le molybdène ou d'autres métaux, qui servent à améliorer les caractéristiques des aciers, par exemple leur résistance à la corrosion, mécanique, à l'usure, à la rupture, à l'abrasion, aux chocs, à la température ou autre. On distingue ainsi les aciers faiblement alliés et les aciers fortement alliés. Les aciers faiblement alliés sont ceux contenant une proportion de 1,65 à moins de 5% en poids d'un ou plusieurs éléments d'alliage, alors que les aciers fortement alliés sont ceux contenant une proportion d'au moins 5% en poids d'un ou plusieurs éléments d'alliage, en particulier le manganèse, le nickel et le chrome. Les aciers fortement alliés trouvent des débouchés dans de nombreux domaines d'application au plan industriel, en particulier pour la fabrication d'ustensiles de cuisine, de véhicules automobiles ou d'éléments de tels véhicules ; dans la construction ; dans l'emballage ; dans la réalisation de réservoirs de stockage ou de canalisations de transport de fluide, notamment de gaz ou de gaz liquéfiés, ou de produits chimiques et/ou corrosifs ; ou encore pour réaliser des réacteurs ou autres appareils à pression, tels des chaudières ou analogue. 2910360 2 Actuellement, la découpe thermique des aciers fortement alliés est généralement opérée par oxycoupage. Toutefois, la découpe des aciers fortement alliés par oxycoupage pose problème car elle engendre la formation d'une zone affectée thermiquement 5 (ZAT) importante et des dépôts d'oxydes sur les faces de coupe, lesquels sont néfastes à la constitution des assemblages soudés. De plus, le chalumeau d'oxycoupage doit être alimenté avec de la poudre de fer pour opérer la coupe de cette nuance de tôle. En effet, la présence de cette ZAT importante ou des dépôts d'oxydes 10 sur les faces de coupe des pièces ainsi coupées oblige à usiner les pièces pour éliminer mécaniquement, par meulage ou analogue, la couche d'oxydes ou la ZAT qui se forment durant l'oxycoupage de manière à pouvoir souder les pièces en garantissant l'obtention de joints de soudure ayant de bonnes propriétés, notamment de résistance aux chocs. 15 Or, on comprend aisément que devoir opérer un tel usinage systématique des pièces est pénalisant au plan industriel, en particulier en termes de productivité car cela engendre des retards et donc à un coût. Un problème à résoudre est dès lors de proposer un procédé de coupage des aciers fortement alliés conduisant à une ZAT et/ou à un dépôt 20 d'oxydes moindre que ceux résultant d'un oxycoupage de sorte de pouvoir limiter ou minimiser les opérations d'usinage post-coupage et permettre par ailleurs de réaliser un soudage efficace des pièces ainsi découpées. Une solution selon l'invention est un procédé de coupage par jet de plasma d'une pièce métallique mettant en oeuvre une torche à plasma pour 25 générer un jet de plasma et couper la pièce au moyen dudit jet de plasma, caractérisé en ce que la pièce métallique est en acier fortement allié contenant un ou plusieurs éléments d'alliage en une proportion en poids d'au moins 5%. Dans le cadre de l'invention, par procédé de coupage par jet de 30 plasma , on entend que l'on concentre l'énergie sous forme d'un jet de plasma d'arc à très haute température, typiquement entre 15000 à 20000 C, 2910360 3 délivré par une torche à plasma. Le jet de plasma sous pression fond le métal à son point d'impact et éjecte le métal fondu hors de la saignée, en dessous de la pièce. Le jet de plasma et la pièce sont déplacés relativement l'un par rapport à l'autre selon la trajectoire de coupe choisie de manière à 5 obtenir une pièce découpée de forme désirée. En fait, le jet plasma est généré par un arc électrique qui s'établit entre l'électrode de la torche et la pièce. L'arc se combine à un flux de gaz dit gaz plasmagène pour assurer ainsi la génération du jet de plasma proprement dit. Le jet de plasma est constricté par l'orifice de sortie de la tuyère de la torche, ce qui lui confère 10 finesse et rigidité. Le principe du procédé de coupage plasma et son fonctionnement sont bien connus et ne seront pas détaillés davantage. Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la pièce en acier fortement allié contient un ou plusieurs éléments 15 d'alliage en une proportion pondérale de 5 à 40%. Selon le cas, la teneur en alliage peut être supérieure à 6%, voire à 7%, et/ou inférieure à 35%, voire inférieure à 23%, en particulier située entre 8 et 14%, par exemple de l'ordre de 9% pur des aciers au nickel ou au chrome. - la pièce en acier fortement allié contient un ou plusieurs éléments 20 d'alliage choisis parmi le manganèse, le chrome ou le nickel, de préférence le chrome ou le nickel. - la pièce en acier fortement allié contient plus de 7% de nickel, de préférence de l'ordre de 8 à 1% de nickel. - le jet de plasma est obtenu au moyen d'un arc électrique et d'un flux 25 gazeux contenant au moins un gaz choisi parmi l'oxygène, l'azote, l'argon, les mélanges argon/hydrogène, et leurs mélanges . - la pièce à couper a une épaisseur de 1 à 40 mm, de préférence d'au moins 5 mm. -l'intensité du courant servant à générer l'arc électrique est 30 habituellement comprise entre 20 et 300 A, mais elle peut s'élever à plus de 2910360 4 450 A, voire de 600 A dans certains cas, en fonction de l'épaisseur de la tôle à découper. - le jet de plasma est obtenu au moyen d'une torche à plasma comprenant une tuyère avec orifice de sortie et une électrode non fusible, le 5 plasma gazeux se formant dans l'espace entre la tuyère et l'électrode par combinaison du flux gazeux avec l'arc électrique, et étant expulsé, en direction de la pièce à couper, au travers de l'orifice de sortie de la tuyère sous forme d'un jet de plasma d'arc. - la torche à plasma est agencée sur une machine automatique. 10 -la torche à plasma est de type mono flux ou double flux. Exemple comparatif Afin de vérifier l'efficacité du procédé de l'invention, les inventeurs ont réalisés des essais comparatifs de coupage d'une pièce en acier fortement allié par jet de plasma selon l'invention et, à titre comparatif, par oxycoupage 15 selon l'art antérieur. La pièce à couper a une épaisseur de 12 mm et est formée d'acier à 9% en poids de nickel. Le procédé de coupage plasma mis en oeuvre repose sur l'utilisation d'une torche de coupage par jet de plasma à mono flux de gaz, par exemple 20 la torche référencée OCP 150 - Oxygène de AIR LIQUIDE WELDING FRANCE, alimentée par de l'oxygène en tant que gaz de coupe. L'intensité du courant est de 120 A, la pression du gaz plasma est de 3.8 bar et la vitesse de coupe est de 2 m/min. Par ailleurs, l'oxycoupage de la pièce est opéré avec une torche 25 d'oxycoupage classique alimentée par de l'oxygène et un gaz combustible, à savoir acétylène (mais un autre gaz tel que Tétrène, butane, propane, gaz naturel, ... donneraient sensiblement les mêmes résultats) dans les conditions suivantes : diamètre buse de coupage : 1,6 mm, 30 - pression acétylène lors de la chauffe : entre 0,4 et 1 bar, - pression d'oxygène chauffe : entre 1,5 et 2 bar, 2910360 5 -pression d'oxygène coupe : entre 5 et 7 bar, - pression de la poudre de fer : environ 0,3 bar, - débit de la poudre de fer : environ 7 kg/h, -vitesse de coupe : 25 m/h. 5 La pièce découpée par plasma et par oxycoupage dans les conditions susmentionnées est soumise ensuite à des analyses métallurgiques, à savoir une macrographie et à un examen visuel des faces coupées et mesure de l'épaisseur de la couche d'oxyde déposée. Les résultats obtenus relatifs à la taille de la ZAT sont consignés dans 10 le Tableau ci-après. Tableau Taille de la ZAT (en mm) Oxycoupage 1,6 Coupage plasma 0,5 Les résultats du Tableau montrent que la taille de la ZAT est très nettement réduite lorsqu'on opère un coupage par plasma d'arc. Ainsi, la 15 taille de la ZAT observée lors du coupage plasma est d'environ 0.5 mm, alors qu'en oxycoupage elle est d'environ 1. 6 mm. De même, la couche d'oxydes est nettement réduite en coupage plasma par rapport à l'oxycoupage. II est donc favorable de découper des pièces d'acier fortement allié, en 20 particulier des aciers à base de nickel, par mise en oeuvre d'un procédé de coupage plasma en lieu est place d'un procédé d'oxycoupage habituellement utilisé à cette fin. Revendications 1. Procédé de coupage par jet de plasma d'une pièce métallique mettant en oeuvre une torche à plasma pour générer un jet de plasma et couper la pièce au moyen dudit jet de plasma, caractérisé en ce que la pièce métallique est en acier fortement allié contenant un ou plusieurs éléments d'alliage en une proportion en poids d'au moins 5%. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce en acier fortement allié contient un ou plusieurs éléments d'alliage en une proportion pondérale de 5 à 40%. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce en acier fortement allié contient un ou plusieurs éléments d'alliage choisis parmi le manganèse, le chrome ou le nickel, de préférence le chrome ou le nickel. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pièce en acier fortement allié contient plus de 7% de nickel, de préférence de l'ordre de 8 à 1% de nickel. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le jet de plasma est obtenu au moyen d'un arc électrique et d'un flux gazeux contenant au moins un gaz choisi parmi l'oxygène, l'azote, l'argon, les mélanges argon/hydrogène, et leurs mélanges . 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la pièce à couper a une épaisseur de 1 à 40 mm, de préférence d'au moins 5 mm. 2910360 7 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'intensité du courant servant à générer l'arc électrique est comprise entre 20 et 600 A en fonction de l'épaisseur de la tôle à découper. 5 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le jet de plasma est obtenu au moyen d'une torche à plasma comprenant une tuyère avec orifice de sortie et une électrode non fusible, le plasma gazeux se formant dans l'espace entre la tuyère et l'électrode par combinaison du flux gazeux avec l'arc électrique, et étant expulsé, en 10 direction de la pièce à couper, au travers de l'orifice de sortie de la tuyère sous forme d'un jet de plasma d'arc. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la torche à plasma est agencée sur une machine automatique. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la torche à plasma est de type mono flux ou double flux. 15