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BREVET D'INVENTION PROCEDE ET APPAREIL POUR FACONNER LA SURFACE D'UNE PIECE METALLIQUE ".
@ Oette invention est relative à un procédé et à un appareil perfectionnés permettant d'enlever du métal de la surface d'un corps métallique en projetant simultanément et progressivement une série de jets de gaz oxydant sur des parties successives d'une telle surface ; et plus parti- culièrement à un procédé et un appareil permettant de pro- duire des surfaces façonnées possédant un contour prédétermi- né.
Pour amorcer une opération d'usinage par "oxy-cou- page" ou enlèvement de métal à l'aide d'une flamme de chalumeau, on chauffe une partie d'une surface suffisamment pour
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créer une pellicule superficielle liquide de métal fondu.
Lorsqu'on projette un jet de gaz oxydant sur une pellicule liquide de ce genre, celle-ci tend à s'étaler sur une zone superficielle qui est soumise à l'influence du jet de gaz oxy- dant. Cette pellicule liquide, ou mare, qui comprend un mé- lange de métal fondu et de métal oxydé, est considérée comme essentielle pour permettre au jet de gaz oxydant de pénétrer dans le métal de façon à le fondre et l'oxyder. La chaleur de reaction qui résulte de l'oxydation du métal fondu chauffe le méal situé en avant du jet de gaz oxydant, de sorte que, à mesure que ce jet de gaz est progressivement appliqué le long de la surface, une pellicule superficielle liquide se forme constamment à l'endroit des ones sur lesquelles agit ce jet.
L'observation et l'étude des opérations d'oxy-coupa- ge indiquent que la pellicule superficielle liquide est es- sentielle pour maintenir une coupe et enlever continuelle- ment du métal de parties successives d'une surface.
Suivant l'invention, on crée par oxy-coupage des surfaces possédant un contour prédeterminé en déterminant la forme de la pellicule superficielle liquide et la façon dont elle est engendrée sur les parties de surface successives. desquelles du métal doit être enlevé. Dans la présente in- vention, on utilise une série de jets de gaz oxydant pour déterminer et maintenir une seule pellicule superficielle liquide, l'un d'eux étant projeté sur une zone située à l'ar- rière d'un autre qui précède le jet envisagé pour créer la coupe désirée, en une seule passe des jets de gaz par rapport à la surface métallique.
Par ce procédé, on peut créer des surfaces ayant un contour prédéterminé, qui sont exception-
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nellement lisses et qui ne possèdent pas de parties rugueu- ses délimitant l'action séparatrice des jets de gaz oxydant individuels. Cette invention offre par conséquent un procédé d'enlèvement de métal superficiel chauffé, en vue du façon- nage en surface d'un corps métallique, suivant lequel une série de jets de gaz oxydant sont appliqués progressivement sur et en différents points de la longueur de cette surface pour en enlever une couche de métal superficiel, ce procé- dé étant caractérisé par le fait que le second des jets de gaz est appliqué en substance concurremment avec le pre- mier pour agir sur des parties superficielles qui viennent d'être mises à nu par le premier desdits jets.
L'invention comprend, en outre, une buse de cha- lumeau perfectionnée comportant au moins deux conduits à gaz oxydant pour éjecter une série de jets de gaz oxydant indépendants.
L'invention a en outre pour objet un appareil per- mettant de mettre en pratique le présent procédé, cet appa- reil comprenant un dispositif mobile établi de façon à suppor- ter -- au moins partiellement --, guider et faire mouvoir l'un par rapport à l'autre le dispositif servant à projeter les jets de gaz oxydant et le corps métallique.
Sur les dessins annexés :
Fig. 1 représente schématiquement une façon de mettre l'invention en pratique, suivant laquelle deux jets de gaz oxydant projetés sur le bord d'un corps métallique co- opèrent pour produire une coupe régulière.
Fig. 2 est une coupe par la ligne 2-2 de la fig. 1 et montre plus clairement le contour créé de la surface.
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Fig. 3 est une vue analogue à la fig. 1 et repré- sente schématiquement l'action de deux jets de gaz oxydant qui coopèrent pour produire une coupe dont le contour diffère de celui de la fig. 1.
Fig. 4 est une coupe par la ligne 4-4 de la fig.
3 et montre plus clairement le type de coupe obtenu.
Fig. 5 est une vue perspective du corps métalli- que de la fig. 1, montrant plus clairement comment s'effec- tue l'enlèvement du métal pour produire la coupe.
Fig. 6 montre en coupe une buée de chalumeau établie suivant l'invention, cette coupe étant prise par la ligne 6-6 de la fig. 7.
Fig. 7 est une vue en bout de la buse, en re- gardant la ligne 7-7 de la fig. 6.
Fig. 8 est une coupe de la buse par la ligne 8-8 de la fig. 7.
Fig. 9 est une vue de côté d'un appareil établi suivant l'invention, cet appareil étant muni de la buse représentée dans les fig. 6 et 7 pour créer des coupes du type représenté dans la fig. 2.
Fig. 10 est une vue en plan de l'appareil de la fige 9.
Fig. 11 est une coupe par la ligne 11-11 de la fig.9.
Fig. 12 est une vue en bout de l'appareil des fig. 9 et 10, en regardant dl'extrémité de la buse.
Fig. 13 est une coupe par la ligne 13-13 de la fig. 12.
On sait que l'enlèvement du métal, dans les opé-
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rations d'usinage par la flamme, ou oxy-coupage, est effec- tué par l'entremise d'unepellicule liquide et que, par suite, on peut créer tout contour superficiel prédéterminé en appli- quant les jets de gaz oxydant d'une manière propre à régler la forme et les dimensions de la pellicule superficielle liquide et la façon dont elle est constituée à l'endroit des parties successives de la surface. Le temps pendant le- quel tout point donné est soumis à une action ou influence de coupe dépend de la vitesse du mouvement communiqué aux jets de gaz et des dimensions et de la forme de la pellicule superficielle liquide engendrée par et soumise à l'action des jets de gaz oxydant.
En outre, la quantité de métal enle- vée dépend de la quantité de gaz oxydant fournie à la pel- licule superficielle liquide, ou mare, le long des parties successives de la surface.
Les principes de cette invention ont été réalisés avec succès, dans la pratique, en projetant progressivement un ou plusieurs jets de gaz oxydant sur le métal superficiel chauffé et en projetant un jet de gaz oxydant auxiliaire sur une zone de la surface métallique située à l'arrière des jets de gaz mentionnés en premier lieu, le jet de gaz arrière étant appliqué de telle manière qu'il tend à se fondre ou s'unir avec un ou plusieurs des jets de gaz précédents. Un tel jet de gaz auxiliaire peut être projeté sur des parties de la surface sur lesquelles les jets de gaz précédents sont projetés ainsi que sur des parties de la surface qui sont adjacentes aux surfaces sur lesquelles sont projetés ces jets précédents.
Dans certains cas, on communique au jet de gaz
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oxydant auxiliaire la direction désirée en projetant ce jet directement dans la direction désirée; dans d'autres cas, on peut obtenir la direction désirée en projetant le jet de telle manière qu'il soit dévié par la surface métallique et acquière ensuite la direction désirée. Lorsque le jet auxi- liaire effectue l'enlèvement final du métal, il est dans de nombreux cas avantageux que ce jet de gaz possède une direc- tion telle qu'il lèche sensiblement la surface de la coupe finie. En plus de la direction convenable du jet de gaz auxi- liaire, la vitesse de ce jet est de préférence suffisante pour chasser et refouler le métal enlevé sensiblement en travers et au contact de la surface de la coupe finie.
Le type de coupe pratiqué dépend de la direction suivant laquelle les jets de gaz oxydant rencontrent une surface. Lorsqu'on utilise deux jets de gaz oxydant ,par exemple, le jet effectuant le premier enlèvement de métal rencontre la surface suivant l'angle et la direction voulus.
On détermine alors la direction du second jet et l'angle qu'il fait avec la surface pour créer une coupe propre à consti- tuer le contour superficiel fini désiré. Ainsi, la façon dont les jets coopèrent ou se fondent les uns dans les au- tres peut être réglée de façon à déterminer la forme de la pellicule superficielle liquide, et la manière dont elle est engendrée sur les diverses parties successives de la surface de la pièce, pour constituer exactement la coupe désirée.
Dans les opérations d'oxy-coupage ou d'usinage au chalumeau il a généralement été de pratique courante d'uti-
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liser une buse présentant un seul orifice d'échappement circulaire, ou allonge, pour fournir un jet de gaz oxydant, et le présent procédé d'oxy-coupage peut avantageusement être réalisé par l'application d'une série de buses de ce genre. En faisant varier la forme d'un ou plusieurs des orifices d'échappement des buses utilisées, il est facile de modifier le contour d'une coupe. En remplacement de plu- sieurs buses indépendantes, il peut être préférable, dans certains cas, d'utiliser une seule buse présentant une série d'orifices d'échappement qui sont susceptibles de fournir des jets de gaz oxydant propres à coopérer pour créer une coupe lisse du contour désiré.
Dans les fig. 1 et 2 est représentée schémati- quement une façon de mettre en pratique le procédé décrit ci-dessus d'usinage par la flamme pour créer une surface lis- se de contour prédéterminé. Le contour représenté au bord dela plaque 10 dans la fig. 2 convient particulièrement pour le soudage électrique de deux plaques de ce genre. On remar- quera que la partie 11 de la surface du bord possède un pe- tit rayon de courbure et que la partie 12 descend de ce point suivant une ligne sensiblement droite qui fait un an- gle avec le bord primitif ou partie non découpée 13. Lors- qu'on dispose bord à bord deux plaques de ce genre dont les bords possèdent un tel contour superficiel, on obtient une rainure en U dans laquelle on peut introduire une électrode de soudage, l'extrémité de fusion étant placée près du fond de la rainure.
Ceci permet d'établir un arc entre le fond de la rainure et l'extrémité de l'électrode plutôt qu'entre les parois latérales de la rainure et l'électrode et d'obte-
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nir ainsi un dépôt de soudure sain et ferme.
Pour établir une coupe créant la surface indiquée en 11 et 12 dans la fig. 2 , on utilise une série de jets de gaz oxydant. Comme représenté schématiquement, deux jets de gaz oxydant a et b peuvent être projetés par les orifices 14 et 15 d'une buse 16. Dans cette application particulière de l'invention, la buse 16 fait un angle assez aigu avec le bord 13, dans une direction telle que le métal enlevé est chassé vers l'avant et sur le côté de la coupe à mesure que celle-ci est pratiquée,
Le jet de gaz oxydant b est projeté de telle sor- te qu'il effectue le premier enlèvement de métal de la plaque 10 au bord de cette claque. Comme représenté dans la fig. l, ce jet b rencontre la surface au tiers environ de la distance de la surface supérieure de la plaque 10.
En sup- posant que le métal de la surface ait été suffisamment chauf- fé pour constituer une pellicule superficielle liquide sur cette surface, la fusion et l'oxydation s'effectuent immé- diatement et le métal est chassé sous forme de scorie vers l'avant et sur le côté de la coupe, en différents points de la longueur de la surface, par la force du jet de gaz oxy- dant.
Le jet de gaz oxydant a est projeté sur la sur- face de la plaque 10 en un point adjacent à la partie non découpée 13 de cette surface. Ce jet a est destiné à rencon- trer le bord suivant un angle aigu plus grand quele jet b, de sorte qu'il effectue le dernier enlèvement de métal à me- sure que des parties successives de sa surface sont enlevées dans la direction indiquée par la flèche c. Lorsque le jet a
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vient frapper la surface du bord de la plaque 10, ce jet crée une partie courbe 11 de petit rayon de courbure. Il est ensuite dévié par cette partie courbe 11 créée par lui, passe sous le jet de gaz b et se meut en travers et au con- tact de la surface du bord de la plaque 10.
En passant sur la partie inférieure de la surface du bord de la plaque 10 , le jet a tend à se fondre avec le jet de gaz b et coopère avec celui-ci pour enlever une nouvelle quantité de métal superfi- ciel des parties inférieures de la surface du bord. Pour que la partie 12 de la coupe soit sensiblement droite, comme re- présenté, la vitesse du jet a est suffisante pour balayer la surface entière de la coupe finie produite.
L'action des jets de gazoxydant a et b pendant une opération d'enlèvement de métal est représentée clairement dans la fig. 5. A mesure que la coupe s'effectue progressi- vement, le jet b effectue l'enlèvement initial de métal d'une partie de surface d allant de la ligne pointillée indiquée en 18 au point 19. Directement derrière le jet b , le jet a effectue l'enlèvement d'une partie de surface e allant d'un point 20 à la ligne pointillée 18 . Il s'ensuit que le jet a effectue un enlèvement complet de métal superficiel sur le bord entier de telle manière que la coupe obtenue est excep- tionnellement régulière et ne présente pas de parties rugueuses délimitant les actions séparées des deux jets a et b .
Une coupe possédant en section un contour tel que celui représen- té dans la fig. 2 peut être obtenue lorsque l'orifice 14 qui éjecte le jet de gaz possède une forme rectangulaire et que l'orifice 15 qui éjecte le jet de gaz b est sensiblement circulaire.
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Comme il a été mentionné précédemment, on peut faire varier la forme du contour obtenu par l'application de jets de gaz qui sont éjectés par des orifices de diffé- rentes formes d'une ou plusieurs buses. Pour produire la coupe représentée à la surface du bord d'une plaque 10' dans la fig. 4, par exemple , on peut utiliser deux jets de gaz f et qui sont projetés par des orifices circulaires 22 et 23 d'une buse 24. L'action de ces jets f et est la même que celle des jets a et b décrits ci-dessus, et il n'est donc pas nécessaire de revenir sur ce point.
On remarquera toutefois que bien que les jets de gaz se fondent l'un dans l'autre et coopèrent pour produire une coupe régulière à dou- ble courbure, la vitesse du jet de gaz arrière! qui effec- tue l'enlèvement final du métal est telle qu'on obtient la saillie désirée 25 à l'extrémité inférieure de la coupe 26.
Dans les opérations d'oxy-coupage, il est géné- ralement avantageux de préchauffer le métal superficiel à une température élevée de façon que la pellicule superficiel- le liquide se forme aisément lorsqu'on fait mouvoir les jets de gaz oxydant par rapport aux surfaces, et ceci peut être effectué de toute manière appropriée. Par exemple, on peut utiliser un arc électrique pour préchauffer le métal de la surface à une température élevée ou chauffer d'abord à une température élevée le corps métallique dont du métal super- ficiel doit être enlevé, par exemple dans un four. On a trou- vé qu'il est préférable de préchauffer des parties successi- ves de métal de la surface à une température élevée par des flammes de chauffe à haute température avant l'application
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des jets de gaz oxydant.
On peut réaliser ce résultat d'une manière efficace en prévoyant dans chaque buse une série d'orifices pour fournir dès flammes de chauffe à haute température. Comme représenté dans les fig. 2 et 4, par exemple, les buses 16 et 24 sont munies respectivement d'une série d'orifices 27 et 28 destinés à éjecter un gaz combus- tible propre à fournir les flammes de chauffe.
Dans l'application particulière de cette invention qui a été représentée dans les fig. 1 et 2, les flammes de chauffe viennent frapper la surface du bord de la plaque 10 sensiblement au même point que le jet de gaz oxydant a.
Pour amorcer une coupe, on projette d'abord les flammes de chauffe sur la surface du métal et, lorsque celui-ci a été chauffé suffisamment pour constituer une pellicule super- ficielle liquide, on projette les jets de gaz oxydant a et b sur la surface. Comme la pellicule superficielle liquide est constituée à l'endroit de la partie de la sur- face sur laquelle le jet de gaz a est projeté, cette pel- licule s'étale et couvre approximativement la zone de mé- tal superficiel soumise à l'influence du dit jet, et le gaz oxydant pénètre efficacement dans le métal superficiel pour provoquer sa fusion et son oxydation.
La chaleur de réaction qui résulte de l'oxydation du métal fondu chauffe le métal situé directement en avant du jet a et, comme ce métal est soumis à l'influence du jet b, la pellicule superficielle liquide engendrée tend à s'étaler sur la zone soumise à l'influence de ce second jet de gaz. La fusion et l'oxydation du métal superficiel sur lequel le jet de ,,gaz b est projeté s'effectuent alors et, lorsqu'une coupe a
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ainsi été amorcée, la cnaleur de la réaction qui résulte de l'oxydation du métal superficiel produit une pellicule superficielle liquide directement en avant du jet de gaz avançant b pour permettre la continuation d'une coupe amorcée.
Le métal fondu et oxydé qui est enlevé par le jet de gaz et chassé vers l'avant se meut au contact des parties de la surface sur lesquelles le jet b est projeté.
De même, le métal enlevé et chassé par le jet b se meut au contact des parties de la surface sur lesquelles ce jet est projeté ultérieurement. Ce métal fondu et oxydé sert aussi à préchauffer le métal de la surface et constitue un facteur important en ce qui concerne la production et le maintien de la pellicule superficielle liquide sur la sur- face du métal.
La chaleur de réaction résultant de la fusion et de l'oxydation du métal superficiel par le jet de gaz b, ainsi que le préchauffage produit par le métal fondu et oxydé qui a été précédemment déplacé au contact de ce métal superficiel, @ augmentent la température du métal de base et l'élè- vent à une valeur grandement supérieure à la valeur norma- le. Ce métal de base pourrait en quelque sorte être consi- déré comme surchauffé. Comme le jet de gaz b quitte le mé- tal de base à une température extrêmement élevée, le jet de gaz a qui se trouve à l'arrière du jet b pénètre d'une manière très efficace dans le métal de base pour soumettre le métal superficiel à une nouvelle oxydation.
Dans la pré-
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sente application, le jet de gaz arrière est projeté à peu près instantanément sur le métal chauffé avant que la chaleur du métal superficiel ait eu la possibilité d'être conduite à l'intérieur de la plaque et à l'écart de la surface.
Après que chaque coupe a été amorcée et est en cours d'exécution, la fourniture du gaz combustible destiné aux flammes de chauffe peut être partiellement ou complè- tement interrompue dans certains cas en vue d'une économie de gaz. Oeci est possible en raison du fait que le métal oxydé ou,scorie chassé vers l'avant et d'une façon conti- nue est chauffé par sa combustion avec l'oxygène et possè- de usuellement une chaleur.suffisante pour porter à une température élevée les parties du métal de la surface sur lesquelles il passe, ces parties étant ensuite soumises à l'influence des jets de gaz oxydant.
Dans de nombreux cas, toutefois, il est désirable d'appliquer des flammes de chauffe pendant toute la durée d'une opération d'oxy-cou- page de façon à enlever une plus grande quantité de métal de la surface par mètre cube de gaz oxydant. Le métal enlevé et,chassé vers l'avant ou vers le côté de la coupe à mesure qu'elle est pratiquée est réduit sensiblement à un état granulaire non adhérent.
Bien que l'invention ne soit pas limitée aux indications données ci-dessous, l'usinage au chalumeau par le procédé décrit ci-dessus a été réalisé avec succès dans la pratique avec des vitesses du gaz oxydant variant de 60 à 300 mètres par seconde. Toutefois, dans la plupart des
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applications, on règle la pression du gaz oxydant pour pro- duire un jet de gaz oxydant ayant une vitesse de 165 à 225 mè- tres par seconde. Ces vitesses du gaz oxydant sont les vi- tesses calculées du gaz sortant des buses, en se basant sur cette hypothèse du'une quantité mesurée de gaz projeté dans un temps donné possède une température de 21 0 et est à la pression atmosphérique.
Quoiqu'on puisse utiliser plusieurs buses indépen- dantes pour obtenir une série de jets de gaz oxydant, il est particulièrement désirable, dans de nombreux cas, de pratiquer des coupes avec une seule buse présentant une sé- rie d'orifices d'échappement. Une construction de buse con- venant particulièrement en vue de l'exécution de coupes du type représenté dans la fig. 2 est représentée dans les fig. 6, 7 et 8.
Dans la fig. 6 , la buse N établie suivant l'in- vention peut posséder un épaulement 30 à son extrémité in- terne. Un écrou de fixation à filetage externe 31 , disposé autour de cette buse et prenant appui contre l'épaulement 30 , est prévu pour fixer la buse à une tête ou raccord de chalumeau de façon que les portées coniques 32 et 33 entrent en prise et constituent des joints hermétiques avec des por- tées analogues de la tête de chalumeau qui alimente la buse en gaz oxydant, tel que de l'oxygène ou un mélange d'oxygè- ne et d'air, et en gaz combustible, tel qu'un mélange d'oxy- gène et d'acétylène.
La paroi externe de la buse est percée longitudina- lement d'un groupe de conduits 34 qui sont sensiblement es- pacés de distances égales et vont de l'extrémité d'entrée 35
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à l'extrémité d'échappement 36. Le gaz combustible arrivant de la tête de chalumeau passe par les conduits 34, dont la section transversale est réduite à l'extrémité externe ou d'échappement de la buse. Un conduit à gaz oxydant 37, pré- sentant un orifice d'admission 38 qui communique avec un ori- fice d'échappement de la tête du chalumeau, règne dans la direction longitudinale de la buse et se termine à une faible distance de son extrémité. De l'extrémité externe ou de sor- tie du conduit 37 ,artent deux conduits à gaz séparés 39 et 40 aboutissant à l'extrémité d'éjection 36 de la buse.
Le gaz oxydant qui passe par le conduit 37 est par conséquent dévié vers les conduits 39 et 40 pour constituer deux jets de gaz oxydant. Si l'on juge nécessaire d'utiliser plus de deux jets de gaz oxydant, on peut munir la buse d'un plus grand nombre de conduits à l'extrémité d'éjection pour obtenir le nombre de jets de gaz oxydant désiré.
Les directions suivant lesquelles les jets de gaz oxydant sont éjectés et projetés sur une surface métallique dépendent du contour particulier désiré pour la surface. Dans le présent mode de réalisation, pour obtenir le contour de la fig. 2, on prévoit un conduit à gaz circulaire 40 qui est incliné par rapport au conduit 37 dans une direction allant en s'éloignant du conduit rectangulaire 39,comme représen- té dans la coupe verticale axiale de fig. 6 . Le conduit rec- tangulaire 39 est aussi incliné par rapport au conduit con- centrique 37 dans un plan transversal ou perpendiculaire au plan vertical de la fig. 6, et son orifice d'échappement est déporté latéralement par rapport à celui du conduit 40, comme
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indiqué dans la fig. 8.
Lorsque la buse N fait un angle aigu avec la sur- face d'un corps métallique dont du métal doit être enlevé, le conduit à gaz 22. est incliné vers cette surface. Grâce à cette disposition, le jet de gaz oxydant éjecté par le conduit 39 frappe la surface en un point qui est plus rap- proché de la face d'éjection 36 de la buse que le point de cette surface rencontré par le jet de gaz éjecté par le con- duit 40 . Pour permettre au jet de gaz éjecté par le conduit rectangulaire 39 de rencontrer la surface à la distance la plus petite possible en avant de la buse , le conduit 39 est formé de telle sorte que ces parois latérales convergent, comme indiqué dans la fig. 8.
Ceci donne un jet de gaz qui s'élargit latéralement immédiatement après sa sortie du conduit 39 , de sorte qu'il est utilisé effectivement pour produire la partie 11 de la coupe représentée dans la fig.
2, laquelle partie doit de préférence posséder un petit rayon de courbure pour constituer le contour désiré de la surface dans ce cas particulier. Pour permettre à la buse d'être placée avec son extrémité aussi près que possible de la surface d'un corps métallique , l'extrémité d'éjec- tion de cette buse est inclinée comme indiqué en 41. Ceci permet à la buse d'être placée à la distance minimum du corps métallique et, en même temps, assure un jeu suffisant pour faire mouvoir la buse par rapport à la surface.
Dans les fig. 9 à 13 inclus, on a représenté un appareil établi suivant l'invention et dans lequel la buse représentée dans les fig. 6, 7 et 8 peut avantageusement être
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utilisée pour constituer le contour représenté dans la fig.
2.
Pour faire mouvoir la buse N par rapport à la sur- face du bord de la plaque 10, on peut utiliser un chariot commandé (non représenté). Ce chariot peut être entraîné sur la surface supérieure de la plaque 10 et guidé par un rail monté sur cette plaque. A ce chariot peut être fixé un bras s'étendant au delà du bord de la plaque et sur lequel peut être monté un bras porte-chalumeau 50 (fig. 9) s'étendant vers le bas. Sur le bras 50 pivote, en 51 , une équerre 52 sur laquelle pivote d'autre part, en 53 , une douille 54 supportant partiellement l'appareil, comme il sera décrit plus loin.
Comme le joint pivotant prévu en 51 permet d'ef- fectuer un réglage angulaire dans un plan vertical, et comme le joint pivotant prévu en 53 permet d'effectuer un régla- ge angulaire dans un plan perpendiculaire au plan verti- cal, on peut donner à la douille toute position désirée.
Pour permettre à l'opérateur d'effectuer rapidement la mise en position de la douille 54 , on a prévu des échelles gra- duées 55 et 56 à l'endroit des joints pivotants 51 et 53 , respectivement,
Dans cet appareil, la position de la douille détermine l'angle exact auquel les jets de gaz oxydant éjec- tés par la buse N rencontrent la surface du bord de la pla- que 10. Il est désirable que la buse N soit maintenue dans sa position réglée pendant une opération d'enlèvement entiè- re du métal, et, en même temps, de permettre le mouvement de la buse lorsqu'elle rencontre des irrégularités sur la surface du bord. En permettant ce mouvement de la buse, son
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extrémité restera toujours dans la position qui convient pour produire une coupe uniforme.
Oeci s'obtient en prévoyant une liaison flexible, telle qu'une tringlerie à parallélo- gramme articulé M, pour supporter partiellement la buse N sur une tête 57 montée dans la douille 54.
Sur l'extrémité externe de la tête 57 est vissé un raccord 58 auquel est fixé rigidement un support 59. La tringlerie M comprend le support fixe 59,un support mobile 60 auquel la buse N est fixée de façon détachable, de pe- tites biellettes 61 articulées par une de leurs extrémités aux supports 59. et 60 et des biellettes 62 articulées par leur extrémité libre aux petites biellettes 61. Le joint pi- votant entre les petites biellettes 61 et les supports 59 et 60 permet le mouvement vertical du support extrême 60 et de la buse N fixée à ce support; et le joint pivotant en- tre les biellettes 62 et les petites biellettes 61 permet le mouvement du support 60 et de la buse N dans un plan transversal ou perpendiculaire au mouvement vertical.
Grâce à cette disposition, la buse N aura à la fois un mouvement vertical et un mouvement horizontal, tout en conservant constamment la même position angulaire par rapport à la pla- que 10 , cette position étant déterminée par la position de la douille 54 sur le bras 50. Le gaz oxydant et le gaz combustible arrivant de la tête 57 passent par le raccord 58 et les tuyaux flexibles 63 et 64 , respectivement, aux conduits à gaz oxydant et combustible de la buse N.
La buse N est aussi partiellement supportée et guidée le long du bord de la plaque 10 par un galet ou guide 65 muni d'une jante en L dont la partie verticale 66 prend
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appui contre le bord de la plaque et dont la partie horizon- tale 67 repose sur la surface supérieure de la plaque. A la jonction des parties verticale et horizontale de la jante du galet, celui-ci présente une Creusure propre à maintenir la jante espacée du bord extrême de la plaque et à assurer ainsi un guidage exact de la buse N même lorsqu'elle rencon- tre de petites saillies au bord extrême de la plaque. Le galet 65 est incliné par rapport au plan vertical dans une direction allant en se rapprochant du bord de la plaque 10.
Grâce à cette disposition, ce galet tend naturellement à re- poser sur le bord de la plaque, pendant son mouvement par rapport à ce bord, de façon à maintenir l'extrémité de la buse N à une distance constante de la surface du bord.
Le galet tourne fou, en 68 ,sur l'extrémité inférieure d'un support vertical 69 .portant à son extré- mité supérieure une douille 70 qui esmontée sur une des branches d'une barre coudée 71 et fixée à cette branche par une vis de blocage 72. Cet Le disposition permet de régler la position angulaire et axiale du support 69 sur une des branchede la barre coudée 71. L'autre branche de cette barre traverse une ouverture d'un bloc 73 et est clave- tée dans cette ouverture, en 74 (fig. 12) , de telle maniè- re qu'elle ne puisse se mouvoir que dans la direction axiale de ladite ouverture. La barre coudée 71 est maintenue dans sa position de réglage par une vis de blocage 75.
Le bloc 73 est monté librement sur un arbre 76 auquel il est fixé par un dispositif élastique comprenant un ressort de torsion 77 enroulé autour d'un mandrin 78 cla- veté en 79 sur l'arbre 76 . Ce mandrin prend appui contre le
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bloc 73 et est maintenu en position pur une vis de bloca- ge 80. L'extrémité externe du ressorte est fixée en 81 à l'extrémité externe du mandrin 78 , comme représenté dans la fig. 10, son extrémité interne étant destinée à être engagée dans l'une quelconque d'une série d'ouvertures pratiquées sur la face latérale du bloc 73.
On peut aisément régler la tension du ressort 77 en changeant la position de son extré- mité interne et fixer celle-ci au bloc 73 par une vis de blo- cage 82 qu'on peut ajuster dans l'une quelconque d'une série d'ouvertures 83 qui sont pratiquées sur la surface périphé- rique du bloc 73 et qui communiquent avec celles pratiquées sur la face latérale dudit bloc.
Un bloc de fixation 84 est aussi monté fou sur l'arbre 76. La partie avant de ce bloc est fourchue et pré- sente une ouverture destinée à recevoir un boulon 85 servant à assujettir le bloc 84 au bord supérieur du support 60, comme représenté dans la figure 10. Le mouvement angulaire du bloc 84 par rapport au support 60 est empêché par une vis de blocage 86 traversant des trous taraudés des bras de la partie fourchue du bloc 84.
Une vis 87 servant à régler la position en hauteur de la buse N traverse une ouverture d'une saillie 88 du bloc 84 et prend appui par son extrémité contre une saillie pé- riphérique d'une came 89 fixée à l'arbre 76 comme repré- senté dans la figure 13. Lorsqu'on fait mouvoir la vis de réglage 87, aucun mouvement angulaire ne peut être communiqué au bloc 84 et au support 60 auquel est fixée la buse N par- ce que, ainsi qu'il a été dit plus haut, la position angulaire
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de la buse N par rapport à la plaque 10 dépend uniquement de la position de la douille 54 La position en hauteur de la buse N peut toutefois être réglée à l'aide de la vis 87.
Quand on fait mouvoir la vis 87 vers la droite, en regardant les figures 9, 10 et 13, la came 89 et l'ar- bre 76 tournent dans le sens dextrogyre . Ce mouvement dex- trogyre de l'arbre 76 augmente l'angle de la barre coudée 71 par rapport à la surface de la plaque 10 et fait mouvoir le galet 65 vers la gauche. Comme le support 59 occupe une position fixe, l'arbre 76 se meut vers le haut sous l'in- fluence du mouvement angulaire de la barre coudée 71 et du mouvement horizontal du galet 65 ,et cet arbre entraîne dans son mouvement d'élévation le bloc 84 , le support mobi- le 60 et la buse N.
Inversement, lorsqu'on fait mouvoir la vis 87 vers la gauche, la came 89 et l'arbre 76 tournent dans le sens lévogyre sous l'influence du poids de l'appareil. Oe mou- vement lévogyre de l'arbre 76 diminue l'angle de la 'barre coudée 71 par rapport à la surface de la plaque 10 et fait mouvoir le galet 65 vers la droite. Comme le support 59 est fixe, l'arbre 76 descend sous l'influence du mouvement angulaire de la barre coudée 71 et du mouvement horizontal du galet 65 en entraînant le bloc 84, le support mobile 60 et la buse N vers le bas.
Pour limiter la rotation lévogy- re de l'arbre 76, et par suite le niveau le plus bas de la buse N, le bloc 73 est muni d'un élément saillant 90 dont l'extrémité est placée sur le trajet d'une saillie 91 fixée à la périphérie de la came 89 comme on le voit dans les fi-
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gures 12 et 13.
Dans un appareil construit plus simplement, le oloc 73 peut être fixé directement à l'arbre 76. Une liai- son élastique entre le bloc 73 et l'arbre 76 est toutefois préférable pour permettre à la buse N d'être abaissée, lors- qu'on le désire, en exerçant simplement une poussée sur l'un quelconque ou chacun des blocs 73 et 84 .
La tringlerie à parallélogramme articulé M peut etre sollicitée de toute manière convenable pour assurer le maintien de la partie verticale 66 de la jante du galet 65 contre le bord de la plaque 10 . Comme représenté dans les figures 9 et 11, des plaquettes 92 et s'étendant vers le bas peuvent être supportées dans le même plan ho- rizontal sensiblement aux extrémités opposées des deux biellettes 62. Une tige 94 passe librement à travers une ouverture de la plaquette 93 et est fixée en 95 à la pla- quette 92. La tringlerie M est solicitée vers le bord de la plaqué 10 par un ressort à boudin 96 enroulé autour de la tige 94 et reposant par ses extrémités sur la plaquette, d'une part, et sur un écrou 97 vissé sur une partie filetée de la tige, d'autre part .
Il est facile de régler la tension du ressort 96 en vissant l'écrou 97 de façon à le rapprocher ou l'éloigner de la plaquette 93.
Le fonctionnement de l'appareil représenté est essentiellement le suivant: - On supposera que le bras porte- galet 69 occupe sur la brancne correspondante de la barre cou- dée 71 une position telle que l'extrémité de la buse N se trouve à la distance minimum du bord de la plaque 10, que la position de barre coudée 71 a été réglée longitudinalement
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dans le bloc 73; que la douille 54 a étéréglée de telle sorte que la buse N fait l'angle voulu avec le bord de la plaque 10; que la buse N a été placée au niveau désiré par la rotation de la vis de réglage 87; et que l'appareil occupe une position telle que la buse N se trouve près d'une des extrémités de la plaque 10.
Dans ces conditions, on abaisse la buse N de façon que son extrémité soit amenée au droit de la surface inférieu- re de la plaque 10. Il suffit à cet effet d'appuyer sur les blocs 73 et 84 , la liaison élastique entre le bloc 73 et l'arbre 87 permettant ce mouvement. Du gaz combustible pro- venant d'une source d'alimentation convenable est alors admis à la buse N par le tube 64 et la tête 57. Ce gaz ayant été allumé, la surface est portée à une température élevée. On peut alors relever graduellement la buse N en diminuant la pression exercée sur les blocs 73 et 84. Pendant ce mouve- ment, une bande étroite du bord de la plaque s'échauffe suf- fisamment pour qu'il se constitue sur elle une pellicule su- perficielle à l'état liquide.
Lorsque la buse N a été amenée à la position ini- tialement réglée, du gaz oxydant provenant d'une source d'alimentation convenable est admis au bec 30 par le tube 63 et la tête 57. Une coupe ayant été amorcée, on fait mou= voir le chariot (non représenté) , dont descend le bras por- te-chalumeau 50 par rapport à la plaque 10 placée horizonta- lement, le long du bord qu'on se propose d'usiner au chalu- me au .
Les jets de gaz oxydant sortant des orifices 39 et 40 de la buse fondent et oxydent alors le métal superficiel,
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et ce métal oxydé et fondu est chasse en avant et sur le coté du bord de la plaque, d'une manière précédemment dé- crite, pour produire le contour désiré de la surface.
Comme les parties mobiles de l'appareil, y com- pris le support 60 , le bloc 84, la barre coudée 71 et le guide 65 , sont; sollicitées vers le bord de la plaque 10 par le ressort 97, les irrégularités que la surface dudit bord sont susceptibles de présenter ont pour effet de fai- re mouvoir ces parties mobiles ; et ce mouvement provoque un mouvement correspondant de la buse N pendant qu'elle avan- ce par rapport à la plaque. Toutefois, en raison de la trin- glerie M, cette buse occupera toujours sa position réglée pendant toute la durée de l'opération d'enlèvement de mé- tal.
De même, les irrégularités que la surface supérieure de la plaque 10 est susceptible de présenter font mouvoir le porte-galet 69 et d'autres pièces mobiles de façon à amener la buse N à sa position réglée et à l'y maintenir, de sorte que la partie non découpée 13 reçoit une hauteur constante sur toute la longueur du bord de la plaque.
-- On voit par ce qui précède que la présente invention offre un procédé perfectionné d'enlèvement de métal permet- tant d'obtenir une surface qui possède un contour prédéter- miné. Bien que, dans la plupart des cas, le contour dé- siré de la surface puisse être obtenu en une seule passe des jets de gaz oxydant, il est possible, sans sortir du cadre de l'invention, d'exécuter des coupes avec plusieurs passes des jets de gaz oxydant par rapport à un corps mé- tallique.
Le présent procédé d'oxy-coupage est en particu-
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lier avantageusement applicable à la préparation des bords de plaques métalliques relativement épaisses destinées à être soudées. La surface finie, usinée au chalumeau de la façon décrite, est revêtue d'une très mince couche d'oxydes de fer après que l'oxyde magnétique libre a été enlevé de la surface, et il existe au-dessous de cette pellicule d'oxydes une mince couche de métal dont la teneur en carbone est plus grande que celle que possédait le métal primitif avant l'opération d'usinage.
De cette manière, la surface usinée est préparée et améliorée de telle sorte que la sou- dure subséquente de deux plaques présentant des surfaces de ce genre est grandement facilitée; et le joint soudé résul- tant est supérieur, du point de vue de la résistance mécani- que et de l'uniformité, aux joints établis jusqu'à ce jour dans ce domaine de la soudure.
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PATENT OF INVENTION METHOD AND APPARATUS FOR SHAPING THE SURFACE OF A METAL PART ".
@ Oette invention relates to an improved method and apparatus for removing metal from the surface of a metal body by simultaneously and progressively projecting a series of jets of oxidizing gas onto successive parts of such a surface; and more particularly to a method and apparatus for producing shaped surfaces having a predetermined contour.
To initiate a machining operation by "oxycutting" or metal removal using a torch flame, a portion of a surface is heated enough to
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create a liquid surface film of molten metal.
When a jet of oxidizing gas is projected onto such a liquid film, it tends to spread over a surface area which is subject to the influence of the jet of oxidizing gas. This liquid film, or pool, which comprises a mixture of molten metal and oxidized metal, is considered essential to allow the jet of oxidizing gas to penetrate the metal so as to melt and oxidize it. The heat of reaction which results from the oxidation of the molten metal heats the metal in front of the jet of oxidizing gas, so that as this jet of gas is gradually applied along the surface, a liquid surface film is formed. constantly forms in the place of the ones on which this jet acts.
Observation and study of oxy-cutting operations indicate that the liquid surface film is essential for maintaining a cut and continuously removing metal from successive parts of a surface.
According to the invention, surfaces having a predetermined contour are created by oxy-cutting by determining the shape of the liquid surface film and the way in which it is generated on the successive surface parts. from which metal must be removed. In the present invention, a series of oxidizing gas jets are used to determine and maintain a single liquid surface film, one of which is projected onto an area behind another preceding one. the jet envisioned to create the desired cut, in a single pass of the gas jets against the metal surface.
By this process, one can create surfaces having a predetermined contour, which are exception-
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nally smooth and which do not have rough parts delimiting the separating action of the individual oxidizing gas jets. This invention therefore provides a method of removing heated surface metal for surface shaping of a metal body in which a series of jets of oxidizing gas are applied progressively over and at various points along the length of the body. this surface in order to remove a layer of superficial metal therefrom, this process being characterized by the fact that the second of the gas jets is applied in substance concurrently with the first to act on the superficial parts which have just been set. naked by the first of said jets.
The invention further comprises an improved torch nozzle having at least two oxidant gas conduits for ejecting a series of independent oxidant gas jets.
A further object of the invention is an apparatus for carrying out the present method, said apparatus comprising a mobile device established so as to support - at least partially -, guide and move the body. one with respect to the other the device serving to project the jets of oxidizing gas and the metal body.
In the accompanying drawings:
Fig. 1 schematically shows one way of putting the invention into practice, in which two jets of oxidizing gas projected onto the edge of a metallic body co-operate to produce an even cut.
Fig. 2 is a section taken along line 2-2 of FIG. 1 and more clearly shows the created contour of the surface.
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Fig. 3 is a view similar to FIG. 1 and schematically represents the action of two jets of oxidizing gas which cooperate to produce a section whose contour differs from that of FIG. 1.
Fig. 4 is a section taken along line 4-4 of FIG.
3 and shows more clearly the type of cut obtained.
Fig. 5 is a perspective view of the metal body of FIG. 1, showing more clearly how the metal is removed to produce the cut.
Fig. 6 shows in section a torch steam produced according to the invention, this section being taken by line 6-6 of FIG. 7.
Fig. 7 is an end view of the nozzle, looking at line 7-7 of FIG. 6.
Fig. 8 is a section of the nozzle taken along line 8-8 of FIG. 7.
Fig. 9 is a side view of an apparatus established according to the invention, this apparatus being provided with the nozzle shown in FIGS. 6 and 7 to create sections of the type shown in FIG. 2.
Fig. 10 is a plan view of the apparatus of fig 9.
Fig. 11 is a section taken on line 11-11 of FIG. 9.
Fig. 12 is an end view of the apparatus of FIGS. 9 and 10, looking from the end of the nozzle.
Fig. 13 is a section taken along line 13-13 of FIG. 12.
We know that the removal of metal, in operations
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rations of machining by flame, or oxycutting, is carried out by means of a liquid film and that, consequently, any predetermined surface contour can be created by applying the jets of oxidizing gas from a proper manner to adjust the shape and dimensions of the liquid surface film and the way it is formed at the location of successive parts of the surface. The time during which any given point is subjected to a cutting action or influence depends on the speed of movement imparted to the gas jets and the size and shape of the liquid surface film generated by and subjected to the action of the gas jets. jets of oxidizing gas.
Further, the amount of metal removed depends on the amount of oxidizing gas supplied to the liquid surface film, or pool, along successive portions of the surface.
The principles of this invention have been successfully achieved in practice by gradually projecting one or more jets of oxidizing gas onto the heated surface metal and projecting a jet of auxiliary oxidizing gas onto an area of the metal surface located at the bottom. rear of the first-mentioned gas jets, the rear gas jet being applied in such a way that it tends to blend or unite with one or more of the preceding gas jets. Such a jet of auxiliary gas can be projected on parts of the surface onto which the previous jets of gas are projected as well as on parts of the surface which are adjacent to the surfaces on which these previous jets are projected.
In some cases, we communicate with the gas jet
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auxiliary oxidizing the desired direction by projecting this jet directly in the desired direction; in other cases, the desired direction can be obtained by projecting the jet in such a way that it is deflected by the metal surface and then acquires the desired direction. When the auxiliary jet effects the final metal removal, it is in many cases advantageous that this gas jet has a direction such that it substantially licks the surface of the finished cut. In addition to the proper direction of the jet of auxiliary gas, the speed of this jet is preferably sufficient to force and force the removed metal substantially across and in contact with the surface of the finished cut.
The type of cut made depends on the direction in which the jets of oxidizing gas meet a surface. When using two jets of oxidizing gas, for example, the jet performing the first metal removal meets the surface at the desired angle and direction.
The direction of the second ply and the angle it makes with the surface are then determined to create a cut suitable for constituting the desired finished surface contour. Thus, the way in which the jets cooperate or merge into each other can be regulated so as to determine the shape of the liquid surface film, and the way in which it is generated on the various successive parts of the surface of the liquid. piece, to form exactly the desired cut.
In oxy-cutting or torch machining operations it has generally been common practice to use
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A nozzle having a single circular exhaust port, or extension, to provide a jet of oxidizing gas, and the present oxy-cutting process can advantageously be carried out by the application of a series of nozzles of this kind. By varying the shape of one or more of the exhaust ports of the nozzles used, it is easy to modify the outline of a cut. As a replacement for several independent nozzles, it may be preferable, in some cases, to use a single nozzle having a series of exhaust ports which are capable of providing jets of oxidizing gas capable of cooperating to create a cut. smooth of the desired contour.
In fig. 1 and 2 is schematically shown one way of practicing the above-described method of flame machining to create a smooth surface of predetermined contour. The outline shown at the edge of the plate 10 in FIG. 2 is particularly suitable for the electric welding of two such plates. Note that part 11 of the edge surface has a small radius of curvature and that part 12 descends from this point along a substantially straight line which forms an angle with the primitive edge or uncut part 13 When two such plates are placed edge to edge, the edges of which have such a superficial contour, a U-shaped groove is obtained into which a welding electrode can be inserted, the fusion end being placed near the bottom. of the groove.
This allows an arc to be established between the bottom of the groove and the end of the electrode rather than between the side walls of the groove and the electrode and obtains.
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thus end a healthy and firm weld deposit.
To establish a section creating the surface indicated at 11 and 12 in fig. 2, a series of oxidizing gas jets are used. As shown schematically, two jets of oxidizing gas a and b can be projected through the orifices 14 and 15 of a nozzle 16. In this particular application of the invention, the nozzle 16 makes a fairly acute angle with the edge 13, in a direction such that the removed metal is forced forward and to the side of the cut as the cut is made,
The jet of oxidizing gas b is projected in such a way that it effects the first removal of metal from the plate 10 at the edge of this slap. As shown in fig. 1, this jet b hits the surface about a third of the way from the top surface of the plate 10.
Assuming that the metal of the surface has been heated enough to form a liquid surface film on that surface, the melting and oxidation takes place immediately and the metal is driven off as slag towards the water. before and to the side of the cut, at various points along the length of the surface, by the force of the jet of oxidizing gas.
The jet of oxidizing gas α is projected onto the surface of the plate 10 at a point adjacent to the uncut portion 13 of this surface. This jet a is intended to meet the edge at an acute angle greater than the jet b, so that it performs the last metal removal as successive parts of its surface are removed in the direction indicated by the arrow c. When the jet has
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strikes the surface of the edge of the plate 10, this jet creates a curved part 11 of small radius of curvature. It is then deflected by this curved part 11 created by it, passes under the gas jet b and moves across and in contact with the surface of the edge of the plate 10.
Passing over the lower part of the surface of the edge of the plate 10, the jet a tends to merge with the gas jet b and co-operates with the latter to remove a further quantity of surface metal from the lower parts of the plate. edge surface. In order for the portion 12 of the cup to be substantially straight, as shown, the jet velocity a is sufficient to sweep the entire surface of the finished cup produced.
The action of the oxidant gas jets a and b during a metal removal operation is clearly shown in fig. 5. As the cut progresses, jet b performs the initial removal of metal from a portion of surface d running from the dotted line shown at 18 in point 19. Directly behind jet b, the jet a removes part of the surface e going from point 20 to dotted line 18. It follows that the jet a performs a complete removal of surface metal over the entire edge so that the cut obtained is exceptionally regular and does not have any rough parts delimiting the separate actions of the two jets a and b.
A section having in section a contour such as that shown in FIG. 2 can be obtained when the orifice 14 which ejects the gas jet has a rectangular shape and the orifice 15 which ejects the gas jet b is substantially circular.
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As mentioned previously, the shape of the contour obtained can be varied by the application of gas jets which are ejected through orifices of different shapes of one or more nozzles. To produce the cut shown at the surface of the edge of a plate 10 'in FIG. 4, for example, one can use two gas jets f and which are projected through circular orifices 22 and 23 of a nozzle 24. The action of these jets f and is the same as that of the jets a and b described below. above, and it is therefore not necessary to return to this point.
Note, however, that although the gas jets merge into each other and cooperate to produce a smooth double curvature cut, the velocity of the gas jet backs off! which effects the final metal removal is such that the desired protrusion 25 is obtained at the lower end of the cup 26.
In oxy-cutting operations, it is generally advantageous to preheat the surface metal to an elevated temperature so that the surface film-liquid readily forms when the jets of oxidizing gas are moved relative to the surfaces. , and this can be done in any suitable manner. For example, an electric arc can be used to preheat the surface metal to a high temperature or first heat to a high temperature the metal body from which surface metal is to be removed, for example in a furnace. It has been found that it is preferable to preheat successive metal parts of the surface to an elevated temperature by high temperature heating flames prior to application.
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jets of oxidizing gas.
This can be achieved in an efficient manner by providing in each nozzle a series of orifices to provide high temperature heating flames. As shown in fig. 2 and 4, for example, the nozzles 16 and 24 are provided respectively with a series of orifices 27 and 28 intended to eject a combustible gas suitable for supplying the heating flames.
In the particular application of this invention which has been shown in Figs. 1 and 2, the heating flames strike the surface of the edge of the plate 10 at substantially the same point as the jet of oxidizing gas a.
To initiate a cut, the heating flames are first projected onto the surface of the metal and, when the metal has been heated enough to form a liquid surface film, the jets of oxidizing gas a and b are projected onto the metal. area. As the liquid surface film is formed at the location of the part of the surface onto which the gas jet is projected, this film spreads out and covers approximately the area of the surface metal subjected to the pressure. influence of said jet, and the oxidizing gas penetrates effectively into the surface metal to cause its fusion and oxidation.
The heat of reaction which results from the oxidation of the molten metal heats the metal located directly in front of the jet a and, as this metal is subjected to the influence of the jet b, the liquid surface film generated tends to spread over the jet. zone subjected to the influence of this second gas jet. The fusion and oxidation of the surface metal on which the jet of gas b is projected then take place and, when a cut a
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thus initiated, the reaction value which results from the oxidation of the surface metal produces a liquid surface film directly in front of the advancing gas jet b to allow the continuation of an initiated cut.
The molten and oxidized metal which is removed by the gas jet and driven forward moves in contact with the parts of the surface on which the jet b is projected.
Likewise, the metal removed and driven by the jet b moves in contact with the parts of the surface onto which this jet is subsequently projected. This molten and oxidized metal also serves to preheat the surface metal and is an important factor in the production and maintenance of the liquid surface film on the metal surface.
The heat of reaction resulting from the fusion and oxidation of the surface metal by the gas jet b, as well as the preheating produced by the molten and oxidized metal which was previously displaced in contact with this surface metal, @ increase the temperature of the base metal and elevates it to a value much higher than the normal value. This base metal could in a way be considered as overheated. As the gas jet b leaves the base metal at an extremely high temperature, the gas jet a which is behind the jet b penetrates very effectively into the base metal to subject the metal. superficial to further oxidation.
In the pre-
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In this application, the rear gas jet is projected almost instantaneously onto the heated metal before heat from the surface metal has had a chance to be conducted within the plate and away from the surface.
After each cut has been initiated and is in progress, the supply of fuel gas to the heater flames may be partially or completely discontinued in some cases for gas saving. This is possible due to the fact that the oxidized metal or slag driven forward and continuously is heated by its combustion with oxygen and usually has sufficient heat to raise to a temperature. high the parts of the metal from the surface on which it passes, these parts then being subjected to the influence of the jets of oxidizing gas.
In many cases, however, it is desirable to apply heating flames throughout the duration of an oxy-cutting operation so as to remove a greater amount of surface metal per cubic meter of gas. oxidant. The metal removed and driven forward or to the side of the cut as it is made is reduced substantially to a loose granular state.
Although the invention is not limited to the indications given below, the torch machining by the method described above has been successfully carried out in practice with speeds of the oxidizing gas varying from 60 to 300 meters per second. . However, in most
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In applications, the pressure of the oxidizing gas is adjusted to produce a jet of oxidizing gas having a velocity of 165 to 225 meters per second. These oxidizing gas velocities are the calculated velocities of the gas exiting the nozzles, based on this assumption that a measured quantity of gas sprayed in a given time has a temperature of 210 and is at atmospheric pressure.
Although several independent nozzles can be used to provide a series of jets of oxidizing gas, it is particularly desirable in many cases to make cuts with a single nozzle having a series of exhaust ports. A nozzle construction particularly suitable for making cuts of the type shown in FIG. 2 is shown in fig. 6, 7 and 8.
In fig. 6, the nozzle N established according to the invention may have a shoulder 30 at its inner end. An externally threaded fixing nut 31, disposed around this nozzle and bearing against the shoulder 30, is provided to fix the nozzle to a torch head or fitting so that the conical seats 32 and 33 engage and constitute hermetic seals with like spans of the torch head which supplies the nozzle with oxidizing gas, such as oxygen or a mixture of oxygen and air, and with combustible gas, such as a mixture of oxygen and acetylene.
The outer wall of the nozzle is pierced longitudinally with a group of conduits 34 which are spaced substantially equal distances apart and run from the inlet end 35.
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at the exhaust end 36. The fuel gas arriving from the torch head passes through the conduits 34, the cross section of which is reduced at the outer or exhaust end of the nozzle. An oxidizing gas conduit 37, having an inlet port 38 which communicates with an exhaust port of the torch head, runs in the longitudinal direction of the nozzle and terminates a short distance from its end. . From the outer or outlet end of conduit 37, two separate gas conduits 39 and 40 terminate at the ejection end 36 of the nozzle.
The oxidizing gas which passes through the conduit 37 is consequently diverted towards the conduits 39 and 40 to form two jets of oxidizing gas. If it is deemed necessary to use more than two jets of oxidant gas, the nozzle can be provided with more conduits at the ejection end to achieve the desired number of jets of oxidant gas.
The directions in which jets of oxidizing gas are ejected and projected onto a metal surface depend on the particular contour desired for the surface. In the present embodiment, to obtain the outline of FIG. 2, there is provided a circular gas duct 40 which is inclined relative to the duct 37 in a direction away from the rectangular duct 39, as shown in the axial vertical section of FIG. 6. The rectangular duct 39 is also inclined with respect to the concentric duct 37 in a plane transverse or perpendicular to the vertical plane of FIG. 6, and its exhaust port is offset laterally with respect to that of the duct 40, as
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shown in fig. 8.
When the nozzle N makes an acute angle with the surface of a metal body from which metal is to be removed, the gas pipe 22. is inclined towards that surface. By virtue of this arrangement, the jet of oxidizing gas ejected by the conduit 39 strikes the surface at a point which is closer to the ejection face 36 of the nozzle than the point on this surface encountered by the jet of ejected gas. through line 40. To allow the jet of gas ejected from the rectangular duct 39 to meet the surface at the smallest possible distance in front of the nozzle, the duct 39 is formed such that these side walls converge, as shown in fig. 8.
This results in a gas jet which widens laterally immediately after exiting from conduit 39, so that it is actually used to produce part 11 of the cup shown in FIG.
2, which part should preferably have a small radius of curvature to provide the desired contour of the surface in this particular case. To allow the nozzle to be placed with its end as close as possible to the surface of a metal body, the ejecting end of this nozzle is inclined as shown at 41. This allows the nozzle to move. be placed at the minimum distance from the metal body and, at the same time, ensure sufficient play to move the nozzle relative to the surface.
In fig. 9 to 13 inclusive, there is shown an apparatus established according to the invention and in which the nozzle shown in FIGS. 6, 7 and 8 can advantageously be
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used to constitute the contour shown in fig.
2.
In order to move the nozzle N relative to the surface of the edge of the plate 10, a controlled carriage (not shown) can be used. This carriage can be driven on the upper surface of the plate 10 and guided by a rail mounted on this plate. To this carriage can be attached an arm extending beyond the edge of the plate and on which can be mounted a torch holder arm 50 (Fig. 9) extending downward. On the arm 50 pivots, at 51, a bracket 52 on which pivots, on the other hand, at 53, a sleeve 54 partially supporting the device, as will be described below.
As the swivel joint provided at 51 allows angular adjustment to be made in a vertical plane, and since the swivel joint provided at 53 allows angular adjustment in a plane perpendicular to the vertical plane, it is possible give the socket any desired position.
In order to allow the operator to quickly carry out the positioning of the sleeve 54, graduated scales 55 and 56 are provided at the location of the pivoting joints 51 and 53, respectively,
In this apparatus, the position of the socket determines the exact angle at which the jets of oxidizing gas ejected from the nozzle N meet the surface of the edge of the plate 10. It is desirable that the nozzle N be held in its position. position set during an entire metal removal operation, and at the same time to allow movement of the nozzle when it encounters irregularities on the edge surface. By allowing this movement of the nozzle, its
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end will always remain in the correct position to produce an even cut.
This is achieved by providing a flexible connection, such as an articulated parallelogram linkage M, to partially support the nozzle N on a head 57 mounted in the socket 54.
On the outer end of the head 57 is screwed a connector 58 to which is rigidly fixed a support 59. The linkage M comprises the fixed support 59, a movable support 60 to which the nozzle N is detachably attached, small connecting rods. 61 articulated by one of their ends to the supports 59. and 60 and rods 62 articulated by their free end to the small rods 61. The swivel joint between the small rods 61 and the supports 59 and 60 allows vertical movement of the extreme support 60 and the nozzle N fixed to this support; and the swivel joint between the links 62 and the small links 61 allows movement of the support 60 and the nozzle N in a plane transverse or perpendicular to the vertical movement.
Thanks to this arrangement, the nozzle N will have both a vertical movement and a horizontal movement, while constantly maintaining the same angular position with respect to the plate 10, this position being determined by the position of the socket 54 on the arm 50. The oxidizing gas and the fuel gas arriving from the head 57 pass through the fitting 58 and the flexible pipes 63 and 64, respectively, to the oxidizing and fuel gas conduits of the nozzle N.
The nozzle N is also partially supported and guided along the edge of the plate 10 by a roller or guide 65 provided with an L-shaped rim whose vertical part 66 takes
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bearing against the edge of the plate and whose horizontal part 67 rests on the upper surface of the plate. At the junction of the vertical and horizontal parts of the rim of the roller, the latter has a hollow suitable for keeping the rim spaced from the extreme edge of the plate and thus ensuring exact guidance of the nozzle N even when it meets. small protrusions at the extreme edge of the plate. The roller 65 is inclined with respect to the vertical plane in a direction approaching the edge of the plate 10.
Thanks to this arrangement, this roller naturally tends to rest on the edge of the plate, during its movement with respect to this edge, so as to keep the end of the nozzle N at a constant distance from the surface of the edge.
The roller turns idle, at 68, on the lower end of a vertical support 69 carrying at its upper end a bush 70 which is mounted on one of the branches of a bent bar 71 and fixed to this branch by a screw blocking 72. This arrangement makes it possible to adjust the angular and axial position of the support 69 on one of the branches of the bent bar 71. The other branch of this bar passes through an opening of a block 73 and is keyed in this opening , at 74 (fig. 12), in such a way that it can only move in the axial direction of said opening. The angled bar 71 is held in its adjustment position by a locking screw 75.
The block 73 is freely mounted on a shaft 76 to which it is fixed by an elastic device comprising a torsion spring 77 wound around a mandrel 78 keyed at 79 on the shaft 76. This mandrel rests against the
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block 73 and is held in position by a set screw 80. The outer end of the spring is attached at 81 to the outer end of the mandrel 78, as shown in FIG. 10, its internal end being intended to be engaged in any one of a series of openings made on the lateral face of the block 73.
The tension of the spring 77 can be easily adjusted by changing the position of its internal end and fixed to the block 73 by a locking screw 82 which can be adjusted in any of a series of openings 83 which are made on the peripheral surface of the block 73 and which communicate with those made on the lateral face of said block.
A fixing block 84 is also mounted loose on the shaft 76. The front part of this block is forked and has an opening for receiving a bolt 85 for securing the block 84 to the upper edge of the support 60, as shown. in Figure 10. Angular movement of block 84 relative to support 60 is prevented by a locking screw 86 passing through tapped holes in the arms of the forked portion of block 84.
A screw 87 serving to adjust the height position of the nozzle N passes through an opening of a projection 88 of the block 84 and bears at its end against a peripheral projection of a cam 89 fixed to the shaft 76 as shown. - shown in figure 13. When the adjustment screw 87 is made to move, no angular movement can be communicated to the block 84 and to the support 60 to which the nozzle N is fixed because, as has been said higher, the angular position
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of the nozzle N in relation to the plate 10 depends only on the position of the sleeve 54 The height position of the nozzle N can however be adjusted using the screw 87.
When the screw 87 is moved to the right, looking at Figures 9, 10 and 13, the cam 89 and the shaft 76 rotate in the dextrorotatory direction. This dextrorotatory movement of the shaft 76 increases the angle of the bent bar 71 with respect to the surface of the plate 10 and causes the roller 65 to move to the left. As the support 59 occupies a fixed position, the shaft 76 moves upwards under the influence of the angular movement of the bent bar 71 and of the horizontal movement of the roller 65, and this shaft drives in its upward movement the block 84, the movable support 60 and the nozzle N.
Conversely, when the screw 87 is moved to the left, the cam 89 and the shaft 76 rotate in the levorotatory direction under the influence of the weight of the apparatus. The levorotatory movement of shaft 76 decreases the angle of elbow bar 71 with respect to the surface of plate 10 and causes roller 65 to move to the right. As the support 59 is fixed, the shaft 76 descends under the influence of the angular movement of the bent bar 71 and of the horizontal movement of the roller 65, driving the block 84, the movable support 60 and the nozzle N downwards.
In order to limit the levorotatory rotation of the shaft 76, and therefore the lowest level of the nozzle N, the block 73 is provided with a projecting element 90, the end of which is placed in the path of a projection. 91 attached to the periphery of the cam 89 as seen in the figures
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gures 12 and 13.
In a more simply constructed apparatus, the oloc 73 may be attached directly to the shaft 76. A resilient connection between the block 73 and the shaft 76 is, however, preferable to allow the nozzle N to be lowered, when. as desired, by simply exerting a thrust on any one or each of the blocks 73 and 84.
The articulated parallelogram linkage M can be requested in any suitable manner to ensure the maintenance of the vertical part 66 of the rim of the roller 65 against the edge of the plate 10. As shown in Figures 9 and 11, downwardly extending pads 92 and may be supported in the same horizontal plane at substantially opposite ends of the two links 62. A rod 94 passes freely through an opening in the pad. 93 and is fixed at 95 to the plate 92. The linkage M is urged towards the edge of the plate 10 by a coil spring 96 wound around the rod 94 and resting by its ends on the plate, on the one hand , and on a nut 97 screwed onto a threaded part of the rod, on the other hand.
It is easy to adjust the tension of the spring 96 by screwing the nut 97 so as to bring it closer or further away from the plate 93.
The operation of the apparatus shown is essentially the following: - It will be assumed that the roller-carrying arm 69 occupies on the corresponding branch of the bent bar 71 a position such that the end of the nozzle N is at the distance minimum of the edge of the plate 10, that the angled bar position 71 has been adjusted longitudinally
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in block 73; that the socket 54 has been adjusted so that the nozzle N makes the desired angle with the edge of the plate 10; that the nozzle N has been placed at the desired level by the rotation of the adjustment screw 87; and that the apparatus occupies a position such that the nozzle N is located near one end of the plate 10.
Under these conditions, the nozzle N is lowered so that its end is brought in line with the lower surface of the plate 10. For this purpose, it suffices to press on the blocks 73 and 84, the elastic connection between the block. 73 and the shaft 87 allowing this movement. Combustible gas from a suitable power source is then admitted to the nozzle N through the tube 64 and the head 57. This gas having been ignited, the surface is brought to a high temperature. We can then gradually raise the nozzle N by reducing the pressure exerted on the blocks 73 and 84. During this movement, a narrow strip of the edge of the plate heats up enough to form a film on it. superficial in the liquid state.
When nozzle N has been brought to the initially set position, oxidizing gas from a suitable power source is admitted to nozzle 30 through tube 63 and head 57. A cut having been initiated, slack is made. = see the carriage (not shown), from which the torch-carrying arm 50 descends with respect to the plate 10 placed horizontally, along the edge which it is proposed to machine with heat.
The jets of oxidizing gas leaving the orifices 39 and 40 of the nozzle melt and then oxidize the surface metal,
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and this oxidized and molten metal is driven forward and to the side of the edge of the plate, in a manner previously described, to produce the desired contour of the surface.
Like the movable parts of the apparatus, including the support 60, the block 84, the angled bar 71 and the guide 65, are; urged towards the edge of the plate 10 by the spring 97, the irregularities which the surface of said edge are liable to exhibit have the effect of causing these mobile parts to move; and this movement causes a corresponding movement of the nozzle N as it advances relative to the plate. However, due to the M linkage, this nozzle will always occupy its adjusted position for the duration of the metal removal operation.
Likewise, the irregularities which the upper surface of the plate 10 is liable to exhibit cause the roller holder 69 and other moving parts to move so as to bring the nozzle N to its adjusted position and to keep it there, so that the uncut portion 13 receives a constant height over the entire length of the edge of the plate.
It will be seen from the foregoing that the present invention provides an improved method of removing metal making it possible to obtain a surface which has a predetermined contour. Although in most cases the desired contour of the surface can be obtained in a single pass of the oxidizing gas jets, it is possible, without departing from the scope of the invention, to make cuts with several. jets of oxidizing gas pass over a metallic body.
The present oxy-cutting process is in particular
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Binding advantageously applicable to the preparation of the edges of relatively thick metal plates intended to be welded. The finished surface, torch-machined as described, is coated with a very thin layer of iron oxides after the free magnetic oxide has been removed from the surface, and there is underneath this film of oxides a thin layer of metal having a carbon content greater than that possessed by the original metal before the machining operation.
In this way, the machined surface is prepared and improved so that the subsequent welding of two plates having such surfaces is greatly facilitated; and the resulting welded joint is superior in mechanical strength and uniformity to joints established to date in this field of welding.