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PERFECTIONNEMENTS AUX CHALUMEAUX COUPEURS.
La présente invention est relative aux chalumeaux coupeurs et se propose d'y apporter des perfectionnements, notamment en réalisant une disposition du bec permettant d'obtenir des coupes de même qualité qu'avec les chalumeaux coupeurs classiques,, mais présentant divers avantages appréciables qui ressortiront de la description qui suit.
Le coupage au moyen d'un chalumeau à gaz est bien connu et consiste à chauffer au moyen d'une flamme la zone à couper et à envoyer à l'endroit où doit se faire la coupe un jet d'oxygène qui, à la température élevée atteinte par le métal grâce au chauffage par la flamme, se combine au métal pour donner un oxyde fusibleo
La chaleur nécessaire pour entretenir la coupe une fois celle-ci amorcée est nettement inférieure à celle nécessaire pour amorcer la coupe ; en effet, il faut amener la pièce à couper depuis la température ambiante jusqu'à la température de coupe, tandis qu'une fois la coupe amorcée, les parties voisines à couper sont déjà préchauffées par le voisinage de la zone coupée et l'opération de coupe elle même se fait avec dégagement de chaleur.
Dans toutes les réalisations connues, un dispositif approprié apporte à la zone intéressée la chaleur nécessaire pour permettre la réaction d'oxydation et un dispositif judicieux permet d'envoyer à l'endroit choisi un jet d'oxygène de coupeo
Dans les chalumeaux coupeurs connus, le chauffage se fait au moyen de flammes, oxhydriques, oxyacétyléniques ou autres se formant à la sortie du bec du chalumeauo Généralement, dans le bec, une ouverture centrale permet d'envoyer un jet d'oxygène de coupe et cette ouverture est entourée d'une couronne par où sort ou sortent la ou les flammes de chauff ea Les circuits gazeux dans le chalumeau sont distincts, en ce sens qu'il existe un conduit particulier pour amener l'oxygène de coupe et un circuit pour alimenter le dispositif de chauffe.
Ce dernier circuit est lui-même double, en ce qu'il comprend un circuit d'amenée d'un gaz combustible et un circuit d'amenée de gaz comburant. Soit dans le corps du chalumeau proprement
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dit, soit dans la tête et même dans le bec ces deux circuits, celui pour le gaz combustible et celui pour le gaz comburant se réunissent dans un dispositif particulier assurant le mélange intime de ces deux gaz qui débouchent, en mélange à la sortie du bec où ils forment, en brûlante la ou les flammes de chauffe.
La composition du mélange intime des gaz combustible et comburant est fort importante et des dispositifs, parfois très compliqués, ont été proposés pour assurer un mélange intime et judicieusement dosé des deux gazo Les chalumeaux classiques sont munis de moyens, normalement des robinets à commande manuelle, pour le réglage du débit des gaz combustible et comburant. L'opération de coupe débute en ouvrant le conduit d'amenée du gaz combustible, ensuite en ouvrant le conduit du gaz comburant et en allumant à la sortie du bec le mélange qui brûle en donnant une flammée Cette flamme chauffe la pièce à couper au point où doit débuter la coupe et lorsque la température, dit d'amorçage, est atteinte? l'opérateur ouvre le-circuit indépendant d'oxygène de coupe et le coupage débute immédiatement.
Ce procédé de coupage et les chalumeaux connus et usuels donnent de très bons résultats, mais cependant ils présentent divers inconvé- nients, notamment : il est nécessaire, ainsi que dit plus haut, d'avoir un dispositif approprié pour assurer le mélange intime des gaz combustible et comburant et l'opérateur doit agir sur trois canalisations distinctes pour régler d'abord le dispositif de chauffage et ensuite le débit d'oxygène de coupe ; ensuite, un des inconvénients de ces chalumeaux classiques est la possibilité d'un retour de flamme se progageant dans le conduit véhiculant le mélange de gaz combustible et comburant.
Pour remédier aux conséquences des retours de flamme on a prévu divers dispositifs de sécurité qui se sont avérés efficaces, mais néanmoins, si ils empêchent bien la flamme de se propager au-delà dudit dispositif de sécurité, ils provoquent l'arrêt de la coupe en éteignant la flamme du chalumeau. Il faut donc, après chaque retour de flamme et arrêt de la propagation par le dispositif de sécurité, rallumer le chalumeau. Or les usagers n'ignorent pas que dans certaines opérations de coupage, les retours de flamme sont fréquents et obligent par conséquent à des interruptions répétées du travail pour permettre le réallumage du chalumeau.
Ces arrêts se traduisent par une perte de temps et par une qualité diminuée de la coupeo
La présente invention propose de réaliser un chalumeau coupeur conçu de manière telle que les retours de flamme soient impossibles et par conséquent, il devient inutile de prévoir des dispositifs particuliers de sécuritéo
Un autre objet de l'invention est de réaliser un chalumeau coupeur de construction robuste et simple, d'un réglage fort facile.
Enfin, un autre objet de l'invention est de réaliser un chalumeau coupeur de construction telle que les quantités de chaleur nécessaires à 1?amorçage d'une part et à la continuation de la coupe d'autre part soit aisément régléeso
En principe, le chalumeau coupeur conforme à l'invention est caractérisé en ce que le chauffage de la zone à couper est assuré par une ou des flammes produites par la combustion d'un gaz combustible non mélangé de comburant, débouchant à la sortie du bec du chalumeau et brûlant au moyen d'un gaz comburant, constitué par une partie de l'oxygène de coupe, débouchant également à la sortie du bec, au voisinage de la ou des ouvertures par où sort le gaz combustible Ce gaz combustible peut être un gaz combustible quelconque, tels que ceux utilisés généralement :
acétylène, hydrogène, butane, propane, etco Dans la suite de cette description on utilisera le terme acétylène pour désigner le gaz combustible, il reste cependant bien entendu que 1 invention n'est nullement limitée à l'emploi de ce gaz particulier.
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Pour brûler et donner la ou lesflammes de chauffe l'acétylène emprunte l'oxygène nécessaire au courant d'oxygène de coupe, le mélange se faisant à la sortie du bec, en dehors du chalumeau ; ondira, par opposition aux chalumeaux classiques décrits plus haut, qu'il s'agit ici d'un chalumeau coupeur sans mélange préalable, cette expression signifiant que le mélange des gaz combustible et comburant se fait à l'extérieur du chalumeau
Une telle conception évite totalement les retours de flamme;
en effet, il n'y a aucune canalisation véhiculant un mélange de gaz combus- tible et comburant et les flammes extérieures ne peuvent en caucun cas se propager à l'intérieur de l'un ou l'autre des conduits, ces derniers ne véhiculant jamais un mélange combustible-comburanto Il est donc absolument inutile de prévoir dans le chalumeau des dispositifs particuliers de sécurité, ce qui simplifié la construction et abaisse par conséquent le prix de revient, tout en augmentant la robustesse et en éliminant les risques de dé- térioration, de mauvais fonctionnement etcoooo
On a déjà proposé des chalumeaux coupeurs dans lesquels, des conduits distincts pour le gaz combustible et le gaz comburant véhiculent ces gaz jusqu'à la sortie du bec, mais ces chalumeaux étaient pourvus d'un bec semblable à celui illustré à la fige 1,
où un conduit d'oxygène de coupe débouche en 1 dans le fond d'une cuvette 2, tandis que le ou les conduits de gaz combustible débouchent en 3 dans le fond de cette même cuvette. Le mélange des gaz se fait dans la cuvette autour d'un filet central d'oxygène.
A l'expérience il est apparu que cette réalisation ne donnait pas de bons résultats ; notamment, on a constaté une très grande instabilité de la flamme qui s'éteint facilement lorsque les débits d'oxygène atteignent une certaine limite, dépendant des dimensions et de la forme de la cuvette ; tre part, il subsiste le danger d'avoir un retour d'oxygène dans le conduit d'acétylène, principalement lorsque la pression du jet d'oxygène de coupe augmente ou lorsque accidentellement l'opérateur approche trop l'extrémité du bec de l'ouvrage à couper.
Suivant la présente invention, les conduits d'acétylène et d'oxygène débouchent à l'extrémité du bec du chalumeau, non plus dans une cuvette, mais dans le plan de l'extrémité du beco En d'autres termes, pour garder la comparaison avec les chalumeaux à cuvette tels qu'illustrés à la figo 1, on dira ici qu'il existe une cuvette de hauteur nulleo A le suite d'essais nombreux, il est même apparu que l'on pouvait obtenir d'excellents résultats avec une cuvette de hauteur négative, c'est-à-dire avec l'orifice d'oxygène de coupe débouchant dans un plan dépassant celui où débouche le ou les conduits d'acétylène.
A la Figo 2 on a illustré un bec conforme à l'invention avec cuvette de hauteur nulle et à la figo 3 un bec conforme à l'invention avec une cuvette de hauteur négativeo
La réalisation de ces becs exige de se conformer à des règles strictes.
La figo 4a montre, en coupe verticale, à titre d'exemple, la réalisation pratique d'un bec avec cuvette de hauteur nulle, tandis que la fig. 4b, donne une vue par en dessous de ce même beco
Le corps du bec 4 est percé axialement d'un passage 5 pour l'oxygèneo Une couronne 6, entourant concentriquement le passage 5, amène l'acé tylène à la sortie du beco Dans le canal 5 ne circule que de l'oxygène et dans le passage 6 ne circule jamais que de l'acétylène.
En aucun endroit ces gaz ne sont mélangés entre eux, il n'y a donc aucun danger de retour de flamme; il n'y a pas non plus de danger que de l'oxygène, provenant du canal 5, rentre dans le circuit d'acétylène par la couronne 60 L'oxygène s'écoule suivant le trajet représenté et l'acétylène, débouchant par la couronne 6, suit approximativement le trajet représenté également à la figa 4 tandis que la flamme se développe autour du jet d'oxygène, l'acétylène empruntant l'oxygène nécessaire à sa combustion partie à l'air ambiante et partie au jet d'oxygénée
La disposition géométrique relative du jet d'oxygène serré par
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la flamme présente un avantage très sérieux.
En effet, de par cette disposi- tion le jet d'oxygène de coupe se présente sous la f orme dun jet cylindri- que dont la surface latérale est fortement chauffée ; c'est cette par- tie de l'oxygène de coupe qui vient en contact avec le métal il en résulte une meilleure oxydationo
L'expérience prouve que pourqu'un bec à cuvette nulle ou négative conforme à ce qui a été dit plus haut fonctionne bien, c'est-à-dire assure une bonne combustion de l'acétylène et évite l'extinction de la flamme, il faut que le diamëtre d2 de la couronne annulaire amenant l'acétylène réponde à certaines conditionso
L'expérience a montré que cette condition était que d2 soit plus grand qu'une valeur d min,
elle même fonction du produit de la pression relative P de l'oxygène à l'amont du bec par le diamètre d de l'orifice de sortie de l'oxygène. Cette fonction est représentée graphiquement à la fig. 5 par la courbe d mine
Cette courbe d2 min représente les variations du diamètre extérieur d2 du conduit de gaz combustible, exprimé en millimètres? en fonction du produit de la pression relative P en kg/cm2 de l'oxygène en amont du bec par le diamètre d, en mm, de l'orifice de sortie de l'oxygène.
Toutes valeurs de d2 supérieure à la courbe représentée donnera de bons résultats; en dessous de la courbe, il existe des risques d'extinction de la flammeo
D'autre part, pour éviter que la flamme ne puisse être soufflée pour une certaine position du bec par rapport à la pièce à couper on peut prévoir, à l'extrémité de la coiffe du bec, une série d'échancrures 7 formant exutoires latérauxo
Pour le surplus,on a constaté à l'expérience qu'il était utile d'abattre l'extrémité de la pièce comprise entre l'orifice pour l'oxygène de coupe et la couronne pour l'acétylène ainsi qu'illustré à la figo 4ao
L'abattement est taillé suivant un angle Ó qui est choisi pour canaliser convenablement le gaz combustible vers le jet d'oxygénée
Les avantages d'un chalumeau coupeur muni d'un bec conforme à l'invention sont multiples ;
a) suppression de retours de flamme dans le chalumeau ou l'un de ses éléments. b) suppression de tout retour d'oxygène dans le circuit de l'acétylèneo c) simplification de la construction du chalumeau par suite de l'inutilité d'un dispositif de sécurité contre les retours de flammée d) réduction très sensible de la fusion darêteo e) moindre échauffement de la pièce à couper, d'où déformation réduiteo f) dans le cas de l'emploi d'acétylène à basse pression, il est inutile de prévoir un dispositif particulier d'aspirationo
A la figo 6 on a illustré très schématiquement un chalumeau coupeur équipé d'un bec conforme à l'invention.
Grâce au fait que ce chalumeau est sans mélange préalable, il est possible d'apporter une amélioration supplémentaire qui consiste en une réduction de la consommation d'acétylène en règlant le dosage convenable des quantités de chaleur nécessaires pour l'amor- çage et pour la continuation de la coupeo
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Le chalumeau conforme à l'invention, muni d'un bec établi suivant la description qui précède est équipé d'un robinet 8 pour ouvrir, régler et interrompre le courant d'oxygénée
Sur la canalisation d9acétylène on a prévu une dérivation 9 formant pont au-dessus d9un robinet 100 La dérivation 9 est équipée ellemême d9un robinet 11.
Cette disposition particulière du circuit d'alimentation du chalumeau permet, pour l'amorçage de la coupe d'admettre une quantité importante d'acétylène en ouvrant simultanément les deux robinets 10 et 11 : le robinet 8 ouvert apportant à l'extrémité du bec une quantité d'oxygè- ne largement suffisante pour assurer la combustion parfaite de l'acétylène débitéo La quantité de chaleur dégagée par la combustion de cette importante quantité d'acétylène permet d'amener très rapidement la pièce à couper à la température d'amorcage.
Dès que la coupe est amorcée, la quantité de chaleur nécessaire diminue considérablement et par la fermeture du robinet 10 ou 11,le débit d'acétylène est réduit en proportiono La quantité d'acétylène qui arrive au bec est ramenée à la quantité juste suffisante pour permettre la continuation de la coupe dans desconditions normales, d'où réduction de la consommation de ce gazo
REVENDICATIONS o
1.- Bec de chalumeau coupeur sans mélange préalable, caractérisé en ce que les orifices de gaz combustible et de gaz comburant débouchent dans un même plan., coincidant avec le plan contenant l'extrémité du bec.
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IMPROVEMENTS WITH CUTTING TORCHES.
The present invention relates to cutting torches and proposes to make improvements thereto, in particular by providing an arrangement of the nozzle making it possible to obtain cuts of the same quality as with conventional cutting torches, but presenting various appreciable advantages which will emerge. of the following description.
Cutting with a gas torch is well known and consists in heating the area to be cut with a flame and sending a jet of oxygen to the place where the cut is to be made which, at the temperature high level achieved by metal due to flame heating, combines with metal to give a fusible oxide
The heat required to maintain the cut once it has started is significantly less than that required to initiate the cut; in fact, it is necessary to bring the part to be cut from room temperature to the cutting temperature, while once the cut has started, the neighboring parts to be cut are already preheated by the vicinity of the cut zone and the operation cutting itself is done with heat release.
In all the known embodiments, an appropriate device provides the area of interest with the heat necessary to allow the oxidation reaction and a judicious device makes it possible to send a jet of cutting oxygen to the chosen location.
In known cutting torches, heating is carried out by means of flames, oxyhydrogen, oxyacetylene or others forming at the outlet of the torch nozzle o Generally, in the nozzle, a central opening allows to send a jet of cutting oxygen and this opening is surrounded by a ring through which the heating flame (s) exit or exit. The gas circuits in the torch are distinct, in the sense that there is a particular conduit for supplying the cutting oxygen and a circuit for power the heating device.
This latter circuit is itself twofold, in that it comprises a circuit for supplying a combustible gas and a supply circuit for oxidizing gas. Either in the body of the torch properly
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said, either in the head and even in the nozzle these two circuits, that for the combustible gas and that for the oxidizing gas, meet in a particular device ensuring the intimate mixture of these two gases which emerge, mixed at the outlet of the nozzle where they form, by burning, the heating flame (s).
The composition of the intimate mixture of fuel and oxidizer gases is very important and devices, sometimes very complicated, have been proposed to ensure an intimate and judiciously proportioned mixture of the two gaso The conventional torches are provided with means, normally manually operated valves, for adjusting the flow rate of combustible and oxidizing gases. The cutting operation begins by opening the fuel gas supply duct, then by opening the combustion gas duct and igniting the mixture at the outlet of the burner, which burns giving a flame This flame heats the part to be cut to the point where must the cut start and when the temperature, called priming, is reached? the operator opens the independent cutting oxygen circuit and cutting begins immediately.
This cutting process and the known and usual torches give very good results, but they nevertheless have various drawbacks, in particular: it is necessary, as mentioned above, to have an appropriate device to ensure the intimate mixing of the gases. fuel and oxidizer and the operator must act on three separate pipes to regulate first the heating device and then the flow of cutting oxygen; then, one of the drawbacks of these conventional torches is the possibility of a flashback progressing in the duct conveying the mixture of combustible and oxidizing gas.
To remedy the consequences of flashbacks, various safety devices have been provided which have proved to be effective, but nevertheless, if they do prevent the flame from spreading beyond said safety device, they stop the cutting in extinguishing the torch flame. It is therefore necessary, after each flashback and the propagation stopped by the safety device, to relight the torch. However, users are aware that in certain cutting operations, flashbacks are frequent and consequently require repeated interruptions of work to allow re-ignition of the torch.
These stops result in a waste of time and a reduced quality of the cut.
The present invention proposes to provide a cutting torch designed in such a way that flashbacks are impossible and consequently, it becomes unnecessary to provide special safety devices.
Another object of the invention is to provide a cutting torch of robust and simple construction, very easy to adjust.
Finally, another object of the invention is to provide a cutting torch of construction such that the quantities of heat necessary for the initiation on the one hand and for the continuation of the cut on the other hand are easily regulated.
In principle, the cutting torch according to the invention is characterized in that the heating of the zone to be cut is ensured by one or more flames produced by the combustion of a combustible gas not mixed with oxidizer, opening at the outlet of the nozzle. torch and burning by means of an oxidizing gas, consisting of a part of the cutting oxygen, also opening at the outlet of the nozzle, in the vicinity of the opening (s) through which the combustible gas exits This combustible gas may be a any combustible gas, such as those generally used:
acetylene, hydrogen, butane, propane, etco In the remainder of this description, the term acetylene will be used to denote the combustible gas, it remains however of course that the invention is in no way limited to the use of this particular gas.
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To burn and give the heating flame (s), acetylene borrows the oxygen necessary from the cutting oxygen stream, the mixture being made at the outlet of the nozzle, outside the torch; As opposed to the conventional torches described above, it will show that this is a cutting torch without prior mixing, this expression meaning that the mixture of the combustible and oxidizing gases takes place outside the torch
Such a design completely avoids flashbacks;
in fact, there is no pipe conveying a mixture of combustible and oxidizing gas and the external flames cannot in any case propagate inside one or the other of the pipes, the latter not conveying never a fuel-combustion mixture o It is therefore absolutely useless to provide special safety devices in the torch, which simplifies construction and consequently lowers the cost price, while increasing robustness and eliminating the risk of deterioration , malfunction etcoooo
Cutting torches have already been proposed in which separate conduits for the combustible gas and the oxidizing gas convey these gases to the outlet of the nozzle, but these torches were provided with a nozzle similar to that illustrated in fig 1,
where a cutting oxygen conduit opens at 1 in the bottom of a bowl 2, while the fuel gas conduit or conduits open at 3 in the bottom of this same bowl. The gases are mixed in the cuvette around a central stream of oxygen.
From experience, it appeared that this realization did not give good results; in particular, a very great instability of the flame has been observed, which is easily extinguished when the oxygen flow rates reach a certain limit, depending on the dimensions and the shape of the bowl; On the other hand, there remains the danger of having an oxygen return in the acetylene pipe, mainly when the pressure of the cutting oxygen jet increases or when the operator accidentally brings the end of the nozzle too close to the work to be cut.
According to the present invention, the acetylene and oxygen conduits open out at the end of the nozzle of the torch, no longer in a bowl, but in the plane of the end of the nozzle In other words, to keep the comparison with bowl torches as illustrated in figo 1, we will say here that there is a bowl of zero height. Following numerous tests, it even appeared that excellent results could be obtained with a cuvette of negative height, that is to say with the cutting oxygen orifice opening into a plane exceeding that where the acetylene duct or ducts emerge.
In Figo 2 there is illustrated a spout according to the invention with a bowl of zero height and in Figo 3 a spout according to the invention with a bowl of negative height.
The production of these mouthpieces requires compliance with strict rules.
Figo 4a shows, in vertical section, by way of example, the practical realization of a spout with zero height bowl, while fig. 4b, gives a view from below of this same beco
The body of the nozzle 4 is axially pierced with a passage 5 for oxygen o A crown 6, concentrically surrounding the passage 5, brings the acetylene to the outlet of the beco In the channel 5 only oxygen circulates and in passage 6 only circulates acetylene.
In no place are these gases mixed with each other, so there is no danger of backfire; there is also no danger that oxygen, coming from channel 5, enters the acetylene circuit through the crown 60 The oxygen flows along the path shown and the acetylene, emerging through the crown 6, approximately follows the path shown also in figa 4 while the flame develops around the oxygen jet, the acetylene borrowing the oxygen necessary for its combustion part in the ambient air and part in the oxygen jet
The relative geometric arrangement of the oxygen jet tightened by
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the flame has a very serious advantage.
In fact, by virtue of this arrangement, the cutting oxygen jet is in the form of a cylindrical jet, the side surface of which is strongly heated; it is this part of the cutting oxygen which comes into contact with the metal resulting in better oxidation.
Experience has shown that for a zero or negative bowl burner conforming to what has been said above works well, that is to say ensures good combustion of the acetylene and avoids extinguishing the flame, it is necessary that the diameter d2 of the annular ring bringing the acetylene meets certain conditions.
Experience has shown that this condition is that d2 is greater than a value of d min,
itself a function of the product of the relative pressure P of oxygen upstream of the spout by the diameter d of the oxygen outlet orifice. This function is represented graphically in fig. 5 by the mine curve
This curve d2 min represents the variations of the external diameter d2 of the combustible gas pipe, expressed in millimeters? as a function of the product of the relative pressure P in kg / cm2 of the oxygen upstream of the nozzle and the diameter d, in mm, of the oxygen outlet orifice.
Any value of d2 greater than the curve shown will give good results; below the curve, there is a risk of flame extinction.
On the other hand, to prevent the flame from being blown out for a certain position of the nozzle relative to the part to be cut, it is possible to provide, at the end of the cap of the nozzle, a series of notches 7 forming lateral outlets.
For the rest, it has been found in experience that it is useful to cut the end of the part between the orifice for the cutting oxygen and the crown for acetylene as illustrated in figo 4ao
The reduction is cut at an angle Ó which is chosen to properly channel the combustible gas to the oxygen jet
The advantages of a cutting torch provided with a nozzle according to the invention are numerous;
a) suppression of flashbacks in the torch or one of its components. b) elimination of any return of oxygen in the acetylene circuit o c) simplification of the construction of the torch due to the uselessness of a safety device against back flames d) very significant reduction of the darêteo melting e) less heating of the part to be cut, resulting in reduced deformation o f) in the case of the use of acetylene at low pressure, it is unnecessary to provide a special suction device o
In figo 6 there is very schematically illustrated a cutting torch equipped with a nozzle according to the invention.
Thanks to the fact that this torch is without prior mixing, it is possible to bring about an additional improvement which consists in a reduction in the consumption of acetylene by adjusting the appropriate dosage of the quantities of heat necessary for the ignition and for the ignition. continuation of the coupe
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The torch according to the invention, provided with a nozzle established according to the above description is equipped with a valve 8 for opening, adjusting and interrupting the flow of oxygen.
On the acetylene pipe there is a bypass 9 forming a bridge over a tap 100 The bypass 9 is itself equipped with a tap 11.
This particular arrangement of the torch supply circuit allows, for the initiation of the cut to admit a large quantity of acetylene by simultaneously opening the two taps 10 and 11: the tap 8 open providing the end of the nozzle with a quantity of oxygen largely sufficient to ensure perfect combustion of the acetylene debito The quantity of heat released by the combustion of this large quantity of acetylene makes it possible to bring the part to be cut very quickly to the ignition temperature.
As soon as the cut is started, the quantity of heat required decreases considerably and by closing the valve 10 or 11, the flow of acetylene is reduced in proportiono The quantity of acetylene which arrives at the nozzle is reduced to the quantity just sufficient for allow cutting to continue under normal conditions, hence reducing the consumption of this gasoline
CLAIMS o
1.- Cutting torch nozzle without prior mixing, characterized in that the orifices for combustible gas and oxidizing gas open out in the same plane., Coinciding with the plane containing the end of the nozzle.