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L'invention est relative au découpage de métaux et de verre, spécialement de métaux qui ne peuvent être aisément découpés par voie ther- mochimique. Un premier but est de réaliser une méthode et un appareil pour la coupe de tels métaux avec une déformation moindre et une entaille plus étroite ou une ouverture de plus faible diamètre, en travaillant plutôt par érosion que par oxydation. Un autre but est de fournir un procédé et un appareil pour la coupe du verre de façon à réduire la tendance du verre à se briser et à diminuer ou à supprimer la nécessité de préchauffer le verre avant la coupe. Un autre but est encore de produire des fibres de verre plus fines, plus nettes et plua appropriées, telles qu'elles sont employées généralement dans l'amortissement des bruits et l'isolement thermique.
Beaucoup de métaux ferreux ont été coupés ou percés avec un cou- rant de gaz oxydant après avoir été préchauffés à leur température- de com- bustion, auquel cas le fer est littéralement brûlé ou oxydé. De nombreux- métaux non-ferreux ne sont pas aisément coupés de cette manière. L'acier inoxydable, par exemple, exige, en plus du courant d'oxygène, une. alimenta- tion en fer pulvérisé pour faciliter son coupage apràs préchauffage..
Le verre n'ayant pas une température de fusion précise, il fal- lait jusqu'ici préchauffer la plaque de verre pour la couper au chalumeau ordinaire, et même alors la difficulté subsiste en raison de la tendance du verre de diverses qualités à se briser,.
Les fabricants de fibres de verre cherchent depuis longtemps à obtenir des fibres plus fines et plus minces depuis que de telles fibres sont recherchées dans le commerce.
Conformément à la présente invention les inconvénients mentionnés ci-dessus ont été éliminés et on a réalisé un procédé et un appareil grâce auquel des plaques minces de métaux non-ferreux ou d'acier inoxydable peu- vent être coupés avec une déformation moindre que cela n'a été possible jusqu'à présent avec une flamme de gaz. Le verre a été coupé sans préchauf- fage ou avec un préchauffage réduit et avec une tendance à la rupture plus faible. Ceci a été obtenu en principe- par l'emploi d'une flamme de gaz ayant à la fois une température élevée et une vitesse supersonique en tirant parti du choc et de l'érosion produits par les gaz chauds sur la matière à découper.
Dans le dessin ci-joint, la figure 1 représente une forme de réalisation de l'appareil employé dans la présente invention. La figure 2 est une coupe transversale suivant la ligne 2-2 de la figure 1.
Un canal d'alimentation 10 pour le gaz combustible tel que le gaz naturel, l'hydrogène, l'acétylène ou le propane, amène ce gaz combusti- ble sous pression à la chambre de combustion 12. L'oxygène, à une pression sensiblement égale à celle du gaz combustible, arrive à la chambre de com- bustion par le canal 11. L'acétylène n'est pas particulièrement indiqué comme gaz combustible, car il est difficile de l'obtenir sous pression éle- vée sans risquer de le voir décomposé exothermiquement. Une autre objection à l'emploi de l'acétylène est que la chambre de combustion et la pièce que l@on traite ont tendance à être encrassées par un dépôt de carbone. L'hy- drogène par exemple, serait le type d'un gaz combustible approprié, sauf en ce qui concerne son prix élevé.
Ces gaz sont amenés à toute pression conve- nable, normalement aux environs de 4 à 14 kg/cm2. Dans la chambre de com- bustion 12 ces gaz se mélangent et brûlent à haute température en donnant un grand volume de gaz de combustion chaud et à haute pression. Bien que la température n'ait pas été mesurée avec précision on estime que la tempé- rature dans la chambre de combustion et aux environs de 2760 C.
On peut théoriquement admettre que cette opération comporte une combustion intermittente car l'appareil donne une note audible très éle- vée, ce qui indique que la pression interne subit des vibrations ou des pulsations.
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Les gaz chauds quittent la chambre à travers un passage rétréci ou gorge 13 et de là ils s'échappent, à une vitesse supersonique, par le canal conique divergent 14. On sait que des gaz chauds à des pressions élevées, passant à travers un canal conique divergent du type représenté atteignent des vitesses bien supérieures à la vitesse du son. Bien que la vitesse des gaz sortant du canal d'évacuation 14 n'ait pas été mesurée avec précision, on estime qu'elle atteint environ 1500 m/sec.
Les parois 15 de la chambre de combustion sont de préférence en cuivre ou en un autre matériau relativement résistant et ayant une conductibilité thermique élevée. Afin de maintenir avec sécurité les parois de cette chambre à une température inférieure à la température de fusion, de l'eau de réfrigération est introduite par le canal 16, cette eau s'écoule par le canal hélicoïdal 18 vers le réservoir 17 ménagé autour de la tuyère d'évacuation 14 et du rétrécissement 13. L'eau de réfrigération revient par le canal hélicoïdal 19 au canal d'évacuation d'eau 20. Le volume de l'eau est de préférence assez grand pour éviter la formation de vapeur, de façon que l'eau quitte toujours le canal d'évacuation 20 sous forme liquide.
On voit d'après le dessin que les canaux hélicoïdaux comportent une double spire, l'eau vers le réservoir 17 passant par le canal 18 et l'eau revenant du réservoir 17 par le canal 19 vers le canal d'évacuation 20.
Ce procédé de réfrigération à double spire assure une réfrigé- ration uniforme tout le long de l'appareil en éliminant la formation de points chauds ou froids. Si l'on veut,un canal 21 peut être relié à un manomètre.
Un manchon en laiton 22 entoure les canaux 18 et 19, l'ajustage étant assez serré pour éviter que l'eau ne soit court-circuitée entre les- canaux d'entrée et de sortie 18 et 19. Pour maintenir bien en place le manchon 22 on le fixe par deux cordons de soudure circulaires 23 et 24, comme le montre la figure. Le manchon 22 est représenté avec suffisamment d'épaisseur vers l'extrémité arrière pour y fixer solidement des raccords d'entrée et d'évacuation d'eau. Pour permettre de réaliser le dispositif indiqué par usinage au tour ou à la machine à fileter, une extrémité de la chambre 12 est laissée ouverte pendant la fabrication et on la ferme ensuite par un tampon en cuivre ou bouchon d'entrée 25, fixé par une soudure circulaire 26 sur le corps 15 de la chambre de combustion.
De même chacune des conduites de gaz et d'eau représentées est maintenue en place par les soudures circulaires 27 indiquées sur- le dessin.
Pour les parois en cuivre 15 de la chambre de combustion,. les dimensions suivantes sont conseillées; La longueur totale des parois 15 suivant l'axe, avant la pose du bouchon de fermeture 25 est de 56 mm. La distance entre le bord- avant du bouchon de cuivre 25 et l'extrémité avant du canal d'évacuation 14 est de 44 mm. Le rebord entourant le canal d'évacuation 14 a une épaisseur de 2,4 mm. La distance entre la face arrière de ce rebord et la paroi radiale adjacente de la chambre 12 est de 8,3mm. La largeur et la profondeur des canaux hélicoïdaux pour l'eau de réfrigération sont de 2,5 mm. Le diamètre intérieur de la chambre 12 est de- 17,8 mm.
L'angle des parois à l'avant de la chambre de combustion et à l'arrière du rétrécissement 13 est de 60 . L'évasement extérieur du canal d'évacuation est suffisant pour que l'angle des parois du canàl 14 soit de 10 environ. L'étranglement 13 est foréavec une mèche N 30, son diamètre- est de 3,25 mm.Le diamètre de l'ouverture à l'extrémité avant. du canal. 14 est de 4,6mm.
Le volume- de l'oxygène devant normalement être plus grand que celui du gaz combustible, le passage pour l'oxygène dans le bouchon 25 est plus grand que le passage par où arrive le gaz combustible.La longueur suivait l'axe de la portion cylindrique intérieu- re de- la chambre de- combustion 12 est de 18,3 mm.
En fonctionnement, l'oxygène et le gaz combustible sont d'abord amenés à la chambre de combustion sous un débit assez faible, pour qu'à l'allumageà l'extrémité avant de la tuyère 14, un retour-de flamme se produise dans la chambre 12. Quand la combustion s'est produite dans cette chambre on peut sans danger augmenter l'afflux d'oxygène et de gaz combus-
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tible au taux désiré. Tout. autre procédé connu pour l'allumage initial peut être employé pour remplacer le retour de flamme.
Le dispositif indi- qué, s'il est employé comme outil à main, est alimenté par environ 1400 litres de gaz naturel à l'heure, à la pression élevée indiquée, avec envi- ron 4250 litres d'oxygène à la même pression, soit en tout environ 5,65 m3 de mélange combustible à l'heure, l'alimentation pouvant être supérieure ou inférieure si l'on juge convenable.
Pour couper une plaque de métal ou de verre l'extrémité avant de la tuyère d'évacuation 14 est tenue à environ 12 mm de la plaque. Dans la coupe des métaux qui ne se traitent pas facilement par le chalumeau or- dinaire les épaisseurs suivantes des plaques métalliques et les avances sui- vantes ont apparu comme ayant donné des résultats satisfaisants. Pour des plaques d'aluminium d'une épaisseur de 1,32 mm, une vitesse de ooupe de
6,25 mètres à la minute s'est révélée convenable. Pour traiter l'acier inoxydable 18/8 d'épaisseur de 1 mm, une vitesse de coupe de 2,50 mètres par minute a été trouvée pratique. Avec le laiton on a eu des résultats satisfaisants, sur une épaisseur de plaque de 1,4 mm et une vitesse de 5 m. à la minute.
Contrairement aux coupes faites sur divers métaux avec le chalumeau ordinaire, on a obtenu sur les plaques mentionnées ci-dessus des entailles plus étroites. La déformation était sensiblement moins perôepti- ble dans chaque plaque métallique. On croit que le véritable découpage n'était pas dans une mesure appréciable, le résultat de l'oxydation, mais plutôt le résultat de l'érosion due à l'énergie du choc par les gaz chauds animés d'une très grande vitesse. Bien que la température de la flamme sortante n'ait pas été mesurée, elle était évaluée à plus de 165000, L'énergie du choc causant l'érosion augmentant comme le carré de la vitesse, l'emploi de la vitesse supersonique pour les gaz sortants est une caractéristique importante.
Bien que la vitesse de coupe soit plus faible que celle que l'on peut obtenir quelquefois avec l'aide de fer pulvérisé, on admet quecla coupe est plus économique en raison de la quantité relativement petite de mélange combustible nécessaire:
La flamme à vitesse supersonique sortant de l'appareil mentionné ci-dessus, a été appliquée également à une plaque de verre d'épaisseur courante, telle que celle du verre à vitres. On a constaté que cette flamme était à memes de couper la plaque de verre ou de la perforer avec moins de danger de rupture à cause de la localisation très précise de la chaleur et de la grande énergie du choc.
Sans dqute, appréciera-t-on mieux la raison de ces résultats, si l'on considère qu'un corps solide animé d'une grande vitesse tel qu'un projectile tiré par un fusil ou un pistolet peut percer une plaque de verre sans la briser. Le dispositif conforme à l'invention a été employé avec des plaques de verre de diverses qualités. Avec une plaque de verre au quartz et avec une plaque de verre au bore-silicate, on a constaté qu'il n'était pas nécessaire de préchauffer le verre pour effectuer la coupe. En appliquant la flamme supersonique à un verre calcaire on a constaté qu'un préchauffage moindre était nécessaire qu'avec l'emploi d'un chalumeau ordinaire.
A la suite des essais ci-dessus, on a découvert que le verre découpé par la flamme supersonique conforme à la présente invention, comportait un produit intéressant.
On a découvert qu'en traitant le verre de cette façon on obtenait un produit de valeur constitué par un verre en fibres plus fines et nettes que le verre en fibres offert jusqu'à présent par le commerce. La mesure du diamètre de ces fibres à l'aide d'un microscope électronique a montré que beaucoup d'entre elles ne dépassaiant 0,1 micron environ . On croit que la finesse de ces fibres de verre est due au fait que le chauffage du verre est si rapide et la vitesse du gaz si grande que lorsqu'une parcelle du verre approche de son point de fusion elle est détachée par l'érosion est amenuisée pqr l'énergique effet d'arrachement qu'exerce le courent
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gazeux à une vitesse aussi élevée.
Il est possible que l'amincissement se produise surtout pendant que la fibre est encore attachée par une de ses extrémités à la masse de verre dont elle est tirée, il est aussi possible qu'un certain amincissement ultérieur se produise pendant le vol de la fibre avant qu'elle ne soit refroidie à un point où aucun amincissement n'apparaît plus.
Pour employer ces fibres à l'amortissement des bruits et à l'isolement thermique, elles doivent être recueillies sur une surface appropriée, telle que la paroi formée par un grillage ou un tamis de fenêtre. On a constaté qu'une même qualité de fibres fines pouvait être obtenue en déplaçant transversalement une barre de verre dans le jet supersonique de gaz chauds sortant du canal d'évacuation 14, la barre étant à environ 12,mm de l'extrémité avant de 14. L'avance de la barre dans les gaz chauds dépend de la quantité des gaz chauds évacués et du degré de préchauffage éventuel de la barre. Cepen- dant la vitesse d'avance et le genre de matériau, barre ou plaque, n'affectentpas sensiblement la finesse des fibres de verre formées.
En allongeant de 50% environ la chambre de combustion 12 on a observé un accroissement sensible du rendement en fibres de verre. On croit qu'une raison pour laquelle l'efficacité est accrue quand la longueur de la chambre de combustion est augmentée, c'est que la vitesse des gaz chauds est accrue considérablement, cet accroissement atteignant peut être jusqu'à 50 %.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de coupage du verre et des métaux, notamment des métaux non-ferreux et aciers inoxydables non susceptibles d'être coupés couramment au chalumeau sans l'aide d'une poudre, consistant à. projeter sur la pièce un jet de gaz à une vitesse supersonique et à une température largement supérieure à la température de fusion de la pièce, en faisant agir ce jet par érosion plutôt que par oxydation chimique.