Procédé d'oxy-coupage et chalumeaux pour la mise en ouvre de ce procédé. L'invention est relative au coupage des métaux ferreux ou autres au moyen d'un jet d'oxygène destiné à brûler le métal, combiné à une flamme destinée â, porter le bord d'atta que du métal à couper à la température de réaction.
Tous les chalumeaux actuellement em ployés utilisent des pressions d'oxygène régla bles par l'opérateur (au moyen de mano- détendeurs dans le cas d'une alimentation par des bouteilles d'oxygène individuelles ou att moyen de régulateurs dans le cas d'alimenta tion par un collecteur de distribution d'oxy gène déjà détendu) et un jeu de buses de sortie interchangeables, chacune devant, étre utilisée pour une certaine gamme d'épaisseurs (par exemple douze buses différentes pour des épaisseurs de 1 à 400 mm).
La, pression d'alimentation en oxygène varie pour chaque buse entre des limites déterminées en fonction des épaisseurs à couper, les pressions les plus fortes correspondant aux plus grandes épaisseurs; de plus, les buses travaillant sur les plus fortes épaisseurs exigent les plus fortes pressions.
Les pressions d'alimentation sont déter minées avec soin par le constructeur, et tout écart. de la pression utilisée effectivement par rapport à la pression prescrite affecte défavo rablement la vitesse de coupe, la netteté des surfaces coupées et l'expulsion de l'oxyde formé. Ainsi, pour une buse déterminée, un défaut de pression réduit la vitesse de coupe, peut provoquer des affouillements ou des coupes incomplètes et entraîne généralement des dépôts d'oxyde adhérents sur les arêtes inférieures.
Ces dépôts d'oxyde, qui ont peu d'importance lors du coupage de matériaux épais au-dessus de 100 mm du fait que leur enlèvement au burin n'exige que peu de temps comparé au temps de coupe, deviennent un très grave inconvénient sur les coupes d'épais seurs courantes, de 5 à 30 mm, car leur enlè vement au burin exige souvent autant de temps que l'opération de coupe elle-même.
Un excès de pression, qui provoque un gaspillage d'oxygène, n'améliore généralement pas la vi tesse de coupe, risque par contre de provoquer des poches importantes sur les faces du métal coupé, déforme le plan de ces faces en raison de la dilatation du jet après sa sortie de la buse et quelquefois même provoque dans la saignée un retour d'oxyde en arrière du jet, qui vient former une barrette adhérente sur les angles vifs inférieurs de chacune des faces coupées.
Le tableau ci-après, extrait d'un catalogue américain, illustre, pour un chalumeau de fabrication moderne, les limites de variations de pression d'oxygène parmi les plus étroites qui aient été adoptées jusqu'à ce jour.
EMI0002.0000
<I>Tableau <SEP> I:</I>
<tb> Alésage <SEP> du <SEP> et <SEP> Pression <SEP> relative <SEP> Consommation <SEP> Pression <SEP> relative
<tb> Epaisse <SEP> rd <SEP> métal <SEP> N' <SEP> du <SEP> d'oxygène <SEP> d'oxygène <SEP> d'oxygène <SEP> du <SEP> gaz
<tb> eu <SEP> mm <SEP> bec <SEP> yg <SEP> g/cm2 <SEP> 1/minute <SEP> combustible
<tb> Min. <SEP> Max. <SEP> mm <SEP> Min. <SEP> Max. <SEP> Min. <SEP> Max.
<SEP> g/cm2
<tb> 0,4 <SEP> 6 <SEP> 000 <SEP> 0,635 <SEP> 490 <SEP> 1400 <SEP> 14 <SEP> 45 <SEP> 350
<tb> 6 <SEP> 12,5 <SEP> 00 <SEP> 0,889 <SEP> 560 <SEP> 1750 <SEP> 31 <SEP> 59 <SEP> 350
<tb> 6 <SEP> 25,4 <SEP> 0 <SEP> 1,066 <SEP> 630 <SEP> 2100 <SEP> 36 <SEP> 75 <SEP> 350
<tb> 6 <SEP> 51 <SEP> 1 <SEP> 1,395 <SEP> 1050 <SEP> 2450 <SEP> 36 <SEP> 105 <SEP> 350
<tb> 12,7 <SEP> 76 <SEP> 2 <SEP> 1,613 <SEP> 1750 <SEP> 3500 <SEP> 50 <SEP> 135 <SEP> 350
<tb> 51 <SEP> 127 <SEP> 3 <SEP> 1,778 <SEP> 2100 <SEP> 3500 <SEP> 87 <SEP> 198 <SEP> 350
<tb> 102 <SEP> 152 <SEP> 4 <SEP> 2,082 <SEP> 2450 <SEP> 4200 <SEP> 137 <SEP> 250 <SEP> 350
<tb> 152 <SEP> 254 <SEP> 5 <SEP> 92,489 <SEP> 2800 <SEP> 4900 <SEP> 188 <SEP> 351 <SEP> 350
<tb> 254 <SEP> 305 <SEP> 6 <SEP> 2,794 <SEP> 3150 <SEP> 4900 <SEP> 280 <SEP> 420 <SEP> 420
<tb> 305 <SEP> 355 <SEP> 7 <SEP> 3,
568 <SEP> 3500 <SEP> 5600 <SEP> 420 <SEP> 450 <SEP> 420
<tb> 355 <SEP> 380 <SEP> 8 <SEP> 3,080 <SEP> 3850 <SEP> 5600 <SEP> 450 <SEP> 535 <SEP> 705
<tb> 355 <SEP> 406 <SEP> 9 <SEP> 4,366 <SEP> 3500 <SEP> 6300 <SEP> 450 <SEP> 615 <SEP> 705 De l'examen de ce tableau, on peut con- clure; a) que pour des coupes de 0,4 à 406 mm, la pression d'oxygène varie de 0,490 à 6,3 kg/cm2 (rapport 13 : 1 environ) ; b) que pour chacune des douze buses qui couvrent la gamme complète d'épaisseurs, la pression varie dans un rapport compris entre 3,2 : 1 et 1,5 : 1.
L'utilisation d'un tel chalumeau exige donc non seulement un soin tout particulier de la part de l'opérateur pour assurer à cha que buse, pour chaque épaisseur, la pression optima, mais encore l'emploi d'appareils de réglage et de contrôle des pressions assez ré guliers et assez précis pour donner et main tenir la pression choisie.
Si l'on considère que ces gammes de pres sion varient d'une marque de chalumeau à l'autre, on comprend la difficulté éprouvée par l'ouvrier, obligé de consulter un tableau de pression établi pour chaque chalumeau qu'il peut être amené à utiliser. En pratique, l'ouvrier est amené à négliger les prescrip tions du fabricant et à régler la pression d'une manière empirique. Il en résulte tou jours un important gaspillage d'oxygène et, bien souvent, un mauvais fonctionnement du chalumeau et une mauvaise qualité de tra- vail, conséquence d'un excès ou d'une insuf fisance de pression.
Suivant une publication récente (Welding Journal de janvier 1947, volume 25, pages 5, à 11), un constructeur de chalumeaux pro pose, pour couper des épaisseurs de 400 à 1300 mm, des pressions beaucoup plus basses que celles du tableau I, mais décroissant au fur et à mesure qu'augmentent les épaisseurs à couper, comme l'indique le tableau ci-après:
EMI0002.0006
Ici encore, les pressions d'oxygène néces saires à chaque buse sont différentes et les critiques faites ci-dessus à l'alimentation de chalumeaux du type classique sont toujours valables.
De plus, d'après un commentaire de cette publication, publié dans le Journal suisse de la Soudure (édité à Bâle, Suisse, N 11 du mois de novembre 1947, page 261) l'abaissement de la pression d'oxygène exige un long guidage cylindrique du jet d'oxygène à travers une buse canal de 50 cm à 1 m et, de préférence, un préchauffage de l'ou vrage à une température d'environ 500 C; enfin, ce nouveau procédé entraîne une con sommation d'oxygène plus élevée que les procédés antérieurement connus, dans lesquels la pression augmentait avec l'épaisseur de coupe.
La présente invention a pour but d'assurer aux chalumeaux coupeurs un régime d'ali mentation constant et un fonctionnement plus économique, tout en donnant des résul tats de coupe meilleurs et plus réguliers, l'uni fication de la pression d'alimentation des dif férents buses retirant complètement à l'opé rateur le soin du réglage et du contrôle de la pression.
Au cours de nombreuses expériences de coupe, la demanderesse a observé qu'elle obte nait le meilleur comportement d'un jet d'oxy gène de coupe de chalumeau coupeur, lorsque le jet d'oxygène s'écoulait sans remous dans le prolongement de l'orifice de la buse et sans éclatement du jet à la sortie de la buse. Elle a constaté que, lorsque ces conditions sont réalisées, l'oxyde de fer, au fur et à mesure de sa formation, s'écoule ou est soufflé le long du demi-cylindre généralement vertical qui est à l'avant de la saignée, dans le sens de la coupe, parallèlement à l'axe du jet, demi-cylindre dont l'axe peut, suivant la vi tesse de coupe, s'incurver plus ou moins en avant sans aucun inconvénient.
Au contraire, lorsque le jet d'oxygène à sa sortie de la buse subit une brusque dilata tion ou des remous, l'oxyde est entraîné par ceux-ci et vient s'écouler en arrière du jet, le long des parois de la coupe, en provoquant soit son engorgement, soit une barrette d'oxyde adhérant aux angles inférieurs de la saignée de la coupe.
L'étude théorique de ces phénomènes, con firmée par l'expérience, a permis de découvrir cette notion nouvelle que les conditions de coupe les plus efficaces, les plus économiques et les plus rapides, donnant le travail le plus régulier, sont celles dans lesquelles l'oxygène sort de l'orifice de la buse à une pression voi sine de la pression atmosphérique, afin d'évi ter le phénomène bien connu d'éclatement de veine , qui se produit lorsqu'un jet gazeux sort d'une tuyère dans un milieu de pression inférieure à sa propre pression.
La détermination de la pression qu'il. faut , maintenir à l'amont de la buse pour obtenir la pression atmosphérique en aval est basée sur le principe bien connu que la vitesse d'un jet gazeux ne peut jamais dépasser la vitesse du son dans le gaz considéré, de sorte qu'un dépassement de la pression de régime à l'en trée d'une tuyère provoque, suivant que l'on se trouve en deçà ou au-delà de la pression critique (correspondant à la vitesse du son), soit une augmentation de la vitesse du jet à la sortie, soit une augmentation de la pression dudit jet à la sortie.
On comprend donc que les conditions d'alimentation d'un chalumeau varient sui vant que la pression d'amont est inférieure ou supérieure à la pression critique.
Le calcul établit que la pression absolue critique nécessaire pour obtenir, à la sortie d'une tuyère convergente dessinée en vue du rendement optimum (angle de convergence d'environ 15 ), la vitesse du son est, à la tem pérature ambiante, de l'ordre de 1,9 kg/cxn2. Comme la température que peut atteindre l'extrémité d'une buse de chalumeau coupeur est de l'ordre de 300 à 400 C, ce chiffre doit être modifié" légèrement, et l'expérience mon tre que la pression absolue critique est alors ramenée à 1,8 kg/cm2 dans les conditions normales de fonctionnement d'une buse de chalumeau coupeur.
Ainsi, en constituant la buse d'un chalu meau coupeur par une tuyère convergente d'environ 15 à l'entrée, suivie ou non d'un conduit cylindrique et en maintenant la pres sion d'entrée à 1,8 kg/em2 absolue, le jet d'oxygène s'écoule dans l'atmosphère sous la forme d'un cylindre dans le prolongement de l'orifice de sortie, sans remous ni éclatement à sa sortie de la buse.
Dans le cas où la pression absolue p à l'entrée de la buse est supérieure à 1,8 kg/cm2 environ, le même résultat peut encore,être obtenu, à condition de compléter la tuyère convergente par un divergent, et l'expérience établit que l'angle d'ouverture de ce divergent doit être sensiblement égal à 7 , tandis que la section de sortie Ss doit être liée à la section au col S, par la relation:
EMI0004.0006
Ss et S, étant exprimés en cm2 et p en kg/cm2.
Avec le premier type de buse, l'opérateur peut, théoriquement, disposer d'une marge de réglage de la pression.
Avec le second type, la pression doit être fixée une fois pour toutes, sans que l'opéra- tetir soit en mesure de la, modifier.
Or, non seulement il. est souhaitable que, dans tous les cas, la pression d'alimentation soit invariable et soustraite à l'initiative de l'opérateur, mais ceci est égaiement une con dition théorique d'un travail satisfaisant.<B>En</B> effet, la buse d'un chalumeau coupeur com porte, outre la tuyère pour<B>le</B> jet, d'oxygène, les orifices de sortie da mélange combustible produisant la flamme de chauffe, et il est bien entendu tout indiqué d'alimenter aussi bien les orifices pour la flamme que la tuyère d'oxygène par la même source d'oxygène (le gaz combustible pouvant être de l'acétylène, du propane, du gaz naturel, etc.).
Or, polir une épaisseur de coupe déterminée, le rende ment optimum du jet clé coupe et son meil leur comportement sont obtenus avec une puissance de chauffe également déterminée. Celle-ci, pour fine pression d'alimentation donnée, est déterminée par la section totale et la disposition des orifices de chauffe et no tamment leur rapprochement de l'axe du jet.
Comme la puissance de la flamme de chauffe est tributaire de la pression d'alimen tation, on voit que le fait de laisser à l'opéra teur la liberté du réglage de sa pression d'oxygène en deçà de la pression critique lui laisserait la possibilité de modifier dans une très large mesure l'importance de sa flamme de chauffe, ce qui est un grave inconvénient, aussi bien du point, de vue économie que dit point de vue qualité du travail.
En définitive, en imposant à. l'alimenta tion en oxygène (et de préférence également en gaz combustible) des chalumeaux coupeurs des conditions fixes, non réglables, on peut assurer des conditions d'alimentation optima pour le jet de coupe comme pour la flamme de chauffe.
En pratique, les chalumeaux fonctionnant au-dessous de la pression critique, dont la buse de sortie est seulement constituée par une tuyère convergente, sont ceux qui présen tent le plus d'intérêt pour les raisons sui vantes 1 Vidage plus parfait des bouteilles d'oxygène lorsqu'elles sont sur le point d'être épuisées.
2 La faible pression d'oxygène simplifie le raccordement des tuyaux de caoutchouc et supprime le risque de brûlures graves quand un tuyau d'oxygène en caoutchouc vient à s'enflammer.
3 Lorsque le gaz combustible est l'acéty lène, une faible pression d'oxygène se prête bien à. l'emploi d'une pression d'acétylène lé gèrement supérieure à la pression de l'oxy gène, ce qui améliore considérablement l'im- munit.é aux retours clé flamme des chat ti- meaux.
4 La faible pression d'oxygène supprime les risques de retour d'oxygène dans le cir cuit, les récipients ou les générateurs de gaz combustible.
15 La pression d'ox@-gène nécessaire pour l'oxy-coupage se place @ dans la gamine des pressions optima polir l'alimentation des dif férents chalumeaux utilisant l'oxygène: cha lumeaux de soudure, de brasage, de chauf- fage, de trempe superficielle, de brûlage des surfaces, etc.
Ainsi, tous les chalumeaux uti lisant l'oxygène peuvent comporter des organes de réglage automatique, individuels ou cen tralisés, et il est possible de supprimer, quel que soit. le travail effectué, le réglage ou le contrôle individuels des pressions de chaque chalumeau, tout en assurant leur alimenta tion dans des conditions qui seront toujours celles de leur meilleur rendement.
Le dessin annexé montre, à titre d'exem ple, deux formes de réalisation de l'objet .le l'invention. Dans ce dessin La fig. 1 est une vue en élévation d'un chalumeau suivant l'invention.
La fig. 2 en est une vue en coupe longi tudinale.
La fig. 3 est une vue en plan correspon dante.
La fig. 4 montre une variante de l'alimen tation en oxygène du jet d'oxygène et des ori fices de chauffe, et la fig. 5 montre en coupe une buse pour un chalumeau alimenté à une pression supé rieure à la pression critique.
Les fig. 1 à 3 représentent un chalumeau dans lequel 1 désigne le tuyau d'alimentation d'oxygène commun aux conduites d'oxygène de chauffe 2 et de coupe 3. Un. robinet 6 com mande l'arrivée de l'oxygène de coupe à la buse et un robinet 7 l'arrivée de l'oxygène de chauffe au mélangeur 8, tandis qu'un robinet 9 contrôle l'arrivée du gaz combustible.
Dans la variante de la fig. 4, il existe deux arrivées séparées pour l'oxygène, l'une, 5, pour la coupe se raccordant à la conduite 3 et l'autre, 4, pour la chauffe alimentant di rectement le robinet 7 et la conduite 2.
Le mélangeur 8, qui assure le mélange de l'oxygène et du gaz combustible est d'un type connu, dans lequel la section de passage (lu doseur d'oxygène 10 est établie pour limiter, à la pression constante d'alimentation, le débit d'oxygène maximum correspondant au maximum d'intensité de la flamme de chauffe, le robinet d'oxygène 7 étant ouvert. en grand.
La pression correspondante du mélange combustible dans le tube 14 se trouve main- tenue ainsi entre des limites étroites, de l'or dre de 1,12 à 1,25 kg/em2 abs., quel que soit le type de buse employé.
Les variations d'intensité de la flamme de chauffe, correspondant à chaque tuyère d'oxy gène 11, sont déterminées en premier lieu par le nombre et le calibrage des orifices de chauffe 12 de la buse 13 et en second lieu par le réglage du robinet d'oxygène 7, lequel n'intervient que pour. les différences de ré glage peu importantes que nécessite l'état de surface de la. pièce à couper ou la tempéra ture initiale de celle-ci. Le mélange d'oxygène et de gaz combustible est conduit à la buse 13 par le tube 14 et la tête 15.
L'oxygène de coupe, après avoir traversé le robinet 6, se rend directement à la tuyère de sortie par le tuyau 16 et la tête 15.
Cette tuyère est établie de façon que le chalumeau fonctionne sous une seule pres sion d'oxygène invariable, quelle que soit l'épaisseur de l'ouvrage, pression qui peut être inscrite sur une plaque 17. Quelle que soit cette pression, la tuyère de sortie d'oxygène de coupe (fig. 2 ou 5) com porte, ainsi qu'il est exposé plus haut, un convergent 18 (ou 19) d'une ouverture d'en viron 15 . La. section d'entrée du convergent est égale à celle du conduit d'oxygène dans la tête 15. Lorsque la pression d'utilisation est inférieure à la pression critique, ce conver gent peut être suivi d'une partie cylindrique 11 dont la section varie en fonction du débit Q d'oxygène.
Lorsque cette pression d'utilisa tion est supérieure à la pression, critique, le convergent est suivi d'un divergent 20 d'une ouverture d'environ 7 ; la section du col 5¯, est proportionnelle au débit Q d'oxygène, va riable suivant les épaisseurs à couper.
Autre ment dit, si S, est la section minimum d'écou lement de l'oxygène à travers la tuyère, on doit avoir <B>se</B> =K.Q K étant une constante dont la valeur dépend: a) de la forme de la tuyère (convergente fig. 2 ou convergente divergente fig. 5); <I>b)</I> de la pression constante<I>p;</I> c) de la section à l'entrée de la tuyère; d) de la température de fonctionnement de la buse; e) du rendement de la tuyère.
Les buses de chalumeaux* classiques, au contraire, ont une section de sortie Sa qui est. proportionnelle non seulement au débit Q, mais encore à la pression variable p d'oxy gène à l'entrée de la buse, soit Sa =IL' p³Q la. constante Kï' n'étant tributaire que des fac teurs c, d et e.
Comme dit ci-dessus, la section au col S, et la section de sortie Ss de la tuyère de l a fig. 5 doit satisfaire la relation:
EMI0006.0005
Ss et S, étant exprimés en cm? et p en kg/em2.
Lorsque la pression d'alimentation est infé rieure à la pression critique, le raccordement entre la tête porte-buse 15 et la buse 13 peut être considérablement simplifié; en effet., la différence de pression entre le circuit central 22 de la buse et le circuit de chauffe 23 qui l'entoure est si faible qu'un double portage plan 24 et 25, métal sur métal, assure une étanchéité satisfaisante et durable. Lorsque la pression absolue d'alimentation de l'oxy gène est inférieure à 3 kg/em2, la buse 21 peut encore s'accommoder de ce raccordement très simple.
Au-dessus de cette pression, on rencontre les mêmes difficultés qu'avec les chalumeaux classiques pour assurer l'étau chéité, d'une part, entre le circuit central ,à, pression élevée et le circuit de chauffe et, d'autre part, entre ce dernier et l'atmosphère.
Les orifices pour la flamme de chauffe 12, disposés autour de la tuyère de sortie d'oxy gène de coupe, peuvent être constitués par un ou plusieurs trous convenablement cali brés ou par un canal annulaire, entourant le jet d'oxygène. Pour la coupe de petites épaisseurs (de 2 à 2à n im ), où la vitesse de coupe est un très important facteur économi que, il y a intérêt à utiliser des orifices de chauffe légèrement divergents.
Une inclinai son d'environ 5 de ces orifices par rapport à l'axe dans la tuyère du jet de coupe a permis d'augmenter la puissance de la. flamme de chauffe, tout en restant au-dessous du point de fusion des arêtes d'attaque de la coupe et d'augmenter la vitesse de coupe, dans une proportion de 10 à 50 0lo suivant les cas par rapport à des buses où les axes des orifices de chauffe sont parallèles à l'axe du jet de coupe.
Ce résultat ne se manifeste plus au-delà de 25 mm d'épaisseur environ.
Pour que les buses de coupe soient alimen tées' à une pression p constante, l'installation doit comporter des moyens de réglage automa tique de la pression d'oxygène, comme indi qué ci-après, mais il faut en outre que la con duite d'oxygène depuis le raccord d'entrée 1 ou 5 jusqu'à la tête 15 réponde à des condi tions impératives en ce qui concerne les pertes de charge. Dans un chalumeau classi que, les pertes de charge dans le circuit (le l'oxygène de coupe sont toujours élevées.
Elles sont. dues au faible calibrage du circuit, aux coudes et changements de direction brusques, à la robinetterie de petite section. Avec la buse la plus forte qu'ils peuvent por ter, les chalumeaux classiques accusent cou ramment une perte de charge intérieure de 0,5 kg/cm\-. Ceci n'a pas d'inconvénient puis que l'opérateur a toute liberté pour régler la pression d'alimentation. On conqoit qu'un tel chalumeau ne pourrait pas être utilisé pour la mise en ceuvre de l'invention,
à moins d'at teindre une pression constante p assez élevée pour que cette perte de charge devienne né gligeable. La conduite de coupe d'un chalu- meau tel que décrit doit au contraire être réalisée en éliminant soigneusement tous coudes brusques, toutes restrictions de pas sage.
Le robinet de coupe 6 notamment doit être à passage direct, de telle sorte qu'entre le raccord d'entrée 1 ou 5 et la, tête 15, juste avant l'entrée de la tuyère, la perte de charge dp, pendant le fonctionnement de la buse la plus forte, soit: 4p < 0,1.0 (p-1) sans tou tefois dépasser 0,05 kg/cm2 lorsque la pres sion absolue d'alimentation est inférieure à la pression critique et sans dépasser 0,08 kg/cm2 lorsque la pression absolue d'alimentation est supérieure à la pression critique.
Un chalumeau suivant les fig. 1 à 3, dont la conduite d'oxygène de coupe 3 a un diamè tre intérieur de 8 mm, sans restriction de sec tion, peut alimenter une buse 13 dont la tuyère a un diamètre de sortie de 4 mm, avec une perte de charge dp de 0,015 kg/cm2 seu lement, pour une pression absolue de 1,3 kg; cm2. Une buse identique, montée sur la tête d'un chalumeau classique de dimen sions générales correspondantes,, qui seraient alimenté à la même pression, ne disposerait, à l'entrée de la buse, que d'une pression abso lue infinie (1,05 kg/cm2 environ) et le chalu meau ne pourrait pas fonctionner.
Bien entendu, plus la section de sortie de la buse est faible, plus la perte de charge interne dans le chalumeau est faible, puisque le débit en oxygène est moindre. En mainte nant la perte de charge dp dans les limites indiquées plus haut, celle-ci reste assez petite pour être négligeable.
D'autre part, lors de la mise au point expérimentale du chalumeau, on peut tenir compte s'il y a lieu, pour le calcul des sec tions, de l'écart entre la pression à l'entrée de la buse et de la pression à l'entrée du chalu meau ou même à l'entrée d'un tuyau de caoutchouc de longueur moyenne ( 6 mètres par exemple) amenant l'oxygène au chalu meau, à partir d'une source d'oxygène à pres sion constante.
Le dispositif d'alimentation de 1.a chauffe est constitué par les robinets 7 et 9, le doseur 10 et la chambre (le mélange 8. Par le tube 14, ils alimentent les orifices 12 de la buse. Les orifices calibrés<B>2</B>:ï pour l'oxygène, 26 pour le combustible et 27 pour le mélange sont établis en fonction de la pression d'oxy gène p à l'entrée du chalumeau et de la pres sion du gaz combustible pour assurer, le ro binet d'oxygène étant ouvert en grand, l'ali- mentation convenable de la, buse la plus forte. La correction finale du réglage de la flamme, pour ajuster la proportion de l'oxygène et du. combustible, se fait par le robinet 9.
Dans un chalumeau classique, les orifices de chauffe des différentes buses interchangeables varient dans une grande proportion, à cause de l'éten due de la gamme d'épaisseurs qu'un seul. cha lumeau peut couper, et aussi à cause de l'aug mentation de la puissance de chauffe qui va rie approximativement proportionnellement au débit Q de l'oxygène de coupe.
Un chalumeau suivant les fig. 1 à 3, lors qu'il est alimenté sous une pression absolue d'oxygène p inférieure à ta pression critique, ne peut avoir une gamme d'épaisseurs (le coupe aussi étendue, à cause des limites de section du circuit de coupe acceptables pour un chalumeau d'usage courant. Par exemple, le modèle courant, tel que représenté aux fig. 1 à 3, alimenté à la pression p de 1,3 kg/cin2 (absolue) coupe de 0,5 à 100 min et non de 0,5 à 400 mm, comme le chalumeau classique visé dans le tableau I.
Ceci n'est toutetois pas un inconvénient, car en pratique, on n'hésite pas à recourir, pour des épaisseurs au-dessus de 100 inni, à un chalumeau spécial phis volumineux si les résultats sont meil leurs. D'autre part, on a déjà signalé l'intérêt, pour les épaisseurs inférieures à 25 mm, d'augmenter la puissance de la chauffe, grâce à des orifices de sortie divergents.
Pour ces deux raisons: gamme moins étendue et chau-t'fe plus forte pour les petites épaisseurs, la diffé rence entre la chauffe la plus faible et la plus forte, dans le cas d'un chalumeau suivant les fig. 1 à 3, pour usage courant, est très peu importante. En fait, le calibrage des orifices 12 suffit à régler l'importance de la flamme de chauffe lorsque les orifices 25 et 26 sont juste calibrés comme il est dit phis haut, ce qui assure à la chauffe d'un chalumeau de ce type une automaticité de réglage qui em pêche l'opérateur d'exagérer la, chauffe, tout; en lui laissant la possibilité de la réduire, en agissant exceptionnellement sur les deux ro binets 7 et 9.
Dans le cas d'un chalumeau plus vohimi- veux destiné à des travaux d'épaisseur supé rieures, de 100 à 400 mm par exemple, les orifices 25, 26 et 27 sont établis encore pour la flamme la plus forte, et la réduction im portante de la chauffe, étant donné le très grand écart des puissances de chauffe néces saires pour couper 100 à 400 mm, est obtenue en agissant sur les deux robinets 7 et 9. Ce défaut d'automaticité du réglage est moins grave ici que dans un chalumeau d'usage cou rant, car ces travaux de coupe épaisse sont toujours confiés à un personnel plus qualifié que les travaux courants.
D'ailleurs, il reste toujours possible de rétablir l'automaticité du réglage de la chauffe, pour des travaux de série par exemple, en adaptant le doseur mé langeur 10 et 8 à l'importance de la buse mise en ouvre.
Enfin, lorsqu'on emploie de l'acétylène comme combustible, le choix d'une pression absolue d'oxygène p assez faible (inférieure à 1,5 kg/cm2 par exemple) permet de disposer aisément dîme pression d'acétylène légère ment supérieure à celle de l'oxygène. On réalise une meilleure stabilité de la flamme, condition importante de la bonne qualité de la coupe, en utilisant une pression d'acétylène dépassant de 10 à 2011/o celle de l'oxygène. Lorsque la pression d'alimentation dépasse la pression critique, il est difficile d'augmenter la pression d'acétylène, en raison de la pres sion maximum imposée par les règlements que les installations de production d'acétylène ne peuvent dépasser.
On a indiqué ci-après les résultats d'essais méthodiques effectués avec des chalumeaux tels que décrits, alimentés sous une pression constante d'alimentation p de 1,3 kg/cm2 absolue, pression la plus faible qui ait été atteinte par la demanderesse pour l'alimenta tion d'un chalumeau soudeur comportant une gamme de débits de 50 1/h à 3500 1/h.
(On remarquera à ce propos que le corps de man che 28 du chalumeau coupeur représenté aux fig. 1 à 3 ainsi que le mélangeur 8 et le do seur 10 sont des éléments interchangeables avec ceux d'un chalumeau soudeur.) glu cours de ces essais, des résultats nettement supé- rieurs à ceux de bons chalumeaux classiques ont été obtenus sur des épaisseurs variant de 3 à 600 min, Pour les épaisseurs comprises entre 3 et 25 mm, les avantages principaux ont été - économie d'oxygène de 10 à 40% suivant les épaisseurs; - augmentation clé la vitesse de coupe: :5 à 30% suivant les épaisseurs; - dégagement régulier de l'oxyde sans for mation de barrette adhérente;
- amélioration de la surface des pièces cou pées, qui est nette et régulière.
Pour les épaisseurs supérieures à 25 mm, l'augmentation de vitesse n'est pas notable et l'économie d'oxygène varie entre 0 et 204; par contre, le jet d'oxygène est beaucoup phis régulier dans son action. Il ne nécessite aucune précaution d'amorçage particulière de 1a réaction d'oxydation du métal et ne pro voque aucun affouillement à l'intérieur des pièces.
Des coupes de 600 mm d'épaisseur sur lingots carrés froids de 6 t ont été effectuées après préchauffage par la flamme même du chalumeau pendant 30 secondes seulement, sans que le moindre accident d'affouillement de métal ou de désamorçage se soit ma nifesté, et le coin incoupé de fin de coupe était extrêmement faible (de l'ordre de 100 >.'. 200 min pour l'épaisseur de 600 mm).
T1 s'est d'ailleurs révélé possible de supprimer entièrement le coin incoupé en réduisant sur cette forte épaisseur la vitesse d'avance au- dessous de 2 m 50/minute, sans pour cela pro voquer les affouillements caractéristiques d'une vitesse trop lente, que l'on constate avec les chalumeaux classiques.
Si l'on considère que l'influence du prix de l'opération de coupage diminue lorsque le prix des pièces à couper augmente, le gain de vitesse de coupe perd son. intérêt au fur et à mesure qu'augmente l'épaisseur au-dessus de 25 mm, au profit de la qualité et de la régu larité des surfaces coupées, qui deviennent primordiales. Les résultats obtenus au cours de ces essais sont donc très satisfaisants pour toutes les épaisseurs. L'alimentation en oxy gène à pression constante est réalisée en sup- rimant totalement l'intervention p <B>1</B> de l'opéra teur, pour lequel le facteur pression d'oxy gène n'existe plus.
On remarquera que, dans le procédé dé crit, il est possible d'effectuer des travaux d'oxy-coupage sur des épaisseurs de 10 à 600 mm avec une pression constante infé rieure à 2 kg/cm2 abs.
Il est souhaitable, bien que cela ne soit pas indispensable, que le gaz combustible soit également alimenté dans les mêmes conditions. E:n effet, si la pression d'oxygène fournie au doseur 5 du chalumeau coupeur est limitée, il est impossible, même dans le cas d'un excès de pression du gaz combustible à, l'entrée duchalu- meau, de consommer trop de gaz combustible, car son excès apporterait à la flamme de chauffe une déformation intolérable, rendant tout travail. impossible. Le réglage automa tique de la pression du gaz combustible n'est donc> qu'une question de confort supplémen taire et, dans certains cas, de sécurité.
La description ci-dessus s'applique indis tinctement aux chalumeaux coupeurs à main et aux chalumeaux coupeurs destinés à être conduits par des machines.
Oxy-cutting process and torches for the implementation of this process. The invention relates to the cutting of ferrous or other metals by means of an oxygen jet intended to burn the metal, combined with a flame intended to bring the leading edge of the metal to be cut to the reaction temperature. .
All torches currently in use use oxygen pressures adjustable by the operator (by means of pressure reducers in the case of supply by individual oxygen cylinders or by means of regulators in the case of supply. tion by an already relaxed oxygen distribution manifold) and a set of interchangeable outlet nozzles, each to be used for a certain range of thicknesses (eg twelve different nozzles for thicknesses from 1 to 400 mm).
The oxygen supply pressure varies for each nozzle between limits determined according to the thicknesses to be cut, the highest pressures corresponding to the greatest thicknesses; in addition, the nozzles working on the thickest thicknesses require the highest pressures.
The supply pressures are carefully determined by the manufacturer, and any deviation. the pressure actually used in relation to the prescribed pressure adversely affects the cutting speed, the sharpness of the cut surfaces and the expulsion of the oxide formed. Thus, for a given nozzle, a pressure failure reduces the cutting speed, can cause scouring or incomplete cuts and generally results in adherent oxide deposits on the lower edges.
These oxide deposits, which are of little importance when cutting thick materials above 100 mm because their removal with a chisel requires little time compared to the cutting time, become a very serious drawback on cuts of common thickness, from 5 to 30 mm, because their removal with a chisel often requires as much time as the cutting operation itself.
An excess of pressure, which causes a waste of oxygen, does not generally improve the cutting speed, but risks causing large pockets on the faces of the cut metal, distorts the plane of these faces due to the expansion of the jet after leaving the nozzle and sometimes even causes in the bleeding a return of oxide behind the jet, which forms a strip adhering to the lower sharp angles of each of the cut faces.
The table below, taken from an American catalog, illustrates, for a torch of modern manufacture, the limits of variations in oxygen pressure among the narrowest which have been adopted to date.
EMI0002.0000
<I> Table <SEP> I: </I>
<tb> Bore <SEP> of <SEP> and <SEP> Relative pressure <SEP> <SEP> Consumption <SEP> Relative pressure <SEP>
<tb> Thick <SEP> rd <SEP> metal <SEP> N '<SEP> of <SEP> oxygen <SEP> oxygen <SEP> oxygen <SEP> <SEP> gas
<tb> eu <SEP> mm <SEP> nozzle <SEP> yg <SEP> g / cm2 <SEP> 1 / minute <SEP> fuel
<tb> Min. <SEP> Max. <SEP> mm <SEP> Min. <SEP> Max. <SEP> Min. <SEP> Max.
<SEP> g / cm2
<tb> 0.4 <SEP> 6 <SEP> 000 <SEP> 0.635 <SEP> 490 <SEP> 1400 <SEP> 14 <SEP> 45 <SEP> 350
<tb> 6 <SEP> 12.5 <SEP> 00 <SEP> 0.889 <SEP> 560 <SEP> 1750 <SEP> 31 <SEP> 59 <SEP> 350
<tb> 6 <SEP> 25.4 <SEP> 0 <SEP> 1.066 <SEP> 630 <SEP> 2100 <SEP> 36 <SEP> 75 <SEP> 350
<tb> 6 <SEP> 51 <SEP> 1 <SEP> 1,395 <SEP> 1050 <SEP> 2450 <SEP> 36 <SEP> 105 <SEP> 350
<tb> 12.7 <SEP> 76 <SEP> 2 <SEP> 1,613 <SEP> 1750 <SEP> 3500 <SEP> 50 <SEP> 135 <SEP> 350
<tb> 51 <SEP> 127 <SEP> 3 <SEP> 1,778 <SEP> 2100 <SEP> 3500 <SEP> 87 <SEP> 198 <SEP> 350
<tb> 102 <SEP> 152 <SEP> 4 <SEP> 2,082 <SEP> 2450 <SEP> 4200 <SEP> 137 <SEP> 250 <SEP> 350
<tb> 152 <SEP> 254 <SEP> 5 <SEP> 92,489 <SEP> 2800 <SEP> 4900 <SEP> 188 <SEP> 351 <SEP> 350
<tb> 254 <SEP> 305 <SEP> 6 <SEP> 2,794 <SEP> 3150 <SEP> 4900 <SEP> 280 <SEP> 420 <SEP> 420
<tb> 305 <SEP> 355 <SEP> 7 <SEP> 3,
568 <SEP> 3500 <SEP> 5600 <SEP> 420 <SEP> 450 <SEP> 420
<tb> 355 <SEP> 380 <SEP> 8 <SEP> 3,080 <SEP> 3850 <SEP> 5600 <SEP> 450 <SEP> 535 <SEP> 705
<tb> 355 <SEP> 406 <SEP> 9 <SEP> 4,366 <SEP> 3500 <SEP> 6300 <SEP> 450 <SEP> 615 <SEP> 705 From the examination of this table, one can conclude; a) that for sections of 0.4 to 406 mm, the oxygen pressure varies from 0.490 to 6.3 kg / cm2 (approximately 13: 1 ratio); b) that for each of the twelve nozzles which cover the full range of thicknesses, the pressure varies in a ratio between 3.2: 1 and 1.5: 1.
The use of such a torch therefore requires not only very particular care on the part of the operator to ensure at each nozzle, for each thickness, the optimum pressure, but also the use of adjustment and control devices. pressure control fairly regular and precise enough to give and hold the chosen pressure.
If we consider that these pressure ranges vary from one brand of torch to another, we understand the difficulty experienced by the worker, obliged to consult a pressure table established for each torch that he can bring. use. In practice, the worker is led to disregard the manufacturer's prescriptions and to regulate the pressure in an empirical manner. This always results in a significant wastage of oxygen and, in many cases, a malfunction of the torch and poor work quality, the consequence of too much or too little pressure.
According to a recent publication (Welding Journal of January 1947, volume 25, pages 5, to 11), a builder of torches proposes, to cut thicknesses of 400 to 1300 mm, pressures much lower than those of table I, but decreasing as the thicknesses to be cut increase, as shown in the table below:
EMI0002.0006
Here again, the oxygen pressures required at each nozzle are different and the criticisms made above of the supply of torches of the conventional type still apply.
Moreover, according to a commentary on this publication, published in the Journal suisse de la Soudure (edited in Basel, Switzerland, No. 11 of November 1947, page 261) the lowering of the oxygen pressure requires a long cylindrical guiding of the oxygen jet through a channel nozzle of 50 cm to 1 m and, preferably, a preheating of the structure to a temperature of about 500 C; finally, this new process results in a higher oxygen consumption than the previously known processes, in which the pressure increased with the thickness of the section.
The object of the present invention is to ensure that the cutting torches have a constant feed rate and more economical operation, while giving better and more regular cutting results, the unification of the feed pressure of the dif several nozzles completely removing the operator's responsibility for adjusting and controlling the pressure.
In the course of numerous cutting experiments, the Applicant has observed that it obtains the best behavior from a cutting torch cutting oxygen jet, when the oxygen jet flowed smoothly in the extension of the orifice of the nozzle and without bursting of the jet at the outlet of the nozzle. It has found that, when these conditions are met, the iron oxide, as it is formed, flows or is blown along the generally vertical half-cylinder which is at the front of the bleeding, in the direction of the cut, parallel to the axis of the jet, a half-cylinder whose axis can, depending on the cutting speed, curve more or less forward without any inconvenience.
On the contrary, when the jet of oxygen at its exit from the nozzle undergoes a sudden expansion or eddies, the oxide is entrained by these and comes to flow behind the jet, along the walls of the cup. , causing either its clogging, or an oxide bar adhering to the lower angles of the groove of the cut.
The theoretical study of these phenomena, confirmed by experience, has made it possible to discover this new notion that the most efficient, economical and fastest cutting conditions, giving the most regular work, are those in which oxygen exits from the orifice of the nozzle at a pressure close to atmospheric pressure, in order to avoid the well-known phenomenon of vein bursting, which occurs when a gas jet leaves a nozzle in a pressure medium lower than its own pressure.
The determination of the pressure it. must, maintain upstream of the nozzle to obtain atmospheric pressure downstream is based on the well-known principle that the speed of a gas jet can never exceed the speed of sound in the gas under consideration, so that a exceeding the operating pressure at the inlet of a nozzle causes, depending on whether one is below or beyond the critical pressure (corresponding to the speed of sound), either an increase in the speed of the jet at the outlet, or an increase in the pressure of said jet at the outlet.
It is therefore understood that the supply conditions of a torch vary depending on whether the upstream pressure is lower or higher than the critical pressure.
The calculation establishes that the critical absolute pressure necessary to obtain, at the outlet of a converging nozzle designed for optimum efficiency (convergence angle of about 15), the speed of sound is, at ambient temperature, l 'order of 1.9 kg / cxn2. As the temperature which the end of a cutting torch nozzle can reach is of the order of 300 to 400 ° C., this figure must be modified "slightly, and experience shows that the critical absolute pressure is then reduced to 1.8 kg / cm2 under normal operating conditions of a cutting torch nozzle.
Thus, by constituting the nozzle of a cutting heater by a converging nozzle of about 15 at the inlet, followed or not by a cylindrical duct and by maintaining the inlet pressure at 1.8 kg / em2 absolute , the jet of oxygen flows into the atmosphere in the form of a cylinder in the extension of the outlet orifice, without eddying or bursting when it leaves the nozzle.
In the case where the absolute pressure p at the inlet of the nozzle is greater than approximately 1.8 kg / cm2, the same result can still be obtained, provided that the converging nozzle is completed with a divergent, and the experiment establishes that the opening angle of this divergent must be substantially equal to 7, while the outlet section Ss must be linked to the section at the neck S, by the relation:
EMI0004.0006
Ss and S, being expressed in cm2 and p in kg / cm2.
With the first type of nozzle, the operator can theoretically have a margin of pressure adjustment.
With the second type, the pressure must be fixed once and for all, without the operator being able to modify it.
Now not only does it. It is desirable that, in all cases, the supply pressure be invariable and subtracted at the initiative of the operator, but this is also a theoretical condition for satisfactory work. <B> Indeed </B> , the nozzle of a cutting torch includes, in addition to the nozzle for the <B> the </B> jet, of oxygen, the outlet orifices of the fuel mixture producing the heating flame, and it is of course very advisable to '' supply both the openings for the flame and the oxygen nozzle with the same source of oxygen (the combustible gas may be acetylene, propane, natural gas, etc.).
However, polishing a determined cutting thickness, the optimum efficiency of the key cutting jet and its best behavior are obtained with a heating power also determined. This, for a given fine supply pressure, is determined by the total section and the arrangement of the heating orifices and in particular their proximity to the axis of the jet.
As the power of the heating flame depends on the supply pressure, it can be seen that leaving the operator free to adjust his oxygen pressure below the critical pressure would leave him the possibility of modifying to a very large extent the size of its heating flame, which is a serious drawback, both from the point of view of economy and from the point of view of quality of work.
Ultimately, by imposing on. the supply of oxygen (and preferably also of combustible gas) to the cutting torches under fixed, non-adjustable conditions, it is possible to ensure optimum supply conditions for the cutting jet as well as for the heating flame.
In practice, the torches operating below the critical pressure, the outlet nozzle of which is only constituted by a converging nozzle, are those which present the most interest for the following reasons 1 More perfect emptying of the cylinders of oxygen when they are about to be depleted.
2 The low oxygen pressure simplifies the connection of rubber hoses and eliminates the risk of serious burns when a rubber oxygen hose catches fire.
3 When the fuel gas is acetylene, low oxygen pressure lends itself well to. the use of an acetylene pressure slightly higher than the oxygen pressure, which considerably improves the immunity to flashbacks of the flame cats.
4 The low oxygen pressure eliminates the risk of oxygen returning to the circuit, containers or fuel gas generators.
15 The ox @ -gene pressure necessary for oxy-cutting is placed in the range of optimum pressures to polish the supply of the various torches using oxygen: welding, brazing, heating torches , surface hardening, surface burning, etc.
Thus, all torches using oxygen can include automatic adjustment members, individual or centralized, and it is possible to eliminate, whatever. the work carried out, the individual adjustment or control of the pressures of each torch, while ensuring their supply under conditions which will always be those of their best performance.
The appended drawing shows, by way of example, two embodiments of the subject of the invention. In this drawing Fig. 1 is an elevational view of a torch according to the invention.
Fig. 2 is a view in longitudinal section.
Fig. 3 is a corresponding plan view.
Fig. 4 shows a variant of the oxygen supply to the oxygen jet and the heating orifices, and FIG. 5 shows in section a nozzle for a torch supplied at a pressure greater than the critical pressure.
Figs. 1 to 3 represent a torch in which 1 designates the oxygen supply pipe common to the heating 2 and cutting 3 oxygen lines. A valve 6 controls the supply of cutting oxygen to the nozzle and a valve 7 the supply of the heating oxygen to the mixer 8, while a valve 9 controls the arrival of the combustible gas.
In the variant of FIG. 4, there are two separate inlets for the oxygen, one, 5, for the section connecting to line 3 and the other, 4, for the heating supplying directly to the tap 7 and line 2.
The mixer 8, which ensures the mixing of the oxygen and the fuel gas is of a known type, in which the passage section (the oxygen metering device 10 is established to limit, at the constant supply pressure, the maximum oxygen flow rate corresponding to the maximum intensity of the heating flame, the oxygen valve 7 being fully open.
The corresponding pressure of the combustible mixture in the tube 14 is thus kept within narrow limits, of the order of 1.12 to 1.25 kg / m2 abs., Whatever the type of nozzle employed.
The variations in intensity of the heating flame, corresponding to each oxygen nozzle 11, are determined firstly by the number and the calibration of the heating orifices 12 of the nozzle 13 and secondly by the adjustment of the valve. oxygen 7, which only intervenes for. the small adjustment differences required by the surface condition of the. workpiece or the initial temperature thereof. The mixture of oxygen and fuel gas is led to the nozzle 13 through the tube 14 and the head 15.
The cutting oxygen, after passing through the valve 6, goes directly to the outlet nozzle through the pipe 16 and the head 15.
This nozzle is established so that the torch operates under a single invariable pressure of oxygen, whatever the thickness of the structure, pressure which may be inscribed on a plate 17. Whatever this pressure, the nozzle of cutting oxygen outlet (fig. 2 or 5) com carries, as explained above, a convergent 18 (or 19) with an opening of about 15. The inlet section of the convergent is equal to that of the oxygen conduit in the head 15. When the operating pressure is less than the critical pressure, this convergent may be followed by a cylindrical part 11, the cross section of which. varies according to the oxygen flow Q.
When this working pressure is greater than the critical pressure, the convergent is followed by a diverging 20 with an opening of about 7; the section of the neck 5¯, is proportional to the oxygen flow Q, varies according to the thicknesses to be cut.
In other words, if S, is the minimum section of flow of oxygen through the nozzle, we must have <B> se </B> = KQ K being a constant whose value depends on: a) the shape of the nozzle (convergent fig. 2 or convergent divergent fig. 5); <I> b) </I> of the constant pressure <I> p; </I> c) of the section at the inlet of the nozzle; d) the operating temperature of the nozzle; e) the efficiency of the nozzle.
Conventional torch nozzles *, on the contrary, have an outlet section Sa which is. proportional not only to the flow rate Q, but also to the variable pressure p of oxygen gene at the inlet of the nozzle, that is to say Sa = IL 'p³Q la. constant Kï 'being dependent only on factors c, d and e.
As said above, the section at the neck S, and the outlet section Ss of the nozzle of fig. 5 must satisfy the relation:
EMI0006.0005
Ss and S, being expressed in cm? and p in kg / em2.
When the supply pressure is lower than the critical pressure, the connection between the nozzle head 15 and the nozzle 13 can be considerably simplified; in fact, the pressure difference between the central circuit 22 of the nozzle and the heating circuit 23 which surrounds it is so small that a double plane bearing 24 and 25, metal to metal, ensures satisfactory and lasting sealing. When the absolute oxygen supply pressure is less than 3 kg / em2, the nozzle 21 can still accommodate this very simple connection.
Above this pressure, we encounter the same difficulties as with conventional torches to ensure the clamping, on the one hand, between the central circuit, at high pressure and the heating circuit and, on the other hand. , between the latter and the atmosphere.
The orifices for the heating flame 12, arranged around the cutting oxygen outlet nozzle, may be constituted by one or more suitably sized holes or by an annular channel, surrounding the oxygen jet. For cutting small thicknesses (from 2 to 2 to n im), where cutting speed is a very important economic factor, it is advisable to use slightly divergent heating orifices.
An inclination of approximately 5 of these orifices with respect to the axis in the nozzle of the cutting jet made it possible to increase the power of the. heating flame, while remaining below the melting point of the leading edges of the cutting and increasing the cutting speed, in a proportion of 10 to 50 0lo depending on the case with respect to nozzles where the axes heating orifices are parallel to the axis of the cutting jet.
This result is no longer manifested beyond about 25 mm in thickness.
In order for the cutting nozzles to be supplied at a constant pressure p, the installation must include means for automatic adjustment of the oxygen pressure, as indicated below, but it is also necessary that the pipe oxygen from the inlet connection 1 or 5 to the head 15 meets the imperative conditions as regards the pressure drops. In a conventional torch, the pressure drops in the circuit (the cutting oxygen are always high.
They are. due to poor circuit calibration, sudden bends and changes of direction, small section valves. With the strongest nozzle they can carry, conventional torches commonly have an internal pressure drop of 0.5 kg / cm \ -. This has no disadvantage since the operator has complete freedom to adjust the supply pressure. It is conqoit that such a torch could not be used for the implementation of the invention,
unless a constant pressure p is reached high enough for this pressure drop to become negligible. On the contrary, the cutting of a torch as described must be carried out by carefully eliminating all sharp bends, all restrictions of pitch.
The cutting valve 6 in particular must have a direct passage, so that between the inlet connection 1 or 5 and the head 15, just before the inlet of the nozzle, the pressure drop dp, during operation of the strongest nozzle, ie: 4p <0.1.0 (p-1) without however exceeding 0.05 kg / cm2 when the absolute supply pressure is lower than the critical pressure and without exceeding 0.08 kg / cm2 when the absolute supply pressure is greater than the critical pressure.
A torch according to fig. 1 to 3, of which the cutting oxygen line 3 has an internal diameter of 8 mm, without restriction of section, can feed a nozzle 13 whose nozzle has an outlet diameter of 4 mm, with a pressure drop dp of 0.015 kg / cm2 only, for an absolute pressure of 1.3 kg; cm2. An identical nozzle, mounted on the head of a conventional torch of corresponding general dimensions, which would be supplied at the same pressure, would have, at the inlet of the nozzle, only an absolute infinite pressure (1, 05 kg / cm2 approximately) and the heat pump could not work.
Of course, the smaller the outlet section of the nozzle, the lower the internal pressure drop in the torch, since the oxygen flow rate is lower. By keeping the pressure drop dp within the limits indicated above, it remains small enough to be negligible.
On the other hand, during the experimental development of the torch, one can take into account, if necessary, for the calculation of the cross-sections, the difference between the pressure at the inlet of the nozzle and the pressure at the inlet of the heater or even at the inlet of a rubber hose of medium length (6 meters for example) supplying oxygen to the heater, from an oxygen source at constant pressure .
The heating supply device 1.a consists of the taps 7 and 9, the metering device 10 and the chamber (the mixture 8. Through the tube 14, they supply the orifices 12 of the nozzle. The calibrated orifices <B> 2 </B>: ï for oxygen, 26 for the fuel and 27 for the mixture are established according to the oxygen pressure p at the inlet of the torch and the pressure of the fuel gas to ensure, with the oxygen valve wide open, the proper feed to the larger nozzle. The final correction of the flame setting, to adjust the proportion of oxygen and fuel, is made by the tap 9.
In a conventional torch, the heating orifices of the different interchangeable nozzles vary greatly, because of the extent of the range of thicknesses that only one. heat can cut, and also because of the increase in heating power which varies approximately in proportion to the flow rate Q of the cutting oxygen.
A torch according to fig. 1 to 3, when supplied under an absolute pressure of oxygen p less than your critical pressure, cannot have a range of thicknesses (the cut as wide, because of the section limits of the cutting circuit acceptable for a torch in common use For example, the current model, as shown in Figs. 1 to 3, supplied at the pressure p of 1.3 kg / cin2 (absolute) cuts from 0.5 to 100 min and not from 0.5 to 400 mm, like the conventional torch referred to in Table I.
However, this is not a disadvantage, because in practice, one does not hesitate to resort, for thicknesses above 100 inni, to a special bulky phis torch if the results are better. On the other hand, it has already been pointed out the benefit, for thicknesses less than 25 mm, of increasing the power of the heating, thanks to divergent outlet orifices.
For these two reasons: less extended range and stronger heating for small thicknesses, the difference between the weakest and strongest heating, in the case of a torch according to fig. 1 to 3, for common use, is of very little importance. In fact, the calibration of the orifices 12 is sufficient to adjust the size of the heating flame when the orifices 25 and 26 are just calibrated as it is said above, which ensures automaticity to the heating of a torch of this type. adjustment that prevents the operator from overdoing the heat, everything; by leaving it the possibility of reducing it, by acting exceptionally on the two rollers 7 and 9.
In the case of a larger torch intended for work of greater thickness, from 100 to 400 mm for example, orifices 25, 26 and 27 are still established for the strongest flame, and the reduction im load-bearing capacity of the heating, given the very large difference in the heating powers necessary to cut 100 to 400 mm, is obtained by acting on the two taps 7 and 9. This automatic adjustment defect is less serious here than in a torch in common use, because these thick cutting jobs are always carried out by more qualified personnel than ordinary jobs.
Moreover, it is always possible to restore the automaticity of the heating adjustment, for series work for example, by adapting the mixing dispenser 10 and 8 to the size of the nozzle used.
Finally, when acetylene is used as fuel, the choice of a fairly low absolute pressure of oxygen p (less than 1.5 kg / cm2 for example) makes it possible to easily have a slightly higher pressure of acetylene. to that of oxygen. A better stability of the flame, an important condition for the good quality of the cut, is achieved by using an acetylene pressure exceeding that of oxygen by 10 to 2011 / o. When the supply pressure exceeds the critical pressure, it is difficult to increase the acetylene pressure, due to the maximum pressure imposed by regulations that acetylene production facilities cannot exceed.
The results of methodical tests carried out with torches as described, supplied under a constant supply pressure p of 1.3 kg / cm2 absolute, the lowest pressure which has been reached by the applicant for the supply of a welding torch having a flow rate range of 50 1 / h to 3500 1 / h.
(It will be noted in this connection that the handle body 28 of the cutting torch shown in Figs. 1 to 3 as well as the mixer 8 and the dispenser 10 are interchangeable elements with those of a welding torch.) tests, results clearly superior to those of good conventional torches were obtained on thicknesses varying from 3 to 600 min. For thicknesses between 3 and 25 mm, the main advantages were - oxygen savings of 10 to 40% depending on the thickness; - key increase in cutting speed:: 5 to 30% depending on the thickness; - regular release of the oxide without forming an adherent bar;
- improvement of the surface of the cut pieces, which is clean and regular.
For thicknesses greater than 25 mm, the increase in speed is not noticeable and the oxygen saving varies between 0 and 204; on the other hand, the jet of oxygen is very regular in its action. It does not require any special precaution to initiate the oxidation reaction of the metal and does not cause any scouring inside the parts.
600 mm thick cuts on cold 6 t square ingots were made after preheating by the flame itself of the torch for 30 seconds only, without the slightest metal scour or defusing accident having occurred, and the uncut wedge at the end of the cut was extremely small (of the order of 100>. '. 200 min for the thickness of 600 mm).
T1 has also proved possible to completely eliminate the cut wedge by reducing the speed of advance over this large thickness to below 2.50 m / minute, without causing the scour characteristic of a too slow speed. , which we see with conventional torches.
Considering that the influence of the price of the cutting operation decreases as the price of the parts to be cut increases, the gain in cutting speed loses its effect. interest as the thickness increases above 25 mm, for the benefit of the quality and consistency of the cut surfaces, which become essential. The results obtained during these tests are therefore very satisfactory for all thicknesses. The oxygen supply at constant pressure is carried out by completely eliminating the p <B> 1 </B> intervention of the operator, for whom the oxygen pressure factor no longer exists.
It will be noted that, in the method described, it is possible to carry out oxy-cutting work on thicknesses of 10 to 600 mm with a constant pressure less than 2 kg / cm2 abs.
It is desirable, although not essential, that the fuel gas is also supplied under the same conditions. E: n indeed, if the oxygen pressure supplied to the metering device 5 of the cutting torch is limited, it is impossible, even in the case of an excess of fuel gas pressure at the inlet of the burner, to consume too much of combustible gas, because its excess would bring to the heating flame an intolerable deformation, making any work. impossible. The automatic adjustment of the fuel gas pressure is therefore> only a question of additional comfort and, in certain cases, of safety.
The above description applies equally to hand-held cutting torches and to cutting torches intended to be driven by machines.