EP2451612B1 - Coupage par jet de fluide cryogénique liquide additionné de particules abrasives - Google Patents

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EP2451612B1
EP2451612B1 EP20100734782 EP10734782A EP2451612B1 EP 2451612 B1 EP2451612 B1 EP 2451612B1 EP 20100734782 EP20100734782 EP 20100734782 EP 10734782 A EP10734782 A EP 10734782A EP 2451612 B1 EP2451612 B1 EP 2451612B1
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EP
European Patent Office
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carbide
mixing chamber
abrasive particles
cutting
tungsten carbide
Prior art date
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EP20100734782
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German (de)
English (en)
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EP2451612A1 (fr
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Jacques Quintard
Frédéric Richard
Charles Truchot
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Publication date
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/003—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods using material which dissolves or changes phase after the treatment, e.g. ice, CO2
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/04—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass
    • B24C1/045—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass for cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B24C7/00—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts
    • B24C7/0046—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts the abrasive material being fed in a gaseous carrier
    • B24C7/0076—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts the abrasive material being fed in a gaseous carrier the blasting medium being a liquid stream
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T83/00—Cutting
    • Y10T83/364—By fluid blast and/or suction

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for cutting materials, such as metals, concrete, wood, plastics or any other type of material, by a jet of cryogenic fluid at very high pressure with added abrasive, in particular corundum.
  • the cutting of materials can be done with the expuse (concrete, stone, metals ..), with the saw (metals, wood, plastics ...), by laser beam (metals, plastics ...), with jet of plasma (metals), water jet Ultra High Pressure (UHP) with or without abrasives (all types of materials) ...
  • UHP waterjet cutting with abrasive when there is no hot spot in contact with hard materials, during the cutting process, only UHP waterjet cutting with abrasive is used.
  • water at a pressure (UHP) of between 1000 and 4000 bar is brought to a stainless steel mixing chamber, into which a flow of compressed air conveying a garnet or olivine-type abrasive so as to form a mixture of water and ultrahigh-pressure abrasive.
  • This water / abrasive mixture is then sent towards the material to be cut by a tungsten carbide focusing gun, such as that shown in FIG. Figure 1 .
  • the figure 1 schematizes a conventional tungsten carbide focusing gun structure used to send an abrasive material to a material to be cut.
  • This focusing gun 5 comprises a first inlet or inlet 1 by which the barrel is fed with an abrasive / compressed air mixture, a second inlet or inlet 2 by which the barrel 5 is fed with UHP water, for example between 1000-4000 bars, a venturi type head 3, a mixing chamber 4 and an outlet for the mixture of pressurized water and abrasive.
  • cryogenic jets As taught by the document US Patent 7,310,955 for example.
  • a cryogenic fluid generally liquid nitrogen, is used at very high pressure to replace the water to achieve the desired cut.
  • this method is not used to cut some hard materials, such as metal, stone, concrete ..., especially when their thickness becomes too large, for example greater than about 10 mm.
  • cryogenic fluid distribution barrel, or even the mixing chamber, of the cutting device can be very quickly eroded when the fluid is supplemented with abrasive particles, in particular when the particles have a high hardness.
  • the invention also relates to a cutting jet cutting device with a pressure of at least 100 bar comprising a source of cryogenic liquid under pressure fluidly to a mixing chamber for supplying said mixing chamber with cryogenic liquid under pressure, and a focusing gun fluidly connected to said mixing chamber, characterized in that it further comprises a source of abrasive particles having a hardness index at least 6 Mohs, feeding the mixing chamber so as to feed the focusing gun into a mixture of cryogenic liquid under pressure and said abrasive particles, which mixture is delivered by the focusing gun in the form of a jet of cutting, the focusing gun being formed, totally or partially tungsten carbide with a cobalt content between about 0.1 and 10%, silicon carbide, titanium carbide, boron carbide, cubic boron nitride or in diamond.
  • the cutting method according to the invention consists in using a cutting jet formed, on the one hand, of a cryogenic fluid in liquid form, in particular liquid nitrogen, with UHP, that is to say typically more than 100 bar or more than 1000 bar, and secondly, abrasive particles formed of one or more materials having a hardness index of at least 6 Mohs, to cut a material.
  • the abrasive particles are supplied by a flow of gas, such as air, to the mixing chamber feeding the focusing gun for dispensing the jet of liquid / abrasive nitrogen mixture.
  • a flow of gas such as air
  • the abrasives used in combination with UHP liquid nitrogen are preferably corundum, garnet and olivine for the reasons explained below.
  • abrasives such as tungsten carbide, silicon carbide, alumina and calcium carbonate may also be used, depending on the application considered, including the nature, the thickness of the material to be cut, type of gun used, the nature of the material forming the mixing chamber.
  • the performance of an abrasive depends on its particle size, shape and hardness.
  • the cutting tests were made with abrasives with a grain size of 80 mesh, ie 150 to 180 ⁇ m, and having the same grain shape (sharp angles at about 60 °).
  • the corundum is more efficient than the garnet which is itself more efficient than the olivine since the corundum is, among other things, the hardest of these three compounds.
  • Table II below illustrates the degradation of a focusing gun according to the material constituting said barrel, in tests operated with a mixture of liquid nitrogen and corundum.
  • Table II ⁇ / u> After 1 hour of test: Corundum + liquid nitrogen Focusing gun type Standard WC WC + abrasion resistant (Roctec® 500) WC + abrasion resistant (Ultramant 3000) alumina B4C (Tetrabor®) Mark / KMT Ceratizit Sceram ESK Results Inoperative after 2 min No loss of efficiency No loss of efficiency Inoperative after 15 minutes No loss of efficiency Inside diameter before use 1.02 mm 1.02 mm 1.02 mm 1.20 mm 1.20 mm Inside diameter after use Between 2 and 2.5 mm 1.04 mm 1.08 mm 3à4mm 1.20 mm Compatibility with corundum bad Very good Very good bad excellent
  • Roctec® 500 and Ultramant 3000 focusing guns are harder than standard tungsten carbide (WC) guns and are much more resistant to corundum erosion.
  • tungsten focusing guns comprising less than 0.5% by weight of cobalt, preferably less than 0.30% by weight. example of the order of 0.25%, when corundum is chosen as abrasive material mixed with the flow of liquid nitrogen.
  • the mixing chamber 4 is very eroded by the stream of abrasive particles.
  • Table III shows the degradation of a hardened steel mixing chamber following the use of a mixture of liquid nitrogen and corundum for 8 hours, in particular of the part 11 of the mixing chamber. where the abrasive arrives, the part of the mixing chamber 12 where liquid nitrogen arrives and the part of the mixing chamber where the nitrogen / abrasive mixture comes out, as illustrated in FIG. Figure 2 .
  • Table III ⁇ / u> After 8 hours of testing: corundum + liquid nitrogen Focusing chamber hardened steel (cf. Figure 2 ) Internal diameter Mixing chamber before use Part 11 Part 12 Part 13 3 mm 2 mm 4.5 mm after use 3.1 mm 4.2 mm 6.5 mm
  • a focusing gun or even a mixing chamber, which is formed (ie solid pieces or surface coatings) of a harder material, will be used.
  • the abrasive particles used in particular harder than the corundum, thus making it possible to overcome the problem of erosion caused by these abrasive particles, in particular corundum.
  • the material of the focusing gun, or even of the mixing mixing chamber may be tungsten carbide containing a low level of cobalt ( ⁇ 0.5%), silicon carbide, boron, titanium or other, cubic boron nitride, diamond or any material compatible and harder than corundum.
  • At least the focusing gun of the jet is made of a material resistant to erosion caused by the abrasive particles because it is the gun that undergoes the stronger erosion.
  • olivine can also be used, as shown by additional tests performed under the same conditions as the previous tests.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)

Description

  • L'invention porte sur un procédé et dispositif de découpe de matériaux, tels les métaux, le béton, le bois, les plastiques ou tout autre type de matériau, par jet de fluide cryogénique à très haute pression additionné d'abrasif, en particulier de corindon.
  • La découpe de matériaux peut se faire à la disqueuse (béton, pierre, métaux..), à la scie (métaux, bois, plastiques...), par faisceau laser (métaux, plastiques...), au jet de plasma (métaux), au jet d'eau à Ultra Haute Pression (UHP) avec ou sans abrasifs (tous type de matériaux)...
  • Toutefois, lorsqu'il doit ne pas y avoir de point chaud au contact de matériaux durs, pendant le processus de découpe, seule la découpe par jet d'eau UHP avec abrasif est utilisée. Dans ce cas, selon un procédé de coupage assez répandu, de l'eau à une pression (UHP) comprise entre 1000 et 4000 bars est amenée jusqu'à une chambre de mélange en acier inoxydable, dans laquelle est simultanément introduit un flux d'air comprimé véhiculant un abrasif du type grenat ou olivine de manière à former un mélange d'eau et d'abrasif à ultra haute pression. Ce mélange eau/abrasif est ensuite envoyé en direction du matériau à couper par un canon de focalisation en carbure de tungstène, tel celui représenté en Figure 1.
  • Ainsi, la figure 1 schématise une structure classique de canon de focalisation 5 en carbure de tungstène utilisé pour envoyer un matériau abrasif vers un matériau à couper. Ce canon de focalisation 5 comprend une première arrivée ou entrée 1 par laquelle on alimente le canon avec un mélange abrasif/air comprimé, une seconde arrivée ou entrée 2 par laquelle on alimente le canon 5 avec de l'eau à UHP, par exemple entre 1000-4000 bars, une tête 3 de type venturi, une chambre de mélange 4 et une sortie pour le mélange formé d'eau sous pression additionnée d'abrasif.
  • Or, dans certains cas, l'utilisation d'eau est elle même problématique. En effet, l'utilisation d'eau pour certaines applications de découpe de pièce contaminée, par exemple suite à une contamination par produit chimique, radiations nucléaires ou autres, comporte des risques de pollution et impose des systèmes de récupération complexes et couteux.
  • Une solution alternative à la découpe à l'eau est proposée par l'utilisation de jets cryogéniques, comme enseigné par le document US-A-7,310,955 par exemple. Dans ce cas, on utilise un fluide cryogénique, en général de l'azote liquide, sous très haute pression en remplacement de l'eau pour réaliser la découpe souhaitée.
  • Toutefois, ce procédé n'est pas utilisable pour découper certains matériaux durs, tels le métal, la pierre, le béton..., en particulier quand leur épaisseur devient trop importante, par exemple supérieure à environ 10 mm.
  • De plus, on a remarqué que le canon de distribution du fluide cryogénique, voire également la chambre de mélange, du dispositif de coupage peut être très rapidement érodé lorsque le fluide est additionné de particules abrasives, en particulier lorsque les particules présentent une dureté élevée.
  • Il s'ensuit que le problème qui se pose est de pouvoir utiliser un procédé et un dispositif de découpage par jet de fluide cryogénique UHP pour découper différents types de matériaux, y compris des matériaux durs, tel le béton, les métaux, la pierre, le bois, les plastiques...., et/ou ayant des épaisseurs pouvant atteindre 10 cm, ne présentant pas les inconvénients susmentionnés. Un dispositif selon le préambule de la revendication 9 est divulgué dans le document WO 99-51393 .
  • La solution de l'invention est alors un procédé de coupage d'un matériau, dans lequel on opère une découpe dudit matériau au moyen d'un jet de coupe à une pression d'au moins 100 bars, caractérisé en ce que
    • le jet de coupe est formé par mélange d'au moins un premier composé sous forme liquide et à une température cryogénique inférieure à -100°C, et de particules abrasives solides formées d'au moins un matériau abrasif ayant un indice de dureté d'au moins 6 Mohs, les particules abrasives solides étant contenues dans un flux gazeux, et
    • le jet de découpe est dirigé vers le matériau à couper au moyen d'un canon de focalisation alimenté en ledit mélange, la matière formant, totalement ou partiellement, le canon de focalisation ayant une dureté supérieure à la dureté des particules abrasives solides utilisées.
  • Selon le cas, le procédé de coupage de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
    • le mélange entre le flux liquide et les particules abrasives solides véhiculées par le flux gazeux se fait dans une chambre de mélange.
    • la pression du jet de coupe est comprise entre 500 et 4000 bars, entre 1000 et 3800 bars, de préférence de l'ordre de 3000 à 3500 bars.
    • le composé sous forme liquide est à une température inférieure à -150°C, de préférence entre -160°C et -230°C.
    • le composé sous forme liquide est de l'azote liquide.
    • les particules abrasives solides comprennent au moins un matériau abrasif choisi dans le groupe formé par le corindon, le grenat, le carbure de tungstène, le carbure de silicium, l'olivine, l'alumine et le carbonate de calcium.
    • les particules abrasives solides ont une granulométrie comprise entre 20 et 200 mesh, de préférence 60 et 100 mesh.
    • les particules abrasives solides sont avantageusement des particules de corindon, grenat ou olivine, avantageusement du corindon.
    • le matériau à découper est en métal, en béton, en céramique, en bois, en plastique, en tout autre polymère ou en matière organique dure.
    • le matériau à découper a une épaisseur comprise entre 1 cm et 20 cm, typiquement entre 1 et 10 cm.
    • la vitesse de coupe est comprise entre 0,01 et 4 m/min selon la nature du matériau à couper.
    • le jet de coupe comprenant le composé sous forme liquide et les particules abrasives solides est obtenu par mélange dudit composé sous forme liquide avec un flux d'air comprenant les particules abrasives solides.
    • le mélange entre le flux liquide et l'abrasif véhiculé par un flux gazeux, se fait dans une chambre de mélange formée, totalement ou partiellement, i.e. pièce massive ou revêtement surfacique interne, d'acier trempé, de carbure de tungstène, de carbure de silicium, de titane ou de bore, nitrure de bore, de préférence nitrure de bore cubique, ou de diamant, de préférence en un matériau ayant une dureté supérieure à la dureté des particules abrasives solides utilisées.
    • le jet de découpe est dirigé vers le matériau à couper au moyen d'un canon de focalisation alimenté par le mélange obtenu dans ladite chambre de mélange.
    • la matière formant, totalement ou partiellement, i.e. pièce massive ou revêtement surfacique interne, le canon de focalisation a une dureté supérieure à la dureté des particules abrasives solides utilisées lorsque lesdites particules sont du corindon.
    • la matière formant, totalement ou partiellement, i.e. pièce massive ou revêtement surfacique interne, le canon de focalisation est du carbure de tungstène avec un taux de cobalt compris entre environ 0.1 et 10%, de préférence de l'ordre de 0.15% à 0.5%, par exemple de l'ordre 0.25%, du carbure de silicium, du carbure de titane, du carbure de bore, du nitrure de bore cubique ou du diamant.
    • le mélange entre le flux liquide et l'abrasif véhiculé par un flux gazeux, se fait dans une chambre de mélange formée, totalement ou partiellement, d'acier trempé, de carbure de tungstène avec un taux de cobalt compris entre environ 0.1 et 10%, de carbure de silicium, de carbure de titane, de carbure de bore, de nitrure de bore cubique ou de diamant.
    • la chambre de mélange ou le canon est formé, au moins partiellement, de carbure de tungstène avec un taux de cobalt compris entre environ 0.1 et 10%, et les grains de carbure de tungstène ont une taille inférieure à 1,5 µm, de préférence entre 0,1 et 0,6 µm.
  • L'invention concerne aussi un dispositif de coupage par jet de coupe à une pression d'au moins 100 bars comprenant une source de liquide cryogénique sous pression relié fluidiquement à une chambre de mélange pour alimenter ladite chambre de mélange en liquide cryogénique sous pression, et un canon de focalisation relié fluidiquement à ladite chambre de mélange, caractérisé en ce qu'elle comporte en outre une source de particules abrasives ayant un indice de dureté d'au moins 6 Mohs, alimentant la chambre de mélange de manière à alimenter le canon de focalisation en un mélange formé de liquide cryogénique sous pression et desdites particules abrasives, lequel mélange est délivré par le canon de focalisation sous forme d'un jet de coupe, le canon de focalisation étant formé, totalement ou partiellement en carbure de tungstène avec un taux de cobalt compris entre environ 0.1 et 10%, en carbure de silicium, en carbure de titane, en carbure de bore, en nitrure de bore cubique ou en diamant.
  • Selon le cas, le dispositif de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
    • la chambre de mélange est formée, totalement ou partiellement, d'acier trempé, de carbure de tungstène avec un taux de cobalt compris entre environ 0.1 et 10%, de carbure de silicium, de carbure de titane, de carbure de bore, de nitrure de bore cubique ou de diamant.
    • le canon de focalisation ou la chambre de mélange est formé, totalement ou partiellement, de carbure de tungstène comprenant un taux de cobalt compris entre environ 0.1 et 10%, les grains de carbure de tungstène ayant une taille inférieure à 1,5 µm.
  • L'invention va maintenant être mieux comprise grâce aux explications suivantes et aux exemples de réalisation ci-après.
  • Le procédé de découpe selon l'invention consiste à utiliser un jet de coupe formé, d'une part, d'un fluide cryogénique sous forme liquide, en particulier de l'azote liquide, à UHP, c'est-à-dire typiquement plus de 100 bars, voire plus de 1000 bars, et d'autre part, de particules abrasives formées d'un ou plusieurs matériaux ayant un indice de dureté d'au moins 6 Mohs, pour réaliser la découpe d'un matériau.
  • Les particules abrasives sont amenées par un flux de gaz, tel de l'air, à la chambre de mélange alimentant le canon de focalisation servant à distribuer le jet de mélange azote liquide/abrasif.
  • Les abrasifs utilisés en association avec l'azote liquide UHP sont de préférence le corindon, le grenat et l'olivine par les raisons expliquées ci-après.
  • Toutefois, d'autres abrasifs, tel que carbure de tungstène, carbure de silicium, alumine et carbonate de calcium peuvent aussi être utilisés, en fonction de l'application considérée, notamment de la nature, de l'épaisseur du matériau à découper, du type de canon utilisé, de la nature du matériau formant la chambre de mélange....
  • La performance d'un abrasif dépend de sa granulométrie, de sa forme et de sa dureté. Les essais de découpe ont été faits avec des abrasifs de granulométrie égale à 80 mesh, soit 150 à 180 µm, et ayant la même forme de grains (angles vifs à 60° environ).
  • C'est donc la dureté des abrasifs qui détermine ici leur efficacité. Les indices de dureté de plusieurs matériaux sont donnés dans le tableau 1 suivant. Tableau I
    Matériau Indice de dureté (Mohs)
    Diamant 10
    Nitrure de bore cubique 9.8
    Carbure de bore (B4C) 9,5
    Carbure de silicium 9,3
    Alumine 9,2
    Chrome 9
    Corindon 9
    Carbure de tungstène (WC) standard 8,5
    Acier inoxydable < 8,5
    Grenat 7.5
    Olivine 6.5
  • Comme on le voit dans ce Tableau I, selon l'échelle de dureté (Mohs), le corindon est plus performant que le grenat qui est lui-même plus performant que l'olivine puisque le corindon est, entre autres choses, le plus dur de ces trois composés.
  • Toutefois, il a été constaté qu'avec le corindon, le canon de focalisation, en carbure de tungstène (WC) standard et, dans une moindre mesure, la chambre de mélange, en acier trempé, subissent une plus forte érosion qu'avec le grenat. En fait, ces dégradations s'expliquent par le fait que la dureté du corindon est supérieure à celle de l'acier trempé et à celle du carbure de tungstène standard.
  • Le tableau II ci-après illustre ainsi la dégradation d'un canon de focalisation en fonction du matériau constituant ledit canon, lors de tests opérés avec un mélange d'azote liquide et de corindon. Tableau II
    Après 1 heure de test : Corindon + azote liquide
    Type de canon de focalisation WC standard WC + résistant à l'abrasion (Roctec® 500) WC + résistant à l'abrasion (Ultramant 3000) Alumine B4C (Tétrabor®)
    Marque / KMT Ceratizit Sceram ESK
    Résultats Inopérante au bout de 2 min Pas de perte d'efficacité Pas de perte d'efficacité Inopérante au bout de 15 min Pas de perte d'efficacité
    Diamètre intérieur avant utilisation 1.02 mm 1.02 mm 1.02 mm 1.20 mm 1.20 mm
    Diamètre intérieur après utilisation Entre 2 et 2.5 mm 1.04 mm 1.08 mm 3à4mm 1.20 mm
    Compatibilité avec corindon Mauvaise Très bonne Très bonne Mauvaise Excellente
  • On constate que les canons de focalisation Roctec® 500 et Ultramant 3000 sont plus durs que le canon en carbure de tungstène (WC) standard et résistent beaucoup mieux à l'érosion du corindon.
  • Ceci est dû à la proportion de cobalt présent dans le liant du tungstène utilisé pour fabriquer des canons. En effet, plus la quantité de cobalt (Co) liant du tungstène est faible, plus le tungstène est résistant à l'abrasion mais aussi fragile aux chocs.
  • Toutefois, étant donné qu'un canon de focalisation ne subit pas de choc mais simplement une érosion par frottements, on préfère utiliser des canons de focalisation formés de tungstène comprenant moins de 0.5% en poids de cobalt, de préférence moins 0.30%, par exemple de l'ordre de 0.25%, lorsque du corindon est choisi comme matériau abrasif mélangé au flux d'azote liquide.
  • Comme déjà mentionné, la chambre de mélange 4 est très érodée par le flux de particules abrasives.
  • Ainsi, le tableau III ci-après montre la dégradation d'une chambre de mélange en acier trempé suite à une utilisation d'un mélange d'azote liquide et de corindon pendant 8 heures, en particulier de la partie 11 de la chambre de mélange où arrive l'abrasif, de la partie de la chambre 12 de mélange où arrive l'azote liquide et de la partie de la chambre de mélange où sort le mélange azote/abrasif, tel qu'illustré en Figure 2. Tableau III
    Après 8 heures de test : corindon + azote liquide
    Chambre de focalisation acier trempé (cf. Figure 2)
    Diamètre intérieur Chambre de mélange
    avant utilisation Partie 11 Partie 12 Partie 13
    3 mm 2 mm 4.5 mm
    après utilisation 3.1 mm 4.2 mm 6.5 mm
  • Les résultats obtenus montrent que, malgré une érosion importante de son diamètre, en particulier des parties 12 et 13 de la Figure 2, la chambre de mélange 4 en acier inox est restée efficace pour réaliser le mélange corindon/azote liquide durant les 8h de tests.
  • Néanmoins, pour minimiser l'usure de la chambre de mélange et du canon de focalisation, on utilisera un canon de focalisation, voire aussi une chambre de mélange, qui est formé (i.e. pièces massives ou revêtements de surface) d'un matériau plus dur que les particules abrasives mises en oeuvre, en particulier plus dur que le corindon, permettant ainsi de pallier le problème d'érosion due à ces particules abrasives, en particulier le corindon.
  • Ainsi, la matière du canon de focalisation, voire aussi de la chambre de mélange de mélange, peut être du carbure de tungstène contenant un faible taux de cobalt (<0.5%), du carbure de silicium, de bore, de titane ou autre, du nitrure de bore cubique, du diamant ou tout matériau compatible et plus dur que le corindon.
  • Dans tous les cas, dans le cadre de l'invention, il est primordial qu'au moins le canon de focalisation du jet soit réalisé en un matériau résistant à l'érosion causée par les particules abrasives car c'est le canon qui subit la plus forte érosion.
  • Bien que moins performante que le grenat, l'olivine peut aussi être utilisée, comme l'ont montrés des tests supplémentaires réalisés dans les mêmes conditions que les tests précédents.
  • Au final, ces essais montrent qu'utiliser des outils adaptés permet de gagner en durée de vie malgré l'utilisation d'abrasifs efficaces en découpe mais très érodants pour les matériels, tel le corindon.
  • Ceci est d'autant plus important pour des applications où le nombre d'opérations de maintenance préventives et/ou correctives doit être réduit au maximum, par exemple, dans des applications où l'intervention humaine est difficile, typiquement en milieux radioactifs.

Claims (11)

  1. Procédé de coupage d'un matériau, dans lequel on opère une découpe dudit matériau au moyen d'un jet de coupe à une pression d'au moins 100 bars, le jet de coupe étant :
    - formé par mélange d'au moins un premier composé sous forme liquide et à une température cryogénique inférieure à -100°C, et de particules abrasives solides formées d'au moins un matériau abrasif ayant un indice de dureté d'au moins 6 Mohs, les particules abrasives solides étant contenues dans un flux gazeux, et lesdites particules comprenant au moins un matériau abrasif choisi dans le groupe formé par le corindon, le grenat, le carbure de tungstène, le carbure de silicium, le carbure de titane, l'olivine, l'alumine et le carbonate de calcium, et
    - étant dirigé vers le matériau à couper au moyen d'un canon de focalisation, la matière formant, totalement ou partiellement, le canon de focalisation ayant une dureté supérieure à la dureté des particules abrasives solides utilisées, et ladite matière étant choisie parmi le carbure de tungstène avec un taux de cobalt compris entre environ 0.1 et 10%, le carbure de silicium, le carbure de titane, le carbure de bore, le nitrure de bore cubique et le diamant.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression du jet de coupe est comprise entre 500 et 4000 bars.
  3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le composé sous forme liquide est à une température inférieure à -150°C.
  4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composé sous forme liquide est de l'azote liquide.
  5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau à découper est en métal, en céramique, en béton, en bois, en plastique ou en polymère.
  6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le flux gazeux comprenant les particules abrasives solides est un flux d'air.
  7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mélange entre le flux liquide et les particules abrasives solides véhiculées par un flux gazeux, se fait dans une chambre de mélange formée, totalement ou partiellement, d'acier trempé, de carbure de tungstène avec un taux de cobalt compris entre environ 0.1 et 10%, de carbure de silicium, de carbure de titane, de carbure de bore cubique, de nitrure de bore ou de diamant, de préférence chambre de mélange formée en un matériau ayant une dureté supérieure à la dureté de l'abrasif utilisé.
  8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules abrasives solides comprennent au moins un matériau abrasif choisi dans le groupe formé par le corindon, le grenat et l'olivine, de préférence le corindon.
  9. Dispositif de coupage par jet de coupe à une pression d'au moins 100 bars comprenant une source de liquide cryogénique sous pression relié fluidiquement à une chambre de mélange (4) pour alimenter ladite chambre de mélange (4) en liquide cryogénique sous pression, et un canon de focalisation (5) relié fluidiquement à ladite chambre de mélange (4), caractérisé en ce qu'il comporte en outre une source de particules abrasives ayant un indice de dureté d'au moins 6 Mohs, alimentant la chambre de mélange (4) de manière à alimenter le canon de focalisation (5) en un mélange formé d'au moins le liquide cryogénique sous pression et desdites particules abrasives, lequel mélange est délivré par le canon de focalisation (5) sous forme d'un jet de coupe, le canon de focalisation (5) étant formé, totalement ou partiellement en carbure de tungstène avec un taux de cobalt compris entre environ 0.1 et 10%, en carbure de silicium, en carbure de titane, en carbure de bore, en nitrure de bore cubique ou en diamant.
  10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la chambre de mélange (4) est formée, totalement ou partiellement, d'acier trempé, de carbure de tungstène avec un taux de cobalt compris entre environ 0.1 et 10%, de carbure de silicium, de carbure de titane, de carbure de bore, de nitrure de bore cubique ou de diamant.
  11. Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le canon de focalisation (5) ou la chambre de mélange (4) est formé, totalement ou partiellement, de carbure de tungstène comprenant un taux de cobalt compris entre environ 0.1 et 10%, les grains de carbure de tungstène ayant une taille inférieure à 1,5 µm.
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