FR2590654A1 - Chalumeau a arc a plasma et son procede d'utilisation sous l'eau et au-dessus de l'eau - Google Patents

Abstract

Chalumeau à arc à plasma et son utilisation sous l'eau et au-dessus de l'eau. Le chalumeau 10, 12 comporte un dispositif 22 créant un écoulement annulaire 54 d'air radialement vers l'intérieur pour obtenir une zone 56 de découpage sous haute pression, sans eau, entourant le plasma 16 et un écoulement radialement externe à grande vitesse 58 de liquide qui stabilise l'écoulement 54. La zone 56 comprend le découpage 20 et le dessous de la pièce 16 près du plasma. Cela empêche l'intrusion de l'eau et évite une accumulation d'hydrogène gazeux sous la pièce 16. Application : découpage de tôles minces, avec moins de bruit et de rayonnement. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

La présente invention concerne des chalumeaux à arc au plasma pour le

découpage et, plus particulièrement, un chalumeau à arc au plasma qui peut fonctionner au-dessus de l'eau ou sous l'eau pour réaliser des découpages de grande qualité dans du métal, avec moins de bruit, moins de pollu- tion par des particules aéroportées, moins de rayonnement

ultraviolet (UV) et moins de lueurs éblouissantes.

Sans insonorisation ou amortissement des bruits, des niveaux typiques des bruits produits lors du découpage

d'un acier doux de 1,27 cm d'épaisseur à l'aide d'un chalu-

meau à arc au plasma à l'azote de 400 A sont de l'ordre de décibels absolus (dBa). Cela constitue clairement un niveau élevé de bruitsqu'il faut maîtriser. Aux Etats-Unis

d'Amérique, certaines réglementations administratives exi-

gent de maintenir des niveaux de bruits inférieurs à 95 dBa dans le cas d'un cycle à 50 % de charge, et de nombreux pays européens exigent que les niveaux de bruits soient inférieurs à 85 dBa. Le découpage à l'aide d'un arc à plasma produit aussi des pollutions aéroportées, un rayonnement ultraviolet, et des lueurs éblouissantes à des niveaux qui, dans le meilleur des cas, peuvent être gênants et qui, dans les pires des cas, peuvent entraîner des risques pour la santé des personnes. Les procédés actuellement connus pour amortir les bruits des chalumeaux à arc à plasma pour le découpage, ou pour insonoriser ces chalumeaux, comprennent une table à eau, une gaine d'eau à faible vitesse et à paroi épaisse,

et la submersion de la pièce à traiter dans de l'eau.

Le découpage à arc à plasma sous l'eau est devenu un procédé courant pour diminuer le bruit, la pollution par des particules aéroportées, le rayonnement ultraviolet et les lueurs éblouissantes. Le découpage sous l'eau comporte de nets avantages pour l'environnement, mais il présente aussi de nombreux inconvénients. Un découpage sous l'eau exige typiquement une augmentation d'énergie de 10 à 20 %

avec une diminution de 10 à 20 % de la vitesse de découpage.

La qualité du découpage est également diminuée, et il y a augmentation de la crasse adhérente. En outre, la présence de l'eau rend bien plus difficile la détection d'obstructions et de la hauteur initiale quand on utilise un système de positionnement basé sur une pression de tourbillon de plasma, comme décrit dans le brevet US-A-4 203 022 (Couch, Jr et col.). Jusqu'à présent, on n'utilise dans le découpage

a arc à plasma sous l'eau que des gaz non réactifs de forma-

tion d'un plasma, comme l'azote. Cela est dû, en partie, aux plus faibles intensités de courant associées, dans le cas de l'arc à plasma, aux colonnes de gaz réactifs formateurs de plasma

comme l'oxygène et l'air. Les gaz réactifs sont plus sensi-

bles aux effets de l'eau au voisinage du plasma que des gaz

non réactifs.

D'autres problèmes, avec les procédés actuels de

découpage à l'arc au plasma sous l'eau,sont que l'eau s'écou-

le continuellement dans la zone de découpage, ce qui dégrade fortement la qualité du découpage, et les produits gazeux de ce découpage, comme l'hydrogène, s'accumulent sous la pièce traitée. L'accumulation de l'hydrogène sous cette pièce présente une situation dangereuse en raison de la

tendance du gaz à détoner de façon sporadique et non mai-

trisée. En variante, on peut amortir le bruit provenant de chalumeaux à arc à plasma pour le découpage sous l'eau en plaçant la pièce à découper sur une table à eau, comme décrit dans le brevet US-A-3 787 247 (Couch, Jr.). Cependant, l'eau présente à la partie inférieure de là plaque et dans le découpage lui-même diminue généralement la qualité du découpage, et l'hydrogène qui s'accumule sous la pièce à

usiner et traiter crée une situation dangereuse.

On peut également diminuer le bruit en utilisant un dispositif d'amortissement de bruits ou d'insonorisation,

tel que décrit dans le brevet US-A-3 833 787 (Couch, Jr).

Ce dispositif fonctionne en créant, autour de la colonne de gaz de l'arc à plasma, une gaine cylindrique d'eau à faible vitesse et paroi épaisse. Cependant, il se présente alors des problèmes semblables à ceux observés dans le cas du découpage sous l'eau, à savoir que l'écoulement de l'eau

gêne le plasma, et nuit au découpage. Ce problème est parti-

culièrement aigu quand on utilise un gaz réactif formateur de plasma, comme l'oxygène ou l'air. Même la combinaison- de la table à eau et de la gaine d'eau à faible vitesse ne suffit pas à diminuer le bruit pour l'amener à moins de dBa. La présente invention a donc pour principaux objets, notamment: de fournir un découpage à arc à plasma à grande vitesse sous l'eau, avec une faible consommation d'énergie;

de diminuer le bruit,'les matières polluantes aéro-

portées, le rayonnement ultraviolet et les lueurs éblouis-

santes,qu'engendre le découpage à l'arc à plasma au-dessus de l'eau; d'améliorer la détection des obstructions et de

la hauteur initiale quand on effectue sous l'eau un décou-

page à arc à plasma; d'améliorer la qualité des découpages réalisés sous l'eau à l'aide d'un chalumeau à arc à plasma, en permettant l'utilisation de gaz réactifs formateurs de plasma;

d'améliorer la qualité du découpage à l'arc à plas-

ma, sous l'eau ou sur une table à eau; d'empêcher l'eau de pénétrer pendant le découpage dans la colonne des gaz d'un arc à plasma; d'empêcher l'hydrogène de s'accumuler sous la pièce à usiner ou traiter; et de fournir un dispositif pouvant être construit de façon relativement simple et économique et que l'on peut facilement fixer sur, ou adapter à, des chalumeaux existants

à arc à plasma.

D'autres objets et avantages de l'invention seront

encore décrits ci-après ou ressortiront d'eux-même à la-;ec-

ture et l'examen de cette description.

On peut indiquer en bref que la présente invention

concerne notamment un chalumeau et un procédé pour le décou-

page à l'arc à plasma, utiles sous l'eau ou au-dessus du niveau de l'eau, ce chalumeau et ce procédé diminuant le bruit et d'autres gênes pour l'environnement en entourant le plasma de deux fluides, tout en ne gênant pas et en ne dégradant pas le découpage réalisé. L'invention comprend les opérations consistant à entourer la colonne de gaz d'un arc à plasma par un jet annulaire à haute pression d'un fluide gazeux comme l'air, et d'entourer l'écoulement gazeux, ou jet de gaz, d'un

jet annulaire à grande vitesse d'un fluide liquide comme l'eau.

Les deux fluides sortent de buses qui sont annulairement

espacées de liarc à plasma. L'un ou l'autre de ces jets annu-

laires de fluide peut prendre une forme conique et, dans une

forme préférée de réalisation, les deux jets de fluide pren-

nent une forme conique. Le gaz entoure et stabilise le plasma

en présentant un écoulement conique annulaire dirigé radiale-

ment vers l'intérieur, et le liquide entoure et stablise

l'écoulement gazeux en présentant un écoulement conique annu-

laire radialement dirigé vers l'extérieur et qui est espacé

de la colonne à arc à plasma.

Dans le cas du découpage sous l'eau, le gaz crée dans la zone de découpage un espace à haute pression, sans

eau, qui inclut l'espace entre la pièce à usiner et le chalu-

meau à plasma, l'espace situé à l'intérieur du découpage et le côté inférieur de la pièce à usiner et traiter, au-dessous du chalumeau à plasma. L'eau est ainsi maintenue hors du

découpage et loin de l'arc à plasma.

Dans le découpage au-dessus de l'eau, l'écoulement de gaz sous haute pression ainsi que la direction, radiale vers l'extérieur, de l'écoulement de liquide à grande vitesse se combinent pour garantir que l'arc à plasma n'est pas gêné par ces fluides pendant le découpage, alors que ces fluides amortissent efficacement le bruit du jet de plasma. Pour un tel découpage au-dessus de l'eau, l'invention peut servir

de concert avec une table à eau. L'écoulement de gaz fonc-

tionne comme il le fait dans le cas du découpage sous l'eau, en maintenant sans eau le découpage et la zone située sous

la plaque, et en gardant l'eau éloignée du plasma.

Dans les deux types de découpage, au-dessus de l'eau et sous l'eau, le côté inférieur de la pièce à usiner ou à traiter est continuellement balayé par l'air injecté,

ce qui empêche l'hydrogène gazeux de s'y accumuler.

La présente invention peut être réalisée sous forme

d'un accessoire à fixer sur des chalumeaux connus de décou-

page à arc à plasma comme, par exemple, le chalumeau décrit

dans le brevet US-A-3 641 308 (Couch, Jr. et col.). Ce chalu-

meau utilise un écoulement laminaire de liquide au sein de la buse du chalumeau pour resserrer l'arc à plasma. Il est important de noter que la présente invention utilise un écoulement séparé et distinct de liquide à grande vitesse pour former une barrière à l'égard du son et une limite de

pression autour d'une zone de découpage sans eau. L'écoule-

ment de liquide à grande vitesse est séparé de la colonne

à arc de plasma par l'écoulement de gaz sous haute pression.

Comme cet écoulement de liquide n'interagit pas avec le plas-

ma ou ne le resserre pas, il se distingue de l'écoulement laminaire de liquide du brevet précité. L'écoulement de gaz

sous haute pression, que l'on utilise dans la présente in-

vention pour fournir une zone de découpage sans eau, se dis-

tingue de même nettement de l'écoulement de gaz ionisable, formateur de plasma, entourant l'électrode et voisin de celle-ci. L'invention sera décrite plus en détail, à titre

d'exemples nullement limitatifs, en regard des dessins an-

nexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe verticale partielle d'une forme préférée de réalisation d'un accessoire fixé sur un dispositif de découpage par chalumeau à plasma construit selon la présente invention, le dispositif étant représenté pendant qu'il effectue un découpage sous l'eau;

la figure 2 est une coupe de l'appareil, sensible-

ment le long de la ligne 2-2 de la figure 1; et

la figure 3 est une élévation latérale, correspon-

dant à la figure 1 et montrant le même appareil utilisé pour effectuer audessus de l'eau un découpage sur une table à eau. Sur les figures 1, 2 et 3, on voit un chalumeau de découpage à arc à plasma, comportant un corps 12 de

forme générale cylindrique et une buse 14 de chalumeau produi-

sant une colonne 16 à arc à plasma à grande vitesse. L'arc 16 à plasma est projeté dans une direction indiquée par une flèche 17, et il exécute un découpage à travers une pièce

18 a usiner, en produisant un découpage 20 de haute qualité.

Comme représenté, le chalumeau 10 à plasma correspond de façon générale au type décrit dans le brevet US-A-3 641 308 précité. Comme cela est typique pour les chalumeaux de

découpage à arc à plasma, ce chalumeau comprend une élec-

trode, reliée à une source externe d'énergie électrique et qui engendre un arc entre cette électrode et une pièce à usiner. Un écoulement de gaz ionisable est dirigé autour de l'électrode et au voisinage de celle-ci, de sorte qu'il se forme une colonne de gaz à arc à plasma, laquelle découpe

la pièce à usiner et traiter.

Selon la présente invention, un corps accessoire 22, comportant un capuchon 24 ou collier de retenue, est placé et fixé autour du corps 12 du chalumeau. L'extrémité inférieure du capuchon 24 de retenue comporte à la fois un bord circonférentiel 26 en saillie vers l'intérieur et un bord circonférentiel 28 en saillie vers l'extérieur. Un intervalle entre la partie supérieure du corps accessoire 22 et du corps 12 du chalumeau forme une chambre annulaire pour le gaz. Sous la chambre 30 à gaz, une série de trous axiaux 32, menant au bord circonférentiel 26 en saillie vers l'intérieur, est percée dans le capuchon 24. Ces trous axiaux 32 s'étendent autour du capuchon 24 de retenue. On peut mieux voir sur la figure 2 l'emplacement des trous axiaux 32. Une admission 34 de gaz relie la chambre 30 à une source externe d'un gaz sous pression, de préférence l'air (source

non représentée).

L'extrémité inférieure du corps accessoire 22 com-

porte une chambre annulaire 36 pour liquide, reliée par une admission 38 à une source externe d'un liquide sous pression,

de préférence l'eau (non représentée). Un manchon 40 déli-

7, mite la paroi circonférentielle interne de la chambre 36 pour permettre l'écoulement du liquide. Un espace annulaire 42 est ménagé à l'intérieur du manchon 40 pour permettre l'écoulement du liquide et débouche vers le bas. Une série de trous radiaux 44, s'étendant autour du chalumeau, permet à l'eau de s'écouler de la chambre 36 jusque dans l'espace 42. Pour un découpage sous l'eau, comme représenté sur

la figure 1, la plus grande partie de l'appareil est sub-

mergée dans de l'eau 46 ayant une surface 48, se trouvant

typiquement à environ 7,6 cm au-dessus d'une surface supé-

rieure 50 de la pièce 18. Un gaz, de préférence l'air, sous pression s'écoule à un débit compris entre 56,6 et 566 dm3 (dans les conditions normales de température et de pression) par minute dans le raccord 34 d'admission de gaz. Ce gaz emplit ensuite la chambre 30 et s'écoule vers le bas en empruntant les trous axiaux 32. L'air quitte le capuchon 24 de retenue, en empruntant un ajutage annulaire 52 voisin du bord circonférentiel 26 dirigé vers l'intérieur. L'air

est ainsi dirigé vers 'le plasma 16 sous forme d'un écoule-

ment conique annulaire d'air dirigé vers l'intérieur, ayant

une composante d'écoulement radial qui est un vecteur trans-

versal par rapport à la direction 17 du plasma 16. L'écou-

lement d'air 54 stabilise la colonne 16 à arc à plasma et crée, dans une zone 56 de découpage, un espace sous haute pression et sans eau. On note que la zone 56 de découpage comprend non seulement l'espace entre la pièce 18 et le chalumeau 10 à plasma, mais aussi, ce qui est plus important, la zone du découpage 20 lui-même, et le côté inférieur de

la pièce 18 immédiatement sous le chalumeau 10 à plasma.

De cette façon, l'air sous pression joue le rôle d'un barrage dans le découpage 20, en arrêtant l'eau pour l'empêcher de pénétrer dans la zone 56 de découpage. De plus, l'écoulement d'air circulant dans le découpage 20 contribue à maintenir sans eau le côté inférieur de la zone 56 de découpage, y compris la zone située sous la partie de la pièce 18 qui va être découpée. Les produits gazeux du découpage, comme l'hydrogène, qui tendent, sinon, à s'accumuler sur le côté

inférieur de la pièce 18, sont également entraînés et chas-

sés par l'air sous pression. Telle qu'elle sert dans le présent exposé, l'expression "haute pression' se définit comme étant une pression suffisante pour créer une zone 56 de découpage sans eau. Comme l'homme du métier le comprendra

facilement, la valeur numérique de cette pression va dépen-

dre de facteurs comme la dimension de l'ajutage 52 pour gaz et la distance entre la buse 14 du chalumeau et la pièce

18 à découper.

En plus de l'écoulement 54 de gaz, et opérant en coopération avec cet écoulement, un écoulement 58 conique

de liquide à grande vitesse constitue une autre particula-

rité principale de la présente invention. Un liquide, de préférence de l'eau, sous pression et à un débit d'environ 76 litres par minute, pénètre dans la chambre 36 à liquide en provenance du raccord 38 d'admission de liquide. Ce liquide s'écoule par les trous radiaux 44, puis vers le bas

au sein de l'espace annulaire 42 pour liquide en se diri-

geant vers le bord circonférentiel 28 dirigé vers l'exté-

rieur. L'eau quitte le capuchon 24 de retenue au niveau d'un ajutage annulaire 60 de liquide. Ainsi, l'eau s'écoule autour de la partie supérieure de la zone 56 de découpage en formant l'écoulement conique annulaire externe d'eau, ayant une composante d'écoulement radial qui est un vecteur

transversal par rapport à-la direction 17 du plasma 16.

L'écoulement d'eau 58 crée une interface air-eau à grande vitesse,qui résiste aux incursions de l'eau dans la zone 56 de découpage et contribue à éjecter des bulles d'air

s'accumulant à la surface supérieure 50 de la pièce 18.

L'écoulement 58 d'eau, qui sort de la buse 60 et

se dirige ensuite radialement vers l'extérieur, est annu-

lairement espacé de l'arc 16 à plasma en tous les points situés le long de son trajet d'écoulement. (Cela contraste fortement avec les écoulements d'eau pour constriction ou resserrage d'arc de l'art antérieur, comme ce qui est décrit, par exemple, dans le brevet précité US-A-3 641 308; Couch

et Dean).

En maintenant l'eau à l'extérieur de la zone 56 de découpage, on améliore grandement la qualité du découpage

, et il devient possible d'utiliser des gaz réactifs for-

mateurs de plasma, comme l'oxygène et l'air,-pour constituer la colonne 16 des gaz à arc à plasma. On peut ainsi réaliser des découpages carrés, lisses, sans crasse, à l'aide d'un plasma à oxygène sous 7,6 cm d'eau sur de l'acier doux de 1,27 cm et de 2,54 cm d'épaisseur. Pour de l'acier doux de 1,27 cm, les réglages pour l'intensité du courant, la tension

et la vitesse de découpage sont les mêmes que pour une opéra-

tion au-dessus de l'eau. Pour de l'acier doux de 2,54 cm, les réglages d'intensité de courant et de tension sont les mêmes que pour une opération au-dessus de l'eau et la vitesse de découpage seule est diminuée de 10 à 20 %. On a mesure les niveaux du bruit produit quand on effectue un découpage sous l'eau, et l'on constate que ces niveaux sont inférieurs à 85 dBa pour des plasmas à oxygène aussi bien qu'à azote

avec des maximum de courant de 260 A et de 400 A, respecti-

vement. On effectue lé découpage sous 7,6 cm d'eau. Les

mesures de bruit ont été réalisées à 1,8 m du chalumeau.

Pour amortir le bruit d'un chalumeau à plasma fonc-

tionnant au-dessus de l'eau, comme représenté sur la figure 3, la mise en oeuvre de l'invention est semblable à ce qui

a été décrit à propos du fonctionnement sous l'eau. La dif-

férence principale est, bien entendu, que l'appareil n'est pas submergé dans de l'eau. Dans cette façon d'opérer, l'écoulement d'eau environnant crée une pollution sonore

et une barrière pour l'ultraviolet et il contribue à mainte-

nir sous pression la zone de découpage.

Dans une opération typique au-dessus de l'eau, de l'eau sous pression et à un débit d'environ 76 1/min., entre dans le corps accessoire 22 par le raccord 38 d'admission

de liquide. Cette eau s'écoule, comme dans le cas d'un fonc-

tionnement sous l'eau, dans le corps accessoire 22 et sort de l'ajutage annulaire 60 pour liquide, en étant déviée par le bord circonférentiel 28, en saillie vers l'extérieur,

ménagé sur le capuchon 24 de retenue, ce qui crée l'écoule-

ment conique 58 d'eau à grande vitesse se dirigeant radiale-

ment vers l'extérieur. Cet écoulement d'eau 58 à grande vitesse crée une enceinte complète entourant l'arc, de l'extrémité inférieure du chalumeau 10 à plasma jusqu'à la

surface supérieure 50 de la pièce 18, et devient un dispo-

sitif efficace d'insonorisation en emprisonnant les ondes

sonores créées pendant le découpage au sein de l'enceinte.

Les facteurs lumineux, de rayonnement et de particules cons-

tituant une pollution sont également emprisonnés dans la zone 56 de découpage par l'écoulement 58 d'eau. En déviant radialement vers l'extérieur le jet annulaire 58 d'eau et en lui donnant une forme en cloche, on dirige l'eau loin de la zone 56 de découpage en diminuant la possibilité pour

cette eau de gêner le processus de découpage par le plasma.

Cela est particulièrement important quand on effectue du découpage à l'aide de gaz réactifs formateurs de plasma,

comme l'oxygène et l'air.

Comme dans le mode de fonctionnement sous l'eau, on peut améliorer, grâce à l'écoulement de gaz sous haute pression, la qualité du découpage 20 effectué dans le mode de fonctionnement au-dessus de l'eau. Dans ce cas également, de l'air, sous pression et à un débit compris entre 28,3 et 283 dm3 (dans les conditions normales de température et

de pression) par minute, pénètre dans le corps 22 acces-

soire en empruntant le raccord 34 d'admission de gaz. Des expériences sur le système prototype indiquent qu'un débit d'air supérieur à environ 283 dm3/min. trouble le jet d'eau et diminue l'effet d'insonorisatino. L'air s'écoule par le

corps 22 accessoire pour se diriger vers l'ajutage annu-

laire 52 de gaz. Cet air est ensuite dirigé, sous forme de l'écoulement conique annulaire d'air 54, envoyé radialement vers l'intérieur, vers un point 61 situé au-dessous de la buse 14 du chalumeau. Dans le cas optimal, il convient de choisir l'angle du bord circonférentiel 26 tourné vers l'intérieur de manière qu'il dirige l'écoulement 54 d'air vers le point 61 o le découpage 20 commence à la surface supérieure 50 de la pièce 18. De cette manière, l'écoulement

54 d'air sert à diminuer encore la possibilité que l'écoule-

ment 58 d'eau ne gêne la colonne 16 à arc à plasma, ce qui augmente la qualité du découpage 20, en particulier quand on utilise un gaz réactif formateur de plasma. - En mettant l'invention en oeuvre dans ce mode d'insonorisation au-dessus de l'eau, on améliore grandement la diminution des niveaux de bruit par rapport au dispositif d'amortissement des sons décrits dans le brevet US-A-3 833 787

précité. Ce dispositif précité utilise une gaine d'eau tom-

bante à paroi épaisse, se déplaçant lentement et qui est presque stagnante autour du plasma, contrairement au jet conique à grande vitesse et sous haute pression de la présente invention. La vitesse de l'écoulement annulaire conique 58 d'eau, dirigée radialement vers l'extérieur, est d'environ 6,65 m/s avec une épaisseur typique d'environ 0,107 cm, alors que la gaine d'eau du brevet précité possède une vitesse d'environ 2,65m/s et une épaisseur typique égale ou inférieure à 0,31 cm. Telle

qu'elle sert dans la présente description, l'expression

"haute vitesse" se définit comme étant une augmentation d'au moins 50 % environ par rapport à ce débit de l'art antérieur, ou, en d'autres termes, une vitesse d'au moins 3,66 m/s,

que le chalumeau fonctionne au-dessus de l'eau ou sous l'eau.

L'épaisseur de paroi n'est pas décisive, bien qu'une paroi

plus épaisse donne de meilleures caractéristiques d'isole-

ment sonore. Une épaisseur typique de paroi d'eau en écoule-

ment, quand on opère selon la présente invention, est d'envi-

ron 0,10 à 0,20 cm. A de plus grandes épaisseurs, les exi-

gences de pompage pour maintenir une grande vitesse d'écou-

lement deviennent prohibitives. On a mesuré les niveaux de bruit produits lors du découpage et l'on a constaté que, dans tous les cas, ces niveaux sont inférieurs à 90 dB absolus quand on découpe avec un plasma à l'azote pour un courant maximal de 400 A et que ces niveaux sont inférieurs à 86 dBa quand on effectue du découpage avec un plasma à l'oxygène jusqu'à un courant maximal de 260 A. Toutes les mesures ont été effectuées à 1,8 m du chalumeau lors d'un découpage d'un

acier doux de 1,27 cm d'épaisseur.

On peut encore améliorer la maîtrise de la pollution et l'insonorisation au-dessus de l'eau en utilisant une

table à eau, comme décrit dans le brevet précité US-A-

3 787 247. Dans une telle opération, on place dans une table pour découpage (non représentée) une quantité d'eau 62 telle qu'une surface supérieure 64 de l'eau 62 soit en contact avec une surface inférieure 66 de la pièce 18 ou soit très

voisine de cette surface inférieure. Dans cette façon d'opé-

rer, l'écoulement conique annulaire 54 d'air dirigé vers

l'intérieur crée la zone 56 de découpage sans eau, qui com-

prend le découpage 20 et le côté inférieur de la pièce 18 sous le chalumeau 10 à plasma. Comme dans le mode opératoire

sous l'eau, l'écoulement 54 d'air stabilise l'arc 16 à plas-

ma, et la zone 56 de découpage sans eau joue le rôle d'un barrage empêchant l'eau de pénétrer par écoulement dans le découpage 20, et entraîne les produits gazeux du découpage,

comme l'hydrogène, loin du côté inférieur de la pièce 18.

En maintenant l'eau éloignée du découpage 20, on augmente la qualité de ce découpage. Quand on utilise la présente invention dans le mode préféré de fonctionnement au-dessus de l'eau, avec des jets coniques d'air et aussi d'eau, et avec la pièce placée sur une table à eau, on réduit les niveaux de bruit jusqu'à atteindre une valeur inférieure

à 90 dBa quand on découpe de l'acier doux de 1,27 cm d'épais-

seur à l'aide d'un plasma à azote jusqu'à un courant maximal de 400 A et l'on atteint des valeurs inférieures à 86 dBa quand on effectue du découpage avec un plasma à oxygène jusqu'à un courant maximal de 260 A. Les mesures de bruit

ont été effectuées à 1,8 m du chalumeau.

On voit que l'on réalise les objets de la présente invention et que l'on atteint d'autres résultats avantageux

grâce à un procédé et un appareil, décrits ci-dessus, per-

mettant de diminuer le niveau d'énergie et d'augmenter la vitesse de découpage pour effectuer un découpage sous l'eau, ce procédé et cet appareillage amortissant efficacement le bruit, la pollution par des particules, les lueurs émises

et le rayonnementpar rapport à un découpage effectué au-

dessus de l'eau, en améliorant la détection des obstructions et de la hauteur initiale, en permettant d'utiliser sous l'eau des gaz réactifs formateurs de plasma, en améliorant la qualité du découpage par un arc à plasma sous l'eau ou

sur une table à eau, en empêchant l'eau ou les gaz périphé-

riques de gêner la colonne de gaz à arc de plasma et en

expulsant l'hydrogène gazeux de dessous la pièce à usiner.

L'appareil décrit est simple et économique à construire, et il peut être facilement adapté à des chalumeaux existants

à arc à plasma.

Si les figures 1, 2 et 3 montrent des accessoires à fixer extérieurement sur un chalumeau à plasma, on doit comprendre qu'une telle structure n'est nullement destinée à constituer une limitation, car le dispositif de la présente invention pourrait être incorporé à l'intérieur d'un corps de chalumeau, plutôt que de constituer un accessoire fixé

à l'extérieur.

Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'inven-

tion, de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et à l'appareil décrits et représentés. Par exemple, si le fonctionnement de l'invention a été décrit à propos du découpage d'une pièce, l'appareil et le procédé pourraient également servir à effectuer sous l'eau le soudage d'une ou

plusieurs pièces.

Claims (20)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour utiliser un chalumeau à arc à plas-

ma pour effectuer une opération sur au moins une pièce métal-

lique, ce chalumeau à arc à plasma étant du type dans lequel un écoulement d'un gaz ionisable est produit autour d'une -

électrode, et près de celle-ci, au sein d'un corps de chalu-

meau pour engendrer un plasma, et ce plasma est projeté sous forme d'une colonne de gaz à arc à grande vitesse par une buse du chalumeau vers la pièce à usiner, procédé caractérisé en ce qu'on entoure l'arc à plasma, sortant de la buse du

chalumeau et se dirigeant vers la pièce à usiner, d'un écou-

lement annulaire (54) d'un gaz sous pression relativement élevée; et en ce qu'on entoure cet écoulement (54) de gaz

par un écoulement annulaire (58) d'un liquide à vitesse rela-

tivement élevée.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on obtient les deux écoulements (54; 58) à partir d'ajutages (52; 60) qui sont annulairement espacés de la

buse (14) du chalumeau.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on dirige au moins l'un de ces écoulements de manière

qu'il prenne une forme conique.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on dirige le gaz (54) de manière à ce qu'il s'écoule vers la colonne (16) à arc à plasma au sommet (54,61) de la

pièce (18) à usiner.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide en écoulement présente une vitesse d'au

moins 3,66 cm/s.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le liquide en écoulement présente une épaisseur

de paroi inférieure à 0,31 cm.

7. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'écoulement (54) de gaz est dirigé radialement vers l'intérieur et l'écoulement (58) de liquide est dirigé

radialement vers l'extérieur.

8. Procédé selon les revendications 1 ou 7, carac-

térisé en ce qu'on submerge la pièce (18) sous de l'eau.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on engendre le plasma à partir d'un gaz réactif

formateur de plasma.

10. Chalumeau à arc à plasma,' du type comportant un corps (12) dans lequel est disposée une électrode, un moyen pour produire un écoulement d'un gaz ionisable autour de l'électrode et au voisinage de celle-ci pour engendrer un plasma, et une buse (14) de chalumeau pour projeter le plasma sous forme d'une colonne (16) à arc à grande vitesse vers une pièce (18) à usiner, chalumeau (10) caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour entourer l'arc à plasma, s'étendant de la buse (14) de ce chalumeau jusqu'à la pièce (18), par un écoulement annulaire (54) d'un gaz sous pression relativement élevée, et un dispositif pour

entourer cet écoulement (54) de gaz par un écoulement annu-

laire (58) d'un liquide à vitesse relativement élevée.

11. Chalumeau selon la revendication 10, caracté-

risé en ce que les dispositifs générateurs des écoulements comprennent des premier (52) et second (54) ajutages qui sont tous deux annulairement espacés de la buse (14) du

chalumeau (10).

12. Chalumeau selon la revendication 11, caracté-

risé en ce qu'au moins l'un des premier (52) et second (60) ajutages comprend un dispositif destiné à diriger ledit

écoulement en lui donnant une forme conique.

13. Chalumeau selon la revendication 12, caracté-

risé en ce que le premier dispositif directeur de l'écoule-

ment de l'ajutage (52) dirige cet écoulement conique (54) de gaz vers la colonne (16) à arc à plasma au sommet (50,61)

de la pièce (18) à usiner.

14. Chalumeau selon la revendication 12, caracté-

risé en ce que le second ajutage (60) coopère avec le chalu-

meau pour produire un écoulement (58) de liquide ayant une

vitesse d'au moins 3,66 m/s.

15. Chalumeau selon la revendication 14, caractéri-

sé en ce que le second ajutage (60) coopère avec ce chalumeau

16 -

pour produire un écoulement (58) de liquide ayant une épais-

seur de paroi inférieure à 0,31 cm.

16. Chalumeau selon la revendication 12,, caracté-

risé en ce que le premier ajutage (52) comporte un dispositif destiné à diriger l'écoulement (54) de gaz en lui donnant une forme conique radialement dirigée vers l'intérieur et

en ce que le second ajutage (60) comprend un dispositif des -

tiné à diriger l'écoulement (58) de liquide en lui donnant

une forme conique radialement dirigée vers l'extérieur.

17. Chalumeau selon la revendication 16, caracté-

risé en ce que le premier ajutage (52) comprend un bord cir-

conférentiel (26) en saillie vers l'intérieur et en ce que le second ajutage (60) comprend un bord circonférentiel (28)

en saillie vers l'extérieur.

18. Chalumeau selon la revendication 10, caracté-

risé en ce que les deux dispositifs provoquant les écoulements

entourant l'arc à plasma sont fixés au corps (12) de ce cha-

lumeau (10) à arc à plasma.

19. Chalumeau selon la revendication 18, caracté-

risé en ce que les deux ajutages annulaires (52,60) sont

délimités par un collier (22,24) fixé à l'extrémité infé-

rieure dudit corps (12) du chalumeau (10).

20. Chalumeau selon la revendication 19, caracté-

risé en ce que le collier, ou corps accessoire (22),comporte une chambre circonférentielle (30) entourant le corps (12)

du chalumeau, ainsi que plusieurs trous axiaux (32) condui-

sant de cette chambre (30) à gaz vers le premier ajutage (26,

52); et en ce que ce collier ou corps accessoire (22) com-

porte une chambre circonférentielle (36) pour liquide, qui

entoure la chambre (30) à gaz, un espace annulaire (42) entou-

rant les trous axiaux (32) et conduisant vers le second aju-

tage (60) et plusieurs trous radiaux (44) conduisant de la

chambre (36) vers l'espace annulaire (42).