1 La présente invention concerne un procédé de coupage plasma des aciersThe present invention relates to a process for plasma cutting of steels
fortement alliés contenant plus de 5% d'élément d'alliage, tel le nickel, le chrome ou le molybdène. Les aciers non alliés sont des aciers contenant une teneur très faible en élément d'alliage, c'est-à-dire une teneur inférieure à 1,65% en poids et plus généralement une teneur inférieure à 1% en poids. Ainsi, la teneur maximale rencontrée pour le manganèse est de 1,65%, alors qu'elle n'est que de 0,3% pour le nickel ou le chrome. Par ailleurs, les aciers alliés sont des aciers contenant un ou plusieurs éléments d'alliage, tel que le manganèse, le chrome, le nickel, le molybdène ou d'autres métaux, qui servent à améliorer les caractéristiques des aciers, par exemple leur résistance à la corrosion, mécanique, à l'usure, à la rupture, à l'abrasion, aux chocs, à la température ou autre. On distingue ainsi les aciers faiblement alliés et les aciers fortement alliés. Les aciers faiblement alliés sont ceux contenant une proportion de 1,65 à moins de 5% en poids d'un ou plusieurs éléments d'alliage, alors que les aciers fortement alliés sont ceux contenant une proportion d'au moins 5% en poids d'un ou plusieurs éléments d'alliage, en particulier le manganèse, le nickel et le chrome. Les aciers fortement alliés trouvent des débouchés dans de nombreux domaines d'application au plan industriel, en particulier pour la fabrication d'ustensiles de cuisine, de véhicules automobiles ou d'éléments de tels véhicules ; dans la construction ; dans l'emballage ; dans la réalisation de réservoirs de stockage ou de canalisations de transport de fluide, notamment de gaz ou de gaz liquéfiés, ou de produits chimiques et/ou corrosifs ; ou encore pour réaliser des réacteurs ou autres appareils à pression, tels des chaudières ou analogue. strongly alloyed containing more than 5% alloying element, such as nickel, chromium or molybdenum. Unalloyed steels are steels containing a very low content of alloying element, that is to say a content of less than 1.65% by weight and more generally a content of less than 1% by weight. Thus, the maximum content encountered for manganese is 1.65%, whereas it is only 0.3% for nickel or chromium. In addition, alloy steels are steels containing one or more alloying elements, such as manganese, chromium, nickel, molybdenum or other metals, which serve to improve the characteristics of the steels, for example their strength. corrosion, mechanical, wear, breakage, abrasion, shock, temperature or other. We distinguish between low alloy steels and high alloyed steels. Low alloy steels are those containing from 1.65 to less than 5% by weight of one or more alloying elements, while the high alloy steels are those containing a proportion of at least 5% by weight of the alloy. one or more alloying elements, in particular manganese, nickel and chromium. High alloyed steels find opportunities in many fields of application at the industrial level, especially for the manufacture of kitchen utensils, motor vehicles or parts of such vehicles; in the construction ; in the packaging; in the realization of storage tanks or pipelines for the transport of fluid, especially gas or liquefied gas, or chemical and / or corrosive products; or for producing reactors or other pressure appliances, such as boilers or the like.
2910360 2 Actuellement, la découpe thermique des aciers fortement alliés est généralement opérée par oxycoupage. Toutefois, la découpe des aciers fortement alliés par oxycoupage pose problème car elle engendre la formation d'une zone affectée thermiquement 5 (ZAT) importante et des dépôts d'oxydes sur les faces de coupe, lesquels sont néfastes à la constitution des assemblages soudés. De plus, le chalumeau d'oxycoupage doit être alimenté avec de la poudre de fer pour opérer la coupe de cette nuance de tôle. En effet, la présence de cette ZAT importante ou des dépôts d'oxydes 10 sur les faces de coupe des pièces ainsi coupées oblige à usiner les pièces pour éliminer mécaniquement, par meulage ou analogue, la couche d'oxydes ou la ZAT qui se forment durant l'oxycoupage de manière à pouvoir souder les pièces en garantissant l'obtention de joints de soudure ayant de bonnes propriétés, notamment de résistance aux chocs.Currently, the thermal cutting of high alloyed steels is generally performed by flame cutting. However, the cutting of high-alloy steels by oxycutting is problematic because it causes the formation of a thermally affected zone (ZAT) important and oxide deposits on the cutting faces, which are detrimental to the constitution of welded joints. In addition, the flame cutting torch must be fed with iron powder to operate the cut of this sheet metal shade. Indeed, the presence of this large ZAT or oxide deposits 10 on the cutting faces of the parts thus cut requires machining the parts to mechanically remove, by grinding or the like, the oxide layer or the ZAT which is formed during the flame cutting so as to weld the parts by ensuring the obtaining of solder joints having good properties, including impact resistance.
15 Or, on comprend aisément que devoir opérer un tel usinage systématique des pièces est pénalisant au plan industriel, en particulier en termes de productivité car cela engendre des retards et donc à un coût. Un problème à résoudre est dès lors de proposer un procédé de coupage des aciers fortement alliés conduisant à une ZAT et/ou à un dépôt 20 d'oxydes moindre que ceux résultant d'un oxycoupage de sorte de pouvoir limiter ou minimiser les opérations d'usinage post-coupage et permettre par ailleurs de réaliser un soudage efficace des pièces ainsi découpées. Une solution selon l'invention est un procédé de coupage par jet de plasma d'une pièce métallique mettant en oeuvre une torche à plasma pour 25 générer un jet de plasma et couper la pièce au moyen dudit jet de plasma, caractérisé en ce que la pièce métallique est en acier fortement allié contenant un ou plusieurs éléments d'alliage en une proportion en poids d'au moins 5%. Dans le cadre de l'invention, par procédé de coupage par jet de 30 plasma , on entend que l'on concentre l'énergie sous forme d'un jet de plasma d'arc à très haute température, typiquement entre 15000 à 20000 C, 2910360 3 délivré par une torche à plasma. Le jet de plasma sous pression fond le métal à son point d'impact et éjecte le métal fondu hors de la saignée, en dessous de la pièce. Le jet de plasma et la pièce sont déplacés relativement l'un par rapport à l'autre selon la trajectoire de coupe choisie de manière à 5 obtenir une pièce découpée de forme désirée. En fait, le jet plasma est généré par un arc électrique qui s'établit entre l'électrode de la torche et la pièce. L'arc se combine à un flux de gaz dit gaz plasmagène pour assurer ainsi la génération du jet de plasma proprement dit. Le jet de plasma est constricté par l'orifice de sortie de la tuyère de la torche, ce qui lui confère 10 finesse et rigidité. Le principe du procédé de coupage plasma et son fonctionnement sont bien connus et ne seront pas détaillés davantage. Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la pièce en acier fortement allié contient un ou plusieurs éléments 15 d'alliage en une proportion pondérale de 5 à 40%. Selon le cas, la teneur en alliage peut être supérieure à 6%, voire à 7%, et/ou inférieure à 35%, voire inférieure à 23%, en particulier située entre 8 et 14%, par exemple de l'ordre de 9% pur des aciers au nickel ou au chrome. - la pièce en acier fortement allié contient un ou plusieurs éléments 20 d'alliage choisis parmi le manganèse, le chrome ou le nickel, de préférence le chrome ou le nickel. - la pièce en acier fortement allié contient plus de 7% de nickel, de préférence de l'ordre de 8 à 1% de nickel. - le jet de plasma est obtenu au moyen d'un arc électrique et d'un flux 25 gazeux contenant au moins un gaz choisi parmi l'oxygène, l'azote, l'argon, les mélanges argon/hydrogène, et leurs mélanges . - la pièce à couper a une épaisseur de 1 à 40 mm, de préférence d'au moins 5 mm. -l'intensité du courant servant à générer l'arc électrique est 30 habituellement comprise entre 20 et 300 A, mais elle peut s'élever à plus de 2910360 4 450 A, voire de 600 A dans certains cas, en fonction de l'épaisseur de la tôle à découper. - le jet de plasma est obtenu au moyen d'une torche à plasma comprenant une tuyère avec orifice de sortie et une électrode non fusible, le 5 plasma gazeux se formant dans l'espace entre la tuyère et l'électrode par combinaison du flux gazeux avec l'arc électrique, et étant expulsé, en direction de la pièce à couper, au travers de l'orifice de sortie de la tuyère sous forme d'un jet de plasma d'arc. - la torche à plasma est agencée sur une machine automatique. 10 -la torche à plasma est de type mono flux ou double flux. Exemple comparatif Afin de vérifier l'efficacité du procédé de l'invention, les inventeurs ont réalisés des essais comparatifs de coupage d'une pièce en acier fortement allié par jet de plasma selon l'invention et, à titre comparatif, par oxycoupage 15 selon l'art antérieur. La pièce à couper a une épaisseur de 12 mm et est formée d'acier à 9% en poids de nickel. Le procédé de coupage plasma mis en oeuvre repose sur l'utilisation d'une torche de coupage par jet de plasma à mono flux de gaz, par exemple 20 la torche référencée OCP 150 - Oxygène de AIR LIQUIDE WELDING FRANCE, alimentée par de l'oxygène en tant que gaz de coupe. L'intensité du courant est de 120 A, la pression du gaz plasma est de 3.8 bar et la vitesse de coupe est de 2 m/min. Par ailleurs, l'oxycoupage de la pièce est opéré avec une torche 25 d'oxycoupage classique alimentée par de l'oxygène et un gaz combustible, à savoir acétylène (mais un autre gaz tel que Tétrène, butane, propane, gaz naturel, ... donneraient sensiblement les mêmes résultats) dans les conditions suivantes : diamètre buse de coupage : 1,6 mm, 30 - pression acétylène lors de la chauffe : entre 0,4 et 1 bar, - pression d'oxygène chauffe : entre 1,5 et 2 bar, 2910360 5 -pression d'oxygène coupe : entre 5 et 7 bar, - pression de la poudre de fer : environ 0,3 bar, - débit de la poudre de fer : environ 7 kg/h, -vitesse de coupe : 25 m/h.However, it is easy to understand that having to perform such systematic machining of parts is disadvantageous at the industrial level, particularly in terms of productivity because it generates delays and therefore at a cost. A problem to be solved is therefore to propose a method for cutting high alloy steels resulting in a lower ZAT and / or oxide deposition than those resulting from oxycutting so as to be able to limit or minimize the operations of post-cutting machining and also allow to achieve effective welding of the parts thus cut. A solution according to the invention is a method of plasma jet cutting of a metal part using a plasma torch to generate a plasma jet and cut the part by means of said plasma jet, characterized in that the metal part is made of high-alloy steel containing one or more alloying elements in a proportion by weight of at least 5%. In the context of the invention, by plasma jet cutting method, it is meant that the energy is concentrated in the form of an arc plasma jet at a very high temperature, typically between 15,000 and 20,000 ° C. , 2910360 3 delivered by a plasma torch. The pressurized plasma jet melts the metal at its point of impact and ejects the molten metal out of the groove below the workpiece. The plasma jet and the workpiece are relatively moved relative to one another according to the selected cutting path so as to obtain a cut-out piece of desired shape. In fact, the plasma jet is generated by an electric arc that is established between the electrode of the torch and the part. The arc is combined with a gas flow called plasma gas to thereby ensure the generation of the plasma jet itself. The plasma jet is constricted by the exit orifice of the nozzle of the torch, which gives it 10 fineness and rigidity. The principle of the plasma cutting process and its operation are well known and will not be detailed further. Depending on the case, the process of the invention may comprise one or more of the following features: the high-alloy steel part contains one or more alloying elements in a weight proportion of 5 to 40%. Depending on the case, the alloy content may be greater than 6% or even 7%, and / or less than 35%, or even less than 23%, in particular between 8 and 14%, for example of the order of 9% pure nickel or chromium steels. the high-alloy steel part contains one or more alloying elements selected from manganese, chromium or nickel, preferably chromium or nickel. - The high-alloy steel part contains more than 7% nickel, preferably of the order of 8 to 1% nickel. the plasma jet is obtained by means of an electric arc and a gaseous flow containing at least one gas chosen from oxygen, nitrogen, argon, argon / hydrogen mixtures, and mixtures thereof. the piece to be cut has a thickness of 1 to 40 mm, preferably of at least 5 mm. the intensity of the current used to generate the electric arc is usually between 20 and 300 A, but it can rise to more than 2910360 450 A, or even 600 A in some cases, depending on the thickness of the sheet to be cut. the plasma jet is obtained by means of a plasma torch comprising a nozzle with an outlet orifice and a non-fusible electrode, the gaseous plasma being formed in the space between the nozzle and the electrode by combination of the gas flow with the electric arc, and being expelled, in the direction of the work piece, through the outlet orifice of the nozzle in the form of an arc plasma jet. the plasma torch is arranged on an automatic machine. The plasma torch is of the single-flow or dual-flow type. Comparative Example In order to verify the effectiveness of the process of the invention, the inventors carried out comparative tests for cutting a piece of high-alloy steel by plasma jet according to the invention and, by way of comparison, by flame cutting according to the prior art. The workpiece has a thickness of 12 mm and is made of steel with 9% by weight of nickel. The plasma cutting process used is based on the use of a single-stream gas plasma jet cutting torch, for example the torch referenced OCP 150-Oxygen AIR LIQUID WELDING FRANCE, powered by the oxygen as a cutting gas. The intensity of the current is 120 A, the pressure of the plasma gas is 3.8 bar and the cutting speed is 2 m / min. Furthermore, the oxycutting of the part is carried out with a conventional oxycutting torch supplied with oxygen and a combustible gas, namely acetylene (but another gas such as tetrene, butane, propane, natural gas. .. would give substantially the same results) under the following conditions: diameter cutting nozzle: 1.6 mm, 30 - acetylene pressure during heating: between 0.4 and 1 bar, - oxygen pressure heats: between 1, 5 and 2 bar, 2910360 5-oxygen pressure cut: between 5 and 7 bar, - iron powder pressure: about 0.3 bar, - iron powder flow rate: about 7 kg / h, -speed cutting speed: 25 m / h.
5 La pièce découpée par plasma et par oxycoupage dans les conditions susmentionnées est soumise ensuite à des analyses métallurgiques, à savoir une macrographie et à un examen visuel des faces coupées et mesure de l'épaisseur de la couche d'oxyde déposée. Les résultats obtenus relatifs à la taille de la ZAT sont consignés dans 10 le Tableau ci-après. Tableau Taille de la ZAT (en mm) Oxycoupage 1,6 Coupage plasma 0,5 Les résultats du Tableau montrent que la taille de la ZAT est très nettement réduite lorsqu'on opère un coupage par plasma d'arc. Ainsi, la 15 taille de la ZAT observée lors du coupage plasma est d'environ 0.5 mm, alors qu'en oxycoupage elle est d'environ 1. 6 mm. De même, la couche d'oxydes est nettement réduite en coupage plasma par rapport à l'oxycoupage. II est donc favorable de découper des pièces d'acier fortement allié, en 20 particulier des aciers à base de nickel, par mise en oeuvre d'un procédé de coupage plasma en lieu est place d'un procédé d'oxycoupage habituellement utilisé à cette fin.The plasma cut and flame cutting part under the aforementioned conditions is then subjected to metallurgical analyzes, namely a macrography and a visual inspection of the cut faces and measurement of the thickness of the deposited oxide layer. The results obtained on the size of the HAZ are shown in the Table below. Table Size of the ZAT (in mm) Oxygen cutting 1.6 Plasma cutting 0.5 The results in the Table show that the size of the HAZ is very much reduced when performing arc plasma cutting. Thus, the size of the ZAT observed during plasma cutting is about 0.5 mm, whereas in flame cutting it is about 1.6 mm. Similarly, the oxide layer is significantly reduced in plasma cutting compared to oxycutting. It is therefore favorable to cut high alloy steel parts, in particular nickel-based steels, by carrying out a plasma cutting process in place of an oxycutting method usually used for this purpose. end.