Qu'est-ce que l'oxycoupage ? - Processus, avantages et inconvénients

Qu'est-ce que l'oxycoupage ?

Le soudage à l'oxycoupage et l'oxycoupage sont des procédés qui utilisent des gaz combustibles (ou des carburants liquides tels que l'essence ou l'essence) et de l'oxygène pour souder ou couper des métaux. Les ingénieurs français Edmond Fouché et Charles Picard sont devenus les premiers à développer le soudage oxygène-acétylène en 1903.

L'oxygène pur, au lieu de l'air, est utilisé pour augmenter la température de la flamme afin de permettre la fusion localisée du matériau de la pièce (par exemple, l'acier) dans un environnement ambiant.

Une flamme propane / air commune brûle à environ 2 250 K (1 980 ° C; 3 590 ° F), une flamme propane / oxygène brûle à environ 2 526 K (2 253 ° C; 4 087 ° F), une flamme oxhydrique brûle à 3 073 K (2 800 °C ; 5 072 °F) et une flamme d'acétylène/oxygène brûle à environ 3 773 K (3 500 °C ; 6 332 °F).

Avant de couper, la torche de coupe doit préchauffer l'acier à la température d'allumage au point de départ. A cette température d'environ 960°C (selon le type d'alliage), l'acier a perdu ses propriétés protectrices contre l'oxygène et reste solide.

L'oxygène pur est ensuite dirigé à travers la buse vers la zone chauffée. Ce flux d'oxygène fin et à haute pression transforme l'acier préchauffé et non protégé en acier liquide oxydé par une réaction exothermique.

Ce laitier a un point de fusion inférieur à celui de l'acier, de sorte que le flux d'oxygène peut souffler le laitier liquide hors de la cavité sans affecter l'acier solide non oxydé. Cette réaction exothermique est un processus continu et crée une coupure au fur et à mesure que la torche se déplace. Pour que la réaction exothermique continue de fonctionner, la torche de coupe maintient l'acier chauffé pendant la coupe.

Seuls les métaux dont les oxydes ont un point de fusion inférieur à celui du métal de base lui-même peuvent être coupés avec ce procédé. Sinon, dès que le métal s'oxyde, il met fin à l'oxydation en formant une croûte protectrice. Seuls l'acier doux et certains alliages faibles répondent aux conditions ci-dessus et peuvent être coupés efficacement avec le procédé oxy-fuel.

Comment fonctionne le processus d'oxycoupage ?

L'oxycoupage est une réaction chimique entre l'oxygène pur et l'acier pour former de l'oxyde de fer. Elle peut être décrite comme une rouille rapide et contrôlée. Les flammes de préchauffage sont utilisées pour élever la surface ou le bord de l'acier à environ 1800 °F (couleur rouge vif).

L'oxygène pur est ensuite dirigé vers la zone chauffée dans un fin jet à haute pression. Au fur et à mesure que l'acier est oxydé et soufflé pour former une cavité, le préchauffage et le flux d'oxygène sont déplacés à une vitesse constante pour former une coupe continue.

Seuls les métaux dont les oxydes ont un point de fusion inférieur à celui du métal de base lui-même peuvent être coupés avec ce procédé. Sinon, dès que le métal s'oxyde, il met fin à l'oxydation en formant une croûte protectrice. Seuls l'acier à faible teneur en carbone et certains alliages faibles satisfont à la condition ci-dessus et peuvent être coupés efficacement avec le procédé oxy-fuel.

Voici les principes de base du fonctionnement :

Étape 1 :Préchauffer

Avant de pouvoir commencer à couper l'acier, il doit être chauffé jusqu'à sa température d'allumage, environ 1800°F. A cette température, l'acier réagit facilement avec l'oxygène. La chaleur est fournie par les flammes de préchauffage d'un chalumeau oxycombustible. À l'intérieur de la torche, le gaz combustible est mélangé à de l'oxygène pour créer un mélange hautement inflammable.

Une buse comporte plusieurs trous disposés selon un motif circulaire pour concentrer le mélange de gaz inflammable en plusieurs petits jets. Le mélange carburant-oxygène est enflammé à l'extérieur de la buse et les flammes de préchauffage se forment juste à l'extérieur de la pointe de la buse.

Les gaz combustibles couramment utilisés comprennent l'acétylène, le propane, le gaz naturel et quelques autres gaz mixtes. En ajustant le rapport carburant-oxygène, la flamme est ajustée pour produire la température la plus élevée possible dans la flamme la plus petite possible. Cela concentre la chaleur dans une petite zone à la surface de la plaque d'acier.

Étape 2 :Perçage

Une fois que la surface ou le bord de la plaque a atteint la température d'allumage, un jet d'oxygène pur est activé pour commencer à percer la plaque. C'est ce qu'on appelle «l'oxygène de coupe», et le jet est formé par un seul alésage au centre de la buse.

Lorsque le flux d'oxygène de coupe atteint l'acier préchauffé, le processus d'oxydation rapide commence. C'est alors que le vrai plaisir commence. Le processus d'oxydation est appelé réaction exothermique :il dégage plus de chaleur qu'il n'en faut pour démarrer.

L'acier oxydé prend la forme de scories fondues, et les scories fondues doivent s'écarter pour que le flux d'oxygène puisse «percer» tout le long de la plaque. Selon l'épaisseur de la plaque, cela peut prendre entre une fraction de seconde et plusieurs secondes.

Pendant ce temps, le flux d'oxygène de coupe pousse de plus en plus profondément dans la plaque et le laitier fondu est soufflé hors du trou de perçage. Cela peut entraîner un énorme geyser d'acier en fusion ou, si cela est fait correctement, une petite flaque de scories sur le dessus de la plaque.

Étape 3 :Couper

Une fois que le flux d'oxygène de coupe a fait son chemin à travers la plaque, la torche peut commencer à se déplacer à une vitesse constante, formant une coupe continue. Le laitier en fusion formé lors de cette phase est soufflé au fond de la plaque.

La chaleur dégagée par la réaction chimique entre l'oxygène et l'acier préchauffe la plaque juste devant la coupe, mais pas de manière suffisamment fiable pour couper sans les flammes de préchauffage. Ainsi, les flammes de préchauffage restent allumées tout au long de la coupe, ajoutant de la chaleur à la plaque au fur et à mesure que la torche se déplace.

Ce sont les bases. Mais de nombreux autres facteurs affectent la qualité du bord de coupe, notamment la vitesse, la pression d'oxygène de coupe, le réglage de la flamme de préchauffage, la hauteur de coupe, la température de la plaque, etc.

Caractéristiques de l'oxy-combustible par rapport au plasma

• Matériel. L'oxycoupage est utilisé pour la découpe de l'acier doux. Seuls les métaux dont les oxydes ont un point de fusion inférieur à celui du métal de base lui-même peuvent être coupés avec ce procédé. Sinon dès que le métal s'oxyde il met fin à l'oxydation en formant une croûte protectrice. Seuls l'acier doux et certains alliages faibles remplissent les conditions ci-dessus.
• Épaisseur de paroi. L'oxycoupage permet de couper des matériaux à parois plus épaisses que le plasma. Le plasma ne peut pas couper des murs plus épais en raison des énormes quantités d'énergie nécessaires pour atteindre des épaisseurs similaires.
• Angle de coupe. L'oxycombustible permet de couper des angles plus raides jusqu'à 70° (contre 45° avec le plasma) en raison de la concentration du faisceau d'oxygène.
• Coupes droites. Le faisceau de plasma a tendance à dévier lorsque l'angle est trop prononcé. Cependant, cette déviation pourrait être compensée par l'automatisation.
• Coûts. L'oxycoupage est une solution plus économique que le coupage plasma. Les coûts d'investissement initiaux, les consommables et les coûts d'exploitation sont tous inférieurs à la découpe plasma. Cependant, les vitesses de traitement sont généralement inférieures en dessous d'une plage d'épaisseur de paroi de 20 mm (compte tenu du profilage 3D dans l'industrie sidérurgique lourde)

Avantages et inconvénients de l'oxycoupage

Avec les applications d'oxycoupage, le gaz combustible et l'oxygène sont utilisés pour générer la flamme de coupe. Messer Cutting Systems fournit des gaz tels que l'acétylène, le MAPP, le propane et le gaz naturel, ainsi que des informations relatives à vos besoins.

Avantages :

• Qualité d'avant-garde et haute précision.
• Coupe de bande biseautée.
• Percer l'acier doux jusqu'à 4 pouces (101 millimètres) d'épaisseur à 5 pouces (127 millimètres) d'épaisseur.
• Démarrez et coupez l'acier de 10 pouces (254 millimètres) à 12 pouces (304 millimètres) d'épaisseur.
• Avec plusieurs chalumeaux, produisez plusieurs pièces, ce qui réduit le temps et la main-d'œuvre.

Inconvénients :

• Impossible de couper l'acier inoxydable dans des circonstances normales.
• Vitesse de coupe plus lente par rapport à la découpe plasma.
• La découpe de matériaux fins peut se déformer.
• Difficile de produire des trous inférieurs à deux fois l'épaisseur de l'acier.