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50 l/min d’air
Découpe à l’azote
supercritique chargé
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Vf : vitesse d’avance
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Oxyde de manganèse
Dioxyde ...
Vitesse de découpe en fonction
du débit d'abrasif
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1200
0 10 20 30
Débit (Kg/h)
Vf(m/min)
Débit opti...
ou sur mesureGrenatTypes d’abrasif
Concassés ou
alluvionnaires
formes des
d’abrasifs
Pas d’usure dans le cas
des abrasifs ...
Les propriétés spécifiques du jet
cryogénique à Très Haute Pression
effet de souffle, protection des oxydations,
effluents...
Découpe par jet fluide à Très Haute Pression
Découpe par jet fluide à Très Haute Pression
Découpe par jet fluide à Très Haute Pression
Découpe par jet fluide à Très Haute Pression
Découpe par jet fluide à Très Haute Pression
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Découpe par jet fluide à Très Haute Pression

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Yves Godefert
Centre de Recherche d'Innovation et de Transfert de Technologie - Technique Jet Fluide et Usinage (CRITT-TIFU)
Présenté lors de "l'Usinage et assemblage des matériaux composites" - 26 septembre 2013 - Chambre des Métiers - Luxembourg

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Découpe par jet fluide à Très Haute Pression

  1. 1. CCentre deentre de RRecherche decherche d ’’IInnovation et dennovation et de TTransfert deransfert de TTechnologieechnologie TTechniquesechniques JJetet FFluide etluide et UUsinagesinage
  2. 2. Le CRITTLe CRITT TJFUTJFU -- ICEELICEEL LES FLUIDES A TrLES FLUIDES A Trèès Haute Pressions Haute Pression LE JET FLUIDE T.H.P.LE JET FLUIDE T.H.P. LA DECOUPE PAR JET FLUIDE T.H.P.LA DECOUPE PAR JET FLUIDE T.H.P. LE JET DLE JET D’’EAU PUREEAU PURE TECHNOLOGIE DU JET CHARGETECHNOLOGIE DU JET CHARGE LES PARAMETRESLES PARAMETRES Recherche & DRecherche & Dééveloppementveloppement Historique de la technologieHistorique de la technologie
  3. 3. INSTITUT CARNOT ÉNERGIE ET ENVIRONNEMENT EN LORRAINE
  4. 4. Marines :Marines : TechnilorTechnilor : aide au projet de: aide au projet de crcrééation dation d’’une unitune unitéé de traitement de pontsde traitement de ponts et caret carèènesnes NuclNuclééaire :aire : COGEMACOGEMA –– DDéémantelementmantelement TechnilorTechnilor –– aideaide àà un projet de dun projet de dééveloppementveloppement dd’’un outil de dun outil de déécapage automatiquecapage automatique Validation de lValidation de l’’innocuitinnocuitéé du jet pour le CEIDREdu jet pour le CEIDRE Industrie pIndustrie péétrolitrolièères connexes :res connexes : COFLEXIPCOFLEXIP –– STENA OFFSHORESSTENA OFFSHORES DDéémantmantèèlementlement et valorisationet valorisation EADSEADS –– SAFRANSAFRAN –– THALES : Etude dTHALES : Etude d’’interactionsinteractions Validation du procValidation du procééddéé dans la mise au point de produitsdans la mise au point de produits AeronautiqueAeronautique ARE, GIAT optimisation desARE, GIAT optimisation des conditions dconditions d’’usinageusinage DCN : Etude dDCN : Etude d’’intintéégration jet dgration jet d’’eaueau DDééminageminage ArmementArmement ::
  5. 5. 19601960 : D: Déébut de la dbut de la déécoupe par jet dcoupe par jet d’’eau treau trèès haute pressions haute pression grâce aux travaux de Dr Norman Franz auxgrâce aux travaux de Dr Norman Franz aux ÉÉtats Unistats Unis 19691969 : D: Déécoupe de contreplaqucoupe de contreplaquéé pour une usinepour une usine dd’’aaééronautiqueronautique 1971 : 11971 : 1èèrere entreprise de fabrication de pompesentreprise de fabrication de pompes industrielles.industrielles. 1974 :1974 : 11èèrere machine en France de dmachine en France de déécoupecoupe de cartons.de cartons. 1985 : la Finlande d1985 : la Finlande déécoupe des filets de saumoncoupe des filets de saumon 1988 :1988 : crcrééation du CRITT jet dation du CRITT jet d’’eaueau 11erer centre technique en Europecentre technique en Europe àà BAR LE DUCBAR LE DUC 2000 : la technique2000 : la technique éévolue elle est plusvolue elle est plus ssûûre plus fiable et moinsre plus fiable et moins ononééreusereuse 2007 : apparition des premi2007 : apparition des premièères pompes azote liquideres pompes azote liquide àà 4000 bar et4000 bar et --180180°°CC 2008 : apparition des premi2008 : apparition des premièères pompesres pompes 6000 bar pour la d6000 bar pour la déécoupe jet dcoupe jet d’’eaueau 2012 : miniaturisation, mod2012 : miniaturisation, modéélisationlisation
  6. 6. stockage d’énergie traitement des émulsions fongicide viscosité cohérence du jet productivité chantiers mobiles sources distantes Applications accumulateursCompressible polymères adjuvants épaississants miscible acide citrique « sels » nombre d’outilpartageable citernetransportable conduites & flexibles canalisable Fluide Mise en oeuvreNaturePropriété
  7. 7. découpe agro-alimentaire. décapage-chirurgie laser jet d’eau chirurgie – décapage cryo - ZAT récupération décapage, polissage Découpe découpe, traitement de surface hydroformage, … Applications hautes fréquences ondulatoireacoustique pression, débithydrodynamique Vecteur abrasifs Particules mousse chargée résidus de coupe bactérie traitement à haute pression biologique photonsguide d’ondeoptique caloriestempératurethermique ÉlémentsNaturePropriété
  8. 8. 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 C hirurgie N ettoyage A ssistance à l'usinage D écontam ination Sciage de roche D écapage H ydro dém olition D ém antèlem ent nano-particules H ydro form agePerçage D écoupe Synthèse m oléculaire Pascalisation Pressions(Bar)
  9. 9. Moteur : Thermique ou électrique Eau basse pression Eau Haute Pression
  10. 10. PRESSION Additif Dosage Température Ecoulement Débit Angle d'incidence Distance de tir Matière et caractéristiques Support de coupe Diamètre de buse Vitesse d'avance Epaisseur Nb de couches sens orientation
  11. 11. Avec additifs :Avec additifs :Sans polymSans polymèères :res : Zone de fluxZone de flux LaminaireLaminaire Jet cohJet cohéérentrent
  12. 12. Nombre de passe Fluide de transport Le jet standard : 0.1 l/min d’abrasif 2 l/min d’eau 50 l/min d’air
  13. 13. Découpe à l’azote supercritique chargé
  14. 14. Rc :Retard de coupe Vf : vitesse d’avance Ep canon Rc
  15. 15. 6 00010 00015 000 3 0005 00010 000 2 0002 5005 000 1 0001 5002 000 aluminium Kevlar époxy Carbone époxy
  16. 16. Mohs : 4 Knoop : 700 2,2 à 2,65Dioxyde de silicium Sable de silice Mohs : 6,5 Knoop : 1100 3.3 Oxyde de manganèse Dioxyde de silicium Olivine Mohs : 7,5 Knoop : 1350 3,4 à 4,3 Tri silicates d'alumine, magnésie, calcite, oxyde de fer, manganèse, ou oxyde de chrome Grenat Mohs : 8,5 à 9,3 Knoop : 2100 3,95 à 4Oxyde d'aluminiumCorindon Mohs : 9,7 Knoop : 2500 3.2Carbure de siliciumSiC DURETEDENSITECOMPOSITIONABRASIF
  17. 17. Vitesse de découpe en fonction du débit d'abrasif 0 200 400 600 800 1000 1200 0 10 20 30 Débit (Kg/h) Vf(m/min) Débit optimal Débit économique
  18. 18. ou sur mesureGrenatTypes d’abrasif Concassés ou alluvionnaires formes des d’abrasifs Pas d’usure dans le cas des abrasifs ci-dessous 60 à 150 mm Longueur du tube de focalisation (Largeur approximative de la saignée de coupe) Ø0.8 à 2 mm Diamètre du tube de focalisation 0.5 l/min à 15 l/min Débit d’eau /tête pour la découpe Ø > 0.4 : haut débitØ0.15 à 0.7 mmDiamètre des buses (suivant matériaux, et qualité) 500 à 6000 barsPression de perçage 3000 à 6000 barsPression de découpe Observations Valeurs standards limites Paramètres standards
  19. 19. Les propriétés spécifiques du jet cryogénique à Très Haute Pression effet de souffle, protection des oxydations, effluents gazeux décontaminables Détente gazeuse pas d’eau hors condensation pour vitesse faible pas de collage lors de la coupe des produits congelés retraitement facilité des abrasifs : effluents secs Hygrométrie présence d’azote sur et dans les zones coupées : limitation des oxydations, formation alumine, … neutralité T° de coupe -120 à -180°C : dilatation différentielle du décapage, TTH Thermique jet stérile, pureté de l’azote T.H.PStérile Observationscaractéristiques

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