Air Carbon Arc Cutting (CAC)

L’air carbon arc cutting est un procédé de découpe à l’arc dans lequel les métaux à découper sont fondus par la chaleur d’un arc de carbone.

Le métal fondu est enlevé par un jet d’air comprimé à grande vitesse.

Le jet d’air est externe à l’électrode consommable en carbone-graphite. Il frappe le métal fondu immédiatement derrière l’arc.

L’équipement requis comprend un compresseur d’air, une source d’alimentation de soudage, une électrode de carbone et une torche de gougeage.

Le procédé d’arc carbone-air est illustré à la figure 10-75.

Comparaison avec d’autres procédés

Le découpage à l’arc carbone-air et l’enlèvement du métal diffèrent du découpage à l’arc plasma en ce qu’ils emploient un arc ouvert (non contraint), qui est indépendant du jet de gaz. Le souffle d’air élimine physiquement le métal au lieu de l’éliminer chimiquement, ce qui est l’approche des procédés de découpe par oxycoupage.

Le procédé est plus flexible que les procédés par oxycoupage car il ne nécessite pas d’oxydation pour couper. Les métaux les plus courants coupés avec ce procédé comprennent les fontes, les alliages de cuivre et l’acier inoxydable. Le procédé est largement utilisé pour le gougeage arrière, la préparation des joints et l’élimination du métal de soudure défectueux.

Vidéo sur le coupage à l’arc carbone à l’air

Équipement et schéma de circuit

Le schéma de circuit pour le coupage à l’arc carbone à l’air (CAC) ou le gougeage est illustré à la figure 10-76. Normalement, on utilise des postes à souder classiques à courant constant. La tension constante peut être utilisée avec ce procédé. Lorsqu’on utilise une source d’alimentation en courant alternatif, il faut prendre des précautions pour la faire fonctionner dans les limites de sa puissance nominale de courant et de son rapport cyclique. Les sources de courant alternatif ayant des caractéristiques de chute conventionnelles peuvent également être utilisées pour des applications spéciales. Des électrodes de carbone de type AC doivent être utilisées.

L’équipement requis est indiqué par le schéma fonctionnel. Des machines spéciales à courant élevé ont été fabriquées spécifiquement pour le procédé de l’arc air carbone. Cela est dû aux courants extrêmement élevés utilisés pour les électrodes de carbone de grande taille.

Porte-électrode

Le porte-électrode est conçu pour le procédé d’arc carbone air (CAC). Le support comprend une petite tête de préhension circulaire qui contient les jets d’air pour diriger l’air comprimé le long de l’électrode. Elle comporte également une rainure pour la préhension de l’électrode. Cette tête peut être tournée pour permettre différents angles de l’électrode par rapport au support. Un câble électrique lourd et un tuyau d’alimentation en air sont reliés au support par un bornier. Une valve est incluse dans le support pour activer et désactiver l’air comprimé. Les supports sont disponibles en plusieurs tailles, en fonction du cycle de travail effectué, du courant de soudage et de la taille de l’électrode de carbone utilisée. Pour les travaux très lourds, on utilise des supports refroidis à l’eau.

Types d’électrodes

Carbone graphite:

Les électrodes en carbone graphite sont constituées d’un mélange de carbone et de graphite plus un liant qui est cuit pour produire une structure homogène. Il existe plusieurs types d’électrodes.

Les électrodes unies non revêtues :

L’électrode unies non revêtue est moins chère, transporte moins de courant et démarre plus facilement.

Les électrodes revêtues de cuivre :

L’électrode revêtue de cuivre offre une meilleure conductivité électrique entre elle et le support. L’électrode revêtue de cuivre est meilleure pour maintenir le diamètre d’origine pendant le fonctionnement. Elle dure plus longtemps et transporte un courant plus élevé. Les électrodes cuivrées sont de deux types

• Type DC
• Type AC

Le rapport de composition du carbone et du graphite est légèrement différent pour ces deux types. Le type dc est plus courant.

Le type ac contient des éléments spéciaux pour stabiliser l’arc. Il est utilisé pour l’électrode négative à courant continu lors de la découpe des fontes. Les électrodes enrobées de courant alternatif sont fabriquées avec du graphite, du carbone et un liant spécial. Des matériaux de terre rare y sont mélangés pour assurer la stabilisation lors de l’utilisation du courant alternatif.

Pour une utilisation normale, l’électrode fonctionne avec l’électrode positive. Le diamètre des électrodes varie de 5/32 à 1 in. (4,0 à 25,4 mm). Les électrodes ont normalement une longueur de 12 in. (300 mm) de long, mais des électrodes de 6 in. (150 mm) sont disponibles Des électrodes revêtues de cuivre avec des joints à douille coniques sont disponibles pour un fonctionnement automatique et permettent un fonctionnement continu.

Le tableau ci-dessous indique les types d’électrodes et la plage de courant d’arc pour différentes tailles.

La polarité de l’électrode est positive (polarité inverse).
Note : Pour les électrodes cuivrées en courant continu, le courant peut être augmenté en pourcentage.
Vérifiez les instructions des fabricants

Pression d’air

La pression d’air n’est pas critique mais doit être comprise entre 80 et 100 psi (552 à 690 kPa). Le volume d’air comprimé nécessaire va de 2,5 litres par minute à 24 litres par minute pour les électrodes de carbone les plus grandes. Un compresseur d’un cheval-vapeur fournira suffisamment d’air pour les électrodes de plus petite taille. Il faudra jusqu’à un compresseur de dix chevaux-vapeur lors de l’utilisation des électrodes de plus grande taille.

Torche

Un chalumeau manuel de gougeage au carbone est illustré ci-dessus. La torche tient une électrode dans une tête pivotante qui a une ou plusieurs prises d’air. De cette façon, le jet d’air reste aligné avec l’électrode, quel que soit l’angle de l’électrode par rapport à la torche.

Si la torche a deux têtes (jets d’air des deux côtés de l’électrode) ou avec un angle fixe entre l’électrode et le support, sont meilleures pour certaines utilisations telles que les grandes pièces moulées (padwashing) ou pour enlever les tampons.

La torche est refroidie par air. Si des applications à courant élevé sont utilisées, alors le refroidissement par eau peut être utilisé ainsi qu’une torche à usage intensif.

Avantages et principales utilisations

Le procédé de découpe à l’arc carbone à l’air (CAC) est utilisé pour couper le métal, pour gouger le métal défectueux, pour enlever les soudures anciennes ou de qualité inférieure, pour gouger la racine des soudures à pénétration complète et pour préparer les rainures pour le soudage. La découpe à l’arc air-carbone est également utilisée lorsque des bords légèrement déchiquetés ne sont pas répréhensibles.

La zone de découpe est petite et, comme le métal est fondu et retiré rapidement, la zone environnante n’atteint pas des températures élevées. Cela réduit la tendance à la déformation et à la fissuration.

Le procédé de découpe à l’arc carbone (CAC) et de gougeage à l’air est normalement actionné manuellement. L’appareil peut être monté sur un chariot de déplacement. Ceci est considéré comme un découpage ou un gougeage à la machine.

Des applications particulières ont été réalisées lorsque des pièces cylindriques ont été placées sur un dispositif de type tour et tournées sous le chalumeau à arc carbone-air. Il s’agit d’une découpe machine ou automatique, selon l’implication de l’opérateur.

Travaille dans toutes les positions :

Le procédé de découpe à l’arc carbone air (CAC) peut être utilisé dans toutes les positions. Il peut également être utilisé pour le gougeage dans toutes les positions. L’utilisation en position aérienne requiert un haut degré d’habileté.

Fonctionne avec les métaux courants:

Le procédé de découpe à l’arc carbone air peut être utilisé pour découper ou gouger la plupart des métaux courants. Les métaux comprennent : les alumines, le cuivre, le fer, le magnésium et les aciers au carbone et inoxydables.

Le procédé n’est pas recommandé pour la préparation des soudures de l’acier inoxydable, du titane, du zirconium et d’autres métaux similaires sans nettoyage ultérieur. Ce nettoyage, généralement par meulage, doit éliminer tout le matériau carbonisé de surface adjacent à la coupe. Ce procédé peut être utilisé pour découper ces matériaux afin d’obtenir des déchets destinés à être refondus.

Principes du procédé

Le schéma de procédure pour faire des rainures dans l’acier est présenté dans le tableau ci-dessous…

1. Pression de l’air 80 à 100 PSI, (552 à 690 KPa) est recommandée pour les électrodes 1/2″ et 5/8″ (13 et 16mm).
2. Une combinaison de réglages et de passages multiples peut être utilisée pour les rainures plus profondes que 3/4″(19mm).

Pour effectuer une coupe ou une opération de gougeage, le cutter frappe un arc et démarre presque immédiatement le flux d’air.

L’électrode est pointée dans la direction du déplacement avec un angle de poussée d’environ 45° avec l’axe-de la rainure.

La vitesse de déplacement, l’angle de l’électrode, et la taille et le courant de l’électrode déterminent la profondeur de la rainure. Le diamètre de l’électrode détermine la largeur de la rainure.

Les précautions de sécurité normales associées au soudage à l’arc au carbone et au soudage à l’arc sous protection métallique s’appliquent au découpage à l’arc au carbone (CAC) à l’air et au gougeage. Cependant, deux autres précautions doivent être observées.

Premièrement, le souffle de l’air fera voyager le métal en fusion sur une très longue distance. Des plaques de déviation métalliques doivent être placées devant l’opération de gougeage. Tous les matériaux combustibles doivent être éloignés de la zone de travail. À des niveaux de courant élevés, la masse de métal fondu retirée est assez importante et deviendra un risque d’incendie si elle n’est pas correctement contenue.

Le deuxième facteur est le niveau de bruit élevé. À des courants élevés avec une pression d’air élevée, un bruit très fort se produit. Des protections auditives, des casques ou des bouchons d’oreilles doivent être portés par le découpeur à l’arc.

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