découpe par jet fluide à très haute pression
DESCRIPTION
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 - LuxembourgTRANSCRIPT
PrPréésentationsentation dudu 26 septembre 201326 septembre 2013 parparYves GODEFERTYves GODEFERT
www.critt-tjfu.com
CCentre deentre de RRecherche decherche d ’’IInnovation et dennovation et de TTransfert deransfert de TTechnologieechnologieTTechniquesechniques JJetet FFluide etluide et UUsinagesinage
DDéécoupe par jet fluidecoupe par jet fluideàà TTrrèèss HHauteaute PPressionression
Le CRITTLe CRITT TJFUTJFU -- ICEELICEEL
LES FLUIDES A TrLES FLUIDES A Trèès Haute Pressions Haute PressionLE 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 PARAMETRESRecherche & DRecherche & Dééveloppementveloppement
Historique de la technologieHistorique de la technologie
LES C.R.I.T.T.LES C.R.I.T.T.Présentation
LeLe ICEEL,ICEEL, un outil pour innoverun outil pour innover
INSTITUT CARNOTÉNERGIE ET ENVIRONNEMENT EN LORRAINE
Recherche et Transfert De TechnologieRecherche et Transfert De TechnologieExemples industriels
Marines :Marines :TechnilorTechnilor : aide au projet de: aide au projet decrcrééation dation d’’une unitune unitééde traitement de pontsde traitement de pontset caret carèènesnes
NuclNuclééaire :aire :COGEMACOGEMA –– DDéémantelementmantelementTechnilorTechnilor –– aideaide àà un projet de dun projet de dééveloppementveloppementdd’’un outil de dun outil de déécapage automatiquecapage automatiqueValidation de lValidation de l’’innocuitinnocuitéé du jet pour le CEIDREdu jet pour le CEIDRE
Industrie pIndustrie péétrolitrolièères connexes :res connexes :COFLEXIPCOFLEXIP –– STENA OFFSHORESSTENA OFFSHORESDDéémantmantèèlementlement et valorisationet valorisation
EADSEADS –– SAFRANSAFRAN –– THALES : Etude dTHALES : Etude d’’interactionsinteractionsValidation du procValidation du procééddéé dans la mise au point de produitsdans la mise au point de produits
AeronautiqueAeronautique
ARE, GIAT optimisation desARE, GIAT optimisation desconditions dconditions d’’usinageusinageDCN : Etude dDCN : Etude d’’intintéégration jet dgration jet d’’eaueauDDééminageminage
ArmementArmement ::
19601960 : D: Déébut de la dbut de la déécoupe par jet dcoupe par jet d’’eau treau trèès haute pressions haute pressiongrâce 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 usinedd’’aaééronautiqueronautique
1971 : 11971 : 1èèrere entreprise de fabrication de pompesentreprise de fabrication de pompesindustrielles.industrielles.
1974 :1974 : 11èèrere machine en France de dmachine en France de déécoupecoupede 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’’eaueau11erer centre technique en Europecentre technique en Europe àà BAR LE DUCBAR LE DUC
2000 : la technique2000 : la technique éévolue elle est plusvolue elle est plusssûûre plus fiable et moinsre plus fiable et moins ononééreusereuse
2007 : apparition des premi2007 : apparition des premièères pompes azote liquideres pompes azote liquideàà 4000 bar et4000 bar et --180180°°CC
2008 : apparition des premi2008 : apparition des premièères pompesres pompes6000 bar pour la d6000 bar pour la déécoupe jet dcoupe jet d’’eaueau
2012 : miniaturisation, mod2012 : miniaturisation, modéélisationlisation
stockage d’énergie
traitement desémulsions
fongicide
viscositécohérence du jet
productivité
chantiers mobiles
sources distantes
Applications
accumulateursCompressible
polymères adjuvantsépaississants
miscible acide citrique
« sels »
nombre d’outilpartageable
citernetransportable
conduites &flexibles
canalisable
Fluide
Mise en oeuvreNaturePropriété
LES FLUIDES A TrLES FLUIDES A Trèès Haute Pressions Haute PressionPropriétés
LES FLUIDES A TrLES FLUIDES A Trèès Haute Pressions Haute Pression
découpeagro-alimentaire.
décapage-chirurgie
laser jet d’eau
chirurgie – décapage cryo - ZAT
récupération
décapage, polissage
Découpe
découpe, traitement de surfacehydroformage, …
Applications
hautesfréquences
ondulatoireacoustique
pression, débithydrodynamique
Vecteurabrasifs
Particules mousse chargée
résidus decoupe
bactérietraitement à haute
pressionbiologique
photonsguide d’ondeoptique
caloriestempératurethermique
ÉlémentsNaturePropriété
LE JET FLUIDE T.H.P.LE JET FLUIDE T.H.P.Les applications
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Chirurg
ie
Nettoya
ge
Assist
ance
à l'u
sinag
e
Décontam
ination
Sciage d
e roch
e
Décap
age
Hydro
démoliti
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Déman
tèlem
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nano-part
icules
Hydro
form
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Perçag
e
Découpe
Synthès
e moléc
ulaire
Pasca
lisati
on
Pres
sion
s(B
ar)
LA DECOUPE PAR JET FLUIDE T.H.P.LA DECOUPE PAR JET FLUIDE T.H.P.L’installation
LA DECOUPE PAR JET FLUIDE T.H.P.LA DECOUPE PAR JET FLUIDE T.H.P.Les pompes à multiplicateurs
LA DECOUPE PAR JET FLUIDE T.H.P.LA DECOUPE PAR JET FLUIDE T.H.P.Les pompes à multiplicateurs
Moteur : Thermique ouélectrique
Eau basse pression Eau Haute Pression
LA DECOUPE PAR JET DLA DECOUPE PAR JET D’’EAU T.H.P.EAU T.H.P.Les pompes à action directe
LE JET DLE JET D’’EAU PUREEAU PUREL’outil
Fluides : eau + additifs
Buse :Saphirdiamantrubis
Ø0.02 – 0.5 mmDébit : 0.02 – 8 l/minJet supersonique600 m/s à 800 m/s
LE JET DLE JET D’’EAU PUREEAU PURELes paramètres
PRESSION
Additif DosageTempérature
Ecoulement
Débit
Angled'incidence
Distancede tir
Matière etcaractéristiques
Supportde coupe
Diamètrede buse
Vitessed'avance
EpaisseurNb de
couchessens
orientation
LE JET DLE JET D’’EAU PUREEAU PUREJet tournant – décapage – extraction
LE JET DLE JET D’’EAU PUREEAU PUREJet tournant – Les paramètres
LE JET DLE JET D’’EAU PUREEAU PURELes additifs
Avec additifs :Avec additifs :Sans polymSans polymèères :res :
Zone de fluxZone de fluxLaminaireLaminaire
Jet cohJet cohéérentrent
30 m
m
70 m
m
TECHNOLOGIE DU JET CHARGETECHNOLOGIE DU JET CHARGEL’outil
Buse
Canon
TECHNOLOGIE DU JET CHARGETECHNOLOGIE DU JET CHARGELes paramètres
Nombre depasse
Fluide detransport
Le jet standard :0.1 l/min d’abrasif2 l/min d’eau50 l/min d’air
TECHNOLOGIE DU JET CHARGETECHNOLOGIE DU JET CHARGELes fluides
Découpe à l’azotesupercritique chargé
TECHNOLOGIE DU JET CHARGETECHNOLOGIE DU JET CHARGELes opérations – découpe
Rc :Retard de coupe
Vf : vitesse d’avance
Ep
canon
Rc
Le retard de coupeLe retard de coupe
TECHNOLOGIE DU JET CHARGETECHNOLOGIE DU JET CHARGELes paramètres – La vitesse d’avance
VITE
SSE
QUAL
ITE
6 00010 00015 000
3 0005 00010 000
2 0002 5005 000
1 0001 5002 000
aluminiumKevlarépoxy
Carboneépoxy
DDéébits surfaciquesbits surfaciques
TECHNOLOGIE DU JET CHARGETECHNOLOGIE DU JET CHARGELes opérations – température de coupe
TECHNOLOGIE DU JET CHARGETECHNOLOGIE DU JET CHARGELes paramètres : dureté des abrasifs
Mohs : 4Knoop : 700
2,2 à 2,65Dioxyde de siliciumSable de
silice
Mohs : 6,5Knoop : 1100
3.3Oxyde de manganèseDioxyde de silicium
Olivine
Mohs : 7,5Knoop : 1350
3,4 à 4,3Tri silicates d'alumine,
magnésie, calcite, oxyde de fer,manganèse, ou oxyde de chrome
Grenat
Mohs : 8,5 à 9,3Knoop : 2100
3,95 à 4Oxyde d'aluminiumCorindon
Mohs : 9,7Knoop : 2500
3.2Carbure de siliciumSiC
DURETEDENSITECOMPOSITIONABRASIF
TECHNOLOGIE DU JET CHARGETECHNOLOGIE DU JET CHARGELes paramètres – le débit d’abrasif
Vitesse de découpe en fonctiondu débit d'abrasif
0
200
400
600
800
1000
1200
0 10 20 30Débit (Kg/h)
Vf (m
/min
)
Débit optimal
Débitéconomique
TECHNOLOGIE DU JET CHARGETECHNOLOGIE DU JET CHARGELes paramètres – La distance de tir
TECHNOLOGIE DU JET CHARGETECHNOLOGIE DU JET CHARGELes paramètres : l’épaisseur du matériau
TECHNOLOGIE DU JET CHARGETECHNOLOGIE DU JET CHARGELes opérations – le perçage
Matériauxfragiles
Matériauxductiles
Éclats – dépoli- écaillage
Délaminage - fissuration
ÉclatsBavures
Collage – vulcanisation
Fluage– déformation -échauffement
TECHNOLOGIE DU JET CHARGETECHNOLOGIE DU JET CHARGEQuelques chiffres
ou sur mesureGrenatTypes d’abrasif
Concassés oualluvionnaires
formes desd’abrasifs
Pas d’usure dans le casdes abrasifs ci-dessous
60 à 150 mmLongueur du tube defocalisation
(Largeur approximativede la saignée de coupe)
Ø0.8 à 2 mmDiamètre du tube defocalisation
0.5 l/min à 15l/min
Débit d’eau /tête pourla découpe
Ø > 0.4 : haut débitØ0.15 à 0.7 mmDiamètre des buses
(suivant matériaux, etqualité)
500 à 6000 barsPression de perçage
3000 à 6000 barsPression de découpe
ObservationsValeurs
standardslimites
Paramètresstandards
Recherche & DRecherche & DééveloppementveloppementFluide Azote Liquide T.H.P.
Jet dJet d’’azote T.H.P.azote T.H.P.Propriétés
Les propriétés spécifiques du jetcryogénique à Très Haute Pression
effet de souffle, protection des oxydations,effluents gazeux décontaminablesDétente gazeuse
pas d’eau hors condensation pour vitesse faiblepas de collage lors de la coupe des produitscongelésretraitement 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 différentielledu décapage, TTHThermique
jet stérile, pureté de l’azote T.H.PStérile
Observationscaractéristiques
Recherche & DRecherche & DééveloppementveloppementLaser – Jet d’eau
Le jet d’eau se comportecomme une fibre optique delongueur variable pourguider l’onde laser
Le jet éjecte les déchets decoupe
Il refroidi la pièce pendantla coupe
Extrait de : Water jet guided Laser - Synova