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Le jet d ’azote

L’azote liquide supercritique 

  • La révolution technologique, dans le domaine du traitement et de préparation de surface,
  • Une technologie propre, innovante et respectant l’environnement.

L’azote liquide sous 3000 bar et -140°C vous surprendra par sa capacité à décaper les revêtements les plus coriaces sans laisser de trace. En effet, après contact du fluide avec la matière à enlever, ce dernier redevient le gaz qu’il était et se recycle naturellement dans l’atmosphère.

Conséquence :

  • pas de déchets additionnels,
  • pas besoin de systèmes (souvent lourds et complexes) de traitement d’effluent.

La technologie de l’azote liquide supercritique décroche les étoiles à la NASA.

Le CRITT TJF&U est le premier Centre européen à se lancer dans cette nouvelle technologie nitrogénique liquide sous très haute pression.

Présentation du procédé de jet d’azote hypercritique JN2-Hyper

Atouts :

  • Suppression des déchets additionnels : pas de pollution du fait de l’utilisation de l’azote, un gaz neutre et non toxique, qui se recycle naturellement dans l’air après usage, contrairement aux systèmes chimiques, sablage, jet d’eau.
  • Gain de productivité
  • Développement d’activités nouvelles

Principe :

  • Projection de Jet d’azote hypercritique sur le matériau
  • Pression : Jusqu’à 3800 bar, Vitesse : 900 m/s,
  • Température : -140°C

Caractéristiques :

  • Capacité à enlever les revêtements les plus coriaces sans laisser de trace sur le substrat (traitement à sec)

Description :

Le procédé JN2-Hyper et caractérisé par un état hypercritique, instable et à changement de phase du fluide considéré. On peut passer d’une situation idéalisée avec un jet constitué d’une phase 100% liquide à une situation extrême où le jet est constitué d’une phase 100% gazeuse. L’efficacité du procédé est fortement influencée par la prépondérance de la phase liquide en présence au point d’impact mais pas seulement. La combinaison des contraintes thermique (cryogénie jusqu’à -140°C) et mécanique (pression jusqu’à 3800 bar) peut avoir des effets différenciés sur le matériau.

Applications visées :

  • Fonderie : décochage de carapaces céramiques, nettoyage de moules, etc
  • Préparation et traitement de surface
  • Décapage de peinture et de revêtement époxy (coque de bateaux, cuve à pétrole, etc)
  • Energie : décapage et réparation d’échangeurs thermiques
  • Nucléaire : enlèvement de couches contaminantes
  • Aéronautique, Aérospatial et Automobile : traitement des matériaux à très hautes caractéristiques mécaniques, ébavurage

La découpe à l’eau pure - Les paramètres

La découpe eau pure permet la découpe de matériaux ductiles ou de composites.

Le diamètre de sortie de jet est calibré par le Ø de la buse. Sa taille varie de 0.08 mm à 2 mm.

Pour les découpes fines à très haute pression, le diamètre maximal est rarement supérieur à 0.3 mm.

Le débit d’eau est fonction de la pression et du Ø de la buse. Le débit d’eau approximatif peut-être calculé par la formule :

Q = 0.53*Db^{2}*sqrt{P} 

Q : Débit en (l/min) 
Db : Diamètre de la buse(mm) 
P : pression de service (bar)

Les débits d’eau sont en général assez faible souvent inférieur à 0.4 l/min. A titre d’exemple, une pompe de 50Hp (37KWh) permet d’alimenter simultanément jusqu’à 10 buses de Ø0.1 mm.

Décapage jet d’eau / jet d’azote

L’azote liquide supercritique

  • La révolution technologique, dans le domaine du traitement et de préparation de surface,
  • Une technologie propre, innovante et respectant l’environnement.

L’azote liquide sous 3000 bar et -140°C vous surprendra par sa capacité à décaper les revêtements les plus coriaces sans laisser de trace. En effet, après contact du fluide avec la matière à enlever, ce dernier redevient le gaz qu’il était et se recycle naturellement dans l’atmosphère.

Conséquence

  • pas de déchets additionnels,
  • pas besoin de systèmes (souvent lourds et complexes) de traitement d’effluent.

La technologie de l’azote liquide supercritique décroche les étoiles à la NASA.

Le CRITT TJF&U est le premier Centre européen à se lancer dans cette nouvelle technologie nitrogénique liquide sous très haute pression.

Micro perçage / perçage

Micro perçage Attention, l’eau peut percer !!

Dans certaines conditions de travail et de paramètres que nous avons déterminées par des essais de faisabilité sur machine grandeur nature, la technologie du jet d’eau permet d’exécuter des trous de diamètre inférieur à 0.35 mm dans des matériaux très durs tel que le verre, le cristal, le silicium. On parle alors de Micro perçage dur.

Micro découpe au jet d’eau

De même, ces matériaux peuvent être découpés en toute souplesse combinant les découpes droite et curviligne avec une précision très fine, grâce à une largeur de saignée très faible pouvant atteindre 0.20 mm.

La découpe par jet d’eau chargé d’abrasif

On ajoute des adjuvants au jet d’eau pure pour améliorer les caractéristiques de coupe du jet d’eau THP ou THP.

Les premiers adjuvants utilisés sont les polymères à fibres longues pour obtenir une meilleure cohérence du jet, donc une divergence plus tardive. Cela permet de découper des produits de grande épaisseur tout en gardant une bonne qualité de coupe. L’eau de coupe, filtrée à 1 mm, est automatiquement additionnée de polymères plastiques à fibres longues à un taux de 0,2 à 5%. Une pompe primaire porte le fluide de coupe à une pression d’environ 1,4 MPa à l’entrée de la pompe principale. En plus d’améliorer la cohérence du jet, l’adjonction de polymères augmente la tension superficielle du fluide de coupe, ce qui entraine : - une augmentation de la durée de vie des buses (de l’ordre de 1,5 à 2 fois), - une lubrification des joints tournants de l’installation, - une diminution de l’humidité résiduelle dans les pièces coupées.

On a commencé, au milieu des années 80, à mélanger des abrasifs au jet d’eau HP ou THP pour pouvoir découper des matériaux très durs tels que l’acier, le titane, le marbre ou le kevlar. Et cela sans contraintes thermiques au niveau de la coupe.

Le système de découpe à l’abrasif comprend :

  • un injecteur d’abrasifs,
  • un doseur d’abrasifs.

L’injecteur d’abrasifs se monte en extrémité du tube porte-buse et comprend :

  • une chambre de mélange par effet VENTURI,
  • un canon en carbure de tungstène, maintenu par une pince à 3 mors, qui dispose d’un système de centrage du jet. En sortie de canon (tube de focalisation), on dispose d’un jet d’eau additionné d’abrasifs d’un diamètre de l’ordre du millimètre, capable de couper des métaux ou des composites sur des épaisseurs de plusieurs centimètres. L’eau pulvérisée est expulsée à travers l’orifice d’un saphir pour former un jet d’eau cohérent à haute vitesse. Le jet d’eau et l’abrasif sont introduits dans un tube de mélange et d’accélération (canon) en carbure de tungstène.

Le transfert de la quantité de mouvement entre le jet d’eau et les grains d’abrasifs est un phénomène complexe. Un des mécanismes de ce phénomène est le déferlement en gouttelettes du jet d’eau cohérent initial, accélérant ainsi les particules solides.

Un second mécanisme correspond aux forces hydrodynamiques imposées par l’eau sur les abrasifs. Le résultat du transfert de la quantité de mouvement entre l’eau et l’abrasif, ainsi que l’écoulement concentré à haute vitesse des particules abrasives, augmentent la performance de coupe.

La découpe ou la pénétration à profondeur contrôlée d’un matériau ciblé se présente comme le résultat d’érosion, cisaillage ou d’effets de micro-usinage, dépendant des propriétés spécifiques du matériau à découper.

Les abrasifs utilisés sont caractérisés par :

  • leur dureté,
  • leur dimension : granulométrie,
  • la matière : composition,
  • leur forme : espèce.

La matière des particules détermine les propriétés mécaniques et usuellement, la forme. Suivant l’origine des abrasifs, ceux-ci peuvent avoir des grains anguleux ou relativement ronds. Les grains ronds ont une mauvaise efficacité dans les matériaux ayant un allongement important tels que l’aluminium ou le cuivre. Pour les matériaux métalliques, il est préférable de choisir des abrasifs à grains anguleux.

Bureau d’études

Le CRITT TJFU propose un bureau d’étude pluridisciplinaire comptabilisant à ce jour 2 thématiques principales :

- Ingénierie de la mécanique, des structures et des matériaux

- Ingénierie des fluides à Très Haute Pression

Cette pluridisciplinarité permet au CRITT TJFU de proposer des études complètes à leur client tant dans une problématique Recherche & Développement qu’Industrielle. Le bureau d’études est composé d’une équipe de spécialistes de l’ingénierie des fluides, d’ingénieurs d’études et de techniciens de laboratoire. Ainsi, nous avons les moyens humains et les compétences nécessaires à la conduite de chaque projet.

Date de mise en ligne : 16-12-2016