Effectuer le coupage et le gougeage oxycombustible
Guide d'étude Red Seal Practice avec schémas.
Effectuer le coupage et le gougeage oxycombustible
Introduction au procédé
Le coupage oxycombustible (ou oxycoupage) est un procédé thermique qui utilise la combustion d'un métal ferreux préchauffé dans un jet d'oxygène pur pour le séparer ou le gouger. Contrairement au soudage, ce procédé ne fait pas fondre le métal de façon primaire : il l'oxyde (le brûle). Cette distinction est fondamentale pour l'examen Sceau Rouge.
Le gougeage oxycombustible (ou gougeage à l'arc-air est un procédé différent, mais le gougeage oxycombustible au chalumeau utilise le même principe que le coupage, avec un angle d'attaque plus faible et un débit d'oxygène réduit pour enlever une couche de métal en surface.
Le candidat doit maîtriser les principes physiques, les paramètres de réglage, les calculs de vitesse, les normes de sécurité applicables et les défauts typiques associés à ce procédé.
Principes physiques du coupage oxycombustible
Conditions requises pour le coupage
Pour qu'un métal puisse être coupé par oxycombustion, trois conditions doivent être simultanément réunies :
9.La température d'ignition du métal doit être inférieure à son point de fusion. Pour l'acier doux, la température d'ignition est d'environ 870 °C à 900 °C, alors que le point de fusion est d'environ 1 500 °C. Cette différence de plus de 600 °C permet la combustion à l'état solide.
10.L'oxyde formé doit avoir un point de fusion inférieur à celui du métal de base. L'oxyde de fer (Fe₃O₄) fond à environ 1 370 °C, soit en dessous du point de fusion de l'acier (≈1 500 °C). L'oxyde liquide est alors éjecté par le jet d'oxygène.
11.La réaction d'oxydation doit être exothermique et suffisamment énergétique. La combustion du fer dans l'oxygène libère environ 257 kJ/mol, ce qui contribue à entretenir la réaction une fois amorcée.
Métaux coupables et non coupables
Métal
Coupable à l'oxycombustible ?
Raison
Acier doux (C < 0,30 %)
**Oui**
Conditions remplies
Acier à moyenne teneur en C (0,30–0,60 %)
Oui avec préchauffe
Durcissement possible
Acier à haute teneur en C (> 0,60 %)
Difficile
Trempe et fissuration
Fonte
Non (pratiquement)
Point de fusion ≈ point d'ignition ; graphite réfractaire
Acier inoxydable
Non
Oxyde de chrome (Cr₂O₃) fond à ≈ 2 260 °C, supérieur au point de fusion du métal
Aluminium
Non
Oxyde Al₂O₃ fond à ≈ 2 072 °C ; métal fond à 660 °C
Piège d'examen fréquent : on demande souvent pourquoi l'inox ne se coupe pas à l'oxycombustible. La réponse correcte est que l'oxyde de chrome forme une couche protectrice réfractaire qui empêche la poursuite de l'oxydation, et non pas que l'inox "fond trop vite".
Réactions chimiques impliquées
Le préchauffage utilise la combustion d'un gaz combustible (acétylène, propane, propylène, MAPP) avec de l'oxygène :
La réaction de coupage proprement dite (oxydation du fer) :
3 Fe + 2 O₂ → Fe₃O₄ + 1 120 kJ/mol
La chaleur totale disponible au point de coupe est la somme de la chaleur du préchauffage et de la chaleur exothermique de l'oxydation du fer. En pratique, environ 70 % de la chaleur totale provient de la combustion du fer lui-même une fois le coupage amorcé.
Équipement et gaz
Gaz combustibles comparés
Propriété
Acétylène
Propane
Propylène
MAPP
Température de flamme (avec O₂)
3 160 °C
2 828 °C
2 896 °C
2 927 °C
Vitesse de flamme (m/s)
7,0
3,9
4,6
4,5
Chaleur de combustion (kJ/m³)
57 000
101 000
87 000
89 000
Rapport O₂/gaz (combustion neutre)
1,1:1
4,3:1
4,7:1
3,3:1
Rapport O₂/gaz (coupage)
1,3:1
5,0:1
5,5:1
4,0:1
Masse volumique (kg/m³)
1,17
2,01
1,91
1,95
Points clés pour l'examen :
L'acétylène produit la flamme la plus chaude et la plus rapide ; il est le seul gaz dont la combustion secondaire (avec l'oxygène de l'air) est plus chaude que la combustion primaire (avec l'oxygène pur).
L'acétylène est instable au-delà de 15 psi (103 kPa) de pression absolue ; il ne doit jamais être utilisé au-delà de cette pression. Les détendeurs d'acétylène sont calibrés en conséquence.
Le propane a une vitesse de flamme plus lente ; il nécessite un chalumeau avec un injecteur plus grand et un préchauffage plus long.
Le MAPP (méthylacétylène-propadiène) est un substitut de l'acétylène pour le coupage, avec une température légèrement inférieure mais une meilleure sécurité de stockage.
Détendeurs et tuyaux
Les détendeurs d'oxygène sont à filetage à droite (sens horaire) ; les détendeurs de gaz combustible sont à filetage à gauche (sens antihoraire). Cette distinction est une question d'examen classique.
Les tuyaux d'oxygène sont verts avec des raccords à droite ; les tuyaux de gaz combustible sont rouges avec des raccords à gauche.
Les tuyaux doivent être conformes à la norme CSA W117.2 (norme sur la sécurité en soudage, coupage et procédés connexes).
La longueur minimale recommandée des tuyaux est de 6 mètres ; la longueur maximale ne doit pas dépasser 30 mètres sans augmentation du diamètre.
Les tuyaux doivent être protégés contre les étincelles, les flammes, l'huile et la graisse. L'huile et l'oxygène sous pression forment un mélange explosif.
Chalumeau coupeur
Le chalumeau coupeur comporte :
Une poignée avec deux vannes de réglage (oxygène de préchauffage et gaz combustible)
Un levier de coupage qui commande l'oxygène de coupe
Une tête avec un orifice central pour l'oxygène de coupe et des orifices périphériques pour le mélange de préchauffage
Des embouts interchangeables dimensionnés selon l'épaisseur du métal
Le choix de l'embout dépend de l'épaisseur de la tôle. Un embout trop petit donne une coupe lente et des scories excessives ; un embout trop grand gaspille du gaz et produit une coupe rugueuse.
Coupage de l'acier à plus grande vitesse, mais oxydation excessive
Pour le coupage, la flamme de préchauffage doit être neutre ou légèrement oxydante. Une flamme carburante dépose du carbone sur le bord de coupe, ce qui durcit localement l'acier et rend la coupe difficile.
Procédure de réglage
49.Ouvrir la vanne d'oxygène de préchauffage d'un demi-tour.
50.Ouvrir la vanne de gaz combustible et enflammer immédiatement avec un allumeur à friction (briquet à étincelles). Ne jamais utiliser d'allumettes ni de briquet à essence.
51.Ajuster le débit de gaz combustible jusqu'à ce que la flamme cesse de produire de la fumée noire.
52.Augmenter progressivement l'oxygène de préchauffage jusqu'à l'apparition d'un cône blanc net et bien défini (flamme neutre).
53.Pour une flamme légèrement oxydante, ajouter un peu d'oxygène jusqu'à ce que le cône raccourcisse d'environ 10 %.
Retour de flamme
Un retour de flamme (backfire) est un phénomène où la flamme s'éteint avec un bruit sec, parfois accompagné d'une petite explosion dans le chalumeau. Les causes principales sont :
Embout obstrué ou endommagé
Pression de gaz trop faible ou trop élevée
Distance de préchauffage incorrecte
Surchauffe de la tête du chalumeau
Mélange incorrect des gaz
En cas de retour de flamme, fermer immédiatement la vanne du gaz combustible, puis la vanne d'oxygène. Laisser refroidir le chalumeau avant de rechercher la cause.
Techniques de coupage
Préparation du travail
65.Nettoyer la surface : enlever peinture, rouille, calamine, huile et graisse sur une largeur d'au moins 25 mm de part et d'autre de la ligne de coupe.
66.Marquer la ligne de coupe : utiliser une craie ou un marqueur thermique.
67.Positionner la pièce : la ligne de coupe doit être accessible ; prévoir un espace sous la pièce pour l'évacuation des scories.
68.Préchauffer le bord : amener le bord de la pièce à la température d'ignition (rouge cerise, ≈ 870 °C) avant d'actionner le levier d'oxygène de coupe.
Angle du chalumeau
Épaisseur de l'acier
Angle du chalumeau par rapport à la verticale
< 6 mm
15° à 20° en avant (dans le sens de la coupe)
6 à 25 mm
90° (perpendiculaire)
25 à 50 mm
90° avec un léger angle de 5° en arrière
> 50 mm
90° avec mouvement oscillatoire si nécessaire
Distance de préchauffage
La distance entre l'embout et la surface de la pièce doit être de 3 à 6 mm pour l'acier mince et de 6 à 10 mm pour l'acier épais. Le cône blanc de la flamme doit presque toucher la surface sans la toucher.
Vitesse de coupage
La vitesse de coupage est critique. Une vitesse correcte produit une traînée (stries) de 5 à 10 % de l'épaisseur de la tôle.
Trop lent : la traînée devient irrégulière, les bords fondent, les scories adhèrent au bas de la coupe.
Trop rapide : la coupe ne traverse pas complètement la pièce, la traînée est excessive, le jet d'oxygène dévie.
Calcul pratique de la vitesse : pour l'acier doux, la vitesse approximative est de :
v = 12 / e
où v est la vitesse en mm/s et e l'épaisseur en mm. Pour une tôle de 12 mm, v = 12 / 12 = 1 mm/s (60 mm/min). Cette formule donne un ordre de grandeur ; les fabricants d'embouts fournissent des tableaux plus précis.
Coupage de formes et de trous
Trous : percer un trou de départ (ou utiliser un chalumeau avec orifice de perçage) ; préchauffer un point central, puis actionner l'oxygène de coupe en inclinant légèrement le chalumeau pour souffler le métal fondu.
Cercles : utiliser un guide circulaire (compas à chalumeau) fixé au centre.
Lignes droites : utiliser un guide linéaire (règle ou chariot).
Coupage en biseau : incliner le chalumeau à l'angle requis (typiquement 30° pour un biseau de soudure à 60° inclus).
Gougeage oxycombustible
Principe
Le gougeage oxycombustible consiste à enlever une couche de métal en surface en utilisant un chalumeau coupeur avec un angle d'attaque de 30° à 45° et un débit d'oxygène de coupe réduit. Le métal est préchauffé, puis l'oxygène de coupe est actionné ; le jet souffle le métal oxydé, créant une rainure (gouge).
Applications
Élimination de soudures défectueuses (reprise de soudure)
Préparation de chanfreins et de biseaux
Enlèvement de rivets ou de boulons
Décapage de surfaces avant soudage
Ouverture de rainures pour le soudage de racine
Paramètres du gougeage
Paramètre
Valeur recommandée
Angle du chalumeau
30° à 45° par rapport à la surface
Distance de préchauffage
3 à 5 mm
Profondeur de rainure
2 à 5 mm par passe
Largeur de rainure
6 à 12 mm selon l'embout
Débit d'oxygène de coupe
50 à 70 % du débit de coupage normal
Comparaison avec le gougeage arc-air
Caractéristique
Gougeage oxycombustible
Gougeage arc-air
Source de chaleur
Flamme oxycombustible
Arc électrique
Métal enlevé
Oxydé puis soufflé
Fondu puis soufflé
Métaux applicables
Acier au carbone uniquement
Tous métaux conducteurs (y compris inox et fonte)
Vitesse d'enlèvement
Modérée
Rapide
Qualité de surface
Rainure avec scories
Rainure plus nette
Risque de carburation
Possible si flamme carburante
Électrode en carbone peut laisser des dépôts
Piège d'examen : le gougeage oxycombustible ne convient pas à l'acier inoxydable car l'oxydation ne se produit pas correctement. Pour l'inox, on utilise le gougeage arc-air ou le meulage.
Normes et codes applicables
CSA W117.2 — Sécurité en soudage, coupage et procédés connexes
Cette norme est la référence principale pour la sécurité des opérations de coupage au Canada. Points essentiels :
Article 6.2 : Les bouteilles de gaz comprimé doivent être entreposées debout et fixées solidement.
Article 6.4 : Les bouteilles d'oxygène et de gaz combustible doivent être séparées d'au moins 3 mètres ou par un mur coupe-feu d'une demi-heure.
Article 7.3 : Les tuyaux doivent être vérifiés régulièrement pour détecter les fuites (avec une solution d'eau savonneuse, jamais avec une flamme).
Article 8.1 : Un extincteur doit être disponible à moins de 15 mètres du poste de travail.
Article 9.2 : Une ventilation adéquate doit être assurée pour évacuer les fumées de coupage (oxydes de fer, ozone, oxydes d'azote).
Code canadien de l'électricité, Chapitre V
Bien que principalement applicable aux installations électriques, ce code s'applique lorsque le coupage est effectué à proximité d'équipements électriques. La règle 8-200 exige que les travaux à proximité de conducteurs sous tension soient effectués par du personnel qualifié avec des protections appropriées.
CSA B149.1 — Code sur le gaz naturel et le propane
Ce code s'applique aux installations de gaz combustible fixes. Pour le coupage avec des bouteilles mobiles, les exigences de la CSA W117.2 prévalent. Le candidat doit savoir que le propane utilisé dans les installations fixes doit respecter la CSA B149.1, notamment pour les tuyauteries et les détendeurs.
Règlement sur les produits dangereux (SIMDUT)
Les fumées de coupage contiennent des oxydes métalliques classés comme dangereux. Le candidat doit connaître :
La fiche de données de sécurité (FDS) doit être disponible sur le lieu de travail.
Les oxydes de fer (Fe₂O₃, Fe₃O₄) ont une limite d'exposition pondérée (VEMP) de 5 mg/m³.
Le port d'un appareil de protection respiratoire approprié est requis si la ventilation est insuffisante.
Calculs et paramètres numériques
Consommation de gaz
La consommation d'oxygène de coupe pour une tôle d'épaisseur e (mm) et une vitesse v (mm/min) est approximativement :
Q = 0,03 × e × v
où Q est en L/min. Pour une tôle de 20 mm coupée à 300 mm/min :
Q = 0,03 × 20 × 300 = 180 L/min
Pression de gaz recommandée
Épaisseur (mm)
Embout (numéro)
Pression O₂ de coupe (psi)
Pression O₂ de préchauffage (psi)
Pression acétylène (psi)
3 – 6
0
20 – 25
20
3 – 5
6 – 12
1
25 – 30
20 – 25
3 – 5
12 – 25
2
30 – 40
25 – 30
4 – 6
25 – 50
3
40 – 50
30 – 35
5 – 7
50 – 100
4
50 – 60
35 – 40
6 – 8
Note : Les pressions d'acétylène ne doivent jamais dépasser 15 psi (103 kPa) en raison du risque de décomposition explosive.
Dilatation thermique
Le coupage introduit de la chaleur localisée qui provoque une dilatation différentielle. Pour l'acier, le coefficient de dilatation linéaire est α = 12 × 10⁻⁶ /°C. Pour une pièce de 1 mètre chauffée de 100 °C, la dilatation est :
ΔL = α × L × ΔT = 12 × 10⁻⁶ × 1 000 × 100 = 1,2 mm
Cette dilatation peut provoquer des distorsions si la pièce n'est pas correctement bridée ou si la séquence de coupage est mal planifiée.
Défauts de coupage et corrections
Défaut
Cause probable
Correction
Bord supérieur fondu (arrondi)
Vitesse trop lente ; préchauffage excessif
Augmenter la vitesse ; réduire le préchauffage
Bord inférieur avec scories adhérentes
Vitesse trop lente ; pression O₂ de coupe insuffisante
Augmenter la vitesse ; augmenter la pression d'O₂
Traînée excessive (stries profondes)
Vitesse trop rapide ; embout trop petit
Réduire la vitesse ; utiliser un embout plus grand
Coupe non perpendiculaire
Chalumeau incliné ; embout obstrué
Vérifier l'angle ; nettoyer l'embout
Reprise de coupe impossible
Carburation du bord ; calamine
Meuler le bord ; utiliser une flamme neutre
Scories projetées vers l'avant
Pression O₂ de coupe trop élevée
Réduire la pression d'O₂ de coupe
Bords durcis
Flamme carburante ; refroidissement rapide
Utiliser une flamme neutre ; préchauffer davantage
Sécurité — Règles d'or
132.Vérifier les fuites avec de l'eau savonneuse, jamais avec une flamme.
133.Ouvrir la vanne d'oxygène légèrement avant d'allumer pour purger le tuyau.
134.Allumer le gaz combustible d'abord, puis ajouter l'oxygène.
135.Fermer le gaz combustible d'abord lors de l'extinction.
136.Ne jamais utiliser d'huile ou de graisse sur les raccords d'oxygène.
137.Purger les tuyaux avant de changer une bouteille.
138.Utiliser un allumeur à friction ; jamais d'allumettes ni de briquet.
139.Porter des lunettes de coupage avec verres teintés (teinte 4 ou 5) et des gants de cuir.
140.Ventiler pour évacuer les fumées ; utiliser une extraction locale si nécessaire.
141.Inspecter les tuyaux avant chaque utilisation ; remplacer tout tuyau endommagé.
Pièges à éviter
143.Confondre coupage et fusion : le coupage oxycombustible oxyde le métal, il ne le fait pas fondre. Cette distinction est fondamentale.
144.Oublier que l'inox ne se coupe pas à l'oxycombustible : l'oxyde de chrome forme une barrière protectrice. Utiliser le plasma ou le gougeage arc-air.
145.Utiliser l'acétylène au-delà de 15 psi : risque de décomposition explosive. Les détendeurs sont calibrés pour limiter cette pression.
146.Inverser les filetages : oxygène à droite, combustible à gauche. Une erreur d'assemblage peut provoquer un mélange dangereux.
147.Négliger la vitesse de coupage : une vitesse incorrecte produit des défauts ; la traînée doit être de 5 à 10 % de l'épaisseur.
148.Confondre flamme carburante et oxydante : une flamme carburante carbure l'acier et durcit les bords de coupe.
149.Oublier la séquence d'extinction : fermer le gaz combustible d'abord, puis l'oxygène. L'inverse peut provoquer un retour de flamme.
150.Ne pas connaître les limites d'exposition : les fumées d'oxyde de fer ont un VEMP de 5 mg/m³.
151.Ignorer la CSA W117.2 : c'est la norme de sécurité de référence au Canada pour le soudage et le coupage.
152.Utiliser un embout inadapté à l'épaisseur : un embout trop petit ou trop grand compromet la qualité de la coupe.
Résumé
Le coupage oxycombustible repose sur l'oxydation exothermique du fer à l'état solide, rendue possible par la différence entre la température d'ignition (≈ 870 °C) et le point de fusion (≈ 1 500 °C) de l'acier doux.
Trois conditions doivent être réunies : température d'ignition inférieure au point de fusion, oxyde fusible, réaction exothermique.
L'acier doux est le seul métal couramment coupé ; l'inox, l'aluminium, le cuivre et la fonte ne se coupent pas à l'oxycombustible.
L'acétylène offre la flamme la plus chaude (3 160 °C) mais est limité à 15 psi ; le propane et le MAPP sont des alternatives avec des caractéristiques différentes.
La flamme de préchauffage doit être neutre ou légèrement oxydante pour le coupage.
La vitesse de coupage est optimale lorsque la traînée représente 5 à 10 % de l'épaisseur de la tôle.
Le gougeage oxycombustible utilise un angle de 30° à 45° et un débit d'oxygène réduit ; il ne convient pas à l'inox.
La norme CSA W117.2 régit la sécurité des opérations de coupage au Canada ; le Code canadien de l'électricité, Chapitre V (règle 8-200) s'applique à proximité des installations électriques.
Les calculs de consommation de gaz et de dilatation thermique sont des questions d'examen typiques.
Les défauts de coupage (scories, traînée excessive, bords fondus) sont presque toujours dus à une vitesse ou une pression inappropriée.
Le candidat doit être capable d'expliquer le principe physique, de régler un chalumeau, de choisir les paramètres selon l'épaisseur, et d'identifier les défauts avec leurs corrections. La maîtrise des normes de sécurité et des limites d'exposition est également essentielle pour réussir l'examen Sceau Rouge.
