Configuration et procédure pour PAC

Après avoir lu cet article, vous en apprendrez davantage sur la configuration et la procédure de coupage à l’arc plasma (PAC) à l’aide de diagrammes appropriés.

Comme le soudage à l'arc au plasma, le PAC peut être utilisé dans deux modes, l'arc transféré et l'arc non transféré; le premier est toutefois le principal procédé utilisé industriellement. Un schéma de circuit pour une unité de coupage au plasma à arc transféré est présenté à la Fig. 19.16. Le processus fonctionne avec dcen pour produire un arc transféré rétréci.

Dans ce mode, le jet de plasma à découper est établi entre la pointe de l'électrode et la pièce. Cependant, l'initiation de l'arc se fait par un arc pilote entre l'électrode et la pointe de la buse. La buse est connectée au travail (positif) par une résistance de limitation de courant et un contact de relais à arc pilote.

L'arc pilote est initié par un générateur haute fréquence. La source de courant de soudage maintient l’arc pilote à faible courant dans la torche. Le gaz plasmatique se ionise lors du passage dans l'arc et est insufflé par l'orifice de la buse afin de fournir un chemin à faible résistance pour la mise en place de l'arc plasma principal entre l'électrode et la pièce. Lorsque l’arc principal est établi, l’arc pilote s’éteint automatiquement par le relais pour éviter un échauffement inutile de la buse.

La pointe de la torche étant exposée à une température élevée comprise entre 10 000 et 14 000 ° C, elle est presque toujours constituée de cuivre refroidi à l’eau. En outre, la conception de la torche est telle qu'elle produise une couche limite de gaz entre le plasma et la buse.

Le jet de plasma non transféré est parfois utilisé pour couper des matériaux de faible épaisseur. L'installation pour un tel système intègre le même équipement que pour l'arc transféré, mais la conception de la torche et le schéma de circuit sont différents, comme indiqué sur la figure 19.17. La pièce à couper ne fait pas partie du circuit électrique.

Dans ce cas, l’arc est amorcé entre une électrode en tungstène (négatif) et une buse en cuivre (positive) et le jet de plasma prend la forme souhaitée. L'arc commence au moment où l'extrémité de l'électrode touche le bord de la buse, l'électrode est déplacée par un dispositif approprié dans la tête de coupe. Avant que l'arc ne soit amorcé, le gaz circule dans la buse. Pendant la coupe, la distance entre la pointe de la buse et la pièce à usiner est maintenue aussi petite que possible. Parfois, l'embout de la buse peut toucher la pièce à travailler. En haut, la coupe a une largeur égale à l'orifice de la buse, tandis qu'en bas, la coupe est plus étroite.

Ce type de torche à plasma est utilisé pour couper du métal d'une épaisseur de 3 à 5 mm seulement, d'où son utilisation limitée dans l'industrie. La suite de la discussion dans cette section est donc limitée aux systèmes de coupage au plasma à arc transféré.

Différentes variantes du procédé PAC à arc transféré sont utilisées pour améliorer la qualité de la coupe dans des applications particulières pour des matériaux de coupe de 3 à 38 mm d'épaisseur. Un blindage auxiliaire sous forme de gaz ou d’eau est utilisé pour améliorer la qualité.

Les variations importantes du processus comprennent:

(i) découpe au plasma à double flux,

(ii) découpe au plasma avec protection contre l'eau, et

(iii) Découpe de plasma par injection d'eau.

Coupe au plasma à double flux:

Dans ce processus, l’enveloppe de gaz de protection est prévue autour du jet de coupage au plasma, comme illustré à la Fig. 19.18. Le gaz plasmatique habituel est l’azote, tandis que le choix du gaz de protection dépend du matériau à découper; pour les aciers à faible teneur en carbone, il peut s'agir de dioxyde de carbone ou d'air, pour le dioxyde de carbone d'acier inoxydable et d'un mélange argon-hydrogène pour l'aluminium.

Découpe au plasma protégée de l'eau:

Cette technique est similaire à la découpe plasma à double flux sauf que le gaz de protection est remplacé par de l'eau, ce qui améliore l'aspect et la durée de vie de la buse. Cependant, la coupe et la vitesse de coupe ne sont pas nettement améliorées par rapport à la méthode PAC classique.

Découpe au plasma à injection d'eau:

Cette variante du procédé PAC utilise un jet d'eau incident symétrique près de l'orifice rétrécissant de la buse pour resserrer encore le jet de plasma, comme illustré à la Fig. 19.19. Le jet d'eau évite également le mélange turbulent des gaz atmosphériques avec le plasma. L’embout de la buse peut être fabriqué en céramique pour éviter le double arc électrique. Un double arc est provoqué lorsque l'arc saute de l'électrode à la buse puis à la pièce à usiner, endommageant généralement la buse.

Fig. 19.19 Système de coupage plasma à injection d'eau.

Le plasma rétréci par l'eau produit une vitesse de coupe étroite, nettement définie, supérieure à celle pouvant être atteinte avec le processus PAC classique. Comme la plus grande partie de l'eau quitte la buse sous forme de spray liquide, elle refroidit le bord de la rainure, produisant des angles aigus.

Lorsque le gaz plasmatique et l'eau sont injectés de manière tangentielle, le jet de plasma tourbillonne lorsqu'il quitte l'orifice, ce qui crée une face perpendiculaire de haute qualité sur un côté du trait de scie. L’autre côté de la saignée est biseauté. Par conséquent, le sens de déplacement doit être sélectionné pour produire une coupe perpendiculaire sur la pièce et le biseau coupé sur la ferraille, comme indiqué sur la figure 19.20 pour les coupes circulaires.

Sélection de gaz:

La sélection des gaz plasmatiques dépend du matériau à découper et de la qualité de la coupe souhaitée. Les aciers au carbone sont coupés en utilisant de l'air comprimé (80% d'azote et 20% d'oxygène) ou de l'azote pour le gaz plasmagène. L'azote est également utilisé pour la méthode d'inhalation de PAC. Dans certains systèmes, de l'azote est utilisé pour le gaz plasmagène et de l'oxygène est injecté dans le jet de plasma en aval de l'électrode. Cette disposition augmente la vitesse de coupe sans affecter la durée de vie de l'électrode.

La plupart des métaux non ferreux sont coupés en utilisant de l'azote, des mélanges azote-hydrogène ou des mélanges argon-hydrogène. Le titane et le zirconium sont coupés avec de l'argon pur en raison de leur susceptibilité à la fragilisation par les gaz réactifs.

Dans certains cas de coupe de métaux non ferreux avec un système à double flux, de l’azote est utilisé pour le gaz plasmagène, tandis que du dioxyde de carbone est utilisé comme gaz de protection. Pour des coupes de meilleure qualité, le mélange argon-hydrogène est utilisé comme gaz plasmagène et l'azote comme gaz de protection.

Une unité PAC typique comprenant une source d'alimentation en courant continu, une torche de découpage, une unité haute fréquence, des systèmes de gaz et d'eau de refroidissement peut utiliser 24-30 litres / min d'argon, 8-13 litres / min d'hydrogène, 30 - 150 litres / min d'azote et 1-5 à 2 litres / min d'eau. Le tableau 19.5 présente les données relatives aux PAC avec un arc de pénétration en trou de serrure et le coupage oxyacétylénique conventionnel.