EP1117279A1 - Torche à plasma avec système d'identification de la tête, de l'électrode ou de la tuyère - Google Patents

Torche à plasma avec système d'identification de la tête, de l'électrode ou de la tuyère Download PDF

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EP1117279A1
EP1117279A1 EP01400063A EP01400063A EP1117279A1 EP 1117279 A1 EP1117279 A1 EP 1117279A1 EP 01400063 A EP01400063 A EP 01400063A EP 01400063 A EP01400063 A EP 01400063A EP 1117279 A1 EP1117279 A1 EP 1117279A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
torch
signal
identification element
head
electrode
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01400063A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Francis Remy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Lincoln Electric Co France SA
Original Assignee
La Soudure Autogene Francaise
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by La Soudure Autogene Francaise, Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical La Soudure Autogene Francaise
Publication of EP1117279A1 publication Critical patent/EP1117279A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/36—Circuit arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3473—Safety means

Definitions

  • the present invention relates to an electric arc work torch, in particular a plasma torch, in particular a torch with a removable head, said torch being provided with a recognition and identification system of the torch head or wearing parts equipping said torch head.
  • torches In the field of automatic plasma cutting, i.e. when the plasma torch is arranged on a cutting machine, two types of torches can be used, i.e. monobloc type torches or torches in two parts, that is to say with removable nose or head.
  • a monoblock torch usually includes a torch assembly complete with its bundle of cables and various pipes.
  • such an assembly conventionally comprises an electrode holder, acting as cathode, associated by means of a material insulator to a nozzle holder serving as an anode and carrying an ejection nozzle of the plasma arc.
  • the electrode holder and the nozzle holder are connected, via cables electric, to one or more electric current generators.
  • the electrode holder and the nozzle holder need to be cooled to avoid too rapid deterioration and for this do they are connected, via pipes, to a source of fluid cooling, usually water.
  • a source of fluid cooling usually water.
  • the set of cables and pipes feeding the torch is called a beam.
  • the torch has active parts, namely in particular a dip tube bringing the coolant as close as possible to their active end thereof; an electrode formed of a particular material, that is to say an emissive insert of tungsten, zirconium, hafnium or analog, chosen depending, for example, on the gas used, the intensity of the current or thickness to be cut; a specific gas diffuser in operation the gas used or the current intensity range; a clean nozzle each gas and intensity; an outer protective cap forming a sleeve around nozzle and also serving as a cooling chamber; and a nut used to hold the cap and nozzle in place on the active end of the torch ; this nut-piece can be replaced by a device with water vortex or by a gaseous "double flow" device.
  • a dip tube bringing the coolant as close as possible to their active end thereof
  • an electrode formed of a particular material, that is to say an emissive insert of tungsten, zirconium, hafnium or analog, chosen depending, for
  • a torch in two parts also called torch with head or removable nose
  • a torch head In the case of a torch with a removable head or nose, a torch head is generally dedicated to a particular process and / or to a range of intensity limited.
  • each torch head is equipped with active parts having variable characteristics and which are a function of the process to be put or the intensity of current supplying the torch and used to generate the plasma arc.
  • the process to be implemented may vary and must be chosen in depending on the nature of the gas or gas mixture to be used, the type of gas distribution (simple distribution, vortex, double flow, post-injection %), depending on the nature of the material to be cut (steel, stainless steel, aluminum, ...), depending on its thickness, depending on the suitability of the cut piece to be welded or other requirements.
  • the main gases or gas mixtures usable in plasma cutting are nitrogen, oxygen, compressed air or mixtures argon / hydrogen or nitrogen / hydrogen.
  • the intensity range used can range from ten to more than a thousand amps.
  • the presence of the torch i.e. its operation can be detected using a direct link between two pins at a harness connector and this, via a simple electrical assembly detecting the presence of the connection.
  • a nose torch or removable and interchangeable head To remedy these problems, a nose torch or removable and interchangeable head.
  • the operator can prepare the second removable head with the suitable active parts which he will need to cut the second material, while the other torch head is in use, i.e. while cutting the first material.
  • the operator must not be able to give intensity setting instructions not appropriate with the head selected and this, under penalty of causing a deterioration of the torch head or of obtaining poor quality cutting.
  • tungsten electrode intended to operate under nitrogen will not work for long if the gas is oxygen or another gas oxidant.
  • Another solution would be to use a photoelectric sensor for detecting the presence of the torch head on the torch body.
  • the aim of the present invention is therefore to solve the problem aforementioned posing with electric arc work torches, in particular with a removable head, in particular plasma torches, equipped a system to avoid or minimize any error in mounting the torch head on the torch body or incorrect or unsuitable choice of parts wear on the torch head, warning the operator that the torch head torch or wear part fitted in error does not correspond to selected operating conditions to be obtained.
  • the object of the invention is to propose a torch equipped a system to verify that the torch head and / or parts wear on the torch are compatible with the selected process and with the current intensity range to be used.
  • the invention also relates to an arc work torch electric, in particular a plasma torch, comprising a torch body comprising means for supplying electric current and at least one passage of fluid, and a torch head comprising electrode holder means capable of receiving an electrode and nozzle holder means capable of receiving a nozzle, characterized in that the electrode carried by the electrode holder means and / or the nozzle carried by the nozzle holder means has (s) an identification element from which it can be extracted or determined a signal of specific value prefixed and identifiable.
  • the invention also relates to a torch) working with an electric arc, in particular a plasma torch, comprising a torch body comprising means for supplying electric current and at least one fluid passage, and a torch head, the torch head and / or the torch body comprising consumable workpiece holding means likely to receive at least one consumable part chosen from among nozzles, electrodes, cartridge assemblies combining nozzle and electrode, dip tubes and gas or water diffusers, characterized in that at least one of said consumable parts comprises an element from which a value signal can be extracted or determined specific prefixed and identifiable.
  • the invention also relates to a torch head with plasma comprising electrode holder means capable of receiving a electrode and nozzle-holder means capable of receiving a nozzle, characterized in that it further comprises an identification element with from which a specific value signal can be extracted or determined prefixed and identifiable.
  • the invention also relates to a nozzle or an electrode for a torch.
  • electric arc work in particular a plasma torch, comprising a identification element as mentioned above.
  • the invention also relates to a plasma cutting process of at least a metal part, in which a plasma torch is used, a head of plasma torch and / or in which a control method is implemented according to the invention for controlling a plasma torch.
  • the solution provided by the present invention is essentially based on the incorporation into the torch head of a system identification system that can immediately and effectively signal the operator that the torch head installed is not compatible with the process selected and / or with current intensity and / or with another parameter operative.
  • FIG. 1 is a block diagram of an operating torch removable head according to the present invention.
  • the plasma torch 1 completely analogous to that described for example in document EP-A-599709 incorporated here by reference, includes a body torch or base 3, on which the torch head 2 fitted with the identification system according to the invention.
  • Torch 1 is supplied with fluids from 100 fluid sources, including plasma gas and water cooling, and is also supplied with electric current from a current generator 110 connected, on the one hand, to the workpiece 120 and, on the other hand hand, to the electrode of torch 1 and the nozzle.
  • the identification system of the invention consists of an element 5 identification and signal transmission means 4 connecting this element 5 identification to a signal processing unit 6 which communicates itself with a torch control director 8 making it possible in particular to control or not a movement of the torch 1 along the Z axis.
  • the identification element 5 included in the head 2 of the torch 1 is, for example, a resistor, a capacitor or a coil having a value determined known for each torch nose or head 2.
  • identification elements 5 such as reflective patch, a system using the principle of remote controls infrared or radio frequency, or a smart card element or a magnetic or magnetic element, or combinations thereof.
  • chip card element is meant the active part of the card, that is to say the integrated circuit or "chip” encapsulated in the plastic serving support.
  • a first type with visible connector like that of payment cards banking or the like which have two modes of operation, namely the reading of the magnetic strip located on one side of the card and / or writing of information written in the memory
  • the identification element 5 can take different values, it is possible to differentiate a large number of heads 2 from torch different from each other, since each head 2 of torch is provided with an identification element 5 having a specific value prefixed and identifiable.
  • This identification element 5 is connected to a processing unit 6 of the signal to warn the operator if he has made a wrong choice, to check the presence of the necessary fluids, to detect the presence of the head 2 of torch adapted to the process to be implemented and thus authorize or not the implementation the cutting process.
  • Signal processing unit 6 is managed by a command director 8 whose role is to supervise all components necessary for the smooth running of the cutting operation.
  • the measurement is then processed, for example, using a converter analog / digital of the type appropriate to the signal.
  • the command manager 8 management software can prevent the operator, in the event of an error in the choice of torch head 2, as shown schematically on the flowcharts of Figures 2 and 3.
  • the operator wants to cut a piece from a steel sheet carbon 4 mm thick, it consults a scale or a table of correspondence provided by the manufacturer who tells him to use the process under dry oxygen at 60 A, as well as the type of active parts to be used.
  • the operator therefore equips a second torch head with these while cutting, for example, 10-gauge stainless steel sheet mm with a 120 A process using nitrogen and a vortex of water and using a first torch head having characteristics different.
  • element 5 of the type resistive (resistance ) is simple to implement, little expensive, reliable and not very sensitive to parasites from an industrial environment.
  • resistance values will be between 50 and 600 ⁇ with a step of 50 ⁇ to measure respectively a voltage of 1 to 12 V with a step of 1 V; the power of the resistance being 1/4 of Watt.
  • the electrical connections of the element 5 identification can be ensured at the level of the torch head 2 by a jack 15 type male jack 3.5 mm in diameter and, as shown in FIG. 7, in the base 3 by a socket 16 of the female jack type, which allows to easily couple the torch head 2 on the base 3 by a simple movement from bottom to top; the rotational position being already imposed by the other connections (plasma gas, nozzle connection, actuator controls, ).
  • FIG. 4 and 5 represent industrial versions possible torch heads 2 according to the invention shown, respectively, free of active parts and / or wearing parts (fig. 4) and equipped with such wearing parts (fig. 5), in particular a nozzle 22 and an electrode 20; these torch heads 2 can be mounted on the base 3 of FIG. 7.
  • the torch head 2 comprises electrode holder means 10 capable of receiving, for example by screwing, an electrode 20 provided an emissive insert 21, and nozzle holder means 12 capable of receiving and to maintain, for example also by screwing, the nozzle 22 pierced with an orifice axial 23 of the plasma jet ejection.
  • Assembly / disassembly means comprising a ball cage 18 and an axially movable external part 19 cooperating with said cage at ball 18, as explained in EP-A-599709, make it possible to associate and / or easily and quickly dissociate the torch head 2 from the torch body 3.
  • the identification element 5 is carried by the head 2 of torch and is, in this case, a resistor from which can be extracted or determined a signal of specific value prefixed and identifiable, namely a intensity or voltage signal.
  • this identification system is strictly applicable to identification of wearing parts or consumable parts for arc torch electrical, such as nozzles, electrodes, a "cartridge" assembly comprising a nozzle and an electrode as described in document EP-A-326 445, the torch dip tube or gas diffuser or the devices additional devices that can equip an arc torch, such as a creation of a water vortex, such as a water diffuser, or double flow system with a second nozzle located downstream of the first nozzle, given that all these devices each include a body and one or more parts can be dismantled and therefore the presence must be identified for each device global and each of the active parts.

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Abstract

L'invention concerne une torche (1) de travail à l'arc électrique, en particulier une torche à plasma, comprenant un corps (3) de torche comportant des moyens d'alimentation en courant électrique et au moins un passage de fluide ; une tête (2) de torche comportant des moyens porte-électrode susceptibles de recevoir une électrode (20) et des moyens porte-tuyère (12) susceptibles de recevoir une tuyère (22). La torche comprend éventuellement des moyens d'assemblage/désassemblage permettant d'associer et/ou dissocier la tête (2) de torche du corps (3) de torche. Selon l'invention, la tête (2) de torche, l'électrode (20) et/ou la tuyère (22) ou tout autre pièce consommable sont équipées un élément d'identification (5) à partir duquel peut être extrait ou déterminé un signal de valeur spécifique préfixée et identifiable, par exemple une valeur de tension ou d'intensité. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne une torche de travail à l'arc électrique, en particulier une torche à plasma, en particulier une torche à tête démontable, ladite torche étant munie d'un système de reconnaissance et d'identification de la tête de torche ou des pièces d'usure équipant ladite tête de torche.
Il existe actuellement deux familles de torche plasma, à savoir, d'une part, les torches à "plasma soufflé" utilisées en marquage, en projection de revêtement de surface, de chauffage (en haut fourneau), et similaires et, d'autre part, les torches à "plasma transféré" utilisées en soudage, en coupage et analogues.
Dans le domaine du coupage plasma automatique, c'est-à-dire lorsque la torche à plasma est agencée sur une machine de découpe, deux types de torches peuvent être utilisés, à savoir les torches de type monobloc ou les torches en deux parties, c'est-à-dire à nez ou tête démontable.
Une torche monobloc comprend habituellement un ensemble de torche complet muni de son faisceau de câbles et canalisations diverses.
Plus précisément, un tel ensemble comprend classiquement un porte-électrode, faisant office de cathode, associé par l'intermédiaire d'un matériau isolant à un porte-tuyère faisant office d'anode et portant une tuyère d'éjection de l'arc plasma.
Le porte-électrode et le porte-tuyère sont reliés, via des câbles électriques, à un ou plusieurs générateurs de courant électrique.
Durant leur fonctionnement, le porte-électrode et le porte-tuyère nécessitent d'être refroidis pour éviter leur détérioration trop rapide et pour ce faire, ils sont reliés, via des canalisations, à une source de fluide de refroidissement, en général de l'eau. L'ensemble de câbles et de tuyaux alimentant la torche est appelé faisceau.
De plus, la torche comporte des parties actives, à savoir notamment un tube plongeur amenant le fluide de refroidissement au plus prêt de leur extrémité active de celle-ci ; une électrode formée d'un matériau particulier, c'est-à-dire un insert émissif en tungstène, en zirconium, en hafnium ou analogue, choisi en fonction, par exemples, du gaz utilisé, de l'intensité du courant ou de l'épaisseur à couper ; un diffuseur de gaz particulier en fonction du gaz utilisé ou de la plage d'intensité de courant ; une tuyère propre à chaque gaz et intensité ; une coiffe protectrice externe formant manchon autour de la tuyère et servant, en outre, de chambre de refroidissement ; et une pièce-écrou servant à maintenir en place la coiffe et la tuyère sur l'extrémité active de la torche ; cette pièce-écrou pouvant être remplacée par un dispositif à tourbillon d'eau ou par un dispositif à "double flux" gazeux.
L'architecture et le fonctionnement de telles torches de type monobloc sont notamment décrits dans les documents suivants : EP-A-144267, EP-A-410875, EP-A-772957, EP-A-902606, EP-A-810052, EP-A-845929, EP-A-790756, EP-A-196612, WO-A-89/11941, US-A-4,521,666, US-A-4,059,743, US-A-4,163,891 et US-A-5,591,357.
Par ailleurs, une torche en deux parties, encore appelée torche à tête ou nez démontable, comprend généralement un corps de torche ou embase comportant le faisceau de câbles et de canalisations de fluides (eau de refroidissement et gaz), comme expliqué ci-dessus, et pouvant, en outre, recevoir une ou plusieurs têtes de torche différentes, la tête de torche comportant les parties actives de la torche, à savoir l'électrode, la tuyère....
L'architecture et le fonctionnement de telles torches à têtes ou nez démontables sont notamment décrits dans les documents suivants : EP-A-599709, EP-A-872300, EP-A-801882 et EP-A-941018.
Dans le cas d'une torche à tête ou nez démontable, une tête de torche est généralement dédiée à un procédé particulier et/ou à une plage d'intensité limitée.
En d'autres termes, chaque tête de torche est équipée de pièces actives ayant des caractéristiques variables et qui sont fonction du procédé à mettre en oeuvre ou l'intensité de courant alimentant la torche et servant à générer l'arc plasma.
Ainsi, le procédé à mettre en oeuvre peut varier et doit être choisi en fonction de la nature du gaz ou mélange gazeux à utiliser, du type de distribution de gaz (distribution simple, tourbillonnaire, double flux, post-injection d'eau....), en fonction de la nature du matériau à couper (acier, inox, aluminium, ...), en fonction de son épaisseur, en fonction de l'aptitude de la pièce coupée à être soudée ou autres impératifs.
Classiquement, les principaux gaz ou mélanges gazeux utilisables en coupage plasma sont l'azote, l'oxygène, l'air comprimé ou des mélanges argon/hydrogène ou azote/hydrogène.
En outre, il est connu qu'il faut choisir une intensité de courant qui soit fonction de l'épaisseur du matériau à couper ; ainsi, plus le matériau est épais plus l'intensité à mettre en oeuvre doit être élevée.
Toutefois, il faut tenir aussi compte du type découpe désirée : coupe de qualité élevée ou simple coupe de séparation.
Habituellement, la plage d'intensité utilisée peut aller de la dizaine à plus d'un millier d'ampères.
De là, il existe donc de nombreux types de pièces d'usures différentes et donc de torches adaptées aux différentes intensités pouvant être adoptées.
Dans le cas d'une torche monobloc, la présence de la torche, c'est-à-dire son fonctionnement, peut être détectée à l'aide d'une liaison directe entre deux broches au niveau d'un connecteur du faisceau et ce, via un simple montage électrique détectant la présence de la connection.
Néanmoins, chaque torche monobloc étant dédiée à un procédé de coupage et/ou à une plage d'intensité, lorsque l'opérateur ou coupeur souhaite couper d'abord un premier matériau, par exemple une tôle d'acier inoxydable de 70 mm d'épaisseur, puis ensuite un deuxième matériau, par exemple une tôle d'aluminium de 5 mm d'épaisseur, il doit :
  • soit changer la torche utilisée pendant le coupage du premier matériau et la remplacer par une torche adaptée au coupage du deuxième matériau, ce qui nécessite de désaccoupler le faisceau du générateur de courant, de démonter le faisceau sur la machine, d'ôter la torche de son support ou de démonter la torche et son support, avant de procéder à l'inverse pour installer la nouvelle torche sur le support ;
  • soit démonter toutes les pièces de la partie active de la torche (électrode, tuyère...) après avoir coupé le premier matériau et les remplacer par des pièces actives adaptées au coupage du deuxième matériau.
On comprend aisément que, dans un cas comme dans l'autre, ces opérations sont peu pratiques, engendrent une perte de temps non négligeable et peuvent conduire à des erreurs de montage.
Pour remédier à ces problèmes, il convient d'utiliser une torche à nez ou tête démontable et interchangeable.
Ainsi, l'opérateur peut préparer la seconde tête démontable avec les pièces actives adaptées dont il aura besoin pour couper le deuxième matériau, pendant que l'autre tête de torche est en cours d'utilisation, c'est-à-dire pendant le coupage du premier matériau.
Ensuite, il ne lui faudra que quelques secondes pour changer de tête de torche et couper le deuxième matériau étant donné que, dans ce cas, le corps de torche fixé à la machine ou au bâti-support reste le même et n'a dès lors pas à être démonté.
Toutefois, un problème se pose avec les torches à têtes démontables, à savoir qu'il existe un nombre important de combinaisons potentielles de corps de torche et de têtes de torche, qui sont autant de sources possibles d'erreurs pour l'opérateur.
Dit autrement, il ne faut pas que l'opérateur puisse donner des consignes de réglage d'intensité non appropriées avec la tête sélectionnée et ce, sous peine d'engendrer une détérioration de la tête de torche ou d'obtenir une découpe de mauvaise qualité.
Par exemple, si des pièces actives (électrodes, tuyères...) prévues pour supporter une intensité de 30 A sont utilisées avec un courant de 300 A, celles-ci seront détruites par fusion et cela entraínera généralement la destruction d'au moins une partie du corps de torche.
Par ailleurs, il en va de même pour les fluides mis en oeuvre.
Par exemple, une électrode en tungstène prévue pour fonctionner sous azote ne fonctionnera pas longtemps si le gaz est de l'oxygène ou un autre gaz oxydant.
De telles destructions inopinées des éléments de la torche engendrent des coûts non négligeables en temps et/ou en argent qui sont inacceptables du point de vue industriel.
Afin de résoudre ce problème, la solution la plus simple serait de mettre un repère de couleur ou un marquage sur chaque tête de torche.
Toutefois, cette solution n'est pas idéale car, avec le temps et les salissures dues aux fumées, il peut y avoir confusion entre différentes têtes de torche puisque la peinture ou l'encre peuvent s'effacer, un éclairage suffisamment puissant est nécessaire pour pouvoir distinguer visuellement une couleur ou un marquage, des marques gravées peuvent s'encrasser et devenir illisibles....
Une autre solution consisterait à utiliser un capteur photoélectrique permettant de détecter la présence de la tête de torche sur le corps de torche.
Cependant, là encore la solution n'est pas idéale, puisque l'information pouvant être recueillie est alors de type binaire, c'est-à-dire 0 ou 1, ce qui ne permet pas de différencier différentes têtes de torches les unes des autres.
Par ailleurs, des problèmes tout-à-fait similaires se posent lorsqu'il s'agit de pouvoir reconnaítre une pièce d'usure spécifique, telle une électrode ou une tuyère, ayant été montée sur la tête d'une torche à plasma, quelle soit dissociable ou non du corps de torche.
En effet, un problème analogue se pose avec les pièces d'usure pour torches à arc électrique, à savoir qu'il existe un nombre important de types de tuyères et d'électrodes présentant chacune des caractéristiques propres et variables selon le procédé à mettre en oeuvre, par exemple, ainsi que susmentionné, une électrode avec insert en tungstène prévue pour fonctionner sous azote ne fonctionnera pas longtemps si le gaz mis en oeuvre durant le coupage est de l'oxygène ou un autre gaz oxydant et de telles destructions inopinées de ces pièces d'usure engendrent des coûts non négligeables en temps et/ou en argent qui sont inacceptables du point de vue industriel.
Là encore, la grande diversité des pièces d'usure existantes engendre de nombreuses erreurs potentielles pour l'opérateur.
De là, il ne faut pas que l'opérateur puisse donner des consignes de réglage d'intensité non appropriées avec la pièce d'usure sélectionnée et ce, sous peine d'engendrer une détérioration de la pièce d'usure ou de la tête de torche, et d'obtenir ainsi une découpe de mauvaise qualité.
Le but de la présente invention est donc de résoudre le problème susmentionné se posant avec les torches de travail à l'arc électrique, notamment à tête démontable, en particulier des torches à plasma, équipée d'un système permettant d'éviter ou de minimiser toute erreur de montage de la tête de torche sur le corps de torche ou de choix erroné ou inadapté des pièces d'usure équipant la tête de torche, en avertissant l'opérateur que la tête de torche ou la pièce d'usure montée par erreur ne correspond à pas aux conditions opératoires sélectionnées devant être obtenues.
Dit autrement, le but de l'invention est de proposer une torche équipée d'un système permettant de vérifier que la tête de torche et/ou les pièces d'usure présentes sur la torche sont compatibles avec le procédé sélectionné et avec la plage d'intensité de courant à mettre en oeuvre.
La solution de la présente invention est alors une torche de travail à l'arc électrique, en particulier une torche à plasma, comprenant :
  • un corps de torche comportant des moyens d'alimentation en courant électrique et au moins un passage de fluide ,
  • une tête de torche comportant des moyens porte-électrode susceptibles de recevoir une électrode et des moyens porte-tuyère susceptibles de recevoir une tuyère, et
  • des moyens d'assemblage/désassemblage permettant d'associer et/ou dissocier la tête de torche du corps de torche,
   caractérisée en ce que la tête de torche comporte, en outre, un élément d'identification à partir duquel peut être extrait ou déterminé un signal de valeur spécifique préfixée et identifiable.
De plus, l'invention porte aussi sur une torche de travail à l'arc électrique, en particulier une torche à plasma, comprenant un corps de torche comportant des moyens d'alimentation en courant électrique et au moins un passage de fluide, et une tête de torche comportant des moyens porte-électrode susceptibles de recevoir une électrode et des moyens porte-tuyère susceptibles de recevoir une tuyère, caractérisée en ce que l'électrode portée par les moyens porte-électrode et/ou la tuyère portée par les moyens porte-tuyère comporte(nt) un élément d'identification à partir duquel peut être extrait ou déterminé un signal de valeur spécifique préfixée et identifiable.
Selon un encore un autre aspect, l'invention concerne aussi une torche) de travail à l'arc électrique, en particulier une torche à plasma, comprenant un corps de torche comportant des moyens d'alimentation en courant électrique et au moins un passage de fluide, et une tête de torche, la tête de torche et/ou le corps de torche comportant des moyens porte-pièce consommable susceptibles de recevoir au moins une pièce consommable choisie parmi les tuyères, les électrodes, les ensembles cartouche combinant tuyère et électrode, les tubes plongeurs et les diffuseurs de gaz ou d'eau, caractérisée en ce qu'au moins une desdites pièces consommables comporte un élément d'identification à partir duquel peut être extrait ou déterminé un signal de valeur spécifique préfixée et identifiable.
Dans le cadre de la présente invention, le terme "signal" est considéré comme étant synonyme du terme "information" ; dès lors, on utilisera indifféremment l'un ou l'autre de ces termes.
Selon le cas, la torche de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
  • le corps de torche comprend des moyens de transmission de signal permettant d'acheminer le signal provenant de l'élément d'identification à travers au moins une partie dudit corps de torche et, de préférence, jusqu'à une unité de traitement de signal.
  • l'élément d'identification est choisi parmi les résistances, les condensateurs, les diodes (telles les diodes de signal ou les diodes Zener), les bobines, les pastilles réfléchissantes, les systèmes utilisant le principe des télécommandes à infrarouge ou à radiofréquence, les éléments de "carte à puce" et les éléments magnétiques ou aimantés, ou les combinaisons de plusieurs de ces éléments, par exemple un ensemble RLC combinant résistance, bobine et condensateur, de préférence l'élément d'identification est choisi parmi les résistances.
  • le signal de valeur spécifique est au moins un signal d'intensité, de tension, de capacité, de fréquence, de longueur d'onde lumineuse, infrarouge ou radio, de préférence un signal d'intensité ou de tension.
  • l'unité de traitement de signal est reliée à un directeur de commande, de préférence le directeur de commande pilote au moins une source de courant, au moins une source de fluide et/ou des moyens de déplacement de la torche selon au moins un axe X, Y et/ou Z.
Selon un autre aspect, l'invention concerne aussi une tête de torche à plasma comportant des moyens porte-électrode susceptibles de recevoir une électrode et des moyens porte-tuyère susceptibles de recevoir une tuyère, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, un élément d'identification à partir duquel peut être extrait ou déterminé un signal de valeur spécifique préfixée et identifiable.
Selon le cas, la tête de torche à plasma de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
  • l'élément d'identification est choisi parmi les résistances, les condensateurs, les diodes, les bobines, les pastilles réfléchissantes, les systèmes utilisant le principe des télécommandes à infrarouge ou à radiofréquence, les éléments magnétiques ou aimantés, les éléments de carte à puce et leurs combinaisons, de préférence l'élément d'identification est choisi parmi les résistances.
Selon encore un autre aspect, l'invention porte sur un procédé de commande d'une torche de travail à l'arc électrique, en particulier une torche à plasma, comportant une tête de torche selon l'invention fixée sur un corps de torche, dans lequel on procède selon les étapes de :
  • (a) détermination et/ou extraction d'un signal de valeur spécifique préfixée dudit élément d'identification ;
  • (b) traitement dudit signal de valeur spécifique déterminé ou extrait à l'étape (a) par comparaison de la valeur dudit signal avec au moins une valeur de référence ou de consigne ;
  • (c) contrôle de l'alimentation de la torche en courant électrique et en au moins un fluide en fonction du résultat de la comparaison réalisée à l'étape (b).
    • Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes
    • le signal de valeur spécifique est au moins un signal d'intensité, de tension, de capacité, magnétique, de fréquence, de longueur d'onde lumineuse, infrarouge ou radio, de préférence un signal d'intensité ou de tension.
    • le contrôle de l'alimentation de la torche en courant électrique et en fluide comprend au moins une des étapes suivantes :
    • (i) permettre l'alimentation de la torche en courant électrique et en fluide de manière à débuter une opération de travail à l'arc, lorsque la comparaison réalisée à l'étape (b) montre que la valeur du signal spécifique déterminé est égal ou proche de la valeur de référence ou de consigne ; et
    • (ii) interdire l'alimentation de la torche en courant électrique et en fluide de manière à empêcher le démarrage d'une opération de travail à l'arc, lorsque la comparaison réalisée à l'étape (b) montre que la valeur du signal spécifique déterminé est différente de la valeur de référence ou de consigne.
    L'invention porte aussi sur une tuyère ou une électrode pour torche de travail à l'arc électrique, en particulier une torche à plasma, comprenant un élément d'identification comme susmentionné.
    L'invention a trait aussi à un procédé de coupage plasma d'au moins une pièce métallique, dans lequel on utilise une torche à plasma, une tête de torche à plasma et/ou dans lequel on met en oeuvre un procédé de commande selon l'invention pour piloter une torche à plasma.
    En d'autres termes, la solution apportée par la présente invention repose essentiellement sur l'incorporation dans la tête de torche d'un système d'identification pouvant signaler immédiatement et efficacement à l'opérateur que la tête de torche mis en place n'est pas compatible avec le procédé sélectionné et/ou avec l'intensité de courant et/ou avec un autre paramètre opératoire.
    L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide des figures annexées données à titre illustratif mais non limitatif.
    La Figure 1 est un schéma de principe de fonctionnement d'une torche à tête démontable selon la présente invention.
    La torche 1 à plasma, tout-à-fait analogue à celle décrite par exemple dans le document EP-A-599709 incorporé ici par référence, comprend un corps de torche ou embase 3, sur lequel est monté la tête 2 de torche équipée du système d'identification selon l'invention. La torche 1 est alimentée en fluides provenant de sources de fluides 100, notamment en gaz plasmagène et en eau de refroidissement, et est aussi alimentée en courant électrique issu d'un générateur de courant 110 relié, d'une part, à la pièce à couper 120 et, d'autre part, à l'électrode de la torche 1 et la tuyère.
    Le système d'identification de l'invention se compose d'un élément 5 d'identification et des moyens de transmission 4 de signal reliant cet élément 5 d'identification à une unité de traitement 6 de signal qui communique elle-même avec un directeur de commande 8 de torche permettant notamment de commander ou non un déplacement de la torche 1 selon l'axe Z.
    L'élément 5 d'identification inclus dans la tête 2 de la torche 1 est, par exemple, une résistance, un condensateur ou une bobine ayant une valeur déterminée connue pour chaque nez ou tête 2 de torche. On peut également envisager d'autres types d'éléments d'identification 5 comme notamment une pastille réfléchissante, un système utilisant le principe des télécommandes à infrarouge ou à radiofréquence, ou encore un élément de carte à puce ou un élément magnétique ou aimanté, ou leurs combinaisons.
    Par élément de carte à puce, on entend la partie active de la carte, c'est-à-dire le circuit intégré ou "puce" encapsulé dans le plastique servant de support. Il en existe plusieurs types différents envisageables, par exemple un premier type avec connecteur apparent comme celui des cartes de paiement bancaires ou analogues qui ont deux modes de fonctionnement, à savoir la lecture de la bande magnétique située sur une des faces de la carte et/ou écriture d'informations inscrites dans la mémoire ; un deuxième type comme celui des badges d'accès éventuellement avec système de lecture à distance, par exemple par liaison radio ; dans ce cas, une antenne est associée à la puce servant à l'alimentation électrique et au transfert d'informations numériques.
    Etant donné que l'élément d'identification 5 peut prendre différentes valeurs, il est possible de différencier ainsi un grand nombre de têtes 2 de torche différentes, les unes des autres, dès lors que chaque tète 2 de torche est munie d'un élément 5 d'identification ayant une valeur spécifique préfixée et identifiable.
    Cet élément 5 d'identification est relié à une unité de traitement 6 du signal permettant d'avertir l'opérateur s'il à fait un mauvais choix, de vérifier la présence des fluides nécessaires, de détecter la présence de la tête 2 de torche adaptée au procédé à mettre en oeuvre et ainsi autoriser ou non la mise en marche du procédé de coupage. L'unité de traitement 6 du signal est gérée par un directeur de commande 8 dont le rôle est de superviser tous les composants nécessaire au bon déroulement de l'opération de coupage.
    Le traitement du signal est assuré par la mesure, par exemples, soit :
    • d'un courant ou d'une tension si l'on utilise une résistance alimentée respectivement par une source fixe de tension ou de courant,
    • d'une capacité si l'on utilise un condensateur,
    • d'une fréquence si l'on utilise une bobine,
    • d'une longueur d'onde lumineuse si l'on utilise un réflecteur,
    • d'un récepteur infra rouge ou radio, et
    • d'un autre dispositif comme un lecteur de carte à puce.
    La mesure est traitée ensuite, par exemple, à l'aide d'un convertisseur analogique/digital de type approprié au signal.
    Le logiciel de gestion du directeur de commande 8 peut prévenir l'opérateur, en cas d'erreur de choix de tête 2 de torche, comme schématisé sur les organigrammes des figures 2 et 3.
    Par exemple, si l'opérateur veut couper une pièce dans une tôle d'acier au carbone de 4 mm d'épaisseur, il consulte un barème ou une table de correspondance fourni par le constructeur qui lui indique d'utiliser le procédé sous oxygène sec à 60 A, ainsi que le type de pièces actives à utiliser.
    L'opérateur équipe donc une deuxième tête de torche avec celles-ci pendant qu'il coupe, par exemple, une tôle d'acier inoxydable d'épaisseur 10 mm avec un procédé à 120 A utilisant de l'azote et un tourbillon d'eau et mettant en oeuvre une première tête de torche présentant des caractéristiques différentes.
    Une fois que la pièce de travail est terminée, il remplace la première tête de torche par la deuxième tête de torche, programme 60 A et modifie la vitesse de coupe comme spécifié sur le barème avant de lancer le programme d'exécution.
    En cas de mauvais choix de tête ou de programme non adapté à la tête de torche choisie, l'opérateur sera immédiatement averti par le système d'identification de l'invention.
    De préférence, on utilise préférentiellement, en tant que système d'identification monté sur la torche à tête démontable, un élément 5 de type résistif (résistance...) car un tel élément est simple à mettre en oeuvre, peu coûteux, fiable et peu sensible aux parasites d'un milieu industriel.
    Exemple de la différenciation avec 12 combinaisons.
    En utilisant une source de courant constante de 20 mA et en désirant une discrimination de 1V pour éviter des confusions, les valeurs de résistance seront comprises entre 50 et 600 Ω avec un pas de 50 Ω pour mesurer respectivement une tension de 1 à 12 V avec un pas de 1 V ; la puissance de la résistance étant de 1/4 de Watt.
    Selon la loi d'Ohm U = RI, le courant étant constant, la tension est directement fonction de la valeur de la résistance.
    Il suffit alors d'affecter dans une table de correspondance, en regard de chaque valeur de tension, une limite d'intensité et un procédé qui par conséquent impose des fluides (gaz, tourbillon d'eau, double flux....).
    Le tableau I ci-après montre un exemple de possibilités.
    CODAGE IDENTIFICATION
    Intensité (en mA) Résistance (en Ω) Tension (en V) Intensité de coupe (en A) Procédé (gaz)
    20 50 1 ≤ 90 Ar/H2
    20 100 2 ≤ 90 O2
    20 150 3 ≤ 90 N2
    20 200 4 ≤ 90 N2 + VE
    20 250 5 ≤ 90 O2 + DF
    20 300 6 ≤ 90 Ar/H2 + DF
    20 350 7 de 120 à 150 Ar/H2
    20 400 8 de 120 à 150 O2
    20 450 9 de 120 à 150 N2
    20 500 10 de 120 à 150 N2 + VE
    20 550 11 de 120 à 150 O2 + DF
    20 600 12 de 120 à 150 Ar/H2 + DF
    VE : "vortex" d'eau - DF : double flux
    Comme détaillé sur la figure 6, les connections électriques de l'élément 5 d'identification peuvent être assurées au niveau de la tête 2 de torche par une prise 15 de type jack mâle de 3.5 mm de diamètre et, comme représenté sur la figure 7, dans l'embase 3 par une prise 16 de type jack femelle, ce qui permet d'accoupler facilement la tête 2 de torche sur l'embase 3 par un simple mouvement de bas en haut ; la position en rotation étant déjà imposée par les autres connections (gaz plasma, connexion tuyère, commandes du vérin, ...).
    Comme montré sur la figure 1, deux conducteurs électriques suffisent pour relier l'embase 2 à l'unité de traitement en faisant partie du faisceau. Toutefois, dans d'autres cas, un seul conducteur électrique pourra suffire, d'en d'autres plus de deux conducteurs seront nécessaires.
    Les figures 4 et 5 représentent, quant à elles, des versions industrielles possibles de têtes 2 de torche selon l'invention montrées, respectivement, dépourvue de pièces actives et/ou de pièces d'usure (fig. 4) et équipée de telles pièces d'usure (fig. 5), notamment une tuyère 22 et une électrode 20 ; ces têtes 2 de torche peuvent être montées sur l'embase 3 de la figure 7.
    La tête 2 de torche comporte des moyens porte-électrode 10 susceptibles de recevoir, par exemple par vissage, une électrode 20 munie d'un insert émissif 21, et des moyens porte-tuyère 12 susceptibles de recevoir et de maintenir, par exemple aussi par vissage, la tuyère 22 percée d'un orifice axial 23 d'éjection du jet de plasma.
    Des moyens d'assemblage/désassemblage, comportant une cage à bille 18 et une pièce externe 19 axialement mobile coopérant avec ladite cage à bille 18, comme expliqué dans EP-A-599709, permettent d'associer et/ou dissocier facilement et rapidement la tête 2 de torche du corps 3 de torche.
    Selon l'invention, l'élément 5 d'identification est porté par la tête 2 de torche et est, dans ce cas, une résistance à partir de laquelle peut être extrait ou déterminé un signal de valeur spécifique préfixée et identifiable, à savoir un signal d'intensité ou de tension.
    Bien que les exemples de réalisation ci-dessus concernent uniquement un système d'identification de la tête de torche d'une torche à plasma à tête démontable, ce système d'identification est applicable stricto sensu à l'identification des pièces d'usure ou pièces consommables pour torche à arc électrique, telles les tuyères, les électrodes, un ensemble "cartouche" comprenant une tuyère et une électrode tel que décrit dans le document EP-A-326445, le tube plongeur ou le diffuseur de gaz pour torche ou les dispositifs additionnels susceptibles d'équiper une torche à l'arc, comme un dispositif de création d'un tourbillon d'eau, tel un diffuseur d'eau, ou système double flux avec une deuxième tuyère située en aval de la première tuyère, étant donné que tous ces dispositifs incluent chacun un corps et une ou des pièces démontables et qu'il faut donc identifier pour chaque dispositif la présence globale et chacune des pièces actives.

    Claims (16)

    1. Torche (1) de travail à l'arc électrique, en particulier une torche à plasma, comprenant :
      un corps (3) de torche comportant des moyens d'alimentation en courant électrique et au moins un passage de fluide ,
      une tête (2) de torche comportant des moyens porte-électrode (10) susceptibles de recevoir une électrode (20) et des moyens porte-tuyère (12) susceptibles de recevoir une tuyère (22) , et
      des moyens d'assemblage/désassemblage permettant d'associer et/ou dissocier la tête (2) de torche du corps (3) de torche,
         caractérisée en ce que la tête (2) de torche comporte, en outre, un élément d'identification (5) à partir duquel peut être extrait ou déterminé un signal de valeur spécifique préfixée et identifiable.
    2. Torche (1) de travail à l'arc électrique, en particulier une torche à plasma, comprenant un corps (3) de torche comportant des moyens d'alimentation en courant électrique et au moins un passage de fluide, et une tête (2) de torche, la tête (2) de torche et/ou le corps (3) de torche comportant des moyens porte-pièce consommable susceptibles de recevoir au moins une pièce consommable choisie parmi les tuyères (22), les électrodes (20), les ensembles cartouche combinant tuyère et électrode, les tubes plongeurs et les diffuseurs de gaz ou d'eau, caractérisée en ce qu'au moins une desdites pièces consommables comporte un élément d'identification (5) à partir duquel peut être extrait ou déterminé un signal de valeur spécifique préfixée et identifiable.
    3. Torche (1) de travail à l'arc électrique, en particulier une torche à plasma, comprenant un corps (3) de torche comportant des moyens d'alimentation en courant électrique et au moins un passage de fluide, et une tête (2) de torche comportant des moyens porte-électrode (10) susceptibles de recevoir une électrode (20) et des moyens porte-tuyère (12) susceptibles de recevoir une tuyère (22), caractérisée en ce que l'électrode (20) portée par les moyens porte-électrode (10) et/ou la tuyère (22) portée par les moyens porte-tuyère (12) comporte un élément d'identification (5) à partir duquel peut être extrait ou déterminé un signal de valeur spécifique préfixée et identifiable.
    4. Torche selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le corps (3) de torche comprend des moyens de transmission (4) de signal permettant d'acheminer le signal provenant de l'élément d'identification (5) à travers au moins une partie dudit corps (3) de torche et, de préférence, jusqu'à une unité de traitement (6) de signal.
    5. Torche selon l'une des revendication 1 à 4, caractérisée en ce que l'élément d'identification (5) est choisi parmi les résistances, les condensateurs, les bobines, les diodes, les pastilles réfléchissantes, les systèmes utilisant le principe des télécommandes à infrarouge ou à radiofréquence, les éléments de carte à puce, les éléments magnétiques ou aimantés, et les combinaisons de plusieurs de ces éléments, de préférence l'élément d'identification (5) est choisi parmi les résistances.
    6. Torche selon l'une des revendication 1 à 5, caractérisée en ce que le signal de valeur spécifique est au moins un signal d'intensité, de tension, de capacité, de fréquence, de longueur d'onde lumineuse, infrarouge ou radio, ou magnétique, de préférence un signal d'intensité ou de tension.
    7. Torche selon l'une des revendication 1 à 6, caractérisée en ce que l'unité de traitement (6) de signal est reliée à un directeur de commande (8), de préférence le directeur de commande (8) pilote au moins une source de courant (110), au moins une source de fluide (100) et/ou des moyens de déplacement de la torche (1) selon au moins un axe X, Y et/ou Z.
    8. Torche selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'assemblage/désassemblage permettant d'associer et/ou dissocier la tête (2) de torche du corps (3) de torche.
    9. Tête (2) de torche à plasma comportant des moyens porte-électrode (10) susceptibles de recevoir une électrode (20) et des moyens porte-tuyère (12) susceptibles de recevoir une tuyère (12), caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, un élément d'identification (5) à partir duquel peut être extrait ou déterminé un signal de valeur spécifique préfixée et identifiable.
    10. Tête (2) de torche selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'élément d'identification (5) est choisi parmi les résistances, les diodes, les condensateurs, les bobines, les pastilles réfléchissantes, les systèmes utilisant le principe des télécommandes à infrarouge ou à radiofréquence, les éléments magnétiques ou aimantés, les éléments de carte à puce, et leurs combinaisons, de préférence l'élément d'identification (5) est choisi parmi les résistances.
    11. Tuyère (22) pour torche (1) de travail à l'arc électrique, en particulier une torche à plasma, comprenant un élément d'identification (5) à partir duquel peut être extrait ou déterminé un signal de valeur spécifique préfixée et identifiable, de préférence l'élément d'identification (5) est choisi parmi les résistances, les diodes, les condensateurs, les bobines, les pastilles réfléchissantes, les systèmes utilisant le principe des télécommandes à infrarouge ou à radiofréquence, les éléments magnétiques ou aimantés, les éléments de carte à puce, et leurs combinaisons.
    12. Electrode (20) pour torche (1) de travail à l'arc électrique, en particulier une torche à plasma, comprenant un élément d'identification (5) à partir duquel peut être extrait ou déterminé un signal de valeur spécifique préfixée et identifiable, de préférence l'élément d'identification (5) est choisi parmi les résistances, les diodes, les condensateurs, les bobines, les pastilles réfléchissantes, les systèmes utilisant le principe des télécommandes à infrarouge ou à radiofréquence, les éléments magnétiques ou aimantés, les éléments de carte à puce, et leurs combinaisons.
    13. Procédé de commande d'une torche (1) de travail à l'arc électrique, en particulier une torche à plasma, comportant une torche (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel on procède selon les étapes de :
      (a) détermination et/ou extraction d'un signal de valeur spécifique préfixée dudit élément d'identification (5) ;
      (b) traitement dudit signal de valeur spécifique déterminé ou extrait à l'étape (a) par comparaison de la valeur dudit signal avec au moins une valeur de référence ou de consigne ;
      (c) contrôle de l'alimentation de la torche (1) en courant électrique et en au moins un fluide en fonction du résultat de la comparaison réalisée à l'étape (b).
    14. Procédé de commande selon la revendication 13, caractérisé en ce que le signal de valeur spécifique est au moins un signal d'intensité, de tension, de capacité, de fréquence, magnétique, de longueur d'onde lumineuse, infrarouge ou radio, de préférence un signal d'intensité ou de tension.
    15. Procédé de commande selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que le contrôle de l'alimentation de la torche (1) en courant électrique et en fluide comprend au moins une des étapes suivantes :
      (i) permettre l'alimentation de la torche (1) en courant électrique et en fluide de manière à débuter une opération de travail à l'arc, lorsque la comparaison réalisée à l'étape (b) montre que la valeur du signal spécifique déterminé est égal ou proche de la valeur de référence ou de consigne ; et
      (ii) interdire l'alimentation de la torche (1) en courant électrique et en fluide de manière à empêcher le démarrage d'une opération de travail à l'arc, lorsque la comparaison réalisée à l'étape (b) montre que la valeur du signal spécifique déterminé est différente de la valeur de référence ou de consigne.
    16. Procédé de coupage plasma d'au moins une pièce métallique, dans lequel on utilise une torche à plasma selon l'une des revendications 1 à 3 et/ou dans lequel on met en oeuvre un procédé de commande selon l'une des revendications 13 à 15 pour piloter une torche à plasma.
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