EP1139701A1 - Torche à plasma avec amorçage par contact entre l'électrode et la tuyère - Google Patents

Torche à plasma avec amorçage par contact entre l'électrode et la tuyère Download PDF

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EP1139701A1
EP1139701A1 EP01400280A EP01400280A EP1139701A1 EP 1139701 A1 EP1139701 A1 EP 1139701A1 EP 01400280 A EP01400280 A EP 01400280A EP 01400280 A EP01400280 A EP 01400280A EP 1139701 A1 EP1139701 A1 EP 1139701A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
electrode
torch
pressure chamber
nozzle holder
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01400280A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Michel Delzenne
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 Company France SA
Original Assignee
La Soudure Autogene Francaise
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance 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, LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical La Soudure Autogene Francaise
Publication of EP1139701A1 publication Critical patent/EP1139701A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3442—Cathodes with inserted tip
    • 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
    • H05H1/3489—Means for contact starting

Definitions

  • the present invention relates to an electric arc work torch, in particular a plasma torch with a removable head.
  • these different torch systems can be classified in two sub-categories according to the mode of striking the pilot arc in the torch.
  • the initiation of the pilot arc can be done either by creation and high frequency (HF) spark between the electrode and the torch nozzle, either by temporarily short-circuiting the electrode and the nozzle by means of their mechanical contact.
  • HF high frequency
  • the aim of the present invention is therefore to solve the problems aforementioned landing with art arc work torches and propose a torch system capable of priming effective pilot arc between the electrode and the torch nozzle, without generating electromagnetic disturbances by radiation or by conduction and which or, in particular, adaptable to plasma torches with removable head.
  • the invention also relates to an automatic arc working installation plasma comprising a plasma torch according to the invention, preferably a plasma cutting torch, mounted on a support frame comprising at least one motorized axis of movement, control means making it possible to command at least the ignition sequence of said torch by allowing and / or prohibiting the introduction of a pressurized fluid, preferably air, in the first pressure chamber or in the second pressure chamber pressure so as to vary the internal pressure and / or volume of said chambers and thus cause movement on approach or, conversely, away from at least the nozzle holder block and the nozzle relative to the electrode holder and to the electrode by axial sliding of at least the nozzle holder block through the guide housing, means for managing work sequences and means of programming and management of work trajectories like a numerical control.
  • a pressurized fluid preferably air
  • the invention also relates to a method of striking a pilot arc in a plasma torch comprising a fixed electrode and a movable nozzle jointly supported by an axially movable nozzle holder block in the torch, in which a pilot arc is struck between the nozzle and the electrode by introducing a pressurized fluid, preferably a gas, into at least a first pressure chamber cooperating with at least the nozzle holder block so as to vary the pressure and / or the internal volume of said pressure chamber and thus cause an approaching movement at least the nozzle holder block and the nozzle relative to the electrode holder and to the electrode by axial sliding of at least the nozzle holder block by through a guide housing until contact is obtained between the nozzle and the electrode with the formation of an electric arc between them, and at least one second pressure chamber cooperating with at least the nozzle holder block so as to obtain a movement away from at least the nozzle holder block and the nozzle with respect to the electrode holder and the electrode, when varies the pressure and / or the internal volume of
  • the invention also relates to a priming process of a pilot arc in a plasma torch comprising a fixed electrode and a movable nozzle supported integrally by an axially movable nozzle holder block in the torch, in which a pilot arc is struck between the nozzle and the electrode by introducing a pressurized fluid, preferably a gas, in at least a second pressure chamber cooperating with at minus the nozzle holder block so as to vary the pressure and / or the volume internal of said second pressure chamber and thereby causing a movement in approach of at least the nozzle holder block and the nozzle relative to the electrode holder and to the electrode by axial sliding of at least minus the nozzle holder block via a guide housing up to get contact between the nozzle and the electrode with an arc electric between them, and at least a first pressure chamber cooperating with at least the nozzle holder block so as to obtain a movement away from at least the nozzle holder block and the nozzle by relative to the electrode holder and to the electrode, when the a
  • the invention also relates to a plasma cutting process.
  • a piece preferably metallic, such as sheet steel, stainless steel or aluminum alloy, implementing a method of striking an arc driver as described above.
  • FIG. 1 is a block diagram of an HF ignition torch according to the prior art, which comprises a nozzle 102 pierced with an axial orifice 103 for ejecting the plasma jet 104.
  • An electrode 105 with an emissive insert 106 is fixed coaxially and away from the nozzle 102.
  • a main source of electric current 107 is connected by one of its poles 108 to the part of work 109, via a connecting cable 181, and by the other pole 110 to the electrode 105, via a connecting cable 101.
  • a link is also established between the pole 108 and the nozzle 102, via a cable 182 and a sectioning contact 183.
  • a first auxiliary HF source 111 and a second auxiliary source 112 of low intensity current, called the pilot arc current source, are each connected to terminals 108 and 110 of source 107.
  • sources 107 and 112 are energized, a flow of plasma gas 113, here swirling, is injected into the space between the nozzle 102 and the electrode 105, the isolating contact 183 is closed, the source of HF 111 is excited causing a spark to flash between the end of the electrode 105 and the inside bottom of the nozzle 102.
  • the path electric created by the HF spark then allows the low intensity current delivered by the source 112 to flow between the electrode 105 and the nozzle 102 and thus creating the pilot arc, which under the effect of the gas flow 113 stretches through the orifice 103 in the direction of the part 109.
  • the torch 100 is moved closer to part 109 until an area sufficiently ionized from jet 104 comes into contact with the surface of the part 109 thus allowing the establishment of an electrical circuit between the electrode 105 and part 109.
  • a current relay, not shown, placed in circuit 181 then detects the presence of a current, commands the opening of the contact sectioning 183 and raising the intensity of the current to the level required to perform the cutting or welding operation.
  • a movement of adapted speed is communicated to the torch 100 or to the piece 109 in order to form the cutting, welding or marking trajectory.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a priming torch by short circuit with mobile electrode according to the prior art.
  • This 200 torch partially arranged similarly to the torch of Figure 1 and essentially differentiating by the electrode 205 which is here fixed on an electrode holder 221 mounted axially sliding in a casing 222 forming a pressure chamber 223 delimited by a bulge in the electrode holder 221 forming piston head 224 and by reducing the diameter 225 of the casing 222 forming upper landing.
  • Seals are embedded in the head piston and the upper bearing so as to prevent any communication of the pressure chamber 223 with the ambient medium and with a compartment 226 delimited by the piston head 224 and a second reduction in diameter 227 casing 222 forming lower bearing, said lower bearing being provided with a seal sealing.
  • the electrode holder is extended by a end 228 in the form of an axially sliding rod in a socket elastic of electrical contact 220 itself encased in a sleeve 230 forming mechanical support and electrical connector for a 211 cable connection with pole 210 of the main current source 207.
  • a distributor pneumatic 232 electrically powered by air source 231 under pressure.
  • a first air distribution line 233 is connected to the pressure chamber 223 by a tap 235 and a second line of air distribution 234 is connected to the pressure chamber 226 by a stitching 261.
  • a downward movement is given to the assembly 228, 221, 224, 205 by pressurizing the chamber 223, the descent stroke being fixed by the abutment of the end of the electrode 205 in the bottom of the nozzle 202.
  • an upward movement is given to this together by pressurizing chamber 226, the rise stroke being fixed by the abutment of a bulge 229 of the electrode holder 221 on the underside of the housing 222.
  • the residual difference ⁇ e corresponds to the distance normal to separate the electrode 205 from the nozzle 202 when the plasma arc is on.
  • sources 207 and 212 are energized, a stream of plasma gas 213 is injected into the space separating the nozzle 202 and the electrode 205, and the contact of section 283 is closed.
  • the electrode 205 descends on mechanical contact and electric from the nozzle 202, a current delivered by the auxiliary source 212 can then circulate in the circuit formed.
  • An intensity relay, not shown, placed on circuit 282 detects the presence of an electric current and subsequently controls the ascent of the electrode 205 by reversing the distributor control 232. It follows, when the short circuit breaks between electrode and nozzle, the formation of a spark which, as described previously created an electric path conducive to the establishment of the arc pilot. In other words, it is the electrode 205 which is movable along the axis of the torch, while the nozzle 202 is still kept fixed.
  • An example of realization of this arc ignition system is given in document EP-A-599709.
  • FIG 3 shows a block diagram of a priming torch by short circuit with movable nozzle according to the prior art.
  • Torch 300 partially, arranged similarly to the torch of Figure 1 and essentially differentiating by the nozzle 331 which is axially sliding in a housing 333.
  • An elastic member 332, such as a spring is trapped between a first stop 302 coming from the nozzle 331 and a second stop 304 coming from the housing 333.
  • the spring 332 exerts an axial force tending to bring the inner bottom of the nozzle 331 into contact with the electrode 305.
  • a seal seal 334 is encased at the top of the nozzle 331.
  • a solenoid valve 335 supplied with plasma gas 336 under pressure, is connected to a fluid inlet 338 by means of a pipe 337.
  • gas 313 is distributed between the electrode 305 and the nozzle 331, and exerts pressure on the internal walls of the nozzle, to create a repulsive force greater than the force of the spring 332 and thus drag the nozzle downward until that the stop 302 of the nozzle 331 comes into contact with the counter-stop 303.
  • sources 307 and 312 are put under voltage and solenoid valve 335 is closed.
  • the nozzle 331 is pushed back by the spring 332 in contact with the electrode 305.
  • the isolating contact 383 is closed and a current from the auxiliary source 312 can flow in the circuit formed.
  • a current relay, not shown, placed on circuit 382 then detects the presence of a current and controls the opening of the solenoid valve 335, the gas flow 313 thus delivered exerts pressure on the wall of the nozzle 331 causing it to descend by compression of the spring 332.
  • a spark occurs which as described above allows the establishment of the pilot arc.
  • FIG. 4 shows a block diagram of another torch to priming by short circuit with movable nozzle according to the prior art.
  • the torch 400 similar to that of FIG. 3 comprises, to reinforce the force exerted by the action of the gas on the nozzle, an additional arrangement.
  • the nozzle 441 is mounted with axial movement in a casing 443.
  • a spring 442 is trapped between a circular stop 431 and a bulge 412. The spring 442 exerts an axial force tending to bring the nozzle 441 into contact with the electrode 405.
  • a narrowing 432 of the upper part of the casing 443 delimits a pressure chamber 445.
  • a circular section 444 allows the passage of a gas distributed by a nozzle 433 passing through the narrowing 432 to supply the pressure chamber 445, while maintaining a significant pressure in pressure chamber 445, while the gas flows in the open air in a peripheral flow 452, via an annular slot 434 and the spaces between turns of spring 442.
  • a seal 447 in the shrinkage 432 isolates the distribution circuit 438 in plasma gas from the distribution circuit 451.
  • a solenoid valve 448 supplied with gas 449 under pressure, such as compressed air, is connected to the fluid inlet 451 via the line 450. This additional fluid flow allows cooling of nozzle 441 and the development of sufficient pressure on the section of the bulge 412 forming the piston head to exert a force specific to compress the spring 442 and cause the descent of the nozzle 441.
  • the nozzle 441 lowering stroke is limited by the abutment of a bulge 412 on the narrowing 432 of the casing 443.
  • sources 407 and 406 are energized and the solenoid valves 435 and 448 controlled in the closed position. So in the absence of gas flows in the torch, the nozzle 441 pushed back by the spring 442 is in contact with electrode 405.
  • the isolating contact 483 is then commanded to close and a current delivered by the source auxiliary can circulate in the formed circuit.
  • An intensity relay, no shown, on circuit 482 detects the current and controls the opening simultaneous solenoid valves 435 and 448.
  • FIG. 5 shows a block diagram of the operation of a torch with short-circuit ignition according to the present invention.
  • Torch 500 according to the invention comprises an electrode 506 secured to an electrode holder 561 fixed to the torch body, a nozzle 507 disposed with the axis coincident with that of electrode 506, secured to a nozzle holder 508, axially movable relative to a guide housing 509 forming a sliding bearing for said nozzle holder 508.
  • a first pressure chamber 511 delimited by the surface internal lateral of the casing 509, a narrowing 595 coming from the casing 509, the external lateral surface of the nozzle holder 508 and a bulge 581, forming a head piston, coming from the nozzle holder 508.
  • a second pressure chamber 512 delimited by the internal lateral surface of the casing 509, a narrowing 596 coming from the casing 509, the external lateral surface of the nozzle holder 508 and the bulge 581.
  • seals 591, 582, 592 are arranged respectively in the 595 upper shrinkage, 581 bulge and lower shrinkage 596.
  • a first connection 597 for the connection of a supply means in pressurized gas from the first pressure chamber 511 is practiced in the wall of the casing 509
  • a second tap 598 for the connection a means for supplying pressurized gas to the second chamber pressure 512 is practiced in the wall of the casing 509.
  • a main source of electric current 520 is connected conventionally to the workpiece 524 and to the electrode holder 561 and a connection is also established between the source 520 and the nozzle 507.
  • a source auxiliary 523 of low intensity electric current, called source of pilot arc current, is also connected to terminals 521 and 522 of the main source 520.
  • a pneumatic distributor 551 is supplied by an air source 550 under pressure.
  • a first air distribution channel 552 is connected to the pressure chamber 511 by connection 597, a second air distribution 553 is connected to the pressure chamber 512 by the tapping 598.
  • a downward movement is given to the assembly 508, 507 by pressurizing the chamber 511, the downhill race being fixed by the abutment of the arrangement 583 of the bulge 581 of the nozzle holder 508, forming a bearing face, on the internal face 593 of the narrowing 596 of the casing 509, forming against the bearing face.
  • the distributor 551 has two vents 514 and 515 for venting the respective supply channels 552 and 553.
  • sources 520 and 523 are energized, a stream of plasma gas 513 is injected into the space separating the nozzle 507 and the electrode 506 and the contact of section 517 is closed.
  • the distributor 551 is then activated so that the nozzle 507 rises until it contacts electrode 506 and a current delivered by the auxiliary source 523 can then circulate in the circuit as well form.
  • a current relay, not shown, placed on circuit 516 detects then the presence of an electric current and subsequently controls the lowering of the nozzle 507 by reversing the control of the distributor 551. It follows, when the short circuit between the electrode and the nozzle breaks, the formation of a spark which, as already described previously allows ignition of the pilot arc.
  • the following operations to generate the cutting process for work piece 524 will not be detailed because similar to that described above.
  • FIG. 6 represents a diagram of an industrial embodiment a short-circuit ignition torch according to the present invention and, more specifically, a plasma cutting torch consisting of a torch body main monoblock.
  • the invention can be applied also to a torch with removable body, that is to say separable from the base of torch permanently attached to an automatic machine frame for example, such the torch described in EP-A-599709, or generally to any type of torch comprising an electrode and a nozzle requiring the ignition of an arc pilot between these parts, regardless of the transformation process thermal implemented subsequently by said torch, namely a plasma cutting, plasma welding or plasma marking process by examples.
  • the torch of Figure 6 has an extended metal rear block 2 forward by a metal electrode holder 3 of tubular structure of revolution endowed with a thread at its lower end for sealing an electrode 4 comprising an emissive insert 41 by effect thermionic and two O-rings 43 and 42, one 43 on the outer body of said electrode 4, the other 42 under the screwed assembly of said electrode.
  • the electrode holder 3 consists of an assembly of elements, such as a tube interior 31, an outer jacket 32 and a dip tube 33, all three metallic, forming a cooling circuit for all of the above by forced convection of a fluid, for example water, in a passage central fluid inlet 34 and annular fluid return 35.
  • Another connection means, not shown, is implanted in said block 2 for a fluid evacuation pipe from cooling of the aforementioned elements.
  • a first tubular sheath of revolution 36 made of an electrically insulating material, such as plastic, and fixed to the electrode holder 3 by a screwed / locked assembly 37, covers the latter.
  • a second tubular sheath of revolution 38 made of a material mechanically resistant, like a metal, fixed to the insulating sheath 36 by a screwed / locked assembly 39, covers the insulating sheath 36.
  • a head of piston 5 disc-shaped and provided with seals 51, 52 is maintained locked against a stop 384, coming from the metal sleeve 38, by a nut 6 secured by a screwed assembly 61 to said metal sheath 38.
  • the lower part of block 2 is extended by a reduction of receiving diameter, by an assembly 22 screwed / locked on a flat surface 23 coming from block 2, an outer sheath 8 of generally tubular shape of downward stretching revolution made of electrically insulating material internally and locally lined with tubular elements of revolution 81, 82 made of a mechanically resistant material, such as a metal, sealed in the constituent material of said insulating sheath 8.
  • an outer sheath 8 of generally tubular shape of downward stretching revolution made of electrically insulating material internally and locally lined with tubular elements of revolution 81, 82 made of a mechanically resistant material, such as a metal, sealed in the constituent material of said insulating sheath 8.
  • a hole 83 through the insulating tube 8 and the gasket metallic 82 thus connecting the interior atmosphere of the sheath 8 and the external atmosphere of said sheath 8.
  • said sheath 8 is mounted in the groove an O-ring seal 84.
  • a first tube 9 for supplying a pressurized fluid, such as compressed air, sealed in block 2 stretches down to the vicinity of the upper surface of the piston head 5. In its central portion is disposed in the groove a seal external sealing ring 91.
  • a second tube 10 for supplying a fluid under pressure, like compressed air, sealed in block 2 stretches downward passing through its thickness the piston head 5.
  • an outer O-ring seal 116 is arranged and in its part lower another outer O-ring 115 in connection with the piston head 5.
  • the means of connection 24 and 25 of the pipes respectively supplying the tubes 9 and 10 in pressurized fluid. All the elements described above constitutes the fixed crew of torch 1. When the torch is in order of service this set is a unit, that is to say that no element composing it is not animated in particular during arc ignition sequences pilot.
  • a front block 11 of generally tubular shape of revolution and made of metal, has a first O-ring 118, mounted in an internal groove machined to the upper part of the bore of said block 11 and of a second O-ring 114, mounted in an internal groove machined at the bottom of the bore of said block 11.
  • a first lining 141 of general shape tubular of revolution and made of metal, is sealed with the same axis on the outer periphery of the lower part of said sheath 14.
  • a second gasket 142 of tubular shape of revolution and made of metal, is sealed to joint axis and tightness in the bore of the upper part of said sheath 14.
  • the sub-assembly 11, 14 is mounted with the same axis and so sliding on the sheath 38 of the electrode holder 3 and on the piston head 5.
  • the seals 118, 51 and 84 ensure a tight sliding of the block 11, of the gasket 142 and gasket 141 respectively on the sleeve 38 of the electrode holder 3, the piston head 5 and the sheath 8.
  • the block 16 is fixed in position by screws, not shown, radially passing through the sheath 14 and its lining 142.
  • the tubes 9 and 10 coming from block 2 pass through block 16 in all its thickness thanks to holes, machined with coincident axes, in said block 16, the seals 91 and 116 mounted in the groove on the respective tubes 9 and 10 allow a sealed sliding of the block 16 on said tubes 9 and 10.
  • a first seal O-ring 161 mounted in a groove on the outer periphery of said block 16 ensures the tightness of the assembly 16, 142.
  • a second O-ring 162 mounted in groove in the bore of said block 16 ensures sealed sliding of block 16 on the sleeve 38 of the electrode holder 3.
  • a gas diffuser plasmagen 12 slidably mounted on the jacket 32 of the electrode holder 3, and a nozzle 13.
  • the peripheral tightness of said chamber 171 is ensured by the seals O-rings 172 and 173, mounted in the groove in the internal wall of the cap 17 and the O-ring 114 mounted in a groove in the lower bore of block 11.
  • a nut 15, by a screw 151 on the lining 141 drives, via a stop 152 obtained by reciprocal arrangement of the cap 17 and the nut 15, the cap 17 until the lips bordering the groove of the joint 172 plate the nozzle 13 in its housing, trapping the seal on relative diffuser 12 between a high stop 121 and a low stop 122.
  • the seal 43 of the electrode 4 then allows a tight sliding of the diffuser 12 on said electrode 4.
  • the mobile assembly thus mounted on the fixed assembly of torch 1, then forms three variable volume chambers, namely a lower pressure 18 supplied by the tube 10, a pressure chamber median 19 supplied by the tube 9, and a decompression chamber upper 20 with its vent hole 83.
  • FIG. 7 gives another sectional view of the torch 1, crew mobile in the low position.
  • the internal plasma gas distribution circuit composed of a metallic tube 26, sealed at its bottom in block 11, successively passes through the sheath 14, the piston head 5 and block 16.
  • O-rings 260, 262 and 263 are arranged in grooves in said tube 26 so as to obtain respectively a static seal in the sleeve 14, a sliding seal in the piston head 5 and a static seal in the block 16.
  • At the top of the tube 26 is assembled by a screw 264, sealing on a joint 265, a nozzle 27 slidably engaged in a housing 271 machined with the same axis in the block 2.
  • An O-ring 266 seals the plasma gas circuit between the nozzle 27 and the block 2.
  • the tube 26 is supplied with gas under pressure by the nozzle 30, intended for the connection of the supply pipe corresponding, and distributes said gas under pressure in space 125 separating the electrode 4 from the nozzle 13 via a plurality of injection orifices 126, a distribution chamber 127 and the holes 123 and 124 made in the block 11.
  • the sub-assembly 26, 27, 265, 266, 263, 262, 260 is integral with the mobile equipment of torch 1 and therefore accompanies said mobile equipment in all its movements.
  • the connection of the electrical supply circuit of pilot arc current at the nozzle comprises a metal rod 28 of section circular, sealed in block 11 by means ensuring continuity electric, successively passes through the sheath 14, the piston head 5 and the block 16.
  • O-rings 287, 286 and 285 are arranged in grooves in said rod 28 so as to obtain respectively a static seal in the sleeve 14, a sliding seal in the piston head 5 and a static seal in the block 16.
  • a extension 284, of reduced diameter is engaged by sliding in a socket 29, of electrical contact, encased in a support 291, shaped in a cup, having a threaded extension 292 protruding from the rear of the block 2, intended to receive the connection of an electric current supply cable to the nozzle circuit.
  • a shirt 293, of tubular shape of revolution produced made of an electrically insulating material such as plastic, is interposed between the sub-assembly 291, 29 and block 2.
  • the sub-assembly 28, 287, 286, 285 is integral with the mobile assembly of the torch and accompanies it in all its movements.
  • FIG. 8 gives another sectional view of torch 1.
  • the circuit go cooling by forced convection of the nozzle with a circuit supply of cooling fluid, such as distilled water, comprising a metal tube 31, sealed at its lower part in the block 11, successively passes through the sheath 14, the piston head 5 and the block 16.
  • Des O-rings 311, 317 and 318 are arranged in a groove in said tube 31 of so as to obtain respectively a static seal in the sleeve 14, a sliding seal in the piston head 5 and a seal static in block 16.
  • At the top of tube 31 is assembled by a screwing 314, sealing on a seal 315, a nozzle 32 engaged at sliding in a housing 321 machined with the same axis in block 2.
  • a 316 O-ring seals the coolant circuit between the end piece 32 and the block 2.
  • the tube 31 is supplied with pressurized fluid by the tap 33, intended for the connection of the supply pipe corresponding, and distributes said fluid under pressure in the annular space 171 separating the nozzle 13 from the cap 17 via the hole 174 made in the block 11.
  • the sub-assembly 31, 32, 315, 316, 318, 317, 311 is integral with the mobile equipment of torch 1 and therefore accompanies said mobile equipment in all its movements.
  • the coolant return circuit further comprises the metal tube 34, sealed at its part lower in the block 11, successively crosses the sheath 14, the head of piston 5 and block 16.
  • O-rings 341, 342 and 343 are arranged in groove in said tube 34 so as to obtain respectively a static seal in the sleeve 14, a sliding seal in the piston head 5 and a static seal in the block 16.
  • a screwing 344 sealed on a seal 345, a nozzle 35 slidably engaged in a housing 351 machined to axis merged in block 2.
  • An O-ring 346 seals the circuit coolant between the nozzle 35 and the block 2.
  • the fluid under pressure is collected in the annular space 171 separating the nozzle 13 from the cap 17 by the hole 175 made in the block 11 and is evacuated by the nozzle 36, intended for connection of the evacuation pipe corresponding, via the tube 34, the end piece 35 and the housing 351.
  • the sub-assembly 34, 35, 345, 346, 343, 342, 341 is integral with the moving assembly of torch 1 and therefore accompanies said mobile assembly in all of its movements.

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Abstract

L'invention concerne une torche (1) à plasma comportant un porte-électrode (3) fixe avec une électrode (4) et un bloc (11) porte-tuyère mobile axialement avec une tuyère (13). La tuyère (13) portée par le bloc (11) est mise en contact mécanique temporairement avec l'électrode (4) pour créer l'arc pilote. Le bloc (11) porte-tuyère est mobile dans un carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142) formant palier de coulissement, et comprenant deux chambres de pression (18, 19) de pression, à volumes internes variables et séparées l'une de l'autre par une cloison (5) fixe ou mobile. Le carter de guidage, le bloc (11) porte-tuyère et la cloison intermédiaire (5) étant agencés pour maintenir les deux chambres de pression (18, 19) sans communication fluidique l'une avec l'autre et à assurer un coulissement axial étanche du bloc (11) porte-tuyère dans le carter. Machine automatique de coupage plasma comportant une telle torche et procédé d'amorçage de l'arc pilote. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne une torche de travail à l'arc électrique, en particulier une torche à plasma à tête démontable.
Dans le domaine du coupage plasma automatique, lorsque la torche à plasma est agencée sur une machine de découpe, deux types de torches sont classiquement utilisés, à savoir les torches dites "monobloc" et les torches en deux parties, dites à "tête démontable".
L'architecture et le fonctionnement de ces différents types de torches sont notamment décrits dans les documents suivants auxquels on peut se reporter pour plus de détails : 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, US-A-5,591,357, EP-A-599709, EP-A-872300, EP-A-801882 et EP-A-941018.
Par ailleurs, ces différents systèmes de torche peuvent être classés en deux sous-catégories en fonction du mode d'amorçage de l'arc pilote dans la torche.
En effet, l'amorçage de l'arc pilote peut se faire soit par création et jaillissement d'une étincelle de haute fréquence (HF) entre l'électrode et la tuyère de la torche, soit par mise en court-circuit temporaire de l'électrode et de la tuyère par le biais de leur mise en contact mécanique.
L'amorçage de l'arc pilote par jaillissement d'une étincelle HF entre l'électrode et la tuyère est très répandu car simple de conception et de mise en oeuvre (voir figure 1 ci-après).
Toutefois, le mode d'amorçage par HF présente les inconvénients et posent les problèmes suivants :
  • émission d'importantes radio nuisances, lors du jaillissement des étincelles HF, pouvant perturber et endommager les systèmes électroniques et informatiques insuffisamment protégés se trouvant dans l'environnement de la source HF,
  • propagation par induction ou conduction de perturbations sur le réseau électrique du site industriel pouvant nuire gravement au bon fonctionnement des systèmes électroniques et informatiques insuffisamment protégés qui sont alimentés par le même réseau que la source HF,
  • du fait des caractéristiques de tension et de fréquence des systèmes à HF, introduction de contraintes importantes d'isolement dans la conception des torches, des circuits électriques d'alimentation et de commande et des appareils constitutifs des installations de coupage ou de soudage.
Afin de tenter de résoudre ces problèmes, il a été proposé des torches à plasma dont le fonctionnement est basée sur une mise en court-circuit temporaire de l'électrode et de la tuyère par le biais d'une mise en contact mécanique de celles-ci, de manière à créer l'arc pilote, ainsi qu'illustré par la figure 2 ci-jointe. Un système très efficace d'allumage d'arc de ce type est donné, par exemple, dans le document EP-A-599709, qui enseigne un système d'amorçage comprenant une électrode mobile dans le corps de torche selon l'axe de la torche et une tuyère maintenue fixe ; l'électrode étant successivement amenée au contact de la tuyère puis séparée de cette dernière de manière à créer l'arc.
En pratique, il a été observé que ce système d'amorçage, bien que très efficace, présente, dans certains cas, les limites suivantes :
  • d'une part, la continuité électrique du circuit alimentant l'électrode de la torche étant assurée par une douille élastique de contact dans laquelle doit pouvoir coulisser à débattement le porte-électrode sous l'action de forces pneumatiques s'exerçant sur la tête de piston dont est doté ledit porte-électrode, le dimensionnement de la douille élastique est fonction du courant maximal auquel elle sera soumise en tenant compte de la résistance de contact inhérent au système et des échauffements locaux qui peuvent en découler. Ce qui revient à dire que, s'il faut 1 unité de douille de contact pour un courant de 150 A, il faudrait l'équivalent de 2 unités de douille pour un courant de 300 A et de 4 unités de douille pour un courant de 600 A, ce qui se répercute alors négativement sur les dimensions de la torche devant contenir de tels agencements ;
  • d'autre part, la force nécessaire pour faire coulisser le porte-électrode dans la douille de contact est sensiblement proportionnelle au nombre d'unités de douille requis par le courant maximal, soit à titre d'exemple pour établir une relation : 10 daN pour 150 A, 20 daN pour 300 A et 40 daN pour 600 A. On comprend alors immédiatement que si la pression en air comprimé alimentant le piston de manoeuvre de l'électrode est une constante, par exemple 5 bars, il faut alors dimensionner le piston de telle façon à avoir une section active en proportion avec la force à vaincre, soit pour illustrer la relation : 2 cm2 pour 150 A, 4 cm2 pour 300 A et 8 cm2 pour 600 A, ce qui se répercute aussi négativement sur les dimensions de la torche.
De là, on comprend que, si le système d'amorçage par court-circuit par mouvement de l'électrode est très intéressant pour les torches de faibles et de moyennes puissances, c'est-à-dire pour des intensités de courant d'au plus 150 A, il devient rapidement rédhibitoire pour de fortes puissances, c'est-à-dire lorsque les intensités qui atteignent ou dépassent la valeur de 300 A.
Pour tenter de résoudre ces problèmes, il a été proposé des torches à amorçage par court-circuit de fonctionnement inverse de celui décrit ci-avant, c'est-à-dire avec électrode fixe et tuyère mobile pouvant se déplacer et venir au contact de ladite électrode de manière à créer l'arc pilote, le retour de la tuyère dans sa position de travail se faisant habituellement par l'intermédiaire d'un ressort de rappel, ainsi qu'illustré par la figure 3 ci-jointe.
Cependant, ce mode d'amorçage de l'arc pilote présente aussi des inconvénients, à savoir :
  • le ressort de rappel de la tuyère doit être d'une force suffisamment grande pour obtenir un bon contact de court-circuit entre électrode et tuyère mais suffisamment faible pour que la pression dynamique exercée par le gaz puisse repousser la tuyère jusqu'à sa butée inférieure. Cela peut conduire soit à un contact aléatoire entre électrode et tuyère, soit à interdire les réglages de pression de gaz plasmagène dont la valeur serait égale ou inférieure à celle exercée par le ressort. Ce système conduit donc à limiter l'usage de la torche aux procédés qui développent des pressions dynamiques internes à la tuyère notablement supérieures à la force du ressort.
  • le ressort est utilisé comme conducteur électrique pour transmettre le courant d'arc pilote à la tuyère. Selon la valeur de l'intensité du courant d'arc pilote et le temps d'application dudit courant, il peut s'ensuivre un vieillissement prématuré du ressort, par échauffement et perte de caractéristiques élastiques, pouvant nuire à l'efficacité du système.
  • le retour de la tuyère, depuis la butée inférieure vers la butée supérieure constituée par l'électrode, s'effectuant sous le seul effet de la force du ressort, le temps nécessaire à effectuer la course de retour est fonction du temps de purge des circuits de gaz disposés entre l'électrovanne de sectionnement du gaz et l'orifice de sortie de la tuyère, le temps de purge desdits circuits étant lui-même fonction de la capacité volumique de ces circuits, de la pression de gaz y régnant et du calibre de l'orifice de sortie de la tuyère. Dès lors, d'une part, le temps de retour de la tuyère vers l'électrode pour y établir un nouveau court-circuit est une variable tributaire d'un certain nombre de paramètres opératoires et, d'autre part, lorsqu'il y a enchaínement de plusieurs séquences de travail nécessitant des extinctions d'arc et des réallumages successifs, le temps d'attente nécessaire pour obtenir de bonnes conditions de ré-allumage d'arc est difficilement prédictible et se prête, par conséquent, mal à une automatisation fiable.
Afin de résoudre ces problèmes, une amélioration du système d'amorçage a été proposée dans le document EP-A-326445. Toutefois, le mode d'amorçage de l'arc pilote donné dans ce document, dont la torche met aussi en oeuvre un ressort de rappel, bien que plus efficace que dans la solution précédente et non dépendant de la pression de gaz, présente encore des inconvénients, à savoir :
  • le ressort est utilisé comme conducteur électrique pour transmettre le courant d'arc pilote à la tuyère et donc le problème du vieillissement prématuré du ressort n'est pas résolu.
  • le retour de la tuyère s'effectuant, là encore, sous le seul effet de la force du ressort, le temps nécessaire à effectuer cette course de retour est, dans ce cas aussi, fonction du temps de purge des circuits disposés entre l'électrovanne de sectionnement du gaz et l'orifice de sortie de la tuyère, ce qui engendre les mêmes problèmes de fiabilité que dans le cas précédent.
Le but de la présente invention est donc de résoudre les problèmes susmentionnés se posant avec les torches de travail à l'arc électrique de l'art antérieur et de proposer un système de torche capable d'amorcer de façon efficace un arc pilote entre l'électrode et la tuyère de la torche, sans générer de perturbations électromagnétiques par rayonnement ou par conduction et qui soit, en particulier, adaptable aux torches à plasma à tête démontable.
Dit autrement, le but de l'invention est de proposer une torche à plasma présentant les avantages suivants :
  • pas d'émission de radio nuisances, pas de propagation par induction ou conduction de perturbations sur le réseau électrique, pas de contraintes importantes d'isolement électrique dans la conception des matériels de mise en oeuvre des procédés à arc plasma,
  • pas de limitation technique ou dimensionnelle pouvant avoir un caractère rédhibitoire pour la transposition du système d'amorçage à des matériels de forte puissance,
  • pas d'influence de la variation de la pression du gaz plasmagène sur l'efficacité du système,
  • pas d'échauffement lié à la durée d'application de l'arc pilote risquant de nuire à l'efficacité et à la fiabilité du système d'amorçage,
  • pas d'influence significative des paramètres opératoires sur le système d'amorçage pouvant conduire à des délais d'attente variables ou aléatoires entre une commande d'extinction d'arc et un ré-allumage d'arc,
  • système d'amorçage de l'arc pilote efficace et fiable, exempt de nuisances pour l'environnement et se prêtant particulièrement bien à une automatisation optimisée du procédé de fabrication,
  • système convenant aussi pour les fortes puissances, c'est-à-dire lorsque les intensités de courant atteignant ou dépassant la valeur de 300 A.
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 et une tête de torche, ladite torche comportant au moins un porte-électrode permettant de recevoir une électrode et un bloc porte-tuyère permettant de recevoir au moins une tuyère, ledit porte-électrode étant fixe dans ladite torche et ledit bloc porte-tuyère étant mobile axialement entre :
  • au moins une première position dans laquelle la tuyère portée par ledit bloc porte-tuyère est mise en contact mécanique avec ladite électrode portée par ledit porte-électrode, et
  • au moins une deuxième position dans laquelle la tuyère portée par ledit bloc porte-tuyère est située à une distance non nulle de ladite électrode,
   caractérisée en ce que ledit bloc porte-tuyère est mobile axialement par l'intermédiaire d'au moins un carter de guidage formant palier de coulissement pour ledit bloc porte-tuyère,
  • le carter de guidage comprenant une première chambre de pression et une deuxième chambre de pression, lesdites première et deuxième chambres de pression étant à volumes internes variables et étant séparées l'une de l'autre par au moins une cloison intermédiaire,
  • le carter de guidage, le bloc porte-tuyère et ladite cloison intermédiaire étant agencés de manière à maintenir les deux chambres de pression sans communication fluidique l'une avec l'autre et à assurer un coulissement axial étanche du bloc porte-tuyère par l'intermédiaire du carter de guidage pour faire varier les volumes internes desdites première et deuxième chambres de pression,
  • au moins un premier passage d'alimentation en fluide débouche dans la première chambre de pression pour permettre une alimentation en fluide sous pression de ladite première chambre de pression, et
  • au moins un deuxième passage d'alimentation en fluide débouche dans la deuxième chambre de pression pour permettre une alimentation en fluide sous pression de ladite deuxième chambre de pression.
Selon le cas, la torche de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
  • les première et deuxième chambres de pression sont séparées l'une de l'autre par au moins une cloison intermédiaire mobile axialement et portée solidairement par le bloc porte-tuyère, ladite cloison formant tête de piston à actionnement fluidique, de préférence ladite cloison mobile constitue un épaulement ou un renflement radial venant du bloc porte-tuyère.
  • les première et deuxième chambres de pression sont séparées l'une de l'autre par au moins une cloison intermédiaire fixe et solidaire de la partie fixe du carter de guidage formée par au moins une partie du porte-électrode, et le bloc porte-tuyère comprenant une première expansion radiale formant paroi supérieure de la deuxième chambre de pression et une deuxième expansion radiale inférieure formant paroi de la première chambre de pression, ledit bloc porte-tuyère et lesdites première et deuxième expansions radiales internes étant mobiles solidairement et axialement.
  • la deuxième chambre de pression est délimitée par la surface interne de la paroi latérale du carter, la surface interne de la paroi supérieure du carter, la surface externe de la paroi latérale du porte-électrode et la surface supérieure de la cloison fixe formant tête de piston solidaire du porte-électrode, et la première chambre de pression est délimitée par la surface interne de la paroi latérale du carter, la surface interne de la paroi inférieure du carter, la surface externe de la paroi latérale du porte-électrode et la surface inférieure de la cloison fixe formant tête de piston solidaire du porte-électrode.
  • la deuxième chambre de pression est délimitée par la surface interne de la paroi latérale du carter, la surface interne de la paroi supérieure du carter, la surface externe de la paroi latérale du bloc porte-tuyère et la surface supérieure de la cloison mobile formant tête de piston solidaire du bloc porte-tuyère, et
  • la première chambre de pression est délimité par la surface interne de la paroi latérale du carter, la surface interne de la paroi inférieure du carter, la surface externe de la paroi latérale du bloc porte-tuyère et la surface inférieure de la cloison mobile formant tête de piston solidaire du bloc porte-tuyère.
  • des moyens d'étanchéité sont agencés entre le carter de guidage, le bloc porte-tuyère et/ou le porte-électrode et ladite cloison intermédiaire de manière à permettre un coulissement axial étanche du bloc porte-tuyère dans le carter de guidage et/ou sur au moins une partie du porte-électrode pour maintenir les première et deuxième chambres de pression sans communication fluidique l'une avec l'autre, de préférence les moyens d'étanchéité comprennent des joints d'étanchéités.
  • le premier passage d'alimentation en fluide sous pression permet d'acheminer un fluide sous pression, de préférence un gaz, jusque dans ladite première chambre de pression par l'intermédiaire d'un premier orifice pratiqué dans une paroi du carter de guidage, et le deuxième passage d'alimentation en fluide sous pression permet d'acheminer un fluide sous pression, de préférence un gaz, jusque dans ladite deuxième chambre de pression par l'intermédiaire d'un deuxième orifice pratiqué dans la paroi du carter de guidage.
  • le premier passage d'alimentation en fluide sous pression traverse au moins une partie de ladite deuxième chambre de pression, ladite cloison intermédiaire et débouche dans ladite première chambre de pression.
  • elle comporte, en outre, au moins une chambre de décompression communiquant avec l'atmosphère ambiant par l'intermédiaire d'au moins un passage de sortie de gaz.
  • elle comporte, en outre, une électrode munie d'un insert émissif en zirconium, hafnium ou tungstène, pur ou allié.
  • elle comporte des moyens d'assemblage/désassemblage permettent d'associer et/ou de dissocier la tête de torche du corps de torche, lesdits tête de torche et corps de torche étant séparables l'un de l'autre.
  • elle est de type mono flux ou double flux et/ou en ce qu'elle comporte des moyens de distribution de flux sur le mode axial ou sur le mode tourbillonnaire.
L'invention porte aussi sur une installation automatique de travail à l'arc plasma comprenant une torche à plasma selon l'invention, de préférence une torche de coupage plasma, montée sur un bâti-support comportant au moins un axe de déplacement motorisé, des moyens de pilotage permettant de commander au moins la séquence d'amorçage de ladite torche en permettant et/ou interdisant l'introduction d'un fluide sous pression, de préférence de l'air, dans la première chambre de pression ou dans la deuxième chambre de pression de façon à faire varier la pression et/ou le volume internes desdites chambres et à provoquer ainsi un mouvement en approchement ou, à l'inverse, en éloignement d'au moins le bloc porte-tuyère et de la tuyère par rapport au porte-électrode et à l'électrode par coulissement axial d'au moins le bloc porte-tuyère par l'intermédiaire du carter de guidage, des moyens de gestion des séquences de travail et des moyens de programmation et de gestion des trajectoires de travail telle une commande numérique.
Par l'invention porte aussi sur un procédé d'amorçage d'un arc pilote dans une torche à plasma comprenant une électrode fixe et une tuyère mobile portée solidairement par un bloc porte-tuyère mobile axialement dans la torche, dans lequel on opère un amorçage d'un arc pilote entre la tuyère et l'électrode en introduisant un fluide sous pression, de préférence un gaz, dans au moins une première chambre de pression coopérant avec au moins le bloc porte-tuyère de façon à faire varier la pression et/ou le volume interne de ladite chambre de pression et à provoquer ainsi un mouvement en approchement d'au moins le bloc porte-tuyère et de la tuyère par rapport au porte-électrode et à l'électrode par coulissement axial d'au moins le bloc porte-tuyère par l'intermédiaire d'un carter de guidage jusqu'à obtenir un contact entre la tuyère et l'électrode avec formation d'un arc électrique entre elles, et au moins une deuxième chambre de pression coopérant avec au moins le bloc porte-tuyère de manière à obtenir un mouvement en éloignement d'au moins le bloc porte-tuyère et de la tuyère par rapport au porte-électrode et à l'électrode, lorsqu'on fait varier la pression et/ou le volume interne de ladite deuxième chambre de pression, par coulissement axial d'au moins le bloc porte-tuyère dans ledit carter de guidage.
De façon alternative, l'invention a aussi trait à un procédé d'amorçage d'un arc pilote dans une torche à plasma comprenant une électrode fixe et une tuyère mobile portée solidairement par un bloc porte-tuyère mobile axialement dans la torche, dans lequel on opère un amorçage d'un arc pilote entre la tuyère et l'électrode en introduisant un fluide sous pression, de préférence un gaz, dans au moins une deuxième chambre de pression coopérant avec au moins le bloc porte-tuyère de façon à faire varier la pression et/ou le volume interne de ladite deuxième chambre de pression et à provoquer ainsi un mouvement en approchement d'au moins le bloc porte-tuyère et de la tuyère par rapport au porte-électrode et à l'électrode par coulissement axial d'au moins le bloc porte-tuyère par l'intermédiaire d'un carter de guidage jusqu'à obtenir un contact entre la tuyère et l'électrode avec formation d'un arc électrique entre elles, et au moins une première chambre de pression coopérant avec au moins le bloc porte-tuyère de manière à obtenir un mouvement en éloignement d'au moins le bloc porte-tuyère et de la tuyère par rapport au porte-électrode et à l'électrode, lorsqu'on fait varier la pression et/ou le volume interne de ladite première chambre de pression, par coulissement axial d'au moins le bloc porte-tuyère dans ledit carter de guidage.
En outre, l'invention porte aussi sur un procédé de coupage plasma d'une pièce, de préférence métallique, telle une tôle d'acier, d'acier inoxydable ou d'alliage d'aluminium, mettant en oeuvre un procédé d'amorçage d'un arc pilote tel que décrit ci-avant.
L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description détaillée ci-après et en références aux figures annexées, données à titre illustratif mais non limitatif, parmi lesquelles :
  • les figures 1 à 4 représentent des torches selon l'art antérieur représentées en coupe longitudinale,
  • la figure 5 est un schéma de principe, en coupe longitudinale, d'une torche à amorçage par contact selon la présente invention, et
  • les figures 6 à 8 représentent plusieurs vues différentes, en coupe longitudinale, d'une version industrielle d'une torche à amorçage par contact selon la présente invention.
La figure 1 est un schéma de principe d'une torche à amorçage par HF selon l'art antérieur, laquelle comporte une tuyère 102 percée d'un orifice axial 103 d'éjection du jet de plasma 104. Une électrode 105 à insert émissif 106 est fixée coaxialement et à distance de la tuyère 102. Une source principale de courant électrique 107 est raccordée par l'un de ses pôles 108 à la pièce de travail 109, via un câble de liaison 181, et par l'autre pôle 110 à l'électrode 105, via un câble de liaison 101. Une liaison est aussi établie entre le pôle 108 et la tuyère 102, via un câble 182 et un contact de sectionnement 183. Une première source HF auxiliaire 111 et une seconde source auxiliaire 112 de courant de faible intensité, appelée source de courant d'arc pilote, sont raccordées chacune aux bornes 108 et 110 de la source 107. Pour obtenir l'amorçage de l'arc pilote, les sources 107 et 112 sont mises sous tension, un flux de gaz plasmagène 113, ici tourbillonnant, est injecté dans l'espace entre la tuyère 102 et l'électrode 105, le contact de sectionnement 183 est fermé, la source de HF 111 est excitée engendrant le jaillissement d'une étincelle entre l'extrémité de l'électrode 105 et le fond intérieur de la tuyère 102. Le chemin électrique créé par l'étincelle HF permet alors au courant de faible intensité délivré par la source 112 de circuler entre l'électrode 105 et la tuyère 102 et de créer ainsi l'arc pilote, qui sous l'effet du flux gazeux 113 s'étire au travers de l'orifice 103 en direction de la pièce 109. Lorsque l'arc pilote est stabilisé, la torche 100 est rapprochée de la pièce 109 jusqu'à ce qu'une zone suffisamment ionisée du jet 104 vienne en contact avec la surface de la pièce 109 permettant ainsi l'établissement d'un circuit électrique entre l'électrode 105 et la pièce 109. Un relais d'intensité, non représenté, placé dans le circuit 181 détecte alors la présence d'un courant, commande l'ouverture du contact de sectionnement 183 et l'élévation de l'intensité du courant jusqu'au niveau requis pour exécuter l'opération de découpe ou de soudage. Un mouvement de vitesse adaptée est communiqué à la torche 100 ou à la pièce 109 afin de former la trajectoire de découpe, de soudage ou de marquage.
La figure 2 représente un schéma de principe d'une torche à amorçage par court-circuit avec électrode mobile selon l'art antérieur. Cette torche 200 partiellement agencée de façon similaire à la torche de la figure 1 et s'en différenciant essentiellement par l'électrode 205 qui est ici fixée sur un porte-électrode 221 monté axialement coulissant dans un carter 222 formant une chambre de pression 223 délimitée par un renflement du porte-électrode 221 formant tête de piston 224 et par une diminution de diamètre 225 du carter 222 formant palier supérieur. Des joints d'étanchéités sont enchâssés dans la tête de piston et le palier supérieur de façon à empêcher toute communication de la chambre de pression 223 avec le milieu ambiant et avec un compartiment 226 délimité par la tête de piston 224 et une deuxième réduction de diamètre 227 du carter 222 formant palier inférieur, ledit palier inférieur étant muni d'un joint d'étanchéité. A sa partie supérieure, le porte-électrode se prolonge par une extrémité 228 en forme de tige axialement coulissante dans une douille élastique de contact électrique 220 elle-même enchâssée dans un manchon 230 formant support mécanique et connecteur électrique pour un câble 211 de liaison avec le pôle 210 de la source principale de courant 207. Un distributeur pneumatique 232 à commande électrique est alimenté par une source d'air 231 sous pression. Une première ligne de distribution d'air 233 est raccordée à la chambre de pression 223 par un piquage 235 et une deuxième ligne de distribution d'air 234 est raccordée à la chambre de pression 226 par un piquage 261. Un mouvement de descente est donné à l'ensemble 228, 221, 224, 205 par mise sous pression de la chambre 223, la course de descente étant fixée par la mise en butée de l'extrémité de l'électrode 205 dans le fond de la tuyère 202. A l'inverse, un mouvement de montée est donné à cet ensemble par mise en pression de la chambre 226, la course de montée étant fixée par la mise en butée d'un renflement 229 du porte-électrode 221 sur la face inférieure du carter 222. L'écart résiduel Δe correspond à la distance normale devant séparer l'électrode 205 de la tuyère 202 lorsque l'arc plasma est allumé. Pour obtenir l'amorçage de l'arc pilote, les sources 207 et 212 sont mises sous tension, un courant de gaz plasmagène 213 est injecté dans l'espace séparant la tuyère 202 et l'électrode 205, et le contact de sectionnement 283 est fermé. L'électrode 205 descend au contact mécanique et électrique de la tuyère 202, un courant délivré par la source auxiliaire 212 peut alors circuler dans le circuit formé. Un relais d'intensité, non représenté, placé sur le circuit 282 détecte alors la présence d'un courant électrique et commande subséquemment la remontée de l'électrode 205 par inversion de la commande du distributeur 232. Il s'ensuit, au moment de la rupture du court-circuit entre électrode et tuyère, la formation d'une étincelle qui, comme décrit précédemment crée un chemin électrique propice à l'établissement de l'arc pilote. En d'autres termes, c'est l'électrode 205 qui est mobile selon l'axe de la torche, alors que la tuyère 202 est toujours maintenue fixe. Un exemple de réalisation de ce système d'allumage d'arc est donné dans le document EP-A-599709.
La figure 3 représente un schéma de principe d'une torche à amorçage par court-circuit avec tuyère mobile selon l'art antérieur. La torche 300 partiellement, agencée de façon similaire à la torche de la figure 1 et s'en différentiant essentiellement par la tuyère 331 qui est axialement coulissante dans un carter 333. Un organe élastique 332, tel un ressort est emprisonné entre une première butée 302 venant de la tuyère 331 et une seconde butée 304 venant du carter 333. Le ressort 332 exerce une force axiale tendant à amener le fond intérieur de la tuyère 331 au contact de l'électrode 305. Un joint d'étanchéité 334 est enchâssé à la partie supérieure de la tuyère 331. Une électrovanne 335, alimentée en gaz plasmagène 336 sous pression, est raccordé à une entrée de fluide 338 au moyen d'une canalisation 337. Lorsque l'électrovanne 335 est commandée à l'ouverture, du gaz 313 est distribué entre l'électrode 305 et la tuyère 331, et exerce une pression sur les parois internes de la tuyère, pour créer une force de répulsion supérieure à la force du ressort 332 et entraíner ainsi la tuyère dans un mouvement de descente jusqu'à ce que la butée 302 de la tuyère 331 vienne au contact de la contre-butée 303. Pour obtenir l'amorçage d'un arc pilote, les sources 307 et 312 sont mises sous tension et l'électrovanne 335 est fermée. Ainsi, la tuyère 331 est repoussée par le ressort 332 au contact avec l'électrode 305. Le contact de sectionnement 383 est fermé et un courant issu de la source auxiliaire 312 peut circuler dans le circuit formé. Un relais d'intensité, non représenté, placé sur le circuit 382 détecte alors la présence d'un courant et commande l'ouverture de l'électrovanne 335, le débit de gaz 313 ainsi délivré exerce une pression sur la paroi de la tuyère 331 provoquant sa descente par compression du ressort 332. Au moment de la rupture du court-circuit, il se produit une étincelle qui comme décrit précédemment permet l'établissement de l'arc pilote.
La figure 4 représente un schéma de principe d'une autre torche à amorçage par court-circuit avec tuyère mobile selon l'art antérieur. La torche 400 similaire à celle de la figure 3 comporte, pour renforcer la force exercée par l'action du gaz sur la tuyère, un aménagement supplémentaire. La tuyère 441 est montée à débattement axial dans un carter 443. Un ressort 442 est emprisonné entre une butée circulaire 431 et un renflement 412. Le ressort 442 exerce une force axiale tendant à amener la tuyère 441 au contact de l'électrode 405. Un rétrécissement 432 de la partie supérieure du carter 443 délimite une chambre de pression 445. Une section circulaire 444 permet le passage d'un gaz distribué par un piquage 433 traversant le rétrécissement 432 pour alimenter la chambre de pression 445, tout en maintenant une pression significative dans la chambre de pression 445, alors que le gaz s'écoule à l'air libre en un flux périphérique 452, via une fente annulaire 434 et les espaces inter spires du ressort 442. Un joint d'étanchéité 447 dans le rétrécissement 432 isole le circuit de distribution 438 en gaz plasmagène du circuit de distribution 451. Une électrovanne 448 alimentée en gaz 449 sous pression, tel de l'air comprimé, est raccordée à l'entrée de fluide 451 via la canalisation 450. Ce débit de fluide supplémentaire permet le refroidissement de la tuyère 441 et le développement d'une pression suffisante sur la section du renflement 412 formant tête de piston pour exercer une force propre à comprimer le ressort 442 et à provoquer la descente de la tuyère 441. La course de descente de la tuyère 441 est limitée par la mise en butée d'un renflement 412 sur le rétrécissement 432 du carter 443. Pour obtenir l'amorçage d'un arc pilote, les sources 407 et 406 sont mises sous tension et les électrovannes 435 et 448 commandées en position de fermeture. Ainsi, en l'absence de débits de gaz dans la torche, la tuyère 441 repoussée par le ressort 442 est au contact avec l'électrode 405. Le contact de sectionnement 483 est alors commandé à la fermeture et un courant délivré par la source auxiliaire peut circuler dans le circuit formé. Un relais d'intensité, non représenté, sur le circuit 482 détecte le courant et commande l'ouverture simultanée des électrovannes 435 et 448. Le débit de gaz de refroidissement externe à la tuyère 441 issu de 451 conjugué au débit de gaz plasmagène 413, interne à ladite tuyère et issu de 438, développent des forces provoquant sa descente par compression du ressort 442. La formation d'une étincelle et de l'arc pilote se produit comme décrit précédemment. Un tel système d'amorçage d'un premier arc est donné dans le document EP-A-326445.
La figure 5 représente un schéma de principe du fonctionnement d'une torche à amorçage par court-circuit selon la présente invention. La torche 500 selon l'invention comprend une électrode 506 solidarisée à un porte-électrode 561 fixé au corps de torche, une tuyère 507 disposée à axe confondu avec celui de l'électrode 506, solidarisé à un porte-tuyère 508, mobile axialement par rapport à un carter 509 de guidage formant palier de coulissement pour ledit porte-tuyère 508. A la partie supérieure interne du carter 509 est aménagée une première chambre de pression 511 délimitée par la surface latérale interne du carter 509, un rétrécissement 595 venant du carter 509, la surface latérale externe du porte-tuyère 508 et un renflement 581, formant tête de piston, venant du porte-tuyère 508. A la partie inférieure interne du carter 509 est aménagée une deuxième chambre de pression 512 délimitée par la surface latérale interne du carter 509, un rétrécissement 596 venant du carter 509, la surface latérale externe du porte-tuyère 508 et le renflement 581. Afin d'assurer un coulissement étanche du porte-tuyère 508 dans le carter 509 et ainsi de maintenir les deux chambres de pression sans communication fluidique mutuelle et sans communication avec les éléments environnants, des joints d'étanchéités 591, 582, 592 sont disposés respectivement dans le rétrécissement supérieur 595, le renflement 581 et le rétrécissement inférieur 596. Un premier piquage 597 pour le raccordement d'un moyen d'alimentation en gaz sous pression de la première chambre de pression 511 est pratiqué dans la paroi du carter 509, un deuxième piquage 598 pour le raccordement d'un moyen d'alimentation en gaz sous pression de la deuxième chambre de pression 512 est pratiqué dans la paroi du carter 509.
Une source principale de courant électrique 520 est raccordée classiquement à la pièce de travail 524 et au porte-électrode 561 et une liaison est également établie entre la source 520 et la tuyère 507. Une source auxiliaire 523 de courant électrique de faible intensité, appelée source de courant d'arc pilote, est également raccordée aux bornes 521 et 522 de la source principale 520.
Un distributeur pneumatique 551 est alimenté par une source d'air 550 sous pression. Une première voie de distribution d'air 552 est raccordée à la chambre de pression 511 par le piquage 597, une deuxième voie de distribution d'air 553 est raccordée à la chambre de pression 512 par le piquage 598. En agissant sur le distributeur 551, un mouvement de descente est donné à l'ensemble 508, 507 par mise sous pression de la chambre 511, la course de descente étant fixée par la mise en butée de l'aménagement 583 du renflement 581 du porte-tuyère 508, formant face d'appui, sur la face interne 593 du rétrécissement 596 du carter 509, formant contre face d'appui. A l'inverse, un mouvement de montée est donné à ce même ensemble par mise en pression de la chambre 512, la course de montée étant fixée par la mise en butée d'une zone de la surface interne de la tuyère 507 sur l'extrémité de l'électrode 506. L'écart résiduel Δe correspond à la distance normale devant séparer l'électrode 506 de la tuyère 507 lorsque l'arc plasma est allumé. Afin de faciliter les mouvements de descente et de montée de l'ensemble 508, 507, le distributeur 551 est doté de deux évents 514 et 515 de mise à l'air libre des voies respectives d'alimentation 552 et 553.
Pour obtenir l'amorçage d'un arc pilote, les sources 520 et 523 sont mises sous tension, un courant de gaz plasmagène 513 est injecté dans l'espace séparant la tuyère 507 et l'électrode 506 et le contact de sectionnement 517 est fermé. Le distributeur 551 est alors activé pour que la tuyère 507 monte jusqu'à être au contact de l'électrode 506 et un courant délivré par la source auxiliaire 523 peut alors circuler dans le circuit ainsi formé. Un relais d'intensité, non représenté, placé sur le circuit 516 détecte alors la présence d'un courant électrique et commande subséquemment la redescente de la tuyère 507 par inversion de la commande du distributeur 551. Il s'ensuit, au moment de la rupture du court-circuit entre électrode et tuyère, la formation d'une étincelle qui, comme déjà décrit précédemment permet l'allumage de l'arc pilote. La suite des opérations permettant d'engendrer le processus de découpe de la pièce de travail 524 ne sera pas détaillée car similaire à celle décrite ci-dessus.
La figure 6 représente un schéma d'un mode de réalisation industriel d'une torche à amorçage par court-circuit selon la présente invention et, plus précisément, d'une torche de coupage plasma constituée d'un corps de torche principal monobloc. Toutefois, il est à souligner que l'invention peut s'appliquer aussi à une torche à corps démontable, c'est-à-dire dissociable de l'embase de torche fixée à demeure sur un bâti de machine automatique par exemple, telle la torche décrite dans EP-A-599709, ou d'une façon générale à tout type de torche comportant une électrode et une tuyère nécessitant l'allumage d'un arc pilote entre ces pièces, et ce quel que soit le procédé de transformation thermique mis en oeuvre subséquemment par ladite torche, à savoir un procédé de coupage plasma, de soudage plasma ou de marquage plasma par exemples.
La torche de la figure 6 comporte un bloc arrière 2 métallique prolongé vers l'avant par un porte-électrode métallique 3 de structure tubulaire de révolution doté à son extrémité inférieure d'un taraudage dans lequel est vissé à étanchéité une électrode 4 comportant un insert émissif 41 par effet thermoïonique et deux joints toriques 43 et 42, l'un 43 sur le corps extérieur de ladite électrode 4, l'autre 42 sous l'assemblage vissé de ladite électrode. Le porte-électrode 3 est constitué d'un assemblage d'éléments, tels un tube intérieur 31, une chemise extérieure 32 et un tube plongeur 33, tous trois métalliques, formant un circuit de refroidissement de tous les éléments précités par convection forcé d'un fluide, de l'eau par exemple, dans un passage centrale d'arrivée de fluide 34 et de retour annulaire de fluide 35. A la partie supérieure du bloc 2 est implanté le moyen de raccordement 21 d'une canalisation combinant l'alimentation électrique de l'électrode 4, via le porte-électrode 3 et le bloc 2, et l'alimentation en fluide de refroidissement des éléments précités. Un autre moyen de raccordement, non représenté, est implanté dans ledit bloc 2 pour une canalisation d'évacuation de fluide de refroidissement desdits éléments précités. Un premier fourreau tubulaire de révolution 36 réalisé dans un matériau électriquement isolant, tel un plastique, et fixé au porte-électrode 3 par un assemblage vissé/bloqué 37, recouvre celui-ci. Un deuxième fourreau tubulaire de révolution 38 réalisé dans un matériau mécaniquement résistant, tel un métal, fixé au fourreau isolant 36 par un assemblage vissé / bloqué 39, recouvre le fourreau isolant 36. Une tête de piston 5 en forme de disque et munie de joints d'étanchéité 51, 52 est maintenu bloqué contre une butée 384, venant du fourreau métallique 38, par un écrou 6 assujetti par un assemblage vissé 61 audit fourreau métallique 38. Un fourreau extérieur 7, réalisé dans un matériau électriquement isolant et assujetti au bloc 2, recouvre partiellement ledit bloc 2 et forme un support tubulaire se prolongeant vers l'arrière pour la fixation de la torche 1 sur un élément de machine. La partie inférieure du bloc 2, est prolongée par une réduction de diamètre recevant, par un assemblage 22 vissé / bloqué sur une portée plate 23 venant du bloc 2, un fourreau extérieur 8 de forme générale tubulaire de révolution s'étirant vers le bas, réalisé en un matériau électriquement isolant garni intérieurement et localement d'éléments tubulaires de révolution 81, 82 réalisés en un matériau mécaniquement résistant, tel un métal, scellés dans le matériau constitutif dudit fourreau isolant 8. Dans la partie supérieure dudit fourreau 8 est percé un trou 83 au travers du tube isolant 8 et de la garniture métallique 82 mettant ainsi en communication l'atmosphère intérieure du fourreau 8 et l'atmosphère extérieure dudit fourreau 8. Dans la partie inférieure dudit fourreau 8 est monté en gorge un joint torique d'étanchéité 84. Un premier tube 9 d'amenée d'un fluide sous pression, tel de l'air comprimé, scellé dans le bloc 2, s'étire vers le bas jusqu'au voisinage de la surface supérieure de la tête de piston 5. Dans sa portion médiane est disposé en gorge un joint torique d'étanchéité extérieure 91. Un second tube 10 d'amenée d'un fluide sous pression, tel de l'air comprimé, scellé dans le bloc 2, s'étire vers le bas en traversant dans son épaisseur la tête de piston 5. Dans sa portion supérieure est disposé un joint torique d'étanchéité extérieure 116 et dans sa partie inférieure un autre joint torique d'étanchéité extérieure 115 en relation avec la tête de piston 5. A la partie supérieure du bloc 2 sont implantés les moyens de raccordement 24 et 25 des canalisations alimentant respectivement les tubes 9 et 10 en fluide sous pression. L'ensemble des éléments décrits précédemment constitue l'équipage fixe de la torche 1. Lorsque la torche est en ordre de service cet ensemble fait bloc, c'est-à-dire qu'aucun élément le composant n'est animé d'un mouvement notamment lors des séquences d'allumage d'arc pilote.
Ce qui suit décrit l'ensemble des éléments constituant l'équipage mobile de la torche 1. Lors notamment des séquences d'allumage d'arc pilote, cet ensemble fait bloc solidaire et est mis en mouvement de translation axial. Un bloc avant 11, de forme générale tubulaire de révolution et réalisé en métal, est doté d'un premier joint torique 118, monté dans une gorge interne usinée à la partie supérieure de l'alésage dudit bloc 11 et d'un second joint torique 114, monté dans une gorge interne usinée à la partie inférieure de l'alésage dudit bloc 11. Un fourreau 14, de forme générale tubulaire et réalisé en un matériau isolant tel un plastique, est solidarisé à axe confondu par un assemblage vissé / bloqué 117 au bloc 11. Une première garniture 141, de forme générale tubulaire de révolution et réalisé en métal, est scellée à axe confondu sur la périphérie extérieure de la partie inférieure dudit fourreau 14. Une deuxième garniture 142, de forme tubulaire de révolution et réalisé en métal, est scellée à axe confondu et étanchéité dans l'alésage de la partie supérieure dudit fourreau 14. Le sous-ensemble 11, 14 est monté à axe confondu et de façon coulissante sur le fourreau 38 du porte-électrode 3 et sur la tête de piston 5. Les joints 118, 51 et 84 assurent un coulissement étanche du bloc 11, de la garniture 142 et de la garniture 141 sur respectivement le fourreau 38 du porte-électrode 3, la tête de piston 5 et le fourreau 8. Un bloc arrière 16, de forme générale tubulaire de révolution et réalisé en métal, est emboíté entre la garniture 142 du fourreau 14 et le fourreau 38 du porte-électrode 3, formant ainsi couvercle du sous-ensemble 11, 14. Le bloc 16 est fixé en position par des vis, non représentées, traversant radialement le fourreau 14 et sa garniture 142. Les tubes 9 et 10 venant du bloc 2 traversent le bloc 16 dans toute son épaisseur grâce à des perçages, usinés à axes confondus, dans ledit bloc 16, les joints 91 et 116 montés en gorge sur les tubes respectifs 9 et 10 permettent un coulissement étanche du bloc 16 sur lesdits tubes 9 et 10. Un premier joint torique 161 monté en gorge sur la périphérie extérieure dudit bloc 16 assure l'étanchéité de l'assemblage 16, 142. Un deuxième joint torique 162 monté en gorge dans l'alésage dudit bloc 16 assure le coulissement étanche du bloc 16 sur le fourreau 38 du porte-électrode 3. Dans des logements appropriés aménagés dans l'alésage inférieur du bloc 11 sont placé un diffuseur de gaz plasmagène 12, monté coulissant sur la chemise 32 du porte-électrode 3, et une tuyère 13. Une coiffe 17, de forme en coupelle réalisée en métal, recouvre la tuyère 13 et le bloc 11 en délimitant un espace annulaire 171 formant chambre de circulation d'un fluide de refroidissement pour la tuyère 13. L'étanchéité périphérique de ladite chambre 171 est assurée par les joints toriques 172 et 173, montés en gorge dans la paroi interne de la coiffe 17 et le joint torique 114 monté en gorge dans l'alésage inférieur du bloc 11. Un écrou 15, par un vissage 151 sur la garniture 141 entraíne, par l'intermédiaire d'une butée 152 obtenue par aménagement réciproque de la coiffe 17 et de l'écrou 15, la coiffe 17 jusqu'à ce que les lèvres bordant la gorge du joint 172 plaque la tuyère 13 dans son logement en emprisonnant à relative étanchéité le diffuseur 12 entre une butée haute 121 et une butée basse 122. Le joint 43 de l'électrode 4 permet alors un coulissement étanche du diffuseur 12 sur ladite électrode 4. L'équipage mobile ainsi monté sur l'équipage fixe de la torche 1, forme alors trois chambres à volume variable, à savoir une chambre de pression inférieure 18 alimentée par le tube 10, une chambre de pression médiane 19 alimentée par le tube 9, et une chambre de décompression supérieure 20 avec son orifice de mise à l'air libre 83.
Par rapprochement avec le schéma de principe de la figure 5 et les explications correspondantes, on comprend aisément le fonctionnement de la torche de la figure 6. Lorsqu'un ordre d'amorçage de l'arc pilote est donné, toutes choses par ailleurs étant en ordre de fonctionnement, c'est à dire les sources de courant principal et auxiliaire sous tension, le flux de gaz plasmagène injecté entre électrode et tuyère, le contact de sectionnement du circuit électrique de tuyère fermé, le fluide de refroidissement circulant dans les circuits prévus à cet effet et le distributeur excité en correspondance avec les séquences qui suivent :
  • le tube 9 alimente la chambre médiane 19 en air comprimé, sous l'effet de la pression délivrée le bloc 16 est repoussé vers le haut et entraíne dans le même mouvement l'ensemble de l'équipage mobile donc la tuyère 13 qui vient alors en contact de court-circuit avec l'électrode 4. Pendant le mouvement de remonté de l'équipage mobile, d'une part l'air contenu dans la chambre inférieure 18 et soumis à compression s'échappe par l'évent correspondant du distributeur pneumatique, via le tube 10 et la canalisation raccordée au piquage 25 et d'autre part l'air contenu dans la chambre supérieure 20, soumis également à compression, s'échappe par l'orifice 83 de mise à l'air libre. La figure 6 montre la torche lorsque la tuyère est au court-circuit avec l'électrode.
  • le courant circulant dans le circuit électrique fermé par le court-circuit étant détecté, l'alimentation en air comprimé du tube 9 est coupée et remplacée simultanément par l'alimentation en air comprimé du tube 10 établissant ainsi une pression dans la chambre inférieure 18. Dans le même temps est ouvert l'évent du distributeur pneumatique permettant la mise à l'air libre de la chambre médiane 19 via le tube 9 et la canalisation reliée au piquage 24. Sous l'effet de la pression régnant dans la chambre inférieure 18 et exerçant une force de répulsion sur la face inférieure interne de ladite chambre inférieure 18, que forment le bloc 11 et le fourreau 14, l'ensemble de l'équipage mobile descend quasi instantanément jusqu'à ce qu'un aménagement 143 de la garniture 141, formant butée, vienne en contact avec un aménagement 85 de la garniture 81, formant contre-butée. L'écart résiduel séparant l'électrode 4 de la tuyère 13 correspond à la distance normale pour l'arc plasma soit établi correctement. Au moment de la rupture du court-circuit entre électrode et tuyère, Il s'ensuit la formation d'une étincelle qui comme déjà décrit précédemment crée un chemin électrique propice à l'établissement d'un premier arc ou arc pilote. La suite des opérations permettant d'engendrer le processus de découpe de la pièce de travail ne sera pas détaillée car similaire à celle décrite ci-dessus.
La figure 7 donne une autre vue en coupe de la torche 1, équipage mobile en position basse. Le circuit interne de distribution du gaz plasmagène composé d'un tube métallique 26, scellé à étanchéité à sa partie inférieure dans le bloc 11, traverse successivement le fourreau 14, la tête de piston 5 et le bloc 16. Des joints toriques 260, 262 et 263 sont disposés en gorge dans ledit tube 26 de telle manière à obtenir respectivement une étanchéité statique dans le fourreau 14, une étanchéité au coulissement dans la tête de piston 5 et une étanchéité statique dans le bloc 16. A la partie supérieure du tube 26 est assemblé par un vissage 264, à étanchéité sur un joint 265, un embout 27 engagé à coulissement dans un logement 271 usiné à axe confondu dans le bloc 2. Un joint torique 266 assure l'étanchéité du circuit de gaz plasmagène entre l'embout 27 et le bloc 2. Le tube 26 est alimenté en gaz sous pression par le piquage 30, destiné au raccordement de la canalisation d'alimentation correspondante, et distribue ledit gaz sous pression dans l'espace 125 séparant l'électrode 4 de la tuyère 13 via une pluralité d'orifices d'injection 126, une chambre de répartition 127 et les perçage 123 et 124 pratiqués dans le bloc 11. Le sous-ensemble 26, 27, 265, 266, 263, 262, 260 est solidaire de l'équipage mobile de la torche 1 et accompagne donc ledit équipage mobile dans tous ses mouvements. La connexion du circuit électrique d'amenée de courant d'arc pilote à la tuyère comporte une tige métallique 28 de section circulaire, scellée dans le bloc 11 par un moyen assurant une continuité électrique, traverse successivement le fourreau 14, la tête de piston 5 et le bloc 16. Des joints toriques 287, 286 et 285 sont disposés en gorge dans ladite tige 28 de telle manière à obtenir respectivement une étanchéité statique dans le fourreau 14, une étanchéité au coulissement dans la tête de piston 5 et une étanchéité statique dans le bloc 16. A la partie supérieure de la tige 28, une extension 284, de diamètre réduit, est engagée par coulissement dans une douille 29, de contact électrique, enchâssées dans un support 291, de forme en coupelle, comportant une extension filetée 292 ressortant à l'arrière du bloc 2, destinée à recevoir la connexion d'un câble d'amenée de courant électrique au circuit tuyère. Une chemise 293, de forme tubulaire de révolution réalisée en un matériau électriquement isolant tel un plastique, est intercalée entre le sous-ensemble 291, 29 et le bloc 2. Un écrou 294 en appui sur une rondelle 295, réalisée en un matériau électriquement isolant tel un plastique, bloque le sous-ensemble 291, 29, 293 dans un logement pratiqué dans le bloc 2. Le sous-ensemble 28, 287, 286, 285 est solidaire de l'équipage mobile de la torche et l'accompagne dans tous ses mouvements.
La figure 8 donne une autre vue en coupe de la torche 1. Le circuit aller de refroidissement par convection forcée de la tuyère avec un circuit d'alimentation en fluide de refroidissement, tel de l'eau distillée, comprenant un tube métallique 31, scellé à étanchéité à sa partie inférieure dans le bloc 11, traverse successivement le fourreau 14, la tête de piston 5 et le bloc 16. Des joints toriques 311, 317 et 318 sont disposés en gorge dans ledit tube 31 de telle manière à obtenir respectivement une étanchéité statique dans le fourreau 14, une étanchéité au coulissement dans la tête de piston 5 et une étanchéité statique dans le bloc 16. A la partie supérieure du tube 31 est assemblé par un vissage 314, à étanchéité sur un joint 315, un embout 32 engagé à coulissement dans un logement 321 usiné à axe confondu dans le bloc 2. Un joint torique 316 assure l'étanchéité du circuit de fluide de refroidissement entre l'embout 32 et le bloc 2. Le tube 31 est alimenté en fluide sous pression par le piquage 33, destiné au raccordement de la canalisation d'alimentation correspondante, et distribue ledit fluide sous pression dans l'espace annulaire 171 séparant la tuyère 13 de la coiffe 17 via le perçage 174 pratiqués dans le bloc 11. Le sous-ensemble 31, 32, 315, 316, 318, 317, 311 est solidaire de l'équipage mobile de la torche 1 et accompagne donc ledit équipage mobile dans tous ses mouvements. Le circuit de retour du fluide de refroidissement comprend, en outre, le tube métallique 34, scellé à étanchéité à sa partie inférieure dans le bloc 11, traverse successivement le fourreau 14, la tête de piston 5 et le bloc 16. Des joints toriques 341, 342 et 343 sont disposés en gorge dans ledit tube 34 de telle manière à obtenir respectivement une étanchéité statique dans le fourreau 14, une étanchéité au coulissement dans la tête de piston 5 et une étanchéité statique dans le bloc 16. A la partie supérieure du tube 34 est assemblé par un vissage 344, à étanchéité sur un joint 345, un embout 35 engagé à coulissement dans un logement 351 usiné à axe confondu dans le bloc 2. Un joint torique 346 assure l'étanchéité du circuit de fluide de refroidissement entre l'embout 35 et le bloc 2. Le fluide sous pression est collecté dans l'espace annulaire 171 séparant la tuyère 13 de la coiffe 17 par le perçage 175 pratiqués dans le bloc 11 et est évacué par le piquage 36, destiné au raccordement de la canalisation d'évacuation correspondante, via le tube 34, l'embout 35 et le logement 351. Le sous-ensemble 34, 35, 345, 346, 343, 342, 341 est solidaire de l'équipage mobile de la torche 1 et accompagne donc ledit équipage mobile dans tous ses mouvements.

Claims (16)

  1. Torche (1) de travail à l'arc électrique comprenant un corps de torche et une tête de torche, ladite torche comportant au moins un porte-électrode (3) permettant de recevoir une électrode (4) et un bloc (11) porte-tuyère permettant de recevoir au moins une tuyère (13), ledit porte-électrode (3) étant fixe dans ladite torche et ledit bloc (11) porte-tuyère étant mobile axialement entre :
    au moins une première position dans laquelle la tuyère (13) portée par ledit bloc (11) porte-tuyère est mise en contact mécanique avec ladite électrode (4) portée par ledit porte-électrode (3), et
    au moins une deuxième position dans laquelle la tuyère (13) portée par ledit bloc (11) porte-tuyère est située à une distance non nulle de ladite électrode (4),
       caractérisée en ce que ledit bloc (11) porte-tuyère est mobile axialement par l'intermédiaire d'au moins un carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142) formant palier de coulissement pour ledit bloc (11) porte-tuyère,
    le carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142) comprenant une première chambre de pression (18) et une deuxième chambre (19) de pression, lesdites première et deuxième chambres (18, 19) de pression étant à volumes internes variables et étant séparées l'une de l'autre par au moins une cloison (5) intermédiaire,
    le carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142), le bloc (11) porte-tuyère et ladite cloison intermédiaire (5) étant agencés de manière à maintenir les deux chambres de pression (18, 19) sans communication fluidique l'une avec l'autre et à assurer un coulissement axial étanche du bloc (11) porte-tuyère par l'intermédiaire du carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142) pour faire varier les volumes internes desdites première et deuxième chambres (18, 19) de pression,
    au moins un premier passage (10) d'alimentation en fluide débouche dans la première chambre (18) de pression pour permettre une alimentation en fluide sous pression de ladite première chambre (18) de pression, et
    au moins un deuxième passage (9) d'alimentation en fluide débouche dans la deuxième chambre (19) de pression pour permettre une alimentation en fluide sous pression de ladite deuxième chambre (19) de pression.
  2. Torche selon la revendication 1, caractérisée en ce que les première et deuxième chambres (18, 19) de pression sont séparées l'une de l'autre par au moins une cloison (5) intermédiaire mobile axialement et portée solidairement par le bloc (11) porte-tuyère, ladite cloison (5) formant tête de piston à actionnement fluidique, de préférence ladite cloison (5) mobile constitue un épaulement ou un renflement radial venant du bloc (11) porte-tuyère.
  3. Torche selon la revendication 1, caractérisée en ce que :
    les première et deuxième chambres (18, 19) de pression sont séparées l'une de l'autre par au moins une cloison intermédiaire (5) fixe et solidaire de la partie fixe (5, 8, 38, 81) du carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142) formée par au moins une partie du porte-électrode (3), et
    le bloc (11) porte-tuyère comprenant une première expansion (16) radiale formant paroi supérieure de la deuxième chambre (19) de pression et une deuxième expansion radiale inférieure (14) formant paroi de la première chambre (18) de pression, ledit bloc (11) porte-tuyère et lesdites première et deuxième expansions (16, 14) radiales internes étant mobiles solidairement et axialement.
  4. Torche selon la revendication 3, caractérisée en ce que :
    la deuxième chambre (19) de pression est délimitée par la surface interne de la paroi latérale du carter, la surface interne de la paroi supérieure du carter, la surface externe de la paroi latérale du porte-électrode (3) et la surface supérieure de la cloison (5) fixe formant tête de piston solidaire du porte-électrode (3), et
    la première chambre (18) de pression est délimitée par la surface interne de la paroi latérale du carter, la surface interne de la paroi inférieure du carter, la surface externe de la paroi latérale du porte-électrode (3) et la surface inférieure de la cloison (5) fixe formant tête de piston solidaire du porte-électrode (3).
  5. Torche selon la revendication 2, caractérisée en ce que :
    la deuxième chambre (19) de pression est délimitée par la surface interne de la paroi latérale du carter, la surface interne de la paroi supérieure du carter, la surface externe de la paroi latérale du bloc (11) porte-tuyère et la surface supérieure de la cloison (5) mobile formant tête de piston solidaire du bloc (11) porte-tuyère, et
    la première chambre (18) de pression est délimité par la surface interne de la paroi latérale du carter, la surface interne de la paroi inférieure du carter, la surface externe de la paroi latérale du bloc (11) porte-tuyère et la surface inférieure de la cloison (5) mobile formant tête de piston solidaire du bloc (11) porte-tuyère.
  6. Torche selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que des moyens d'étanchéité (51, 52, 118, 161, 162) sont agencés entre le carter de guidage, le bloc (11) porte-tuyère et/ou le porte-électrode (3) et ladite cloison (5) intermédiaire de manière à permettre un coulissement axial étanche du bloc (11) porte-tuyère dans le carter de guidage et/ou sur au moins une partie du porte-électrode (3) pour maintenir les première et deuxième chambres (18, 19) de pression sans communication fluidique l'une avec l'autre, de préférence les moyens d'étanchéité comprennent des joints d'étanchéités.
  7. Torche selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que
    le premier passage (10) d'alimentation en fluide sous pression permet d'acheminer un fluide sous pression, de préférence un gaz, jusque dans ladite première chambre (18) de pression par l'intermédiaire d'un premier orifice pratiqué dans une paroi du carter de guidage, et
    le deuxième passage (9) d'alimentation en fluide sous pression permet d'acheminer un fluide sous pression, de préférence un gaz, jusque dans ladite deuxième chambre (19) de pression par l'intermédiaire d'un deuxième orifice pratiqué dans la paroi du carter de guidage.
  8. Torche selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le premier passage (10) d'alimentation en fluide sous pression traverse au moins une partie de ladite deuxième chambre (19) de pression, ladite cloison (5) intermédiaire et débouche dans ladite première chambre (18) de pression.
  9. Torche selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, au moins une chambre de décompression (20) communiquant avec l'atmosphère ambiant par l'intermédiaire d'au moins un passage (83) de sortie de gaz.
  10. Torche selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, une électrode (4) munie d'un insert émissif (41) en zirconium, hafnium ou tungstène, pur ou allié.
  11. Torche selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que des moyens d'assemblage/désassemblage permettent d'associer et/ou de dissocier la tête de torche du corps de torche.
  12. Torche selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'elle est de type mono flux ou double flux et/ou en ce qu'elle comporte des moyens de distribution de flux sur le mode axial ou sur le mode tourbillonnaire.
  13. Installation automatique de travail à l'arc plasma comprenant une torche à plasma selon l'une des revendications 1 à 12, de préférence une torche (1) de coupage plasma, montée sur un bâti-support comportant au moins un axe de déplacement motorisé, des moyens de pilotage permettant de commander au moins la séquence d'amorçage de ladite torche en permettant et/ou interdisant l'introduction d'un fluide sous pression, de préférence de l'air, dans la première chambre (18) de pression ou dans la deuxième chambre (19) de pression de façon à faire varier la pression et/ou le volume internes desdites chambres (18, 19) et à provoquer ainsi un mouvement en approchement ou, à l'inverse, en éloignement d'au moins le bloc (11) porte-tuyère et de la tuyère (13) par rapport au porte-électrode (3) et à l'électrode (4) par coulissement axial d'au moins le bloc (11) porte-tuyère par l'intermédiaire du carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142), des moyens de gestion des séquences de travail et des moyens de programmation et de gestion des trajectoires de travail telle une commande numérique.
  14. Procédé d'amorçage d'un arc pilote dans une torche à plasma comprenant une électrode (4) fixe et une tuyère (13) mobile portée solidairement par un bloc (11) porte-tuyère mobile axialement dans la torche (1), en particulier une torche (1) selon l'une des revendications 1, 3, 4 ou 6 à 12, dans lequel on opère un amorçage d'un arc pilote entre la tuyère (13) et l'électrode (4) en introduisant un fluide sous pression, de préférence un gaz, dans au moins une première chambre (18) de pression coopérant avec au moins le bloc porte-tuyère (11) de façon à faire varier la pression et/ou le volume interne de ladite chambre (18) de pression et à provoquer ainsi un mouvement en approchement d'au moins le bloc (11) porte-tuyère et de la tuyère (13) par rapport au porte-électrode (3) et à l'électrode (4) par coulissement axial d'au moins le bloc (11) porte-tuyère par l'intermédiaire d'un carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142) jusqu'à obtenir un contact entre la tuyère (13) et l'électrode (4) avec formation d'un arc électrique entre elles, et au moins une deuxième chambre (19) de pression coopérant avec au moins le bloc (11) porte-tuyère de manière à obtenir un mouvement en éloignement d'au moins le bloc (11) porte-tuyère et de la tuyère (13) par rapport au porte-électrode (3) et à l'électrode (4), lorsqu'on fait varier la pression et/ou le volume interne de ladite deuxième chambre (19) de pression, par coulissement axial d'au moins le bloc (11) porte-tuyère dans ledit carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142).
  15. Procédé d'amorçage d'un arc pilote dans une torche à plasma comprenant une électrode (4) fixe et une tuyère (13) mobile portée solidairement par un bloc (11) porte-tuyère mobile axialement dans la torche (1), en particulier une torche (1) selon l'une des revendications 1, 2 ou 5 à 12, dans lequel on opère un amorçage d'un arc pilote entre la tuyère (13) et l'électrode (4) en introduisant un fluide sous pression, de préférence un gaz, dans au moins une deuxième chambre (19) de pression coopérant avec au moins le bloc (11) porte-tuyère de façon à faire varier la pression et/ou le volume interne de ladite deuxième chambre (19) de pression et à provoquer ainsi un mouvement en approchement d'au moins le bloc (11) porte-tuyère et de la tuyère (13) par rapport au porte-électrode (3) et à l'électrode (4) par coulissement axial d'au moins le bloc (11) porte-tuyère par l'intermédiaire d'un carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142) jusqu'à obtenir un contact entre la tuyère (13) et l'électrode (4) avec formation d'un arc électrique entre elles, et au moins une première chambre (18) de pression coopérant avec au moins le bloc (11) porte-tuyère de manière à obtenir un mouvement en éloignement d'au moins le bloc (11) porte-tuyère et de la tuyère (13) par rapport au porte-électrode (3) et à l'électrode (4), lorsqu'on fait varier la pression et/ou le volume interne de ladite première chambre (18) de pression, par coulissement axial d'au moins le bloc (11) porte-tuyère dans ledit carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142).
  16. Procédé de coupage plasma d'une pièce, de préférence métallique, telle une tôle d'acier, d'acier inoxydable ou d'alliage d'aluminium, mettant en oeuvre un procédé d'amorçage d'un arc pilote selon la revendication 14 ou 15.
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