EP1480776A1 - Procede d oxycoupage plasma des metaux ferreux - Google Patents

Procede d oxycoupage plasma des metaux ferreux

Info

Publication number
EP1480776A1
EP1480776A1 EP03712260A EP03712260A EP1480776A1 EP 1480776 A1 EP1480776 A1 EP 1480776A1 EP 03712260 A EP03712260 A EP 03712260A EP 03712260 A EP03712260 A EP 03712260A EP 1480776 A1 EP1480776 A1 EP 1480776A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
plasma
jet
cutting
gas flow
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Withdrawn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
EP03712260A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Frédéric Camy-Peyret
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.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
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 Air Liquide SA, LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP1480776A1 publication Critical patent/EP1480776A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K10/00—Welding or cutting by means of a plasma
    • 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
    • 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
    • H05H1/3452—Supplementary electrodes between cathode and anode, e.g. cascade
    • 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
    • H05H1/3457—Nozzle protection devices

Definitions

  • the present invention relates to a process for thermal cutting of unalloyed or low alloyed steels, typically containing less than 5% by mass of alloying elements, by a jet of cutting oxygen associated with annular heating by plasma arc.
  • the document WO-A-00/37207 describes a thermal cutting process, in which a jet of annular electric arc plasma, of regulated intensity, is established between an electrode hollowed out in its center, so as to form a channel , cutting gas, usually oxygen, and the workpiece.
  • the electrode may or may not include an emissive insert, for example made of hafnium or tungsten depending on whether the plasr ⁇ agene gas used is respectively oxidizing like oxygen or air, or neutral like argon or nitrogen.
  • the plasma arc is used to locally bring the workpiece to a temperature sufficient for the combustion reaction of iron in oxygen to begin, this step being known as the priming or preheating step.
  • the part After localized heating of the part by the plasma jet and initiation of the reaction elicited, the part is pierced by the dynamic action of the cutting oxygen jet supplied by the central channel arranged in the electrode, which oxygen jet cutter ejects the molten metal under the workpiece. This step is called drilling.
  • the central channel of the electrode has a convergent-divergent profile so that the oxygen jet at the outlet of the nozzle is at supersonic speed and at pressure adapted to ambient pressure, these characteristics allowing an efficient ejection of the molten metal.
  • the plasma arc is confined between the central oxygen jet leaving the central channel of the electrode and the walls of the orifice of the nozzle arranged opposite the electrode in such a way that the central channel of the the electrode and the orifice of the nozzle are coaxial.
  • the actual cutting of the part is obtained by relative movement of the part which has just been pierced and of the oxygen-plasma cutting torch.
  • the intensity of the arc current can be reduced to a value just sufficient to maintain the oxy-combustion reaction.
  • the nozzle and the electrode are cooled by internal circulation of heat transfer fluid, such as water or air, to avoid their deterioration too quickly due to thermal stresses.
  • heat transfer fluid such as water or air
  • the attachment of the electric arc is preferably done near the end stop of the cutting channel of the electrode. This edge heats up, oxidizes and erodes under the action of the arc foot, which degrades the quality and symmetry of the cutting oxygen jet, therefore degrades the quality of the cutting edges.
  • the plasma jet is entrained, by a venturi effect, by the supersonic oxygen jet and the anode arc foot preferably hooks onto the upper edge of the cutting groove which is degraded by this additional fusion.
  • the solution of the invention is then a method of implementing a plasma-cutting oxygen installation of a metal part containing at least one ferrous material, in particular iron, comprising:
  • a central nozzle for delivering a cutting gas flow containing oxygen, said cutting gas flow passing inside said central nozzle,
  • an intermediate nozzle acting as an electrode arranged coaxially with the central nozzle, for delivering a first jet of annular plasma gas, said first jet of annular plasma gas traveling in the space between the central nozzle and said intermediate nozzle,
  • a peripheral nozzle for delivering a second jet of annular plasma gas, arranged coaxially with the intermediate nozzle, said second jet of plasma annular gas traveling in the space situated between the intermediate nozzle and peripheral nozzle, in which:
  • a localized preheating of a priming zone of a metal part to be cut is carried out by subjecting said priming zone to at least one jet of preheating plasma, said plasma formed by an electric arc established in a flux gaseous produced by combining the first jet of annular plasma gas and the second jet of annular plasma gas,
  • step (b) at least part of the priming zone at least preheated in step (a) is subjected to the cutting gas flow containing oxygen delivered by the central nozzle,
  • step (c) drilling is carried out over the entire thickness of the part to be cut, in at least part of the initiation zone subjected to preheating in step (a), by melting and / or by combustion of the ferrous material contained in said metal part by reaction of said ferrous material under the effect of the oxidizing gas flow and the plasma jet, (d) the plasma jet and the oxidizing gas flow are simultaneously displaced along a cutting trajectory to make a cutting groove through said piece by melting and / or by combustion of the ferrous material contained in the metal piece at least by reaction of said ferrous material with at least said oxidizing gas flow, and in which the nozzle is electrically isolated from the electrode and from any part of the installation at the same potential as the electrode.
  • the method of the invention may include one or more of the following technical characteristics:
  • step (c) The drilling carried out in step (c) is obtained by reaction of said ferrous material with at least said oxidizing gas flow or with said plasma jet.
  • step (c) the intensity of the arc current, during the ignition phase of step (a) and drilling of step (c), is adjusted to a value between 1 and 1000 A.
  • the priming zone is preheated in step (a) to a temperature between 1000 ° C and 1500 ° C, preferably from 1200 ° C to 1400 ° C, more preferably of the order of 1300 ° C at 1350 ° C.
  • the preheating time is between 0.001 and 2 seconds, preferably 0.01 and 1.5 seconds.
  • the oxidizing gas flow is oxygen or a gas mixture containing oxygen, in particular air or air enriched with oxygen. - during cutting, each portion of the cutting trajectory is subjected to the plasma jet and to the oxidizing gas flow, most of the melting and / or combustion of the material along said cutting trajectory being ensured mainly by reaction of the iron with the oxidizing gas flow.
  • the plasma jet and the oxidizing gas flow are delivered coaxially or convergently.
  • the cutting groove is made by displacement at an approximately constant cutting speed of said plasma jet and oxidizing gas flow relative to the metal part.
  • the first annular plasma jet delivered by the intermediate nozzle and the second annular plasma jet delivered by the peripheral nozzle are non-oxidizing gases or gas mixtures, preferably argon, nitrogen or helium, or their mixtures.
  • the intermediate nozzle acting as an electrode comprises an annular emissive insert of refractory material, preferably of tungsten comprising an additive.
  • the central nozzle, the intermediate nozzle and the peripheral nozzle are concentric and coaxial.
  • the central nozzle is made of an insulating material, preferably a ceramic based on alumina or silicon nitride.
  • the electric arc used to generate the plasma jet is established between the electrode and the part to be cut during the priming and drilling phases, then established between the electrode and the nozzle during the cutting phase.
  • the invention is therefore based on a separation of the functions for hooking the arc by the electrode 2, on the one hand, and for supplying oxygen by the nozzle 1, on the other hand part, by electrically insulating the nozzle 1 from the electrode 2 and from any part of the installation at the same potential as the electrode.
  • a nozzle made of a conductive material for example an alloy based on copper or zinc
  • an insulating material for example a plastic or a ceramic
  • a nozzle made of insulating material preferably a ceramic, for example a ceramic based on silicon nitride or a ceramic based on alumina.
  • a first annular flow of plasma gas 13 between the nozzle 1 and the electrode 2 while injecting a second flow of plasma gas 11 between the electrode 2 and the nozzle. 3.
  • the injection of the plasma gas flows 11, 13 can be carried out in a vortex mode, more or less marked, or purely axial so as to control the rotation of the cathode arc foot on the surface of the annular electrode and to stabilize the plasma column.
  • the direct current generator can be used in so-called “direct” polarity, as shown diagrammatically in FIG. 2, that is to say with the work piece connected to the positive pole (+) of the generator and the work in place of anode, or, conversely, in polarity called “indirect”, that is to say with the work piece connected to the negative pole (-) of the generator, the work piece taking place then cathode.
  • the drilling of the workpiece 8 is obtained by first maintaining the arc plasma established between the nozzle 2 and the workpiece 8 for a period of between 0.01 and 20 seconds, preferably between 0.1 and 2 seconds , for example approximately 0.5 seconds, then at the end of said duration and at an instant immediately before the start of the cutting operation proper, of the closing of the contact 5 and of the opening of the contact 6 so as to make a blown arc plasma. Cutting is then continued by heating the work piece only with this jet of blown arc plasma.
  • the transfer of energy to the workpiece is more evenly distributed around the cutting groove and the upper edge of the cutting groove has an improved profile, the fusion of the cut is reduced, that is, the angle between the surface of the sheet and the cutting face is closer to the right angle.
  • a cathode 2 comprising an annular emissive insert 9 made of refractory material, such as tungsten, preferably made of tungsten comprising an additive, said additive chosen from lanthanum hexaboride (LaB 6 ) or rare earth oxides such as thorium oxide (Th0 2 ), cerium oxide (Ce0 2 ), lanthanum oxide (La 2 0 3 ), driumttrium oxide (Y 2 0 3 ) or zirconium oxide (Zr0 2) , said additive in a concentration of less than 5% by weight, preferably from 0.05% to 3%, for example around 2%.
  • the plasma gases 11 and 13 are non-oxidizing gas or gas mixtures, preferably neutral or inert gases, such as argon, nitrogen or helium, used alone or as a mixture.
  • the regulation and the regulation of the intensity of the arc plasma current is done according to the thickness of the workpiece, the nature of the material of the workpiece, the cutting speed, the height the cutting torch and the phase in which the cycle is located.
  • the intensity of the arc current during the ignition and drilling phase to a value between 1 and 1000 amperes, for example from 7 to 100 A for thicknesses of 1 and 2000 mm, 15 to 30 A for thicknesses between 10 and 100 mm.
  • a value between 1 and 1000 amperes for example from 7 to 100 A for thicknesses of 1 and 2000 mm, 15 to 30 A for thicknesses between 10 and 100 mm.
  • the intensity of the arc current during the cutting phase is also adjusted to a value between 1 and 1000 A, for example from 5 to 100 A for thicknesses of 1 and 2000 mm, or from 10 to 20 A for thicknesses of 10 and 100 mm. Thus, one can choose an intensity of 14 A for a piece of 80 mm.
  • the arc plasma jet is stabilized and controlled independently of the cutting oxygen jet which retains its characteristics over time, independently of the state of wear of the electrode.
  • a refractory electrode can be used in a neutral atmosphere because thus the service life of the electrode is significantly increased, the consistency of the quality of cut is improved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

Procédé de mise en oeuvre d'une installation d'oxycoupage-plasma de pièce métallique contenant au moins un matériau ferreux comportant une buse centrale (1) pour délivrer un flux gazeux de coupage contenant de l'oxygène, une buse intermédiaire (2) faisant office d'électrode (9), agencée coaxialement à la buse centrale (1), pour délivrer un premier jet de plasma annulaire, et une buse périphérique (3) pour délivrer un deuxième jet de plasma annulaire, agencée coaxialement à la buse intermédiaire (2). La pièce est soumise à un préchauffage localisé d'une zone d'amorçage, à un perçage selon toute l'épaisseur de la pièce à découper, puis à un découpage selon une saignée de coupe désirée. Durant le procédé, on isole électriquement la buse (1) de l'électrode (2) et de toute pièce de l'installation au même potentiel que l'électrode.

Description

Procédé d'oxycoupage plasma des métaux ferreux
La présente invention concerne un procédé de découpe thermique des aciers non alliés ou faiblement alliés, contenant typiquement moins de 5% en masse d'éléments d'alliage, par un jet d'oxygène de coupe associé à un chauffage annulaire par arc plasma. Le document WO-A-00/37207 décrit un procédé de découpe thermique, dans lequel un jet de plasma d'arc électrique annulaire, d'intensité régulée, est établi entre une électrode évidée en son centre, de manière à former un canal, d'amenée de gaz de coupe, en général de l'oxygène, et la pièce à couper. L'électrode peut comporter ou non un insert émissif, par exemple en hafnium ou en tungstène selon que le gaz plasrηagène utilisé est respectivement oxydant comme l'oxygène ou l'air, ou neutre comme l'argon ou l'azote.
L'arc plasma sert à porter localement la pièce à couper à une température suffisante pour que la réaction de combustion du fer dans l'oxygène puisse débuter, cette étape étant connue sous le nom d'étape d'amorçage ou de préchauffage.
Après chauffage localisé de la pièce par le jet de plasma et amorçage de la réaction suscitée, la pièce est percée par l'action dynamique du jet d'oxygène de coupe amené par le canal central aménagé dans l'électrode, lequel jet d'oxygène de coupe éjecte le métal en fusion sous la pièce. Cette étape est dénommée perçage. Le canal central de l'électrode présente un profil convergent-divergent pour que le jet d'oxygène à la sortie de la buse soit à vitesse supersonique et à pression adaptée à la pression ambiante, ces caractéristiques permettant une éjection efficace du métal fondu.
Par ailleurs, l'arc plasma est confiné entre le jet central d'oxygène sortant du canal central de l'électrode et les parois de l'orifice de la tuyère aménagée en regard de l'électrode de telle manière que le canal central de l'électrode et l'orifice de la tuyère soient coaxiaux.
Après amorçage de la réaction d'oxy-combustion et perçage de la pièce de travail, la découpe proprement dite de la pièce est obtenue par mouvement relatif de la pièce qui vient d'être percée et de la torche d'oxycoupage-plasma. Dans le même temps, l'intensité du courant d'arc peut être réduite à une valeur juste suffisante pour entretenir la réaction d'oxy-combustion.
Habituellement, la tuyère et l'électrode sont refroidies par circulation interne de fluide caloporteur, tel que de l'eau ou de l'air, pour éviter leur détérioration trop rapide du fait des contraintes thermiques. Toutefois, lors de la mise en œuvre du procédé et de l'installation décrits par ce document, les problèmes suivants sont apparus.
Tout d'abord, il a été constaté que l'accrochage de l'arc électrique se fait préférentiellement à proximité de l'arrête terminale du canal de coupe de l'électrode. Cette arrête s'échauffe, s'oxyde et s'érode sous l'action du pied d'arc, ce qui dégrade la qualité et la symétrie du jet d'oxygène de coupe, donc dégrade la qualité des bords de coupe.
Ensuite, le jet plasma est entraîné, par effet venturi, par le jet d'oxygène supersonique et le pied d'arc anodique s'accroche preferentiellement sur l'arrête supérieure de la saignée de coupe qui est dégradée par cette fusion additionnelle.
Enfin, l'arc électrique, et par conséquent le transfert d'énergie à la pièce, n'est pas toujours très stable avec une injection axiale de gaz plasmagene, ce qui nuit à la constance de la qualité de coupe, en donnant aux bords de coupe un aspect irrégulier. Le problème qui se pose est alors de pouvoir améliorer la qualité et la constance de la qualité de coupe obtenue, lors de la mise en œuvre d'un procédé d'oxycoupage avec préchauffage/amorçage par jet de plasma tel que décrit par le document WO-A- 00/37207.
La solution de l'invention est alors un procédé de mise en œuvre d'une installation d'oxycoupage-plasma de pièce métallique contenant au moins un matériau ferreux, en particulier du fer, comportant :
- une buse centrale pour délivrer un flux gazeux de coupage contenant de l'oxygène, ledit flux gazeux de coupage cheminant à l'intérieur de ladite buse centrale,
- une buse intermédiaire faisant office d'électrode, agencée coaxialement à la buse centrale, pour délivrer un premier jet de gaz plasmagene annulaire, ledit premier jet de gaz plasmagene annulaire cheminant dans l'espace situé entre la buse centrale et ladite buse intermédiaire,
- une buse périphérique pour délivrer un deuxième jet de gaz plasmagene annulaire, agencée coaxialement à la buse intermédiaire, ledit deuxième jet de gaz plasmagene annulaire cheminant dans l'espace situé entre la buse intermédiaire et buse périphérique, dans lequel:
(a) on réalise un préchauffage localisé d'une zone d'amorçage d'une pièce métallique à couper en soumettant ladite zone d'amorçage à au moins un jet de plasma de préchauffage, ledit plasma formé par un arc électrique établi dans un flux gazeux réalisé par combinaison du premier jet de gaz plasmagene annulaire et du deuxième jet de gaz plasmagene annulaire,
(b) on soumet au moins une partie de la zone d'amorçage au moins préchauffée à l'étape (a) au flux gazeux de coupage contenant de l'oxygène délivré par la buse centrale,
(c) on réalise un perçage selon toute l'épaisseur de la pièce à découper, dans au moins une partie de la zone d'amorçage soumise au préchauffage de l'étape (a), par fusion et/ou par combustion du matériau ferreux contenu dans ladite pièce métallique par réaction dudit matériau ferreux sous l'effet du flux gazeux oxydant et du jet de plasma, (d) on déplace simultanément le jet de plasma et le flux gazeux oxydant suivant une trajectoire de coupe pour réaliser une saignée de coupe à travers ladite pièce par fusion et/ou par combustion du matériau ferreux contenu dans la pièce métallique au moins par réaction dudit matériau ferreux avec au moins ledit flux gazeux oxydant, et dans lequel la buse est isolée électriquement de l'électrode et de toute pièce de l'installation au même potentiel que l'électrode.
Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes :
- le perçage réalisé à l'étape (c) est obtenu par réaction dudit matériau ferreux avec au moins ledit flux gazeux oxydant ou avec ledit jet de plasma.
- l'intensité du courant d'arc, pendant la phase d'amorçage de l'étape (a) et de perçage de l'étape (c), est réglée à une valeur comprise entre 1 et 1000 A.
- la zone d'amorçage est préchauffée à l'étape (a) à une température comprise entre 1000°C et 1500°C, de préférence de 1200°C à 1400°C, de préférence encore de l'ordre de 1300°C à 1350°C.
- la durée du préchauffage est comprise entre 0.001 et 2 secondes, de préférence de 0.01 et 1.5 seconde.
- le flux gazeux oxydant est de l'oxygène ou un mélange gazeux contenant de l'oxygène, notamment de l'air ou de l'air enrichi en oxygène. - durant la coupe, chaque portion de la trajectoire de coupe est soumise au jet de plasma et au flux gazeux oxydant, l'essentiel de la fusion et/ou de la combustion du matériau selon ladite trajectoire de coupe étant assuré principalement par réaction du fer avec le flux gazeux oxydant.
- le jet de plasma et le flux gazeux oxydant sont délivrés coaxialement ou de manière convergente.
- la saignée de coupe est réalisée par déplacement à une vitesse de coupe approximativement constante desdits jet de plasma et flux gazeux oxydant relativement à la pièce métallique.
- le premier jet de plasma annulaire délivré par la buse intermédiaire et le deuxième jet de plasma annulaire délivré par la buse périphérique sont des gaz ou mélanges gazeux non oxydants, de préférence de l'argon, de l'azote ou de l'hélium, ou leurs mélanges.
- la buse intermédiaire faisant office d'électrode comporte un insert annulaire émissif en matériau réfractaire, de préférence en tungstène comprenant un additif.
- la buse centrale, la buse intermédiaire et la buse périphérique sont concentriques et coaxiales.
- la buse centrale est en matériau isolant, de préférence une céramique à base d'alumine ou de nitrure de silicium. - l'arc électrique servant à générer le jet de plasma est établi entre l'électrode et la pièce à découper pendant les phases d'amorçage et de perçage, puis établi entre l'électrode et la tuyère pendant la phase de découpe.
Comme schématisé sur la figure 2, l'invention repose donc sur une séparation des fonctions d'accrochage de l'arc par l'électrode 2, d'une part, et d'amenée d'oxygène par la buse 1, d'autre part, en isolant électriquement la buse 1 de l'électrode 2 et de toute pièce de l'installation au même potentiel que l'électrode.
On peut à cet effet, soit utiliser une buse en matériau conducteur, par exemple un alliage à base de cuivre ou de zinc, et assembler cette buse à' la torche par le biais d'un matériau isolant, par exemple un plastique ou une céramique, soit utiliser directement une buse en matériau isolant, preferentiellement une céramique, par exemple une céramique à base de nitrure de silicium ou une céramique à base d'alumine. Pour éloigner l'arc de la buse, on peut injecter un premier flux annulaire de gaz plasmagene 13 entre la buse 1 et l'électrode 2, tout en injectant un second flux de gaz plasmagene 11 entre l'électrode 2 et la tuyère. 3. La réalisation de l'injection des flux de gaz plasmagènes 11, 13 peut se faire suivant un mode tourbillonnaire, plus ou moins marqué, ou purement axial de manière à contrôler la rotation du pied d'arc cathodique sur la surface de l'électrode annulaire et à stabiliser la colonne plasma.
L'utilisation du générateur de courant continu peut se faire en polarité dite "directe", comme schématisé sur la figure 2, c'est-à-dire avec la pièce de travail reliée au pôle positif (+) du générateur et la pièce de travail tenant lieu d'anode, ou, à l'inverse, en polarité dite "indirecte", c'est-à-dire avec la pièce de travail reliée au pôle négatif (-) du générateur, la pièce de travail tenant lieu alors de cathode.
L'établissement, pour les opérations d'amorçage, de perçage et de découpe, du plasma d'arc entre l'électrode 2 et la tuyère 3 se faisant en maintenant le contact 6 ouvert et le contact 5 fermé, le plasma étant alors soufflé par les flux de gaz plasmagene
11 et 13, en particulier principalement par le flux 11, de manière à chauffer la pièce de travail sans que celle-ci ne tiennent lieu d'électrode, de manière à créer un arc "soufflé".
La réalisation du perçage de la pièce de travail 8 s'obtient en maintenant d'abord le plasma d'arc établi entre la tuyère 2 et la pièce de travail 8 pendant une durée comprise entre 0.01 et 20 secondes, preferentiellement entre 0.1 et 2 secondes, par exemple environ 0.5 secondes, puis à l'échéance de ladite durée et à un instant immédiatement avant le début de l'opération de découpe à proprement parler, de la fermeture du contact 5 et de l'ouverture du contact 6 de manière à réaliser un plasma d'arc soufflé. On poursuit ensuite la découpe en chauffant la pièce de travail uniquement par ce jet de plasma d'arc soufflé. Ainsi, le transfert d'énergie à la pièce à découper est réparti de manière plus homogène autour de la saignée de découpe et l'arrête supérieure de la saignée de découpe présente un profil amélioré, la fusion d'arrêté est diminuée, c'est-à-dire que l'angle entre la surface de la tôle et la face de coupe est plus proche de l'angle droit.
Dans le cas d'un fonctionnement en polarité dite directe, on peut utiliser une cathode 2 comportant un insert annulaire émissif 9 en matériau réfractaire, tel le tungstène, preferentiellement en tungstène comprenant un additif, ledit additif choisi parmi l'hexaborure de lanthane (LaB6) ou les oxydes de terres rares tel l'oxyde de thorium (Th02), l'oxyde de Cérium (Ce02), l'oxyde de Lanthane (La203), l'oxyde dΥttrium (Y203) ou l'oxyde de zirconium (Zr02), ledit additif en concentration inférieure à 5% en poids, preferentiellement de 0.05% à 3%, par exemple environ 2%. Les gaz plasmagènes 11 et 13 sont des gaz ou mélanges gazeux non oxydants, preferentiellement des gaz neutres ou inertes, tel de l'argon, de l'azote ou de l'hélium, utilisés seuls ou en mélange.
Le réglage et la régulation de l'intensité du courant du plasma d'arc se fait en fonction de l'épaisseur de la pièce de travail, de la nature du matériau de la pièce de travail, de la vitesse de découpe, de la hauteur de la torche de découpe et de la phase dans laquelle se trouve le cycle.
Par exemple, le réglage de l'intensité du courant d'arc pendant la phase d'amorçage et de perçage à une valeur comprise entre 1 et 1000 Ampères, par exemple de 7 à 100 A pour les épaisseurs de 1 et 2000 mm, de 15 à 30 A pour les épaisseurs entre 10 et 100 mm. Ainsi, on peut choisir une intensité de 25 A pour une pièce de 80 mm.
On règle, par ailleurs, l'intensité du courant d'arc pendant la phase de découpe à une valeur comprise entre 1 et 1000 A, par exemple de 5 à 100 A pour les épaisseurs de 1 et 2000 mm, ou de 10 à 20 A pour les épaisseurs de 10 et 100 mm. Ainsi, on peut choisir une intensité de 14 A pour une pièce de 80 mm.
Le jet de plasma d'arc est stabilisé et contrôlé indépendamment du jet d'oxygène de coupe qui garde ses caractéristiques au cours du temps, indépendamment de l'état d'usure de l'électrode.
On peut utiliser une électrode réfractaire sous atmosphère neutre car ainsi la durée de vie de l'électrode est nettement augmentée, la constance de la qualité de coupe est améliorée.

Claims

Revendications
1. Procédé de mise en œuvre d'une installation d'oxycoupage-plasma de pièce' métallique contenant au moins un matériau ferreux, en particulier du fer, comportant :
- une buse centrale (1) pour délivrer un flux gazeux de coupage contenant de l'oxygène, ledit flux gazeux de coupage cheminant à l'intérieur de ladite buse centrale
(1),
- une buse intermédiaire (2) faisant office d'électrode (9), agencée coaxialement à la buse centrale (1), pour délivrer un premier jet de gaz plasmagene annulaire, ledit premier jet de gaz plasmagene annulaire cheminant dans l'espace situé entre la buse centrale (1) et ladite buse intermédiaire (2),
- une buse périphérique (3) pour délivrer un deuxième jet de gaz plasmagene annulaire, agencée coaxialement à la buse intermédiaire (2), ledit deuxième jet de gaz plasmagene annulaire cheminant dans l'espace situé entre la buse intermédiaire (2) et buse périphérique (3), dans lequel:
(a) on réalise un préchauffage localisé d'une zone d'amorçage d'une pièce métallique à couper en soumettant ladite zone d'amorçage à au moins un jet de plasma de préchauffage, ledit plasma formé par un arc électrique établi dans un flux gazeux réalisé par combinaison du premier jet de gaz plasmagene annulaire et du deuxième jet de gaz plasmagene annulaire,
(b) on soumet au moins une partie de la zone d'amorçage au moins préchauffée à l'étape (a) au flux gazeux de coupage contenant de l'oxygène délivré par la buse centrale (1),
(c) on réalise un perçage selon toute l'épaisseur de la pièce à découper, dans au moins une partie de la zone d'amorçage soumise au préchauffage de l'étape (a), par fusion et/ou par combustion du matériau ferreux contenu dans ladite pièce métallique par réaction dudit matériau ferreux sous l'effet du flux gazeux oxydant et du jet de plasma, (d) on déplace simultanément le jet de plasma et le flux gazeux oxydant suivant une trajectoire de coupe pour réaliser une saignée de coupe à travers ladite pièce par fusion et/ou par combustion du matériau ferreux contenu dans la pièce métallique au moins par réaction dudit matériau ferreux avec au moins ledit flux gazeux oxydant, et dans lequel la buse (1) est isolée électriquement de l'électrode (2) et de toute pièce de l'installation au même potentiel que l'électrode.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le perçage réalisé à l'étape (c) est obtenu par réaction dudit matériau ferreux avec au moins ledit flux gazeux oxydant ou avec ledit jet de plasma.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'intensité du courant d'arc, pendant la phase d'amorçage de l'étape (a) et de perçage de l'étape (c), est réglée à une valeur comprise entre 1 et 1000 A.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la zone d'amorçage est préchauffée à l'étape (a) à une température comprise entre 1000°C et 1500°C, de préférence de 1200°C à 1400°C, de préférence encore de l'ordre de 1300°C à 1350°C et/ou en ce que la durée du préchauffage est comprise entre 0.001 et 2 secondes, de préférence de 0.01 et 1.5 seconde.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le flux gazeux oxydant est de l'oxygène ou un mélange gazeux contenant de l'oxygène, notamment de l'air ou de l'air enrichi en oxygène.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, durant la coupe, chaque portion de la trajectoire de coupe est soumise au jet de plasma et au flux gazeux oxydant, l'essentiel de la fusion et/ou de la combustion du matériau selon ladite trajectoire de coupe étant assuré principalement par réaction du fer avec le flux gazeux oxydant.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le jet de plasma et le flux gazeux oxydant sont délivrés coaxialement ou de manière convergente.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la saignée de coupe est réalisée par déplacement à une vitesse de coupe approximativement constante desdits jet de plasma et flux gazeux oxydant relativement à la pièce métallique.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le premier jet de plasma annulaire (11) délivré par la buse intermédiaire (2) et le deuxième jet de plasma annulaire (13) délivré par la buse périphérique (3) sont des gaz ou mélanges gazeux non oxydants, de préférence de l'argon, de l'azote ou de l'hélium, ou leurs mélanges.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9., caractérisé en ce que la buse intermédiaire (2) faisant office d'électrode comporte un insert annulaire émissif (9) en matériau réfractaire, de préférence en tungstène comprenant un additif.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la buse centrale (1), la buse intermédiaire (2) et la buse périphérique (3) sont concentriques et coaxiales.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la buse centrale (1) est en matériau isolant, de préférence une céramique à base d'alumine ou de nitrure de silicium.
13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12 , caractérisé en ce que l'arc électrique servant à générer le jet de plasma est établi entre l'électrode (2) et la, pièce à découper (8) pendant les phases d'amorçage et de perçage, puis établi entre l'électrode (2) et la tuyère (3) pendant la phase de découpe.
EP03712260A 2002-02-20 2003-01-17 Procede d oxycoupage plasma des metaux ferreux Withdrawn EP1480776A1 (fr)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0202140A FR2836079B1 (fr) 2002-02-20 2002-02-20 Procede d'oxycoupage plasma des metaux ferreux
FR0202140 2002-02-20
PCT/FR2003/000156 WO2003070413A1 (fr) 2002-02-20 2003-01-17 Procede d'oxycoupage plasma des metaux ferreux

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1480776A1 true EP1480776A1 (fr) 2004-12-01

Family

ID=27636336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP03712260A Withdrawn EP1480776A1 (fr) 2002-02-20 2003-01-17 Procede d oxycoupage plasma des metaux ferreux

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1480776A1 (fr)
FR (1) FR2836079B1 (fr)
WO (1) WO2003070413A1 (fr)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3246115A (en) * 1963-06-03 1966-04-12 Giannini Scient Corp Arc compounded combustion and flame arrangement
FR2171469A5 (fr) * 1972-02-01 1973-09-21 Air Liquide
US5247152A (en) * 1991-02-25 1993-09-21 Blankenship George D Plasma torch with improved cooling
FR2703557B1 (fr) * 1993-03-29 1995-05-05 Soudure Autogene Francaise Torche plasma et procédé de mise en Óoeuvre pour le gougeage de pièces.
FR2787363B1 (fr) * 1998-12-22 2001-01-19 Soudure Autogene Francaise Procede d'oxycoupage avec prechauffage par plasma de materiaux ferreux, tels les aciers de construction

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO03070413A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2003070413A8 (fr) 2004-10-21
FR2836079A1 (fr) 2003-08-22
WO2003070413A1 (fr) 2003-08-28
FR2836079B1 (fr) 2004-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3285174B2 (ja) プラズマ切断方法及びその装置
EP0415858B1 (fr) Réacteur à plasma pour le traitement de matériaux à très haute température
JPH06226451A (ja) プラズマ切断方法および切断装置
US5801355A (en) Plasma piercing with non-oxidative plasma gas and plasma cutting with oxidative plasma gas
CA2460094A1 (fr) Procede de soudage hybride laser-arc avec ajustage des debits de gaz
CH668019A5 (fr) Electrode metallique tubulaire a ame et utilisation de cette electrode pour le coupage a l'arc des metaux.
EP0155254B1 (fr) Torche à plasma à arc électrique
US20080302767A1 (en) Plasma Cutting Machine
FR2852541A1 (fr) Procede de coupage plasma avec double flux de gaz
EP1140412B1 (fr) Procede d'oxycoupage avec prechauffage par plasma de materiaux ferreux, tels les aciers de construction
CS204664B1 (en) Non-consumable electrode for the plasma welding and method of making the same
US6093905A (en) Process for operating a plasma arc torch
US5857888A (en) Method of manufacturing a plasma torch eletrode
EP1480776A1 (fr) Procede d oxycoupage plasma des metaux ferreux
CA2330069A1 (fr) Methode et appareil pour augmenter la duree de vie de l'electrode fusible dans le coupage a arc plasma
CA2212666A1 (fr) Procede de decoupage par plasma
US6069336A (en) Plasma or TIG welding or cutting process with a non-oxidizing gas having a low H2 O and/or O2 impurity content
CH358168A (fr) Four électrique à arc et utilisation de ce four
FR2738517A1 (fr) Procede et melange gazeux pour le soudage a l'arc de pieces en aluminium
CA2212471C (fr) Methode de formation d'une anode de ceramique d'oxyde dans un reacteur a arc de plasma
EP0897770A1 (fr) Procédé de réchauffage d'un métal liquide dans un répartiteur de coulée continue au moyen d'une torche à plasma, et répartiteur pour sa mise en oeuvre
EP0834049B1 (fr) Procede de fusion d'une charge dans un four electrique a arc
JPH1027687A (ja) プラズマ溶融炉
JPH085247A (ja) プラズマ式溶融炉
EP1181126B1 (fr) Procede et installation automatique de soudage multiplasma

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20040812

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PT SE SI SK TR

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: CAMPY-PEYRET, FREDERIC

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20060301