EP2293655A1 - Bague flottante multifonction pour torche plasma - Google Patents

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EP2293655A1
EP2293655A1 EP10170565A EP10170565A EP2293655A1 EP 2293655 A1 EP2293655 A1 EP 2293655A1 EP 10170565 A EP10170565 A EP 10170565A EP 10170565 A EP10170565 A EP 10170565A EP 2293655 A1 EP2293655 A1 EP 2293655A1
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EP
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ring
torch
torch head
head
rotation
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EP10170565A
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EP2293655B1 (fr
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Mickaël Desclides
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Lincoln Electric Co France SA
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Air Liquide Welding France
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Publication date
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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
    • H05H1/3423—Connecting means, e.g. electrical connecting means or fluid connections

Definitions

  • the invention relates to a plasma torch with removable head, the rapid assembly and disassembly on the base or torch body is by means of a multifunction floating ring.
  • Plasma cutting torches with removable heads comprise two main parts that can be assembled or assembled from each other, namely a base or torch body which is usually fixed on a structure, such as a carrier frame provided with a movable beam for example, and a nose or torch head which is removable.
  • plasma cutting torches with removable heads are notably known from the documents EP-A-599709 , GB-A-2091594 , EP-A-801882 and EP-A-941018 .
  • the base or torch body is an interface between the electrical generator, the high frequency and high voltage box necessary for the arc ignition, the gas control box and the cooling system.
  • the pipes and electrical wires coming from the different elements converge towards the base which groups together the various fluid inlets and outlets, namely cooling liquid, plasma gas and protective gas, as well as the electrical connections for the cathode and the electrodes. boot and driver circuits.
  • the nose or head of the torch contains the consumables of the torch, namely an electrode, an upstream gas diffuser, an upstream nozzle, a gas downstream diffuser and a downstream nozzle, as well as the internal distribution circuits of the gases and the cooling liquid.
  • the other torch head which has just been disengaged from the torch body, that is to say from the base , can be dismantled, used consumables can be extracted and replaced by new consumables.
  • the head will be ready to be reassembled when the life limit of consumables of the other head will be reached.
  • the assembly / disassembly of a torch head on a torch body is done by means of a ring, generally threaded, which makes it possible to fix the torch head to the base and whose This tightness ensures the tightness of the connections of the fluid conduits and the good contact between the electrical connections.
  • This outer cap serves to provide mechanical protection of the consumables, in particular against molten metal projections expelled during cutting, and also allows correct vertical stacking of different consumables in the torch.
  • removing the cap from a plasma torch head is an operation that can prove to be laborious for the operator because the ring rotates freely around the outer wall of the torch head and this rotation hinders the operator when he unscrews the cap manually. Indeed, there is little free space to put your hands on the head of the torch, which does not allow a good grip to operate a tightening or loosening of the cap, that is to say to exercise a couple on the cap while holding the rest of the torch head, or vice versa.
  • the problem that arises is therefore to be able to easily and manually remove the outer cap of a plasma torch head without encountering the aforementioned problems, in particular the annoyance caused by the rotation of the clamping ring which is usually free to rotate around the peripheral wall of the torch head, when it is detached from the torch body.
  • a plasma cutting torch head comprising an upstream end and a downstream end, and a fixing ring movable in rotation and in translation at least at the upstream end of said torch head, characterized in that that the fixing ring further comprises coupling means adapted to and designed to cooperate with receiving means arranged on the torch head for securing the ring to said head so as to prevent any rotation of the ring around the head torch.
  • the invention also relates to an assembly formed of a plasma cutting torch head according to the invention secured to a plasma torch body by means of the fixing ring, preferably the torch body is arranged on a frame. carrier or a robot arm.
  • the invention also relates to a plasma jet cutting method, in which is implemented a torch head according to the invention or a head / body assembly according to the invention.
  • a plasma cutting method is particularly well suited to the cutting of metal materials, in particular sheets or plates of carbon steel, stainless steel, aluminum or aluminum alloy.
  • the figure 1 represents a detachable head 1 plasma cutting torch according to the invention shown in assembled position on a torch body 2, also called base.
  • the attachment of the head 1 to the body 2 is made by screwing on the upstream side 1a of the torch head 1, thanks to a threaded metal ring 3, cooperating with a thread arranged on the body 2 torch.
  • a threaded metal ring 3 cooperating with a thread arranged on the body 2 torch.
  • fastening systems such as bayonet fasteners for example.
  • the ring 3 is normally free and mobile in rotation around the outer peripheral wall of the torch head 1, that is to say around the main axis 7 of the torch, and also in translation along the axis 7 of the torch, which allows to position it correctly so as to cooperate with the thread carried by the body 2 and thus ensure the mounting of the torch head 1 on said body 2.
  • the ring 3 comprises coupling means, such as one or more expansions 5, adapted to and designed to cooperate with receiving means 6, arranged on the torch head to secure the ring to said head so as to prevent rotation of the ring 3 around the torch head 1.
  • coupling means such as one or more expansions 5, adapted to and designed to cooperate with receiving means 6, arranged on the torch head to secure the ring to said head so as to prevent rotation of the ring 3 around the torch head 1.
  • the ring 4 comprises one or more expansions 5 projecting towards the downstream part 1b of the head 1 of the torch, that is to say in the direction of the cap 4, and cooperating with the head 1 of the torch so as to ensure the rotational locking of the ring 4 around the head 1.
  • the ring 3 may comprise between 2 and 10 expansions 5 which coincide and cooperate, by translation, with receiving means, such as plates 6, housing or stops, arranged on the head 1 of the torch.
  • the ring 3 is positioned by translation and / or rotation so that the expansions 5 of the ring 3 coincide with plates 6 integrated in the head 1 of the torch. In this position, the ring 3 can no longer rotate about the axis 7 of the torch, which makes it easy to grip the torch head 1 and makes it possible to effectively tighten or loosen the cap 4 external on said head 1 of the torch.
  • the ring 3 and the expansions 5 are machined in a single block within a metal part.
  • the expansions are obtained by cutting and / or grinding said metal part.
  • the ring 3 made in general of an electrically conductive material, such as a metal, also makes it possible to ensure electrical continuity between the outside of the base 2 and the head 1 of the torch.
  • the metal casing of the ring 3 plays the role of "Faraday cage” by protecting the electronic environment, including digital control, human machine interface ..., electromagnetic radiation generated by the high-voltage signal and high frequency necessary to initiate the arc in such a torch. This has the effect of extending the shielding of electromagnetic radiation emitted by the high voltage (of the order of 10 kV) and the high frequency (of the order of 10 kHz).
  • the torch of the invention is particularly suitable for use in a method of plasma cutting metal materials, in particular sheets of carbon steel, stainless steel, aluminum or aluminum alloy.

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Abstract

L'invention porte sur une tête (1) de torche de coupage plasma comprenant une extrémité amont (1a) et une extrémité aval (1b), et une bague (3) de fixation mobile en rotation et en translation au moins au niveau de l'extrémité amont (1a) de ladite tête (1) de torche, caractérisée en ce que la bague (3) de fixation comporte en outre des moyens de couplage (5) aptes à et conçus pour coopérer avec des moyens de réception (6) agencés sur la tête (1) de torche pour solidariser la bague (3) à ladite tête (1) de manière à empêcher toute rotation de la bague (3) autour de la tête (1) de torche. Ensemble comprenant un corps de torche (2) auquel est raccordé une telle tête de torche (1) et son utilisation dans un procédé de coupage par jet de plasma.

Description

  • L'invention concerne une torche à plasma à tête démontable dont le montage et le démontage rapide sur l'embase ou corps de torche se fait au moyen d'une bague flottante multifonction.
  • Les torches de coupage plasma à tête démontable comportent deux parties principales pouvant être assemblées ou d'assemblées l'une de l'autre, à savoir une embase ou corps de torche qui est habituellement fixée sur une structure, tel un bâti-porteur muni d'une poutre mobile par exemple, et un nez ou tête de torche qui est amovible.
  • Des exemples de torches de coupage plasma à tête démontable sont notamment connus des documents EP-A-599709 , GB-A-2091594 , EP-A-801882 et EP-A-941018 .
  • L'embase ou corps de torche est une interface entre le générateur électrique, le boîtier haute fréquence et haute tension nécessaire à l'amorçage de l'arc, le boîtier de régulation des gaz et le système de refroidissement.
  • De ce fait, les tuyaux et fils électriques issus des différents éléments convergent vers l'embase qui regroupe les différentes entrées et sorties de fluides, à savoir liquide de refroidissement, gaz plasmagène et gaz protecteur, ainsi que les connections électriques pour la cathode et les circuits d'amorçage et pilote.
  • Le nez ou tête de la torche contient les consommables de la torche, à savoir une électrode, un diffuseur amont de gaz, une tuyère amont, un diffuseur aval de gaz et une tuyère aval, ainsi que les circuits internes de distribution des gaz et du liquide de refroidissement.
  • Ces différents consommables s'érodent plus ou moins rapidement, lors de l'utilisation de la torche, et il est nécessaire de les remplacer par des consommables neufs après, en général, quelques heures d'utilisation, par exemple après 2 heures ou plus de coupage.
  • Or, pouvoir séparer la tête de torche du corps de torche, c'est-à-dire de l'embase, est très pratique d'un point de vue de la productivité par rapport aux torches à tête non démontable car cela permet de préparer à l'avance une tête de torche comprenant des consommables neufs et de la raccorder au corps de torche immédiatement après démontage de la tête dont les consommables sont usés. Ceci se fait donc sans perte de temps et donc quasiment sans perte de productivité.
  • Ensuite, pendant que la tête de torche nouvellement montée sur le corps est utilisée pour réaliser une opération de découpe, l'autre tête de torche qui vient d'être désolidarisée du corps de torche, c'est-à-dire de l'embase, peut être démontée, les consommables usés peuvent en être extraits et remplacés par des consommables neufs. La tête sera donc prête à être remontée lorsque la limite de durée de vie des consommables de l'autre tête sera atteinte.
  • Le montage/démontage d'une tête de torche sur un corps de torche se fait au moyen d'une bague, en général filetée, qui permet de fixer la tête de torche à l'embase et dont le serrage assure l'étanchéité des raccords des conduits de fluides et le bon contact entre les raccords électriques.
  • Ensuite, pour remplacer les consommables, un opérateur doit d'abord retirer la coiffe externe, fixée à l'extrémité aval de la tête de torche. Cette coiffe externe sert à assurer une protection mécanique des consommables, notamment contre les projections de métal en fusion expulsées lors du coupage, et permet aussi un empilement vertical correct des différents consommables dans la torche.
  • Or, enlever la coiffe d'une tête de torche à plasma est une opération qui peut s'avérer laborieuse pour l'opérateur car la bague tourne librement autour de la paroi externe de la tête de torche et cette rotation gène l'opérateur lorsqu'il dévisse manuellement la coiffe. En effet, il y a peu d'espace libre où poser les mains sur la tête de la torche, ce qui ne permet pas une bonne prise pour opérer un serrage ou un desserrage de la coiffe, c'est-à-dire pour exercer un couple sur la coiffe en maintenant fixe le reste de la tête de torche, ou inversement.
  • Le problème qui se pose est dès lors de pouvoir démonter aisément et manuellement la coiffe externe d'une tête de torche à plasma sans rencontrer les problèmes susmentionnés, notamment la gêne engendrée par la rotation de la bague de serrage qui est habituellement libre en rotation autour de la paroi périphérique de la tête de torche, lorsque celle-ci est désolidarisée du corps de torche.
  • La solution de l'invention une tête de torche de coupage plasma comprenant une extrémité amont et une extrémité aval, et une bague de fixation mobile en rotation et en translation au moins au niveau de l'extrémité amont de ladite tête de torche, caractérisée en ce que la bague de fixation comporte en outre des moyens de couplage aptes à et conçus pour coopérer avec des moyens de réception agencés sur la tête de torche pour solidariser la bague à ladite tête de manière à empêcher toute rotation de la bague autour de la tête de torche.
  • Selon le cas, la tête de torche de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
    • la torche comporte un axe longitudinal et les moyens de couplage coopèrent avec des moyens de réception pour solidariser la bague à la tête de manière à empêcher toute rotation de la bague autour dudit axe de la tête de torche.
    • les moyens de couplage sont agencés au niveau du bord périphérique de la bague situé du côté de l'extrémité aval de la tête de torche. En d'autres termes, la bague vient se coupler à la tête de la torche de manière à ne plus être mobile en rotation autour de celle-ci, ce qui permet à l'opérateur de visser ou dévisser plus facilement la tête de l'embase.
    • les moyens de couplage agencés sur la bague comprennent au moins une expansion du bord de la bague se projetant axialement en direction de la partie aval de la tête de torche, de préférence plusieurs expansions du bord de la bague.
    • les moyens de réception agencés sur la tête de torche comprennent au moins un plat, au moins un logement ou au moins une butée aptes à coopérer avec ladite au moins une expansion de la paroi de la bague pour obtenir un blocage de la rotation de la bague sur la tête de torche, de préférence plusieurs logements ou butées.
    • la ou les expansions située au niveau du bord de la bague et se projetant axialement en direction de la partie aval de la tête de torche sont obtenues par usinage du matériau constitutif de la bague, en particulier par découpage ou par meulage du bord de la bague.
    • la bague comporte, en outre, au moins un filetage aménagé sur la surface intérieure servant à solidariser ladite tête de torche à un corps de torche.
    • la bague est au moins partiellement métallique.
    • les moyens de couplage viennent s'engager mécaniquement dans les moyens de réception pour bloquer la rotation de la bague.
    • elle comporte à son extrémité aval, une électrode, une tuyère et une coiffe de protection.
  • L'invention porte aussi sur un ensemble formé d'une tête de torche de coupage plasma selon l'invention solidarisée à un corps de torche à plasma au moyen de la bague de fixation, de préférence le corps de torche est agencé sur un bâti-porteur ou un bras de robot.
  • Par ailleurs, l'invention concerne également un procédé de coupage par jet de plasma, dans lequel on met en oeuvre une tête de torche selon l'invention ou un ensemble tête/corps selon l'invention. Un tel procédé de coupage plasma est particulièrement bien adapté à la découpe des matériaux métalliques, en particulier des tôles ou plaques en acier au carbone, en acier inoxydable, en aluminium ou en alliage d'aluminium.
  • La présente invention va être expliquée plus en détail en références aux figures annexées parmi lesquelles :
    • - la figure 1 schématise une torche de coupage plasma à tête démontable, selon l'invention, montrée en position assemblée sur un corps de torche,
    • - la figure 2 illustre le démontage de la torche à plasma de la figure 1, et
    • - la figure 3 schématise le blocage de la bague sur la tête de la torche de la figure 1.
  • La figure 1 représente une torche de coupage plasma à tête 1 démontable selon l'invention montrée en position assemblée sur un corps 2 de torche, encore appelé embase.
  • La fixation de la tête 1 au corps 2 se fait par vissage, du côté amont 1a de la tête de torche 1, grâce à une bague 3 métallique taraudée, venant coopérer avec un filetage aménagé sur le corps 2 de torche. Il existe d'autres systèmes de fixation équivalents, comme les systèmes de fixation à baïonnette par exemple.
  • La bague 3 est normalement libre et mobile en rotation autour de la paroi périphérique externe de la tête 1 de torche, c'est-à-dire autour de l'axe principal 7 de la torche, et aussi en translation le long de l'axe 7 de la torche, ce qui permet de la positionner correctement de manière à la faire coopérer avec le filetage porté par le corps 2 et assurer ainsi le montage de la tête de torche 1 sur ledit corps 2.
  • Selon la présente invention, la bague 3 comporte des moyens de couplage, telles une ou plusieurs expansions 5, aptes à et conçus pour coopérer avec des moyens de réception 6, agencés sur la tête de torche pour solidariser la bague à ladite tête de manière à empêcher toute rotation de la bague 3 autour de la tête 1 de torche.
  • Plus précisément, comme illustré sur les figures, dans le mode de réalisation présenté ici, la bague 4 comporte une ou plusieurs expansions 5 se projetant vers la partie aval 1b de la tête 1 de torche, c'est-à-dire en direction de la coiffe 4, et venant coopérer avec la tête 1 de la torche de manière à assurer le blocage en rotation de la bague 4 autour de la tête 1.
  • Par exemple, la bague 3 peut comprendre entre 2 et 10 expansions 5 qui viennent coïncider et coopérer, par translation, avec des moyens de réception, tels des plats 6, des logements ou des butées, aménagés sur la tête 1 de la torche.
  • En fait, en bloquant la rotation de la bague 3, on facilite les opérations de montage/démontage manuel de la coiffe externe 4 par l'opérateur, comme illustré sur les figures 2 et 3.
  • Plus précisément, la bague 3 est positionné par translation et/ou rotation de telle sorte que les expansions 5 de la bague 3 viennent coïncider avec des plats 6 intégrés à la tête 1 de la torche. Dans cette position, la bague 3 ne peut plus tourner autour de l'axe 7 de la torche, ce qui rend aisé la prise en main de la tête 1 de torche et permet d'effectuer un serrage ou un desserrage efficace de la coiffe 4 externe sur ladite tête 1 de la torche.
  • Avantageusement, la bague 3 et les expansions 5 sont usinées d'un seul bloc au sein d'une pièce métallique. Par exemple, les expansions sont obtenues par découpe et/ou meulage de ladite pièce métallique.
  • Par ailleurs, la bague 3 réalisée en général en un matériau conducteur d'électricité, tel un métal, permet aussi d'assurer une continuité électrique entre l'extérieure de l'embase 2 et de la tête 1 de torche. En effet, l'enveloppe métallique de la bague 3 joue le rôle de « cage de Faraday » en protégeant l'environnement électronique, notamment commande numérique, interface homme machine..., des radiations électromagnétique générées par le signal haute tension et haute fréquence nécessaire à l'amorçage de l'arc dans une telle torche. Ceci a pour effet d'étendre l'écrantage des radiations électromagnétiques émises par la haute tension (de l'ordre de 10 kV) et la haute fréquence (de l'ordre de 10 kHz).
  • La torche de l'invention est particulièrement adaptée à une utilisation dans un procédé de coupage plasma de matériaux métalliques, en particulier de tôles en acier au carbone, en acier inoxydable, en aluminium ou en alliage d'aluminium.

Claims (11)

  1. Tête (1) de torche de coupage plasma comprenant une extrémité amont (1a) et une extrémité aval (1b), et une bague (3) de fixation mobile en rotation et en translation au moins au niveau de l'extrémité amont (la) de ladite tête (1) de torche, caractérisée en ce que la bague (3) de fixation comporte en outre des moyens de couplage (5) aptes à et conçus pour coopérer avec des moyens de réception (6) agencés sur la tête (1) de torche pour solidariser la bague (3) à ladite tête (1) de manière à empêcher toute rotation de la bague (3) autour de la tête (1) de torche.
  2. Tête de torche selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de couplage (5) sont agencés au niveau du bord périphérique de la bague (3) situé du côté de l'extrémité aval de la tête de torche.
  3. Tête de torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de couplage (5) agencés sur la bague (3) comprennent au moins une expansion (5) du bord de la bague (3) se projetant axialement en direction de la partie aval (1b) de la tête de torche, de préférence plusieurs expansions (5) du bord de la bague.
  4. Tête de torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de réception (6) agencés sur la tête de torche comprennent au moins un plat (6), au moins un logement ou au moins une butée aptes à coopérer avec ladite au moins une expansion (5) de la paroi de la bague (3) pour obtenir un blocage de la rotation de la bague sur la tête de torche, de préférence plusieurs plats, logements ou butées.
  5. Tête de torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ou les expansions (5) située au niveau du bord de la bague (3) et se projetant axialement en direction de la partie aval (1b) de la tête (1) de torche sont obtenues par usinage du matériau constitutif de la bague (3), en particulier par découpage ou par meulage du bord de la bague.
  6. Tête de torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la bague (3) comporte, en outre, au moins un filetage aménagé sur la surface intérieure servant à solidariser ladite tête de torche à un corps de torche.
  7. Tête de torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la bague (3) est au moins partiellement métallique.
  8. Tête de torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de couplage (5) viennent s'engager mécaniquement dans les moyens de réception (6) pour bloquer la rotation de la bague.
  9. Tête de torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte à son extrémité aval (1b), une électrode, une tuyère et une coiffe de protection (4).
  10. Ensemble formé d'une tête (1) de torche de coupage plasma selon l'une des revendications précédentes solidarisée à un corps (2) de torche à plasma au moyen de la bague (3) de fixation, de préférence le corps (2) de torche est agencé sur un bâti-porteur ou un bras de robot.
  11. Procédé de coupage par jet de plasma, dans lequel on met en oeuvre une tête de torche (1) selon l'une des revendications 1 à 9 ou un ensemble tête (1)/corps (2) de torche à plasma selon la revendication 10.
EP10170565.5A 2009-09-03 2010-07-23 Bague flottante multifonction pour torche plasma Not-in-force EP2293655B1 (fr)

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