FR2572973A1 - Chalumeau a arc de plasma. - Google Patents
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Abstract
LE CHALUMEAU A ARC DE PLASMA COMPREND DES ELECTRODES46, 14 ANTERIEURE ET POSTERIEURE COAXIALEMENT ALIGNEES ET UN MOYEN28 GENERATEUR DE TOURBILLONS DE GAZ PLACE ENTRE LES DEUX ELECTRODES. UNE ALIMENTATION ELECTRIQUE70 DOTEE D'UNE SOURCE DE COURANT CONTINU EST RESPECTIVEMENT CONNECTEE PAR SON ANODE ET SA CATHODE AUX ELECTRODES POSTERIEURE ET ANTERIEURE AFIN DE PRODUIRE UN ARC S'ETENDANT AXIALEMENT DE L'ELECTRODE POSTERIEURE, VIA L'ECOULEMENT TOURBILLONNAIRE DE GAZ, JUSQU'EN UN POINT DE FIXATION SITUE SUR L'ELECTRODE ANTERIEURE. L'ALESAGE DE L'ELECTRODE ANTERIEURE46 COMPORTE UNE PARTIE TERMINALE EXTERIEURE EN FORME DE CUVETTE DEFINISSANT UN EPAULEMENT RADIAL TOURNE VERS L'AVANT. PAR UNE COORDINATION CONVENABLE DES SYSTEMES DE DELIVRANCE D'ELECTRICITE ET DE GAZ, ON PEUT FAIRE QUE L'ARC SE FIXE SUR L'EPAULEMENT RADIAL DE L'ELECTRODE ANTERIEURE DE SORTE QUE L'EROSION DE L'ELECTRODE ANTERIEURE SE PRODUIRA SUIVANT UNE DIRECTION AXIALE ET NON UNE DIRECTION RADIALE.
Description
La présente invention concerne un chalumeau à arc de plasma du type dans
lequel un arc électrique est utilisé pour chauffer un gaz à une température élevée et qui est utilisable par exemple pour découper ou souder des métaux, ou bien pour chauffer divers matériaux. Les chalumeaux à arc de plasma sont ordinairement conçus pour fonctionner dans l'un de deux modes, Lesquels sont couramment appelés le mode à arc transféré et le mode à arc non transféré. Pour le fonctionnement dans le mode à arc transféré,
le chalumeau comprend typiquement une électrode postérieure tubu-
laire qui possède une extrémité interne fermée, une électrode anté-
rieure tubulaire qui fait fonction de buse collimatrice, et une
chambre d'introduction de gaz placée entre les deux électrodes.
L'arc électrique va de l'électrode postérieure à l'électrode antérieure en passant par la chambre d'introduction de gaz, et l'arc se prolonge vers l'avant du chalumeau et se fixe, ou "se
transfère", à une pièce externe mise au potentiel de la terre.
Les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 3 194 941, 3 673 375 et
3 818 174 illustrent des chalumeaux du type à arc transféré.
Dans le cas d'un chalumeau à arc de plasma conçu pour fonctionner dans le mode à arc non transféré, l'arc électrique s'étend depuis l'électrode postérieure en passant dans la chambre d'introduction de gaz et il se fixe à l'électrode antérieure. Un chalumeau de ce type général est représenté dans le brevet des
Etats-Unis d'Amérique no 3 740 522.
Dans les chalumeaux à arc de plasma non transféré actuellement existants, l'électrode antérieure comprend un élément métallique tubulaire qui possède un alésage central auquel l'arc se fixe. L'arc tend naturellement à se fixer à l'alésage en un seul point, et la fixation de l'arc conduit à une usure ou érosion du matériau métallique en ce point. L'érosion se déplace au travers de la paroi de l'électrode radialement vers l'extérieur et, puisque la paroi de l'électrode antérieure est nécessairement quelque peu
mince, l'électrode antérieure présente une durée utile de fonction-
nement très courte en raison du fait que l'érosion traverse complè-
tement la paroi de manière relativement rapide.
Une érosion rapide et une brève durée de vie utile
sont également des problèmes en ce qui concerne l'électrode posté-
rieure pour les chalumeaux conçus pour fonctionner dans le mode
transféré ou le mode non transféré. De nouveau, l'arc tend natu-
rellement à se fixer en un point unique à l'intérieur de l'alésage de l'électrode postérieure, et l'arc subit une érosion rapide qui perce la paroi en ce point. Dans le brevet ci-dessus cité n 3 194 941, il est suggéré d'utiliser un courant alternatif pour alimenter l'électrode, car il en est dit que ceci mène le point de fixation de l'arc à se déplacer suivant la longueur de l'électrode postérieure et, par conséquent, à disperser l'usure. De plus, ce brevet cité
n 3 194 941 suggère de placer une bobine de champ autour de l'élec-
trode postérieure afin d'amener à tourner, mais les améliorations ainsi proposées entraînent un système électrique relativement
complexe et coûteux.
I-l a aussi été antérieurement proposé d'obtenir une rotation du point de fixation de l'arc dans l'électrode postérieure par des moyens aérodynamiques,ce qui se révèle plus efficace en ce qu'aucun système d'alimentation électrique spécialement conçu n'est nécessaire à cet effet. Le système aérodynamique connu comporte une injection tangentielle du gaz dans la chambre d'introduction de gaz afin de produire un écoulement tourbillonnaire de gaz dans la chambre. Un peu de ce gaz se déplace vers l'arrière jusque dans
l'électrode postérieure, ce qui crée un point bien défini à l'inté-
rieur de l'électrode postérieure auquel la pression du gaz entrant est égale à la contre-pression existant dans l'électrode. En ce point, le gaz entrant tourne et effectue un retour, ce qui crée une zone de basse pression à laquelle l'arc se fixe. Il a égaLement été proposé de faire varier manuellement la pression et, ainsi, le débit du gaz à des intervalles périodiques, de façon que le point auquel l'arc se fixe se déplace axialement à l'intérieur de
l'électrode à chaque variation de la pression. Ainsi, certains uti-
lisateurs de chalumeaux à plasma ont installé une soupape de commande
manuelle de pression dans le système de délivrance du gaz, et l'uti-
lisateur agit manuellement sur la soupape à intervalles périodiques pour faire varier le point de fixation de l'arc. Toutefois, ce processus n'amène pas une érosion uniforme et conduit à produire
des points d'usure localisés.
C'est donc un but de l'invention de proposer un chalumeau à arc de plasma du type conçu pour fonctionner dans le mode non transféré o le problème de l'érosion et de la mise hors
service rapides de l'électrode antérieure reçoit une solution sen-
siblement satisfaisante.
C'est également un but de L'invention de proposer un chalumeau à arc de plasma du type décrit qui peut fonctionner dans le mode transféré ou le mode non transféré et qui autorise
une répartition uniforme efficace de l'usure de L'électrode pos-
térieure afin d'accroître la durée de vie utile de l'électrode postérieure. Les buts et avantages de L'invention sont obtenus dans le mode de réalisation présentement illustré au moyen d'un chalumeau à arc de plasma qui comprend un boîtier de chalumeau, une électrode postérieure montée à l'intérieur du bottier et comportant une extrémité interne fermée et une extrémité externe ouverte, et une électrode antérieure comprenant un élément métallique tubulaire monté à l'intérieur du boîtier en alignement coaxial avec l'électrode postérieure. Un moyen générateur de tourbillons sert à produire un écoulement tourbillonnaire d'un gaz en un emplacement situé entre
les électrodes postérieure et antérieure, et un moyen d'alimenta-
tion électrique sert à produire un arc qui s'étend axialement depuis l'électrode postérieure et à travers l'écoulement tourbillonnaire de gaz. Selon un aspect de l'invention, l'électrode antérieure possède un alésage qui comporte une partie terminée à l'extérieur ayant en section droite une forme de cuvette afin de définir un épaulement radial tourné vers l'extérieur, le moyen d'alimentation électrique comporte une source de courant continu dont L'anode et la cathode
sont respectivement connectées à l'électrode postérieure et à l'élec-
trode antérieure, et un moyen de coordination du moyen générateur de tourbillons et du moyen d'alimentation électrique de sorte que l'arc se fixe en un point placé sur l'épaulement radial de l'alésage
de l'électrode antérieure. Ainsi, la fixation de l'arc sur l'épaule-
ment radial conduit à une érosion du matériau de l'électrode antérieure suivant un trajet axial de déplacement, au Lieu que ce soit radialement dans l'électrode. Puisque la longueur axiale de l'étectrode antérieure est notablement plus grande que L'épaisseur radi--ale de La paroi de l'électrode, la durée de vie utile de l'électrode antérieure en est donc notablement augmentée. Seton un autre aspect de l'invention, te moyen générateur de tourbillons comporte un moyen de commande programmé qui fait varier la pression du gaz dans un sens et dans l'autre
entre des limites prédéterminées et selon un programme prédeterminé.
Cette variation de la pression est de préférence continue, ce qui amène le point de fixation de Lrarc à se déplacer continûment dans
l'un et l'autre sens axial suivant la longueur de t'étage de L'élec-
trode postérieure sous l'effet de la variation de La pression, tandis que L'arc tourne sous l'action de l'écoulement tourbillonnaire de
gaz, afin de répartir L'érosion de l'électrode postérieure et d'aug-
menter sa durée de vie utile. Dans Le cas d'un chalumeau du type non transféré, la pression à variation continue et l'écoulement tourbillonnaire du gaz ont également pour fonction de répartir le point d'excitation de l'arc sur l'épaulement radial de l'électrode antérieure en forme de cuvette afin de répartir son érosion et
d'augmenter encore sa durée de vie utile.
La description suivante, conçue à titre d'illustra-
tion de l'invention, vise à donner une meillteure compréhension de ses caractéristiques et avantages; eltle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels:
la figure 1 est une élévation latérale d'un chalu-
meau à arc de plasma qui constitue un mode de réalisation de l'inven-
tion; la figure 2 est une vue en coupe agrandie du chalumeau
représenté sur la figure 1; -
la figure 3 est une vue en coupe de l'électrode anté-
rieure en forme de-cuvette du chalumeau de la figure 1; la figure 4 est une vue en coupe du manchon extérieur a.socie à t'électrode antérieure du chalumeau de la figure 1; ; -la figure 5 est une représentation simplifiée des électrodes postérieure et antérieure du chalumeau représenté sur i la figure 1, et elle montre le déplacement du point de fixation de L'arc sur l'électrode postérieure et sur l'électrode antérieure; et
la figure 6 est une vue en bout agrandie de l'élec-
trode antérieure représentée sur la figure 5.
On se reporte plus particulièrement aux dessins, qui représentent un chalumeau à arc de plasma 10 qui est conçu pour fonctionner dans le mode à arc non transféré et qui constitue un mode de réalisation de l'invention. Dans le mode de réalisation
représenté, le chalumeau comprend un boîtier extérieur, qui com-
porte une section de boîtier postérieure cylindrique métallique 12 et un prolongement métallique coaxial 13 à l'extrémité antérieure
de la section 12.
Une électrode postérieure 14 est montée à l'intérieur du boîtier extérieur et comprend un élément tubulaire métallique possédant une extrémité interne fermée 15 et une extrémité externe ouverte 16. L'extrémité interne 15 de l'électrode est vissée dans
une extrémité d'un porte-électrode métallique 18. Le porte-élec-
trode 18, en plus d'être le moyen qui porte l'électrode postérieur\
sert également de moyen de délivrance de courant électrique en pro-
*20 venance d'une source d'alimentation électrique externe à l'électrode postérieure, comme cela sera décrit ci-dessous. Le porte-électrode 18
sert également de canalisation de fluide pour le système de refroi-
dissement par fluide, et, à cet effet, l'extrémité postérieure du porteélectrode comporte un alésage tubulaire 19 qui est couplé par vissage avec un tube de cuivre 20. Le tube 20 est lui-même raccordé à une alimentation extérieure en fluide, par exemple le système de distribution d'eau de ville. L'alésage 19 formé dans l'extrémité postérieure du porte- électrode 18 comporte des ouvertures radiales 21 destinées à laisser passer l'eau, d'une manière qui sera décrite
plus complètement ci-dessous.
Le porte-électrode 18 est monté à l'intérieur d'un manchon postérieur coaxial 24 par l'intermédiaire des vis 25, et la partie terminale antérieure du manchon postérieur 24 porte un élément de corps tubulaire 26. Le manchon 24 et l'élément de corps 26 sont tous deux formés en un matériau électriquement isolant, par exemple une résine phénolique appropriée. L'élément de corps 26 comporte un certain nombre d'ouvertures radiales 27 le traversant, et il porte un générateur annulaire de tourbillons de gaz 28. Le
générateur 28 comporte plusieurs ouvertures 29 dirigées tangentiel-
lement qui sont ménagées dans sa paroi et il est monté par vissage sur l'extrémité extérieure de l'électrode postérieure 14. L'élément de corps tubulaire 26 comporte également plusieurs passages pour le gaz dirigées axialement 30 qui communiquent avec les ouvertures 29
du générateur de tourbillons, comme cela sera décrit plus complè-
tement ci-dessous. Un guide 32 destiné à l'eau et se présentant sous forme d'un tube métallique à paroi mince s'interpose entre le porte- électrode 18 et le manchon postérieur 24, et le guide d'eau 32 se prolonge vers l'avant entre l'électrode postérieure 14 et le manchon postérieur 24 tout en définissant un étroit passage annulaire 33 pour l'eau entre eux qui fait partie du système de
refroidissement par fluide, comme décrit plus complètement ci-dessous.
La partie terminale postérieure du manchon posté-
rieur 24 est montée par vissage sur un manchon isolateur 36, lequel est lui-même porté à l'intérieur du capuchon terminal postérieur 37 du chalumeau. Le manchon isolateur 36 porte en outre une plaque d'étanchéité aux gaz interne métallique coaxiale 38 qui surmonte à faible distance la surface extérieure du manchon isolateur 36 et du manchon postérieur 34, et le capuchon terminal 37 porte une plaque d'étanchéité aux gaz extérieure coaxiale 40 qui surmonte la plaque d'étanchéité intérieure à une certaine distance afin de
définir entre ellEsun passage annulaire 41 pour le gaz. Le pas-
sage 41 pour le gaz communique avec la conduite 42 d'entrée de
gaz via L'ouverture radiale 43 ménagée dans le capuchon terminal 37.
L'extrémité antérieure du passage 41 communique avec les passages axiaux 30 ménagés dans l'élément de corps tubulaire 26 si bien que le gaz délivré en provenance de la conduite d'entrée 42 est dirigé
sur les ouvertures tangentielles 29 ménagées dans la paroi du géné-
rateur 28 de tourbillons.
le chalumeau à arc de plasma 10 comprend en outre
une électrode antérieure 46 comprenant un élément métallique tubu-
laire qui possède un alésage le traversant. L'électrode antérieure 46 est montée à l'intérieur du bottier et en alignement coaxial avec l'électrode postérieure 14, l'extrémité interne de l'électrode antérieure étant disposée au voisinage et à une petite distance
de l'extrémité externe ouverte 16 de l'électrode postérieure 14.
L'alésage de l'électrode antérieure 46 comporte une partie termi-
nale cylindrique interne 48 et une partie terminale extérieure 50 qui possède, en section droite, la-forme d'une cuvette afin de définir un épaulement radial 51 tourné vers l'extérieur-et une partie cylindrique 52. Le diamètre D' de La partie cylindrique 52 est de préférence compris entre au moins-une fois et-demi et quatre fois le diamètre D de la partie terminale cylindrique intérieure 48 de l'alésage de l'électrode, de sorte que l'épaulement radial 51 a une largeur de dimensions notables.- Dans le mode de réalisation représenté, l'épaulement radial 51 a La forme d'un tronc de c8ne
dont la paroi est inclinée vers l'avant suivant un angle A d'envi-
ron 10-12 par rapport à un plan disposé perpendiculairement à
l'axe de l'alésage de l'électrode 46.
On voit que la longueur axiale L de la partie ter-
minale intérieure 48 est sensiblement plus grande que la longueur
axiale L' de la partie terminale extérieure 50 en forme de cuvette.
De plus, l'épaisseur radiale de la paroi de l'électrode antérieure est plus grande que la dimension radiale de l'épaulement radial tourné vers l'extérieur 51, sur au moins la plus grande partie de la longueur axiale de l'électrode antérieure s'étendant vers l'arrière par rapport à l'épaulement radial. Ainsi, une masse notable de matière est placée vers l'arrière ou axialement derrière
l'épaulement radial.
L'électrode antérieure 46 est montée de manière amovible sur un manchon antérieur tubulaire 55 intermédiaire d'un interconnexion vissée 56, et le manchon antérieur 55 surmonte
coaxialement une partie notable de la longueur de l'électrode anté-
rieure 46, le manchon antérieur étant écarté de l'électrode anté-
rieure sur sensiblement toute sa longueur-afin de définir entre eux un passage annulaire 57 pour l'eau. L'extrémité postérieure du manchon antérieur 55 est en contact avec l'extrémité de l'élément de corps tubulaire 26 et la soutient, et l'extrémité postérieure du manchon est vissée sur l'extrémité antérieure de la plaque d'étanchéité aux gaz extérieure en 58. Le manchon antérieur 55 comporte également plusieurs passages radiaux 59, si bien que
Le passage 57 communique avec un espace 60 formé entre L'élément -
de corps tubulaire 26 et la plaque d'étanchéité aux gaz extérieure 40.
De plus, L'extrémité antérieure du manchon 55 est en contact de support avec l'extrémité antérieure de l'électrode 46, et plusieurs
ouvertures radiaLes 61 s'étendent au travers de l'extrémité anté-
rieure du manchon antérieur dans un but qui va être exposé ci-dessous.
De plus, un bloc isotant annulaire 62 est monté dans l'intervalle formé entre L'extrémité postérieure du manchon antérieur 55 et le
générateur de tourbillons 28.
On voit que le prolongement antérieur 13 du bottier extérieur surmonte te manchon antérieur 55 en définissant avec celui-ci un passage annulaire 64, et l'extrémité antérieure du prolongement 13 vient en contact avec l'extrémité antérieure de L'électrode antérieure 46 et La soutient. De plus, la section postérieure 12 du boîtier est écartée de la plaque d'étanchéité aux gaz extérieure 40 de manière à former une continuation du passage 64, qui communique avec la conduite de sortie de fluide 66 du système de refroidissement qui est reliée au capuchon terminal
postérieur 37.
Sur la base de la description qui vient d'être donnée,
on peut voir que le chalumeau à plasma selon l'invention comporte un trajet d'écoulement d'agent de refroidissement qui se prolonge
de façon à être en relation d'échange de chaleur série avec l'élec-
trode postérieure 14, puis avec une électrode antérieure 46. Ainsi, un agent de refroidissement fluide peut être mis en recirculation dans Le trajet d'écoulement d'agent de refroidissement afin d'extraire
de la chaleur du chalumeau pendant son fonctionnement. Plus parti-
cuLièrement, le trajet d'écoulement de l'agent de refroidissement comporte le tube de cuivre 20, quidélivre l'eau ou un autre agent
de refroidissement à l'alésage postérieur 19 du porte-électrode 18.
L'eau passe ensuite dans les ouvertures radiales 21 et dans le
passage annulaire 33 le long de l'extérieur de l'électrode postérieure.
L'eau passe ensuite dans les ouvertures 27 de l'élément de corps tubulaire 26 pour arriver au passage 60, puis dans les passages 59 du manchon antérieur 55 pour arriver au passage annulaire 57 le long de l'extérieur de l'électrode antérieure. L'eau passe ensuite dans les ouvertures 61 de l'extrémité antérieure du manchon 55, et elle arrive ensuite, via le passage 69, en direction de l'arrière, à la conduite de sortie 66. Un gaz tel que l'air peut être délivré au générateur de tourbillons 28 à partir de la conduite 42 d'entrée de gaz, de sorte que le gaz se déplacera le long du passage annulaire 41 entre les plaques d'étanchéité intérieure et extérieure. Une fois atteint l'élément de corps tubulaire 26, le gaz passe dans les ouvertures axiales 30 et arrive au générateur de tourbillons 28. Ensuite, le gaz passe dans les ouvertures tangentielles 29 du générateur de tourbillons afin de former un écoulement tourbillonnaire de gaz dans l'espace situé entre les électrodes postérieure et antérieure, lequel est en alignement coaxial avec les deux électrodes. Il
apparaît en outre clairement de la description ci-dessus donnée
que l'électrode antérieure 46 est reliée de manière amovible au manchon antérieur tubulaire 55 de façon à permettre l'enlèvement et le remplacement de l'électrode antérieure sans remplacement du manchon. Plus particulièrement, on peut retirer l'électrode antérieure 46 en insérant dans l'alésage de l'électrode une clé mâle et en dévissant l'électrode vis-à-vis du manchon. On peut ensuite installer une nouvelle électrode antérieure en procédant
à l'inverse.
Comme on peut mieux le voir sur la figure 5, le chalumeau à arc de plasma 10 selon l'invention comporte en outre un moyen 70 d'alimentation électrique doté d'une source de courant continu fonctionnellement connecté aux électrodes postérieure et antérieure afin de produire un arc qui est conçu pour s'étendre
axialement de l'électrode postérieure 14, via l'écoulement tour-
billonnaire de gaz, jusqu'à un point de fixation placé sur l'épau-
lement radial 51 de l'électrode antérieure 46. Ainsi, toute érosion de la matière de l'électrode antérieure se produira suivant un trajet de déplacement axial plutôt que radialement dans l'électrode, si bien que la durée de vie utile de l'électrode antérieure en sera prolongée. Comme représenté, le côté positif de l'alimentation 1o électrique en courant continu est connecté au tube de cuivre 20, de sorte que Le courant peut être délivré via Le porte-électrode 18
à l'électrode postérieure 14. Le côté négatif, ou terre,de l'ali-
mentation électrique est connecté au capuchon terminal 37, lequel est électriquement connecté à l'électrode antérieure 46 via la
plaque d'étanchéité aux gaz extérieure 40 et le manchon antérieur 55.
Comme cela est également représenté schématiquement sur la figure 5, le moyen générateur de tourbillons comporte une
source de gaz sous pression 72 et un moyen 73 de commande program-
mé qui sert à faire continûment varier la pression du gaz entre
des limites prédéterminées. Ainsi, à la délivrance du gaz au géné-
rateur de tourbillons 28, l'écoulement tourbillonnaire de gaz fera que le point de fixation P de l'arc à l'alésage de l'électrode postérieure 14 tournera tout en se déplaçant axialement vers l'avant
et vers l'arrière sur une partie notable de la longueur de l'évi-
dement sous l'action de la pression variable du gaz. Comme repré-
senté, le point de fixation de l'arc se déplace entre le point H,
représentant le point de haute pression, et le point L, représen-
tant le point de basse pression. En résultat, l'érosion sera uni-
formément répartie sur une partie notable de l'alésage, ce qui augmentera la durée de vie utile de l'électrode postérieure. En ce qui concerne l'électrode antérieure, on estime que l'arc se fixera au point de basse pression à l'intérieur de la partie en forme de cuvette de l'alésage, et le point de fixation peut s'établir sur l'épaulement 51 grâce à une coordination appropriée
du débit de gaz (c'est-à-dire de la pression) et du niveau éner-
gétique. La variation continue de la pression fait que le point
de fixation p situé sur l'épaulement radial 51 se déplace radia-
lement entre les points h (point de haute pression) et l (point de basse pression), comme on peut le voir sur la figure 5, et le diagramme d'écoulement tourbiLlonnaire du gaz fera que le point de fixation tournera autour de l'alésage. Ainsi, la pression variable et l'écoulement tourbillonnaire coopèrent pour faire se déplacer le point de fixation D le long d'un trajet orienté en spirale sur l'épaulement 51 et, comme on peut le voir sur la figure 6, le point de fixation P rentre dans la spirale lorsque la pression augmente et sort de la spirale lorsque la pression diminue. Avec un semblable dispositif, L'érosion le long de l'alésage de l'électrode postérieure et de la surface radiale de l'électrode antérieure varie continûment et se répartit sur une surface relativement importante, ce qui augmente efficacement
la durée de vie utile de chaque électrode.
On se reporte de nouveau à l'électrode antérieure 46, pour laquelle on peut voir que l'érosion provoquée par la fixation de l'arc peut s'étendre axialement'sur une distance notable avant défaillance de l'électrode, en raison de la masse importante du matériau se trouvant en arrière de l'épaulement radial. La seule limitation effective de la distance d'usure est le fait que, pour maintenir l'arc fixé sur l'épaulement radial 51, on estime que le rapport de la longueur axiale L de la partie d'alésage interne à son diamètre doit dépasser quatre environ. Ainsi, l'érosion peut
se poursuivre jusqu'à ce que le rapport critique de longueur-
diamètre soit approché, après quoi l'arc se transfèrera à la pièce voisine. A titre d'exemple particulier non limitatif, on a construit un chalumeau selon l'invention qui possédait une puissance
nominale de 150 kW. L'alésage de l'électrode postérieure 14 pré-
sente une longueur de 17,8 cm et un diamètre de -2,29 cm. L'alésage 48 de l'électrode antérieure 46 possède un diamètre D de i,52 cm et une longueur L de 17,0 cm, tandis que la partie 50 en forme de cuvette possède un diamètre D' de 5,59 cm et une longueur L'
de 3,35 cm. On introduit de l'air dans le générateur de tourbil-
Lons 28 à une pression qui oscille entre environ 1,4 et 3,5 kg/cm2
-5 -
(1,38 x 10-5 à 3,45 x 10-5 Pa), ce qui conduit à un débit massique oscillant entre environ 0,14 et 1,13 m3/min. Le degré de variation
de la pression est d'environ 0,28 kg/(cm.s) (soit 0,276 x 10-5 Pa/s).
Bien entendu, l'homme de l'art saura imaginer, à
partir du dispositif dont la description vient d'être donnée à
titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses
variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.
Claims (9)
1. Chalumeau à arc de plasma conçu pour fonctionner dans-Le mode à arc non transféré et se distinguant par une longue durée d'utilisation, le chalumeau à-arc de plasma comprenant un boîtier (12, 13) de chalumeau, une électrode postérieure (14) montée à l'intérieur dudit boîtier et comprenant un élément métallique tubulaire qui possède une extrémité interne fermée et une extrémité externe ouverte, une électrode antérieure (46) comprenant un élément métallique tubulaire qui possède un alésage le traversant, ladite électrode antérieure étant montée à l'intérieur dudit boîtier et
en alignement coaxial avec Ladite électrode postérieure et compor-
tant une extrémité interne adjacente à Ladite extrémité externe ouverte de ladite éLectrode postérieure et une extrémité externe opposée, un moyen (28) générateur de tourbillons qui produit un écoulement tourbillonnaire d'un gaz en un emplacement situé entre
lesdites électrodes postérieure et antérieure et qui est en aligne-
ment coaxial avec lesdites électrodes postérieure et antérieure, et un moyen d'alimentation électrique (70) fonctionnellement connecté auxdites électrodes postérieure et antérieure afin de produire un arc qui est conçu pour s'étendre axiatement depuis ladite électrode postérieure, via ledit écoulement tourbiltlonnaire de gaz, jusqu'à un point de fixation placé sur ladite électrode antérieure, caractérisé en ce que L'alésage de ladite électrode antérieure comporte une partie terminale externe (50) qui possède,
en section droite, une forme de cuvette afin de définir un épau-
lement radial (51) tourné vers l'extérieur, en ce que ledit moyen d'alimentation électrique comporte une source (70) de courant continu, dont l'anode est connectée à ladite électrode postérieure (14) et la cathode est connectée à ladite électrode antérieure (46), et en ce qu'il comprend en outre un moyen servant à coordonner ledit
moyen générateur de tourbillons et ledit moyen d'alimentation élec-
trique de façon que l'arc se fixe sur ledit épaulement radial de ladite électrode antérieure, si bien que la fixation de l'arc sur
l'épaulement radial conduit à une érosion de la matière de l'élec-
trode antérieure qui suit un trajet axial de déplacement au lieu d'être radiale dans l'électrode, ce qui prolonge la durée de vie
utile de l'électrode antérieure.
2. Chalumeau à arc de plasma selon la revendication 1,
caractérisé en ce que ledit moyen générateur de tourbillons com-
prend un moyen de commande programmé (73) servant à faire varier
la pression du gaz selon un programme prédéterminé afin de répar-
tir le point de fixation de l'arc à l'intérieur de ladite électrode postérieure (14) et sur ledit épaulement radial (51) de ladite électrode antérieure (46) et ainsi assurer une répartition de son
érosion.
3. Chalumeau à arc de plasma selon l'une quelconque
des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit alésage
de ladite électrode antérieure (46) comporte une partie terminale cylindrique interne (48) d'une longueur axiale sensiblement plus grande que celle de la partie terminale extérieure (50) en forme
de cuvette.
4. Chalumeau à arc de plasma selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport de la longueur axiale de la partie
cylindrique interne (48) de l'alésage de ladite électrode anté-
rieure (46) à son diamètre est supérieure à environ quatre.
5. Chalumeau à arc de plasma selon l'une quelconque
des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que ledit alésage
de la partie terminale extérieure (50) en forme de cuvette de ladite électrode antérieure (46) comporte une partie cylindrique d'un diamètre compris entre une fois et demi et quatre fois le
diamètre de ladite partie cylindrique interne de l'alésage.
6. Chalumeau à arc de plasma selon l'une quelconque
des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit épaulement
radial extérieurement orienté (51) de l'électrode antérieure (46) a la forme d'un tronc de cône dont la paroi est inclinée vers l'avant suivant un angle d'environ 10 à 12 par rapport à un plan disposé perpendiculairement à l'axe dudit alésage de l'électrode
antérieure (46).
7. Chalumeau à arc de plasma selon l'une quelconque
des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend en
outre un trajet d'écoulement pour agent de refroidissement s'étendant de façon à être en relation d'échange de chaleur série avec ladite électrode postérieure (14) et Ladite électrode antérieure (46), de façon qu'un agent de refroidissement fLuide puisse être mis en
recirculation dans ledit trajet d'écouLement pour agent de refroi-
dissement afin d'extraire de la chaleur dudit chalumeau pendant
son fonctionnement.
8 Chalumeau à arc de plasma selon la revendication 7,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre un élément manchon tubu-
laire (55) entourant coaxialement ladite électrode antérieure (46)
afin de définir un passage annulaire (57) s'étendant sur sensible-
ment toute la longueur axiale de ladite électrode antérieure, et en ce que ledit passage annulaire comprend une partie dudit trajet
d'écoulement pour agent de refroidissement.
9. Chalumeau à arc de plasma selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite électrode antérieure (46) est connectée de manière amovible audit élément manchon tubulaire (55) afin de permettre l'enlèvement et le remplacement de ladite électrode
antérieure sans remplacement dudit élément manchon tubulaire.
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