FR2672459A1

FR2672459A1 - Device for recharging by plasma, with oblique orifice

Info

Publication number: FR2672459A1
Application number: FR9101253A
Authority: FR
Inventors: Girard Frederic
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-02-01
Filing date: 1991-02-01
Publication date: 1992-08-07
Anticipated expiration: 2011-02-01
Also published as: FR2672459B1

Abstract

Plasma torch, and more particularly transferred or semi-transferred plasma torch especially adaptable to various tasks especially in reduced spaces such as very-small-diameter bores. A long and narrow anode makes it possible to transfer the plasma-generating interelectrode space far from the most voluminous part of the torch which includes the connections with the fluids and the setting-up elements. It is possible, in the embodiment which is the subject of the invention, to deflect the plasma which is not emitted into the axis of the overall device but laterally, by forming a significant angle with this axis. The modular design allows rapid mounting and removing of adapted interchangeable components.

Description

DESCRIPTION
La réalisation d'une torche à plasma transféré destinée au soudage et aux rechargements obéit à des règles de construction bien connues en ce qui concerne la génération du plasma, la circulation des divers fluides servant au refroidissement ou spécifiques du procédé tels que le gaz plasmagène, le gaz de protection et ltéventuelle poudre métallique à déposer.DESCRIPTION
The production of a transferred plasma torch intended for welding and recharging obeys well-known construction rules with regard to the generation of the plasma, the circulation of the various fluids used for cooling or specific to the process such as plasma gas, the shielding gas and any metal powder to be deposited.

On rencontre une première difficulté lorsqu'on veut augmenter le taux de dépôt, donc la puissance de la torche. L'accroissement de la puissance dissipée conduit à une augmentation corrélative de 1!encombrement de la torche et rend nécessaire d'accroitre aussi la puissance de refroidissement. We encounter a first difficulty when we want to increase the deposition rate, therefore the power of the torch. The increase in the dissipated power leads to a corresponding increase in the size of the torch and makes it necessary also to increase the cooling power.

Pour limiter au maximum cet inconvénient d'un encombrement exagéré, on construit toute une gamme de torches dont la puissance et ltencombrement croissent simultanément. Chaque torche est caractérisée par une capacité de dépôt. La puissance thermique dissipable et l'encombrement hors tout sont liés à cette capacité. Une petite torche de faible encombrement n'a qu une capacité de dépôt limitée. To minimize this drawback of excessive space, a whole range of torches is built, the power and size of which increase simultaneously. Each torch is characterized by a deposit capacity. The dissipable thermal power and overall dimensions are linked to this capacity. A small, compact torch has only a limited deposit capacity.

Une torche puissante est assez volumineuse, ce qui enlève la possibilité de travailler dans des zones peu accessibles.A powerful torch is quite bulky, which removes the possibility of working in inaccessible areas.

Pour travailler dans de telles zones, alésages notamment, il est courant de disposer d'une torche miniaturisée, à faible taux de dépôt, dont l'axe fait un angle de 90 , par exemple, par rapport au faisceau d'alimentation de fluides que l'on a rendu rigide et qui sert de support à la torche. To work in such areas, in particular bores, it is common to have a miniaturized torch, with a low deposition rate, the axis of which makes an angle of 90, for example, with respect to the supply beam of fluids it has been made rigid and serves as a support for the torch.

La torche objet de la présente invention a pour objet de contourner les obstacles qui découlent directement de la méthode traditionnelle de construction, on se propose
- de réaliser une torche d'encombrement aussi réduit que possible dans la seule partie active de la torche, l'anode, sans agir toutefois sur la partie difficilement compressible que constitue la zone des connexions et du réglage. The object of the present invention is to circumvent the obstacles which arise directly from the traditional method of construction, we propose
- To make a torch with the smallest possible bulk in the only active part of the torch, the anode, without however acting on the hardly compressible part which constitutes the area of the connections and of the adjustment.

- de disposer, ce qui est l'objet essentiel de l'invention, ltori- fice de sortie du plasma incliné par rapport à l'axe de l'ensemble cathode-anode ; cette inclinaison peut atteindre 90 ; on peut ainsi diriger le plasma vers le substrat à travailler selon une direction différente de l'axe principal de la torche. - to have, which is the essential object of the invention, the outlet for the plasma inclined relative to the axis of the cathode-anode assembly; this inclination can reach 90; it is thus possible to direct the plasma towards the substrate to be worked in a direction different from the main axis of the torch.

- de pouvoir échanger simplement l'anode, partie active de la torche, pour l'adapter aux divers types de travaux à réaliser et notamment aux travaux en alésage. - to be able to simply exchange the anode, active part of the torch, to adapt it to the various types of work to be carried out and in particular to boring work.

Les avantages de cette conception apparaîtront de façon plus évidente au cours de la description qui va suivre, en se reportant aux planches annexées. Cette description est donnée seulement à titre d'exemple de réalisation. Cet exemple n'est pas limitatif et a seulement pour objet de représenter schématiquement divers aspects caractéristiques de la torche objet de l'invention. The advantages of this design will appear more clearly in the description which follows, with reference to the attached plates. This description is given only by way of exemplary embodiment. This example is not limiting and is only intended to schematically represent various characteristic aspects of the torch which is the subject of the invention.

La torche décrite sur la figure 1 de la planche 1, comporte tous les éléments d'une torche classique, on trouve du haut vers le bas
La zone des connexions et de réglage
La cathode (1) tenue par une pince (2) sur le porte cathode (3) qui est refroidi énergiquement par une circulation d'eau (4).The torch described in Figure 1 of Plate 1, includes all the elements of a conventional torch, found from top to bottom
The connections and adjustment area
The cathode (1) held by a clamp (2) on the cathode holder (3) which is cooled vigorously by a circulation of water (4).

Ce porte cathode est également pourvu de deux canalisations pour l'acheminement de la poudre d'apport entraînée par le gaz porteur (5) et l'alimentation (6) du gaz plasmagène.This cathode holder is also provided with two pipes for the delivery of the filler powder entrained by the carrier gas (5) and the supply (6) of the plasma gas.

Ce premier ensemble est positionné mécaniquement par rapport à l'embase d'anode (7) et isolé électriquement de celle-ci par une pièce (8) faite en matériaux isolant. This first assembly is mechanically positioned relative to the anode base (7) and electrically insulated therefrom by a part (8) made of insulating materials.

Cette pièce intermédiaire assure également la continuité du circuit d'eau de refroidissement, des conduits d'amenée de la poudre d'apport. This intermediate part also ensures the continuity of the cooling water circuit, the supply powder supply conduits.

L'embase d'anode (7), elle même traversée par un circuit d'eau de refroidissement (9) comporte également des conduits pour l'amenée du gaz de protection (10) et de la poudre (11). The anode base (7), itself crossed by a cooling water circuit (9) also comprises conduits for the supply of the shielding gas (10) and the powder (11).

On vient rapporter sur l'embase d'anode une anode classique (12) dans le cas d'une torche normale, figure 1 planche 1, et le gaz protecteur est de dirigé dans la buse de diffusion (13). We just reported on the anode base a conventional anode (12) in the case of a normal torch, Figure 1 plate 1, and the protective gas is directed into the diffusion nozzle (13).

On peut aussi rapporter l'une des anodes prolongée (14) ou (15) pour le déport du plasma qui permettent la mise en oeuvre de la présente invention et qui sont représentées sur les figures 3 et 4, planche 3. Dans ce cas le gaz protecteur est capté et dirigé vers l'extré- mité de la torche par des conduits convenablement disposés (16). One can also add one of the extended anodes (14) or (15) for the plasma offset which allow the implementation of the present invention and which are shown in Figures 3 and 4, plate 3. In this case the protective gas is captured and directed to the end of the torch by suitably arranged conduits (16).

Cette disposition présente un intérêt évident, elle permet de changer très rapidement d'anode pour utiliser toujours l'anode la plus adaptée au travail particulier à exécuter. This arrangement is of obvious interest, it makes it possible to change the anode very quickly in order to always use the anode most suited to the particular work to be performed.

Une anode longue et de faible diamètre (14) ou (15) comporte les conduits d'alimentation (16) (17) et (18) dont la nécessité a été soulignée plus haut. La disposition en longueur de l'ensemble des composants rend possible l'utilisation de canaux d'eau (17) de diamètre suffisant pour permettre le passage d'un débit d'eau plus important que dans les solutions classiques de construction des torches d'alésage de type miniaturisé. A long and small diameter anode (14) or (15) comprises the supply conduits (16) (17) and (18), the need for which has been emphasized above. The lengthwise arrangement of all the components makes it possible to use water channels (17) of sufficient diameter to allow the passage of a greater flow of water than in conventional solutions for building torches. miniaturized type bore.

On peut ainsi augmenter de façon appréciable la capacité de dissipation thermique de la torche tout en conservant un encombrement hors tout réduit. It is thus possible to appreciably increase the heat dissipation capacity of the torch while retaining a reduced overall size.

Selon la disposition particulière des éléments objet de l'invention, la cathode (1) est isolée de l'anode (14) ou (15) par un tube isolant (19) d'une forme particulière. Dans un mode de réalisation, la partie cylindrique arrière de ce tube présente un diamètre intérieur supérieur à celui de la cathode, de façon à ménager un espace annulaire (20) qui est balayé par le gaz plasmagène. Le débit de gaz facilite le refroidissement de la cathode et lui assure une protection contre 1' oxydation. According to the particular arrangement of the elements which are the subject of the invention, the cathode (1) is isolated from the anode (14) or (15) by an insulating tube (19) of a particular shape. In one embodiment, the rear cylindrical part of this tube has an inner diameter greater than that of the cathode, so as to provide an annular space (20) which is swept by the plasma gas. The gas flow facilitates the cooling of the cathode and provides it protection against oxidation.

Le gaz passe ensuite dans un système dit vortex constitué de quatre filets (21) taillés dans le tube qui ménagent en conjonction avec une bague de centrage (22) de la cathode une quadruple hélice qui donne au gaz un mouvement tourbillonnaire apte à stabiliser la décharge qui naît entre l'extrémité (23) de la cathode (1) et le convergent (24) de l'anode (14) ou (15). The gas then passes through a so-called vortex system consisting of four threads (21) cut in the tube which, in conjunction with a centering ring (22) of the cathode, form a quadruple helix which gives the gas a vortex movement capable of stabilizing the discharge. which arises between the end (23) of the cathode (1) and the convergent (24) of the anode (14) or (15).

L'anode représentée sur la planche 3 figure 3 est une anode du type interchangeable tel que celle que nous venons de décrire. Elle présente une particularité objet de l'invention. Le plasma engendré par la décharge dans l'espace annulaire entre cathode et anode coaxiales dans l'axe principal de la torche est ensuite canalisé à l'extrémi- té du convergent de l'anode dans un conduit (26) orienté latéralement de sorte que le plasma n' est plus émis dans l'axe de la torche. Il sort au contraire en formant un angle notable avec celui-ci. The anode shown on plate 3 in Figure 3 is an anode of the interchangeable type such as that which we have just described. It has a particular object of the invention. The plasma generated by the discharge in the annular space between cathode and coaxial anode in the main axis of the torch is then channeled at the end of the convergent of the anode in a conduit (26) oriented laterally so that the plasma is no longer emitted in the axis of the torch. On the contrary, it exits at a notable angle with it.

Cette disposition permet de prévoir en bout du corps de l'anode un canal de refroidissement (27) qui est situé tout à fait à ltextrémi- té et présente donc de ce fait le maximum d'efficacité. This arrangement makes it possible to provide at the end of the body of the anode a cooling channel (27) which is situated quite at the end and therefore has therefore the maximum efficiency.

La faculté de cette torche de pouvoir dissiper une puissance importante malgré son très faible encombrement à l'extrémité la rend également apte à des travaux demandant une forte puissance sur des surfaces extérieures apparentes mais d'accès difficile du fait de 1' environnement. The ability of this torch to be able to dissipate significant power despite its very small size at the end also makes it suitable for work requiring high power on visible exterior surfaces but difficult to access due to the environment.

Afin de conserver l'effet de gaine du gaz protecteur au dessus du bain de fusion et autour de la colonne de plasma, on utilise un diffuseur (28) spécialement adapté à l'anode utilisée. In order to maintain the sheathing effect of the protective gas above the fusion bath and around the plasma column, a diffuser (28) specially adapted to the anode used is used.

Dans le cas du travail dans un alésage, on peut également travailler sans diffuseur si la disposition des pièces permet de baigner naturellement la zone de travail par une atmosphère contrôlée. In the case of working in a bore, it is also possible to work without a diffuser if the arrangement of the parts makes it possible to naturally bathe the working area with a controlled atmosphere.

Un revêtement réfractaire isolant thermique et électrique peut avantageusement être appliqué sur l'extrémité de l'anode lors du travail en espace restreint. A heat and electrical insulating refractory coating can advantageously be applied to the end of the anode when working in a limited space.

Claims

Claim 1 - Plasma generating torch for welding and recharging applications characterized in that the overall transverse size of the plasma generator has been reduced by reducing the end of the torch to the single anode.

The devices for connection to the fluids and for adjusting the cathode remaining carried over to the rear, and by the possibility that provision has been made for simply exchanging the anode in order to have at will a conventional torch, a torch space-saving or inclined plasma jet torch.

Claim 2 - Plasma generating torch according to claim 1 characterized in that the outlet orifice of the plasma jet is not in the axis of the device for generating this same plasma but inclined relative to the axis of the grouping cathode-anode. This inclination can reach 90.

Claim 3 - Torch according to claim 2 in which the cooling circuit is organized so as to allow the end of the anode to cool beyond the outlet orifice of the plasma jet.

Claim 4 - Torch according to one of the preceding claims, characterized in that the diffusion of the shielding gas is ensured by means of a specific diffusing member which is also interchangeable.

Claim 5 - Torch according to one of the preceding claims, characterized in that the plasma gas contributes to the cooling of the cathode along which it flows before arriving in the discharge zone.