FR2813158A1 - Electrode pour torche a plasma a insert emissif de duree de vie amelioree - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une électrode (1) pour torche à arc électrique comprenant un corps (2) comportant une extrémité inférieure portant un insert (12) émissif. L'insert (12) émissif est constitué d'une matrice en un élément métallique principal au sein de laquelle est réparti un ou plusieurs éléments d'addition. Selon l'invention, la matrice comprend une concentration en élément d'addition supérieure dans la région centrale de l'insert qu'à sa périphérie. De préférence la matrice contient du tungstène en tant qu'élément métallique principal et l'élément d'addition est choisi par le thorium, l'yttrium, le cérium, le lanthane, le bore, les oxydes de ces éléments et les mélanges de plusieurs de ces éléments et/ou oxydes de ces éléments. Torche à plasma équipée d'une telle électrode. Procédé de fabrication de l'insert (12) et insert ainsi obtenu.

Description

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La présente invention concerne les torches de coupage plasma et plus particulièrement un perfectionnement des électrodes utilisées dans les procédés de soudage, de coupage, de projection et, d'une façon générale, les procédés de traitement des matériaux par arc plasma.

Les torches à plasma sont largement utilisées industriellement pour le coupage des matériaux métalliques. Elles sont constituées généralement d'un corps de torche à l'intérieur duquel sont montés, coaxialement et isolé électriquement l'une de l'autre, une électrode et une tuyère, dotée d'un orifice central d'éjection d'un jet plasma établi entre ladite électrode et une pièce de travail, de connections électriques de liaison avec un générateur de courant, d'au moins un circuit de refroidissement relié à une unité externe de refroidissement, d'au moins un circuit de fluide plasmagène alimentant un diffuseur de gaz placé de telle façon qu'un débit à régime d'écoulement contrôlé soit distribué dans la chambre d'arc délimitée par l'électrode et la tuyère. Les torches produisent un jet plasma formé d'un arc établi dans une veine gazeuse judicieusement constrictée pour engendrer de hautes températures et une énergie cinétique importante. Une variété importante de gaz ou de mélanges gazeux peut être utilisée dans de telles torches parmi laquelle on peut citer à titre d'exemple ; l'air, l'argon, l'azote, l'hydrogène, l'oxygène et les mélanges d'au moins deux de ces gaz.

En préalable à une opération de travail d'une pièce à découper, un arc pilote est établi entre l'électrode et la tuyère pour former un jet, éjecté à l'extérieur de l'orifice de la tuyère, suffisamment ionisé pour former un lien électrique entre l'électrode et la pièce et permettre ainsi l'établissement d'un arc plasma de la puissance appropriée pour effectuer le travail de la pièce. L'allumage de l'arc pilote dans le courant de gaz est couramment obtenu par

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jaillissement d'une étincelle haute fréquence et/ou haute tension ou encore par rupture d'un court-circuit préalablement provoqué entre l'électrode et la tuyère.

Selon la nature des matériaux à découper, le gaz ou mélange de gaz plasmagène est choisi dans le groupe des gaz oxydants ou non-oxydants. Lorsqu'un gaz ou mélange de gaz non-oxydants est choisi, il convient d'utiliser une électrode ou un insert émissif d'électrode, formant généralement cathode, constitué d'un matériau à faible travail d'extraction des électrons et à haute température de fusion De façon classique le tungstène est choisi pour réaliser une telle électrode. Pour favoriser l'émission des électrons une faible quantité, 0,1 à 2% en poids, d'élément d'addition tel que ThOz, Y203, Ce02, La2 Os ou encore LaBs est le plus souvent ajoutée à la matrice de tungstène. Cet élément d'addition insoluble dans le tungstène, dispersé en fin globules et réparti dans le volume de la matrice en tungstène de façon relativement homogène, fourni des sites d'émission d'électrons privilégiés, et par conséquent, des sites préférentiels d'accrochage de la racine cathodique de l'arc électrique.

En fonctionnement et en fonction des conditions locales telles que la nature du gaz plasmagène, sa pression, sa vitesse d'écoulement, l'intensité du courant, les forces de Lorentz, la température de surface de l'électrode, le pied cathodique de l'arc électrique s'attache sur un globule et y stagne jusqu'à appauvrissement de l'émissivité de ce site, par exemple par évaporation de l'élément d'addition, puis saute alors sur un autre site offrant de meilleurs conditions locales.

Pendant ta durée d'établissement d'arc, le pied anodique sautille donc à une fréquence liée à la vitesse d'appauvrissement des sites et jusqu'à une distance liée à la répartition, c'est-à-dire à la présence et à la position, des globules d'élément d'addition à la surface de l'insert émissif et des forces antagonistes régnant localement.

Dans le cas où l'électrode à une forme terminale pointue, l'effet de pointe créé en fonction de l'angle d'affûtage choisi peut réduire de façon sensible l'amplitude des sautillements du pied d'arc et ainsi réduire

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suffisamment les instabilités d'arc pour ne pas engendrer de défaut dans le traitement de la pièce de travail.

Par contre, lorsque, pour des raisons constructives ou de mise en ceuvre de procédé, l'électrode doit présenter une surface émissive de forme plate, l'amplitude des sautillements du pied cathodique de l'arc crée une instabilité importante de l'arc qui nuit à la qualité du traitement de la pièce de travail.

Ce problème d'usure prématurée de l'électrode et, plus spécifiquement de l'insert émissif est bien connu et abordé notamment dans les documents F R-A-2 650 470, F R-A-2 173 875, US-A-4,769,524, US-A-3,676,639, E P-A-144 267, EP-A-326 445, WO-A-00/05931 et WO-A-93/23193.

L'objet de la présente invention est, dès lors, de proposer une électrode pour torche à plasma et pour les procédés mettant en ceuvre un gaz ou un mélange de gaz non-oxydant, qui limite les instabilités d'arc et, par conséquent, permet d'obtenir une qualité de travail optimisée, une constance de qualité de travail et une utilisation prolongée de ladite électrode.

En d'autres termes, le but de l'invention est de proposer une électrode améliorée par rapport aux électrodes pour torche à plasma connues, en particulier une électrode dont l'insert émissif présente une durée de vie nettement supérieur à celui d'un insert émissif classique utilisé dans les mêmes conditions opératoires. L'invention porte alors sur une électrode pour torche à arc électrique comprenant un corps d'électrode comportant une extrémité inférieure portant un insert émissif, ledit insert émissif étant formé d'une matrice métallique en au moins un élément principal, laquelle matrice contient au moins. un élément d'addition. Selon l'invention, ledit au moins un élément d'addition est réparti de façon hétérogène au sein du volume de ladite matrice, c'est-à-dire que la matrice comprend une concentration en élément d'addition supérieure dans la région centrale dudit insert qu'à la périphérie dudit insert .

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Selon le cas, l'électrode de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - l'élément d'addition est concentré dans un volume à axe confondu avec l'axe de l'insert.

- l'élément d'addition est concentré dans un volume sensiblement cylindrique à axe confondu avec l'axe de l'insert.

- au moins un élément d'addition est concentré dans un volume approximativement cylindrique dont la hauteur est au moins égale à la moitié du diamètre de l'insert, de préférence approximativement égale à la hauteur de l'insert selon l'axe longitudinal dudit insert .

- le diamètre du volume approximativement cylindrique contenant ledit élément d'addition est compris entre 0,5 et 0,2 mm.

- la matrice métallique contient ou est constituée de tungstène en tant qu'élément principal.

- l'élément d'addition incorporé à la matrice est choisi parmi le thorium (Th), l'yttrium (Y), le cérium (Ce), le lanthane (La), le bore (B), les oxydes de ces éléments et les mélanges de plusieurs de ces éléments et/ou oxydes de ces éléments.

- l'insert émissif est cylindrique ou approximativement cylindrique et est inséré à force et/ou est serti dans un logement porté par l'extrémité inférieure du corps de l'électrode.

Par ailleurs, l'invention porte aussi sur une torche à arc électrique, en particulier une torche à plasma, équipée d'une électrode selon l'invention et l'utilisation d'une telle électrode dans une opération de coupage, de soudage, de projection, de rechargement ou de marquage à l'arc électrique, de préférence à l'arc plasma, en particulier une opération de coupage plasma.

Selon un autre aspect, l'invention a trait à un procédé de fabrication d'un insert émissif susceptible d'être inséré dans une électrode selon l'invention, dans lequel on procède selon les étapes de

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(a) on réalise un noyau de forme cylindrique ou apparentée à un cylindre par frittage d'un mélange de poudre d'au moins un élément principal métallique et d'au moins un élément d'addition, (b) on réalise un frittage d'une poudre contenant ledit élément principal métallique autour du noyau réalisé à l'étape (a) de manière à former un gainage dudit noyau par ledit élément principal métallique, (c) on obtient un insert émissif formé d'une matrice métallique en ledit au moins un élément principal et contenant au moins un élément d'addition, la concentration en élément d'addition étant supérieure dans la région centrale dudit insert qu'à la périphérie dudit insert.

En variante, l'invention a aussi trait à un procédé de fabrication d'un insert émissif susceptible d'être inséré dans une électrode selon l'invention, dans lequel on procède selon les étapes de (1) on réalise un corps principal d'insert par frittage d'une poudre d'au moins un élément principal métallique et dans lequel est aménagé un évidemment; (2) on remplit l'évidemment du corps principal d'insert d'un mélange de poudre contenant ledit au moins un élément principal métallique et au moins un élément d'addition; (3) on réalise un frittage, subséquent à l'étape, de manière à obtenir un insert émissif formé d'une matrice métallique en ledit au moins un élément principal et contenant au moins un élément d'addition, la concentration en élément d'addition étant supérieure dans la région centrale dudit insert qu'à la périphérie dudit insert.

En outre, l'invention concerne aussi un insert émissif, .susceptible d'être obtenu par un procédé de fabrication selon l'invention, formé d'une matrice métallique en au moins un élément principal, laquelle matrice contient au moins un élément d'addition, caractérisé en ce que la matrice comprenant une concentration en élément d'addition supérieure dans la région centrale dudit insert qu'à la périphérie dudit insert.

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Selon encore un autre aspect, l'invention porte aussi sur un procédé de fabrication d'une électrode selon l'invention , dans lequel un insert selon la l'invention est serti ou fixé dans un logement porté par l'extrémité inférieure d'un corps d'électrode de manière à obtenir une électrode selon l'invention.

L'invention va maintenant être décrite plus en détail en références aux figures illustratives annexées, parmi lesquelles - la figure 1 montre, à titre d'exemple non limitatif, une électrode pour torche de coupage plasma vue en coupe longitudinale, - les figures 2a et 2b montrent un insert émissif tel que connu de l'art antérieure susceptible d'équiper l'électrode de la figure 1, - les figures 3a et 3b, d'une part, et la figure 3c, d'autres part, montrent deux modes de réalisation d'un insert émissif selon la présente invention, susceptible d'équiper l'électrode de la figure 1, - la figure 4 illustre la technique de gainage et la figure 5 celle de remplissage utilisables pour fabriquer un insert selon l'invention..

La figure 1 montre, dans son principe et à titre d'exemple, une électrode de conception classique destinée à une torche de coupage plasma. L'électrode 1 est constituée d'un corps ou support 2, réalisé en cuivre ou alliage de cuivre, de forme générale tubulaire de révolution fermée à son extrémité 3 inférieure et ouverte à son extrémité supérieure 3'. L'électrode proprement dite, encore appelée insert émissif 4, 12, réalisé en un matériau, tel du tungstène chargé d'un élément d'addition ou d'un mélange d'éléments pris dans le groupe formé par le Th02, le Y203, le Ce02, le La2 03 et le LaBs, de forme générale cylindrique à extrémités plates 4a, 4b est insérée à force ou par sertissage dans un logement 3a aménagé dans l'extrémité inférieure 3 du support 2. Les dimensions typiques d'un tel insert 4 peuvent être de 1 à 3 mm de diamètre pour une longueur de 3 à 8 mm. Ce type d'électrode, encore appelé cathode bouton ou cathode froide est couramment utilisé dans des torches à plasma destinées à la découpe, au marquage, à la projection et d'une façon générale au traitement de matériaux tels des matériaux métalliques des familles des aciers de construction, des aciers inoxydables et des alliages

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légers mettant en oeuvre un fluide plasmagène formé d'un gaz ou d'un mélange de gaz pris parmi l'argon, l'hélium, l'azote, l'hydrogène, le dioxyde de carbone, le monoxyde de carbone et les hydrocarbures. Les intensités de courant de travail peuvent aller, selon les procédés de 1 ampère à 1000 ampères.

La figure 2 a montre une vue, à fort grossissement et à une échelle fictive, de l'extrémité d'un insert 4 cathodique selon l'art antérieur.

L'insert 4 est constitué d'une matrice 5 de tungstène dans laquelle sont réparti, de façon relativement homogène dans le volume de la matrice, de fins globules 6 d'élément d'addition. Lors du premier allumage d'un arc 7 sur l'insert 4 à l'état neuf, le pied cathodique de l'arc, de dimension de l'ordre du 0.1 mm se fixe sur un globule 8 d'élément d'addition situé sensiblement au centre de la surface inférieure dudit insert 4 sous les effets conjugués des forces pneumatiques de centrage développées par le courant de gaz plasmagène et des forces électromagnétiques engendrées par le site émissif. L'arc est alors stable et sensiblement à axe confondu avec celui de l'insert 4, le travail fourni par un tel arc 7 est de qualité pour autant que toutes les conditions requises soient satisfaites par ailleurs.

La figure 2b montre une étape ultérieure de fonctionnement de l'insert 4 de la figure 2a, où l'on voit que l'insert 4 est appauvri en élément d'addition dans la région centrale de sa surface inférieure.

Après avoir appauvri la région centrale 9 de la surface inférieure de l'insert 4 par sautillements successifs d'un globule d'élément d'addition à un autre, l'arc 10 s'est accroché au globule le plus proche mais qui est dans une région très excentrée de la surface inférieure de l'insert 4. L'arc 10 est fortement dévié de l'axe de révolution de l'insert 4, jusqu'à une .distance de l'ordre du mm et, par conséquent, de l'axe général de la torche fixant la direction de travail. II s'ensuit alors des défauts dans le traitement de la pièce de travail du fait de cette déflexion d'arc. De plus, dans cette position l'arc 10 est soumis en permanence à un système de forces pneumatiques développé par le courant de gaz plasmagène qui tend à rétablir le centrage de l'arc sur la surface de l'insert 4 dans la région 9 appauvrie en élément d'addition et rend

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l'arc particulièrement instable du fait d'un sautillement à forte amplitude d'un site émissif périphérique à ladite région appauvrie à un autre site émissif périphérique, généralement diamétralement opposé au précédent. On comprend alors que ce comportement de l'arc est particulièrement nuisible à la qualité du travail réalisé avec une torche à plasma équipée d'une électrode de l'art antérieur.

Les figures 3a et c montrent deux vues, à fort grossissement et à une échelle fictive, de deux modes de réalisation différents de l'extrémité d'un insert 12 cathodique selon l'invention, lequel peut être incorporé en lieu et place de l'insert 4 de la figure 1.

Dans les deux modes de réalisation, l'insert 12 est constitué d'une matrice 13 de tungstène dans laquelle sont réparti, de façon localisée, et de préférence selon l'axe de révolution de l'insert 12 de fins globules 14 d'élément d'addition pris dans le groupe formé par le Th02, le Y203, le Ce02, le La2 Os et le LaBs.

Dans les deux cas (Fig. 3a et 3c), les globules d'élément d'addition sont concentrés dans un volume sensiblement cylindrique, à axe confondu avec celui de l'insert 12 dont la hauteur H2 est sensiblement identique à la hauteur H1 de l'insert 12 (Fig. 3a) ou au moins égale à la valeur du diamètre D1 du volume cylindrique contenant les éléments d'addition (Fig. 3c), de préférence sensiblement égal au demi diamètre D1 du cylindre formé par ledit insert 12.

En d'autres termes, le volume sensiblement cylindrique contenant les éléments d'addition peut avoir la même hauteur H2 que celle H1 de l'insert 12, comme schématisé sur la figure 3a, ou une hauteur H2 nettement inférieur à celle de l'insert 12, comme schématisé sur la figure 3c.

Par ailleurs, le diamètre D2 du volume cylindrique contenant les éléments d'addition est au plus égal à la moitié du diamètre D1 de l'insert 12 et est de préférence inférieur à 0,5 mm, préférentiellement encore sensiblement égal à 0,3 mm.

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Lors du premier allumage d'un arc 15 sur l'insert 12 à l'état neuf, le pied cathodique de l'arc, de dimension de l'ordre du 0.1 mm se fixe sur un globule 16 d'élément d'addition situé sensiblement au centre de la surface inférieure dudit insert 12 sous les effets conjugués des forces pneumatiques de centrage développées par le courant de gaz plasmagène et des forces électromagnétiques engendrées par le site émissif.

L'arc est alors stable et sensiblement à axe confondu avec celui de l'insert 12, le travail fourni par un tel arc 15 est de qualité pour autant que toutes les conditions requises soient satisfaites par ailleurs.

La figure 3b montre une étape ultérieure de fonctionnement alors que l'insert 12 de la figure 3a est appauvri en élément d'addition dans la région 19 centrale de sa surface inférieure.

Après avoir appauvri la région centrale 19 de la surface inférieure de l'insert 12 par sautillements successifs d'un globule d'élément d'addition à un autre, l'arc 18 s'est accroché au globule 17 le plus proche et nécessairement situé dans le volume cylindrique de diamètre D2, c'est-à-dire dans une région très proche du centre de la surface inférieure de l'insert 12.

L'arc 18 n'est pratiquement pas dévié de l'axe de révolution de l'insert 12 ou au maximum de la valeur du demi diamètre D2, en conséquence la pièce de travail ne subit pratiquement pas de modification de qualité dans son traitement. Du fait de la concentration des globules d'élément d'addition dans le coeur de l'insert 12, c'est-à-dire dans un volume cylindrique de diamètre D2 à axe confondu avec celui de l'insert 12, lors d'un travail prolongé il s'ensuit une érosion progressive en forme de cratère maintenant le pied cathodique de l'arc 18 au voisinage immédiat de l'axe de l'insert 12 et garantissant un fonctionnement optimal du procédé de traitement de la pièce de travail.

Une torche à plasma équipée d'une électrode selon la présente invention permet d'obtenir un travail de meilleure qualité et d'assurer une constance de qualité pendant un temps supérieur à ce qu'autorise une torche à plasma équipée d'une électrode de l'art antérieur.

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L'élaboration des inserts 12 selon la présente invention, c'est-à-dire d'inserts constitués d'une matrice de tungstène périphérique liée intimement à un noyau central constitué de tungstène chargé d'éléments d'addition, peut faire appel aux deux techniques de réalisation suivantes, données à titre purement illustratif, et illustrées sur les figures 4 et 5.

Technique de gainage La technique de gainage, illustrée par la figure 4, comporte les étapes de réalisation suivantes.

Etape 4a ou 4a' de la figure 4 Un premier élément, formant noyau 20, est constitué d'un mélange de poudre de tungstène et de poudre d'éléments d'addition est réalisé par exemple par frittage. Par exemple, le noyau 20 de forme cylindrique ou apparentée à un cylindre, a un diamètre D2 inférieur à 0,5 mm, de préférence sensiblement égal à 0,3 mm.

Selon que l'insert final devant être fabriqué est conforme à la figure 3a ou à la figure 3c, respectivement, la longueur du noyau 20 ou 30 est - soit égale à la hauteur H1 du corps principal d'insert, augmentée à chacune de ses extrémités d'une longueur h2 et h3 supplémentaires pour maintenir plus facilement le noyau 20 dans un outillage approprié à la réalisation de l'étape suivante, comme montré sur la figure 4a, - soit égale à H2, inférieure à la hauteur du corps principal d'insert H1 augmentée à l'une seulement de ses extrémités d'une longueur h4 supplémentaire pour maintenir plus facilement le noyau 30 dans un outillage approprié à la ré âlisation de l'étape suivante, comme montré sur la figure 4a'. Etape 4b ou 4b' de la figure 4 Le noyau ainsi réalisé est placé dans l'outillage approprié et y est fixé par l'une ou, selon le cas, par ses deux extrémités, la poudre de tungstène destinée à former le gainage 21 ou 31 de l'insert est introduite dans l'outillage et soumise à une opération de frittage final pour former un gainage du noyau 20 ou 31 de forme sensiblement cylindrique de diamètre D1 et de hauteur H1, autour du noyau 20 ou 31.

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Etape 4c ou 4c' de la figure 4 L'ébauche d'insert ainsi obtenu est alors soumise à une mise à longueur finale H1 destinée notamment à éliminer la ou les longueurs supplémentaires de noyau 20 ou 30 ayant servi à son maintien dans l'outillage et à produire l'insert fini 22 ou 32.

Une étape supplémentaire dite de " calibrage " peut-être éventuellement réalisée sur l'insert 22 ou 32 issu de l'étape précédente afin, par passage forcé dans une filière calibrée ou tout autre moyen approprié, d'amener l'insert à un diamètre extérieur final légèrement plus faible que celui obtenu après frittage, améliorant ainsi l'état de surface externe périphérique dudit insert et réduisant dans le même temps les éventuelles porosités par un effet de compactage.

Technique de remplissage Par ailleurs, la technique de remplissage, illustrée par la figure 5, comporte les étapes de réalisation suivantes.

Etape 5a ou 5a' de la figure 5 Un corps principal d'insert 40 ou 50 de diamètre D1 et de longueur H1 est réalisé par frittage d'une poudre de tungstène. Là encore, comme précédemment, selon la forme de l'insert final envisagé, le corps principal d'insert 40 comporte un évidemment axial 41 de forme sensiblement cylindrique de diamètre D2, par exemple, inférieur à 0,5 mm et de préférence sensiblement égal à 0,3 mm et de longueur H1 débouchant à chaque extrémité dudit corps principal d'insert 40 ou, le cas échéant, un évidemment borgne axial 51 de forme sensiblement cylindrique de diamètre D1 et de longueur H2 inférieure à la longueur H1 du corps principal d'insert 50, c'est-à-dire un perçage partiel ne débouchant qu'à une seule extrémité du corps principal d'insert 50. L'évidemment axial 41 ou 51 est obtenu soit directement en une seule opération lors du frittage de la poudre de tungstène formant le corps principal d'insert 40 ou 50, soit par voie d'enlèvement de matière lors d'une seconde opération dans le corps d'insert 40 ou 50.

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Etape 5b ou 5b' de la figure 5 L'évidemment axial 41 ou 51 du corps principal d'insert 40 est rempli d'un mélange de poudre de tungstène et de poudre d'éléments d'addition. Ce remplissage est ensuite soumis à une opération de frittage pour former le noyau 42 ou 52 occupant tout le volume 41 ou 51 et lié intimement au corps principal d'insert 40 ou 50 de manière à produire l'insert fini 43 ou 53.

Là encore, une étape supplémentaire de " calibrage " peut être éventuellement réalisée sur l'insert 43 ou 53 issu de l'étape précédente afin, par passage forcé dans une filière calibrée ou tout autre moyen approprié, d'amener l'insert à un diamètre extérieur final légèrement plus faible que celui obtenu après frittage, améliorant ainsi l'état de surface externe périphérique dudit insert et réduisant dans le même temps les éventuelles porosités par un effet de compactage.

La technique de gainage, illustrée par les figures 4a, 4b et 4c, ainsi que la technique de remplissage, illustrée par les figures 5a et 5b se prêtent également bien à une fabrication de fils, de tiges ou de barreaux pouvant atteindre des longueurs importantes et présentant les caractéristiques de l'invention, à savoir une concentration en éléments d'addition supérieure dans la région centrale desdits fils, desdites tiges ou desdits barreaux qu'à leur périphérie. La fabrication comporte alors les étapes suivantes - réalisation d'une masse métallique semblable à 22 ou 53, par des opérations de frittage selon les Figures 4a, 4b et 4c ou selon les Figures 5a et 5b, mais dont les dimensions D1, D2 et H1 sont majorées, - réduction du diamètre de la masse métallique, en une ou plusieurs opérations successives avec éventuellement des séquences intermédiaires de traitement thermique, par forgeage, martelage, tréfilage ou toute autre technique produisant un effet similaire. Au cours de ces opérations et par transfert de masse, la réduction progressive des diamètres D1 et D2 s'accompagne d'un accroissement de la longueur H1, - calibrage final pour obtenir le fil, la tige ou le barreau du diamètre extérieur recherché. II est à noter qu'au cours du processus de réduction du

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diamètre extérieur initial D1, le diamètre initial D2 subit une réduction de sa dimension selon un rapport d'homothétie D1/D2 sensiblement constant. En d'autres termes et à titre d'exemple non limitatif, une masse métallique initiale semblable à 22 ou 43 dont les dimensions seraient: D1=50 mm, D2=7,5 mm et H1=100 mm, donnerait après un processus de réduction de diamètre tel que décrit précédemment, un fil de dimensions : D1' = 2 mm, D2' = 0,3 mm et H1' = 62 500 mm tout en conservant les propriétés objet de l'invention, c'est-à-dire une concentration d'éléments d'addition dans l'âme du fil, circonscrite par le diamètre D2' et s'étendant sur toute la longueur H1', et une quasi absence d'éléments d'addition dans le volume de fil restant, c'est-à-dire dans le volume de section sensiblement annulaire de diamètres D2', D1' et de longueur H1'.

- en final, l'obtention d'inserts émissifs, selon l'invention, adaptables au torches de coupage, de soudage, de marquage, de projection... est réalisé par tronçonnage du fil, de la tige ou du barreau en éléments de longueurs adaptées aux cas d'application.

II est à souligner que l'objet de cette invention n'est pas limitée aux modes particuliers de réalisation ou à la forme particulière d'électrode décrits ci-dessus ; en d'autres termes, des électrodes présentant d'autres configurations et/ou obtenues par d'autres modes de réalisation mais incluant un insert émissif selon la présente invention sont considérées comme incluses dans le champs de protection revendiqué par la présente invention.

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Claims (15)

1. REVENDICATIONS 1. Electrode (1) pour torche à arc électrique comprenant un corps (2) d'électrode comportant une extrémité (3) inférieure portant un insert émissif (12), ledit insert émissif (12) étant formé d'une matrice métallique en au moins un élément principal, laquelle matrice contient au moins un élément d'addition, caractérisé en ce que la matrice comprend une concentration en élément d'addition supérieure dans la région centrale (D2) dudit insert (12) qu'à la périphérie dudit insert (12).
2. 2. Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit élément d'addition est concentré dans un volume à axe confondu avec l'axe de l'insert (12).
3. 3. Electrode selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit élément d'addition est concentré dans un volume sensiblement cylindrique à axe confondu avec l'axe de l'insert (12).
4. 4. Electrode selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'au moins un élément d'addition est concentré dans un volume approximativement cylindrique dont la hauteur est au moins égale à la moitié du diamètre (D1) de l'insert (12), de préférence approximativement égale à la hauteur de l'insert (12) selon l'axe longitudinal dudit insert (12).
5. 5. Electrode selon les revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le diamètre du volume approximativement cylindrique contenant ledit élément d'addition est compris entre 0,5 et 0,2 mm.
6. 6. Electrode selon les revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la matrice métallique contient ou est constituée de tungstène en tant qu'élément principal.

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7. 7. Electrode selon les revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'élément d'addition incorporé à la matrice est choisi parmi le thorium (Th), l'yttrium (Y), le cérium (Ce), le lanthane (La), le bore (B), les oxydes de ces éléments et les mélanges de plusieurs de ces éléments et/ou oxydes de ces éléments.
8. 8. Electrode selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'insert émissif (12) est cylindrique ou approximativement cylindrique et est inséré à force et/ou est serti dans un logement (3a) porté par l'extrémité inférieure (3) du corps (2) de l'électrode (1).
9. 9. Torche à arc électrique, en particulier une torche à plasma, équipée d'une électrode selon l'une des revendications 1 à 8.
10. 10. Utilisation d'une électrode selon l'une des revendications 1 à 8, ou d'une torche selon la revendication 9 dans une opération de coupage, de soudage, de projection, de rechargement ou de marquage à l'arc électrique, de préférence à l'arc plasma, en particulier une opération de coupage plasma.
11. 11. Procédé de fabrication d'un insert (12) émissif susceptible d'être inséré dans une électrode (1) selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel on procède selon les étapes de (a) on réalise un noyau (20, 30) de forme cylindrique ou apparentée à un cylindre par frittage d'un mélange de poudre d'au moins .un élément principal métallique et d'au moins un élément d'addition, (b) on réalise un frittage d'une poudre contenant ledit élément principal métallique autour du noyau réalisé à l'étape (a) de manière à former un gainage (21, 31) dudit noyau par ledit élément principal métallique, (c) on obtient un insert émissif (12) formé d'une matrice métallique en ledit au moins un élément principal et contenant au moins un élément

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    d'addition, la concentration en élément d'addition étant supérieure dans la région centrale (D2) dudit insert (12) qu'à la périphérie dudit insert.
12. 12. Procédé de fabrication d'un insert (12) émissif susceptible d'être inséré dans une électrode (1) selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel on procède selon les étapes de (1) on réalise un corps (40, 50) principal d'insert par frittage d'une poudre d'au moins un élément principal métallique et dans lequel est aménagé un évidemment (41, 51) ; (2) on remplit l'évidemment (41, 51) du corps principal d'insert (40 ou 50) d'un mélange de poudre contenant ledit au moins un élément principal métallique et au moins un élément d'addition ; (3) on réalise un frittage, subséquent à l'étape (2), de manière à obtenir un insert émissif (12) formé d'une matrice métallique en ledit au moins un élément principal et contenant au moins un élément d'addition, la concentration en élément d'addition étant supérieure dans la région centrale (D2) dudit insert (12) qu'à la périphérie dudit insert.
13. 13. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que l'élément principal est du tungstène et en ce que l'élément d'addition est choisi parmi le thorium (Th), l'yttrium (Y), le cérium (Ce), le lanthane (La), le bore (B), les oxydes de ces éléments et les mélanges de plusieurs de ces éléments et/ou oxydes de ces éléments.
14. 14. Insert émissif (12) susceptible d'être obtenu par un .procédé de fabrication selon l'une des revendications 11 à 13, formé d'une matrice métallique en au moins un élément principal, laquelle matrice contient au moins un élément d'addition, caractérisé en ce que la matrice comprenant une concentration en élément d'addition supérieure dans la région centrale (D2) dudit insert (12) qu'à la périphérie dudit insert (12).

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15. 15. Procédé de fabrication d'une électrode (1) selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel un insert selon la revendication 14 est serti ou fixé dans un logement (3a) porté par l'extrémité (3) inférieure d'un corps (2) d'électrode de manière à obtenir une électrode (1) selon l'une des revendications 1 à 8.