L'invention concerne un bloc-tuyère formé de deux tuyères et d'un diffuseur de gaz pour torche à plasma, en particulier pour torche de coupage plasma, dans lequel les canaux des tuyères présentent une co-axialité quasi parfaite, ainsi qu'une torche à plasma équipée d'un tel bloc-tuyère et un procédé de fabrication dudit bloc-tuyère. The invention relates to a nozzle block formed of two nozzles and a gas diffuser for a plasma torch, in particular for a plasma cutting torch, in which the channels of the nozzles have an almost perfect coaxiality, and plasma torch equipped with such a block-nozzle and a method of manufacturing said block-nozzle.
Le coupage par arc plasma est une technique de découpe des matériaux, notamment des métaux, bien connue mettant en oeuvre une torche à plasma d'arc comprenant une électrode et une ou plusieurs tuyères, laquelle torche est alimentée en gaz et en courant électrique de manière à former un plasma d'arc qui est expulsé par l'orifice de la ou des tuyères en direction de la pièce à couper. Plasma arc cutting is a well-known technique for cutting materials, in particular metals, using an arc plasma torch comprising an electrode and one or more nozzles, which torch is fed with gas and electric current in such a way that forming an arc plasma which is expelled through the orifice of the nozzle or nozzles in the direction of the workpiece.
Des torches de coupage plasma et leur principe de fonctionnement sont décrits dans de nombreux documents, notamment dans les documents suivants auquel on pourra se reporter, à savoir EP-A-599709, EP-A-1578177, EP-A-1126750, EP-A-1139701, WO-A-94013424, EP-A-794697, EP-A-641269 et EP-A-1298966. Les tuyères et les électrodes des torches sont des pièces d'usure qui s'érodent au fil du temps, c'est-à-dire pendant l'utilisation de la torche, et qui doivent donc être remplacées régulièrement, typiquement après quelques heures d'utilisation. Il existe deux type de torches de coupage plasma, à savoir celles dites à mono flux et celles dites à double flux . Les torches mono-flux mettent en oeuvre une seule tuyère par laquelle le flux de gaz plasma est expulsé en étant constricté au sein de l'orifice de la tuyère, après son ionisation par un arc électrique dans la chambre plasmagène située entre la partie intérieure de la tuyère et l'électrode portant l'insert émissif. Par ailleurs, les torches à double flux comprennent une seconde tuyère située en aval de la tuyère amont formant la chambre plasmagène, en considérant le sens de trajet du flux de gaz. Un deuxième flux de gaz circule entre les deux tuyères et est expulsé par le canal ou orifice de sortie de la seconde tuyère par lequel est également expulsé le flux de gaz plasma généré dans la chambre plasmagène et expulsé par la tuyère amont. On comprend aisément que, dans les torches à double flux, les canaux de sortie des deux tuyères des torches à double flux doivent être parfaitement coaxiaux. En effet, si tel n'est pas le cas, le flux de gaz plasmagène expulsé par la tuyère amont vient frapper la paroi interne de la tuyère aval et/ou la paroi du canal de ladite tuyère aval, ce qui engendre alors une détérioration rapide de la tuyère aval et surtout des défauts de coupe car le jet de plasma délivré par la torche est perturbé. Actuellement, les deux tuyères sont usinées séparément, en particulier le canal de chaque tuyère est percé individuellement, puis elles sont montées successivement dans la torche avec un jeu de positionnement minimum. La réduction du défaut de coaxialité entre les canaux des tuyères amont et aval est limitée par la précision de l'opération d'usinage et le mode de montage utilisé. A ce titre, le document EP-A-934684 a proposé d'améliorer la concentricité de la ou des tuyères et de l'électrode d'une torche à plasma en fixant autour de celles-ci une bague élastique 5 permettant de centrer le consommable dans le corps de torche. Toutefois, cette solution n'est pas idéale car elle nécessite l'emploi d'éléments supplémentaires autour de chaque consommable, ce qui augmente les coûts et la complexité de la torche. De plus, même avec ce type de dispositif, il reste très difficile d'obtenir des défauts de coaxialité minimums, et a fortiori nuls ou quasi nuls, entre les deux tuyères de la torche. Or, 10 comme déjà dit, toute variation quasi-inévitable de coaxialité entraîne des variations importantes de la qualité de coupe obtenue avec la torche munie de ces tuyères. De là, le problème qui se pose est de réduire au minimum le défaut de coaxialité entre les canaux des tuyères amont et aval d'une torche à plasma à deux tuyères coaxiales de manière à pouvoir assurer une qualité de coupe optimale ou quasi-optimale et de minimiser l'usure desdites 15 tuyères susceptible de résulter d'un défaut de coaxialité entre les deux tuyères. La solution de l'invention est un bloc-tuyère pour torche à plasma formé d'une tuyère amont dont la paroi est traversée par un canal amont et d'une tuyère aval dont la paroi est traversée par un canal aval, la tuyère amont étant solidaire de la tuyère aval et les canaux amont et aval étant coaxiaux l'un à l'autre. 20 Selon le cas, le bloc-tuyère de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le diamètre du canal amont de la tuyère amont est inférieur au diamètre du canal aval de la tuyère aval. - la tuyère amont a une forme générale allongée et la tuyère aval a une forme générale de 25 coupelle aplatie. - un diffuseur de gaz de forme annulaire est agencé entre la tuyère amont et la tuyère aval. - la tuyère amont et la tuyère aval sont fixées solidairement au diffuseur, de préférence par vissage. L'invention porte aussi sur une torche à arc plasma, en particulier une torche de coupage 30 plasma, comprenant un bloc-tuyère selon l'invention, ainsi que sur un procédé de coupage plasma d'une pièce métallique, notamment en acier, en acier inoxydable ou en aluminium, en titane ou un alliages d'aluminium ou de titane, dans lequel on utilise une telle torche à arc plasma. Par ailleurs, l'invention porte aussi sur un procédé de fabrication d'un bloc-tuyère selon l'invention, dans lequel on procède selon les étapes de : 35 a) usiner une pré-tuyère amont de forme désirée mais sans réaliser de perçage du canal amont, b) usiner une pré-tuyère aval de forme désirée mais sans réaliser de perçage du canal aval, c) assembler et solidariser la pré-tuyère amont à la pré-tuyère aval, directement ou par l'intermédiaire d'un diffuseur annulaire agencé entre lesdites pré-tuyères, et d) subséquemment à l'étape c), réaliser un perçage du canal amont au travers de la paroi de la pré-tuyère amont et du canal aval au travers de la paroi de la pré-tuyère aval de manière à obtenir un bloc-tuyère selon l'invention dont les canaux amont et aval sont coaxiaux. Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - à l'étape d), les perçages du canal amont et du canal aval sont opérés successivement et immédiatement l'un après l'autre, au cours d'un même perçage. Plasma cutting torches and their operating principle are described in numerous documents, in particular in the following documents which can be referred to, ie EP-A-599709, EP-A-1578177, EP-A-1126750, A-1139701, WO-A-94013424, EP-A-794697, EP-A-641269 and EP-A-1298966. Nozzles and torch electrodes are wear parts that erode over time, that is, during the use of the torch, and therefore need to be replaced regularly, typically after a few hours. 'use. There are two types of plasma cutting torches, namely those called single flow and those called dual flow. The single-flow torches use a single nozzle through which the flow of plasma gas is expelled by being constricted within the orifice of the nozzle, after its ionization by an electric arc in the plasmagenic chamber located between the inner part of the the nozzle and the electrode carrying the emissive insert. Furthermore, the dual-flow torches comprise a second nozzle located downstream of the upstream nozzle forming the plasma chamber, considering the flow direction of the gas flow. A second flow of gas flows between the two nozzles and is expelled by the channel or outlet of the second nozzle through which is also expelled the flow of plasma gas generated in the plasma chamber and expelled by the upstream nozzle. It is easily understood that, in the dual-flow torches, the outlet channels of the two nozzles of the dual-flow torches must be perfectly coaxial. In fact, if this is not the case, the flow of plasmagene gas expelled by the upstream nozzle hits the inner wall of the downstream nozzle and / or the wall of the channel of said downstream nozzle, which then causes rapid deterioration. downstream nozzle and especially cutting defects because the plasma jet delivered by the torch is disturbed. Currently, the two nozzles are machined separately, in particular the channel of each nozzle is drilled individually, then they are successively mounted in the torch with a minimum positioning clearance. Reducing the coaxiality defect between the upstream and downstream nozzle channels is limited by the precision of the machining operation and the mounting mode used. As such, the document EP-A-934684 has proposed to improve the concentricity of the nozzle (s) and the electrode of a plasma torch by fixing around them an elastic ring 5 to center the consumable in the torch body. However, this solution is not ideal because it requires the use of additional elements around each consumable, which increases the costs and complexity of the torch. In addition, even with this type of device, it remains very difficult to obtain minimum coaxiality defects, and a fortiori zero or almost zero, between the two nozzles of the torch. However, as already stated, any quasi-inevitable variation in coaxiality results in significant variations in the quality of cut obtained with the torch provided with these nozzles. From there, the problem is to minimize the lack of coaxiality between the upstream and downstream nozzle channels of a coaxial two-nozzle plasma torch so as to ensure optimal or near-optimal cutting quality and to minimize the wear of said nozzles may result from a lack of coaxiality between the two nozzles. The solution of the invention is a block-nozzle for plasma torch formed of an upstream nozzle whose wall is traversed by an upstream channel and a downstream nozzle whose wall is traversed by a downstream channel, the upstream nozzle being integral with the downstream nozzle and the upstream and downstream channels being coaxial with each other. Depending on the case, the nozzle block of the invention may comprise one or more of the following characteristics: the diameter of the upstream channel of the upstream nozzle is smaller than the diameter of the downstream channel of the downstream nozzle. the upstream nozzle has a generally elongate shape and the downstream nozzle has a generally flattened cup shape. - An annular gas diffuser is arranged between the upstream nozzle and the downstream nozzle. the upstream nozzle and the downstream nozzle are fixed integrally to the diffuser, preferably by screwing. The invention also relates to a plasma arc torch, in particular a plasma cutting torch, comprising a nozzle block according to the invention, as well as to a method for plasma cutting of a metal part, in particular made of steel, stainless steel or aluminum, titanium or alloys of aluminum or titanium, in which such a plasma arc torch is used. Furthermore, the invention also relates to a method for manufacturing a nozzle block according to the invention, in which the following steps are carried out: a) machining an upstream pre-nozzle of desired shape but without drilling the upstream channel, b) machining a downstream pre-nozzle of desired shape but without drilling the downstream channel, c) assembling and securing the upstream pre-nozzle to the downstream pre-nozzle, directly or via a annular diffuser arranged between said pre-nozzles, and d) subsequently in step c), drill the upstream channel through the wall of the upstream pre-nozzle and the downstream channel through the wall of the pre-nozzle. downstream nozzle so as to obtain a block-nozzle according to the invention, the upstream and downstream channels are coaxial. Depending on the case, the method of the invention may comprise one or more of the following characteristics: in step d), the bores of the upstream channel and the downstream channel are operated successively and immediately one after the other , during the same piercing.
- l'étape d), les perçages du canal amont et du canal aval sont réalisés avec un même outil. La présente invention va être mieux comprise grâce à la description illustrative suivante faite en références aux figures annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 représente une vue de côté d'un bloc-tuyère selon l'invention, - la Figure 2 représente une vue en coupe du bloc-tuyère de la Figure 1 et - la Figure 3 représente une vue en coupe grossie de la région comprenant les canaux des tuyères du bloc-tuyère de la Figure 2. La Figure 1 représente un bloc-tuyère pour torche de coupage à l'arc plasma selon l'invention comprenant une tuyère amont 1, une tuyère aval 2 et un diffuseur 3 de gaz intermédiaire de forme annulaire, pris en sandwich entre les deux tuyères 1, 2. Comme détaillé sur les Figures 2 et 3, la paroi de la tuyère 1 amont est traversée, de manière classique au niveau de son fond, par un canal amont 11 servant à la constriction et à l'expulsion du jet de plasma qui se forme dans la chambre plasmagène qui est l'espace formé entre la partie interne 4 de cette tuyère amont 1 et l'électrode portant l'insert émissif (non représenté) de la torche à plasma dans laquelle est agencée cette tuyère amont 1. De manière analogue, la paroi de la tuyère aval 2 est elle aussi traversée par un canal aval 12 situé au niveau du fond de cette tuyère aval 2. Il est à noter que les canaux 11 et 12 sont de forme cylindrique mais que le canal amont 11 présente un diamètre inférieur à celui du canal aval 12. Selon l'invention, les tuyères amont 1 et aval 2 sont fixées de manière solidaire l'une à l'autre de manière à constituer un bloc-tuyère, ce qui permet de garantir une coaxialité quasi parfaite des canaux 11, 12 desdites tuyères. La fixation de la tuyère amont 1 à la tuyère aval 2, ou inversement, peut se faire directement par vissage par exemple d'une tuyère à l'autre, ou alors préférentiellement indirectement, par l'intermédiaire d'un diffuseur 3 de gaz intermédiaire de forme annulaire, comme illustré sur les Figures 1 à 3. Le diffuseur 3 assure la diffusion de gaz dans l'espace inter-tuyère délimité par la surface extérieure de la tuyère amont et la surface interne de l'intérieur 5 de la tuyère aval 2. Comme on le voit, la tuyère amont a une forme générale plutôt allongée, alors que la tuyère aval 2 a une forme de coupelle plutôt aplatie. Toutefois, il va de soi que les tuyères amont et aval 1, 2 peuvent revêtir d'autres formes notamment en fonction de l'architecture de la torche dans laquelle elles doivent être montées. Afin de garantir une coaxialité quasi-parfaite des tuyères, on usine d'abord des pré-tuyères 1, 2 qui sont des tuyères dans lesquelles les perçages des canaux n'ont pas été effectués, puis on assemble sans jeu et de manière solidaire ces pré-tuyères avec (ou sans) le diffuseur aval 3, par exemple par vissage serré des différentes parties entre elles. Ensuite, le bloc-tuyère ainsi obtenu est repris en usinage pour le perçage quasi-simultanée des canaux 11, 12 des tuyères 1, 2, en garantissant ainsi un défaut de coaxialité réduit au minimum. step d), the holes of the upstream channel and the downstream channel are made with the same tool. The present invention will be better understood from the following illustrative description given with reference to the appended figures, in which: FIG. 1 represents a side view of a nozzle block according to the invention, FIG. FIG. 3 is an enlarged sectional view of the region comprising the channels of the nozzles of the nozzle block of FIG. 2. FIG. 1 shows a nozzle block for a cutting torch in FIG. the plasma arc according to the invention comprising an upstream nozzle 1, a downstream nozzle 2 and an annular-shaped intermediate gas diffuser 3, sandwiched between the two nozzles 1, 2. As detailed in FIGS. 2 and 3, the The wall of the upstream nozzle 1 is traversed, in a conventional manner at its bottom, by an upstream channel 11 serving for the constriction and expulsion of the plasma jet which is formed in the plasma chamber which is the space formed between the part internal 4 of this upstream nozzle 1 and the electrode carrying the emissive insert (not shown) of the plasma torch in which is arranged this upstream nozzle 1. Similarly, the wall of the downstream nozzle 2 is also traversed by a downstream channel 12 located at the bottom of this downstream nozzle 2. It should be noted that the channels 11 and 12 are of cylindrical shape but the upstream channel 11 has a smaller diameter than the downstream channel 12. According to the invention , the upstream and downstream nozzles 2 and 2 are fixed integrally with each other so as to form a nozzle block, which ensures a near perfect coaxiality of the channels 11, 12 of said nozzles. The attachment of the upstream nozzle 1 to the downstream nozzle 2, or vice versa, can be done directly by screwing, for example, from one nozzle to the other, or preferentially indirectly, via an intermediate gas diffuser 3. of annular form, as illustrated in Figures 1 to 3. The diffuser 3 ensures the diffusion of gas in the inter-nozzle space defined by the outer surface of the upstream nozzle and the inner surface of the interior 5 of the downstream nozzle 2. As can be seen, the upstream nozzle has a rather elongated overall shape, while the downstream nozzle 2 has a rather flattened cup shape. However, it goes without saying that the upstream and downstream nozzles 1, 2 may take other forms, in particular depending on the architecture of the torch in which they must be mounted. In order to guarantee almost perfect coaxiality of the nozzles, pre-nozzles 1, 2 which are nozzles in which the holes of the channels have not been made are firstly machined, then assembled without play and in a solidarity manner. pre-nozzles with (or without) the downstream diffuser 3, for example by tight screwing the different parts together. Then, the nozzle block thus obtained is resumed in machining for the almost simultaneous drilling of the channels 11, 12 of the nozzles 1, 2, thus ensuring a minimum coaxiality defect.
Par perçage quasi-simultané des canaux, on entend que le perçage des deux canaux se fait par un outil unique dans un même mouvement. Stricto sensu, on obtient alors un perçage successif des deux canaux mais à des instants extrêmement rapprochés dans le temps, c'est-à-dire quasi-concomitamment. Le bloc-tuyère ainsi obtenu présente alors des tuyères de coaxialité quasi parfaite, c'est-à- dire présentant un angle de déviation quasi nul. En procédant de la sorte, il est possible de garantir une reproductibilité de la qualité de coupe optimum, indépendamment des lots de pièces fabriquées, lors de l'utilisation subséquente du bloc-tuyère ainsi obtenu dans une torche de coupage plasma. De manière générale, les tuyères peuvent être réalisées en tout métal ou alliage métallique présentant une bonne usinabilité et des propriétés de résistance aux contraintes thermiques existant dans les torches à plasma, par exemple en cuivre ou en alliage de cuivre, par exemple en cupro-tellure, en cupro-chrome ou tout autre alliage de cuivre adapté à un usage en tant que tuyère de torche à plasma. A titre indicatif, les canaux 11, 12 ont typiquement un diamètre inférieur à environ 4 ou 5 millimètres, par exemple de l'ordre de 0.8 à 2 mm. Par ailleurs, comme visible sur les Figures 2 et 3, le canal aval 12 de la tuyère aval 2 comporte une embouchure 13 évasée, c'est-à-dire de diamètre supérieur à celui du canal aval 12. En outre, la tuyère aval 2 comprend des orifices 14 d'entrée de gaz qui sont utilisés pour introduire du gaz dans l'espace inter-tuyère 5, lorsque le bloc-tuyère est monté dans une torche de coupage plasma et que cette torche est en fonctionnement. Ces orifices 14 sont régulièrement répartis sur une couronne située dans la région amont de la tuyère aval 2. De préférence, ces orifices 14 sont percés tangentiellement à la paroi interne de la tuyère aval 2 de manière à conférer au gaz entrant dans l'espace inter-tuyère 5, un mouvement de tourbillon (vortex). By almost simultaneous drilling of the channels, it is meant that the drilling of the two channels is done by a single tool in the same movement. Stricto sensu, we then obtain a successive drilling of the two channels but at times extremely close in time, that is to say, almost concomitantly. The nozzle block thus obtained then has almost perfect coaxiality nozzles, that is to say having a deviation angle of almost zero. By proceeding in this way, it is possible to guarantee reproducibility of the optimum cutting quality, independently of the batches of parts manufactured, during the subsequent use of the block-nozzle thus obtained in a plasma cutting torch. In general, the nozzles can be made of any metal or metal alloy having good machinability and heat resistance properties existing in plasma torches, for example copper or copper alloy, for example cupro-tellurium , made of cupro-chromium or any other copper alloy suitable for use as a plasma torch nozzle. As an indication, the channels 11, 12 typically have a diameter of less than about 4 or 5 millimeters, for example of the order of 0.8 to 2 mm. Furthermore, as can be seen in FIGS. 2 and 3, the downstream channel 12 of the downstream nozzle 2 comprises a mouth 13 that is flared, that is to say with a diameter greater than that of the downstream channel 12. In addition, the downstream nozzle 2 comprises gas inlet ports 14 which are used to introduce gas into the inter-nozzle space 5, when the nozzle block is mounted in a plasma cutting torch and the torch is in operation. These orifices 14 are regularly distributed over a ring located in the upstream region of the downstream nozzle 2. Preferably, these orifices 14 are pierced tangentially to the inner wall of the downstream nozzle 2 so as to give the gas entering the interstitial space -feather 5, a whirlwind movement (vortex).