FR2987967A1

FR2987967A1 - Conduit, useful in plasma arc torch used for cutting metal part, comprises external envelope and removable internal element, where external surface of internal element covers specific percentage of internal surface of external envelope

Info

Publication number: FR2987967A1
Application number: FR1252190A
Authority: FR
Inventors: Laurentis Cataldo De; Krishen Vithelingum
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude; Air Liquide Welding France
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude; Lincoln Electric Co France SA
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2013-09-13

Abstract

The conduit comprises an external envelope (10) and a removable internal element (11), where each of the external envelope and the removable internal element comprises an axial recess including an inner surface, an input orifice and an output orifice. The internal element is positioned in a removable manner in the axial recess of the external envelope to form a sleeve around the removable internal element. An external surface of the removable internal element covers 70% of an internal surface of the external envelope. The external envelope is made of a first material. The conduit comprises an external envelope (10) and a removable internal element (11), where each of the external envelope and the removable internal element comprises an axial recess including an inner surface, an input orifice and an output orifice. The internal element is positioned in a removable manner in the axial recess of the external envelope to form a sleeve around the removable internal element. An external surface of the removable internal element covers 70% of an internal surface of the external envelope. The external envelope is made of a first material and the removable internal element is made of a second material, where a melting point of the second material is greater than the melting point of the first material. The external envelope and the removable internal element are revolution parts whose axes of symmetry are aligned along a same axis. A profile of the external surface of the removable internal element forms a complementary portion of a profile of the internal surface of the external envelope. A profile of an internal surface (11a) of the removable internal element includes a cylindrical or quasi-cylindrical upstream portion having a first internal diameter of 8-25 mm, a cylindrical downstream portion defining a conduit channel and having a second internal diameter of 0.4-5 mm, and an intermediate portion that is located between the upstream portion and the downstream portion and including a truncated convergent portion forming an aperture with the axis at 25-75[deg] . The internal and external surfaces of the removable internal element define a peripheral wall having a thickness of 1-2 mm. The conduit further comprises a unit for mechanical assembly of the removable internal element in the external envelope by threading, clamping or hafting. The external envelope includes a unit for obstinate the removable internal element against the external envelope. A first sealing component (20) such as joint elastomer, is arranged between the external envelope and the removable internal element and in a first peripheral groove (21) in the internal surface of the external envelope and/or the external surface of the removable internal element. A second peripheral groove is formed in the external surface of the external envelope and formed to accommodate a second sealing component. An independent claim is included for a method for cutting a metal part by plasma arc.

Description

L'invention a trait à un ensemble formé d'une tuyère et d'une électrode pour torche à plasma d'arc améliorant la durée de vie de la tuyère et permettant de réduire les coûts liés au remplacement de ladite tuyère suite à son usure. L'invention concerne également une torche à plasma d'arc comprenant une telle tuyère ainsi qu'un procédé de coupage par plasma d'arc d'une pièce métallique mettant en oeuvre ladite torche. Habituellement, une torche à plasma d'arc, en particulier une torche de coupage par plasma d'arc, comprend un corps de torche alimenté en courant et une tête de torche connectée audit corps de torche, celui-ci servant d'interface entre la tête de torche et le générateur de courant, le générateur haute tension / haute fréquence servant à l'amorçage de l'arc électrique ainsi que les alimentations en fluide équipant une installation de coupage par plasma d'arc. La tête de torche comprend les composants essentiels à l'établissement de l'arc électrique mis en oeuvre dans un procédé de coupage par plasma d'arc, en particulier une électrode et une tuyère, également appelée tuyère amont. La tuyère permet l'éjection d'un jet de plasma d'arc dont la forte densité de puissance fournit la chaleur nécessaire à la fusion du matériau constitutif d'une pièce à couper. La tuyère d'une torche à plasma d'arc est généralement formée d'un matériau métallique présentant une bonne conductivité thermique et électrique. Les matériaux typiquement employés sont le cuivre et ses alliages, comme le cupro-tellure (Cu-Te) ou le cupro-chrome (CRM16). Ces matériaux sont largement employés car ils permettent d'usiner rapidement et précisément les pièces qui nécessitent une bonne conductivité électrique et thermique, ce qui réduit les coûts de fabrication. Toutefois, les matériaux conventionnellement employés pour la fabrication des tuyères posent certains problèmes du fait de leur température de fusion relativement basses. En effet, le canal de la tuyère, est soumis à de fortes températures du fait de la proximité de sa surface interne avec l'arc électrique. En effet, le diamètre du canal de la tuyère est généralement faible, de l'ordre de 0.5 à 4 mm, afin de constricter l'arc électrique et d'atteindre les fortes densités de courant nécessaires pour opérer la fusion du matériau à découper, typiquement de l'ordre de 108 A/m2. La température au centre de l'arc électrique étant très élevée, typiquement de l'ordre de 25000 °C. La température de fusion du cuivre est de l'ordre de 1100 °C. En faisant l'hypothèse d'une température de 800 °C au niveau des parois du canal, le gradient thermique moyen résultant est de l'ordre de 4,8x107 °C/m. Toute perturbation induisant le moindre décentrage entre l'arc électrique et l'axe de symétrie de la tuyère induit donc un échauffement important du canal de la tuyère. Il s'ensuit que la surface interne du canal peut se déformer en partie, typiquement pour une température excédant 800 °C, voire fondre, si la température de ladite surface dépasse la température de fusion du matériau constitutif de la tuyère. Ceci engendre alors une usure prématurée et asymétrique du canal. Une usure du canal peut aussi se produire du fait des projections de métal fondu produites lors du perçage et du coupage de la pièce métallique. Outre la surface interne de son canal, la surface interne de la tuyère située en amont de l'entrée du canal de la tuyère, est elle aussi soumise à d'importants phénomènes d'usure. Ces phénomènes résultent d'une part de l'usure de l'électrode elle-même, qui conduit à un dépôt de projections du matériau constitutif de l'insert fondu sur la surface interne de la tuyère, conduisant à une déformation locale de la géométrie interne de la tuyère. D'autre part, une usure de la surface interne située en amont du canal de la tuyère se produit également lors de l'accrochage de l'arc pilote sur les parois internes de la tuyère. L'ensemble de ces phénomènes conduit donc à une usure importante de la tuyère au cours du fonctionnement de la torche à plasma d'arc, se traduisant par une altération de la surface interne de la tuyère par déformation et/ou par oxydation. Or, le profil et l'état de surface de la surface interne de la tuyère située au niveau du canal et le profil et l'état de surface d'au moins une partie du profil de la surface interne de la tuyère située en amont du canal, ont un impact direct sur les performances du procédé de coupage mis en oeuvre. En effet, ces parties de la surface interne de la tuyère guident le gaz plasmagène injecté dans la tuyère par le diffuseur amont et définissent les caractéristiques dynamiques de son écoulement vers la pièce à découper. Leur profil interne est défini notamment en fonction de la pression et de la nature du gaz plasmagène introduit dans la chambre d'arc et de l'intensité d'arc. L'usure de la surface interne de la tuyère conduit donc à une dégradation des performances du procédé de coupage plasma mis en oeuvre, en termes de vitesse et de qualité de coupe. La tuyère doit être remplacée régulièrement, d'où son appellation de consommable.The invention relates to an assembly formed of a nozzle and an electrode for arc plasma torch improving the life of the nozzle and to reduce the costs associated with the replacement of said nozzle as a result of its wear. The invention also relates to an arc plasma torch comprising such a nozzle and a method of plasma arc cutting of a metal part employing said torch. Usually, an arc plasma torch, in particular an arc plasma cutting torch, comprises a torch body fed with current and a torch head connected to said torch body, which serves as an interface between the torch body and the torch body. torch head and the current generator, the high-voltage / high-frequency generator used for the priming of the electric arc as well as the fluid feeds equipping an arc plasma cutting plant. The torch head comprises the essential components for the establishment of the electric arc implemented in an arc plasma cutting process, in particular an electrode and a nozzle, also called upstream nozzle. The nozzle allows the ejection of an arc plasma jet whose high power density provides the heat necessary for the melting of the constituent material of a workpiece. The nozzle of an arc plasma torch is generally formed of a metallic material having good thermal and electrical conductivity. The materials typically used are copper and its alloys, such as cupro-tellurium (Cu-Te) or cupro-chromium (CRM16). These materials are widely used because they allow to quickly and accurately machine parts that require good electrical and thermal conductivity, which reduces manufacturing costs. However, the materials conventionally used for the manufacture of nozzles pose some problems because of their relatively low melting temperature. Indeed, the channel of the nozzle, is subjected to high temperatures because of the proximity of its inner surface with the electric arc. Indeed, the diameter of the nozzle channel is generally small, of the order of 0.5 to 4 mm, in order to constrict the electric arc and to achieve the high current densities required to effect the melting of the material to be cut, typically of the order of 108 A / m2. The temperature in the center of the electric arc is very high, typically of the order of 25000 ° C. The melting point of copper is of the order of 1100 ° C. Assuming a temperature of 800 ° C at the walls of the channel, the resulting average thermal gradient is of the order of 4.8x107 ° C / m. Any disturbance inducing the slightest decentering between the electric arc and the axis of symmetry of the nozzle thus induces significant heating of the nozzle channel. It follows that the internal surface of the channel may deform in part, typically for a temperature exceeding 800 ° C, or melt, if the temperature of said surface exceeds the melting temperature of the constituent material of the nozzle. This then leads to premature and asymmetrical wear of the channel. Channel wear can also occur due to splashes of molten metal produced during drilling and cutting of the metal part. In addition to the internal surface of its channel, the inner surface of the nozzle located upstream of the inlet of the nozzle channel, is also subject to significant wear phenomena. These phenomena result on the one hand from the wear of the electrode itself, which leads to a deposit of projections of the constituent material of the molten insert on the inner surface of the nozzle, leading to a local deformation of the geometry internal of the nozzle. On the other hand, wear of the inner surface located upstream of the nozzle channel also occurs during attachment of the pilot arc on the inner walls of the nozzle. All of these phenomena therefore lead to significant wear of the nozzle during the operation of the arc plasma torch, resulting in an alteration of the inner surface of the nozzle by deformation and / or oxidation. However, the profile and the surface state of the inner surface of the nozzle located at the channel and the profile and the surface state of at least a portion of the profile of the inner surface of the nozzle located upstream of the channel, have a direct impact on the performance of the cutting process implemented. Indeed, these parts of the inner surface of the nozzle guide the plasma gas injected into the nozzle by the upstream diffuser and define the dynamic characteristics of its flow to the workpiece. Their internal profile is defined in particular according to the pressure and the nature of the plasma gas introduced into the arc chamber and the arc intensity. The wear of the inner surface of the nozzle therefore leads to a degradation of the performance of the plasma cutting process used, in terms of speed and quality of cut. The nozzle must be replaced regularly, hence its name of consumable.

Ceci conduit à une augmentation des coûts de production mais également à une perte de temps, ce qui réduit la productivité de l'installation de coupage par plasma d'arc. En outre, pour être la plus productive possible, une installation de coupage plasma doit pouvoir découper une large gamme de matériaux et d'épaisseurs. A chaque type d'application correspond un jeu de composants de torche, en particulier une tuyère dont le profil interne a une forme spécifique. On comprend alors qu'il est nécessaire de fabriquer différents types de tuyère en fonction du procédé mis en oeuvre, d'où des coûts de fabrication des tuyères plus importants. Le problème de l'allongement de la durée de vie des tuyères de torches à plasma d'arc est bien connu et différentes solutions ont déjà été proposées pour tenter de le résoudre. Ainsi, le document US-A-3,790,742 divulgue l'insertion d'un insert en tungstène agencé au niveau du canal d'une tuyère dont l'enveloppe est en cuivre. L'insert est fabriqué par frittage et combiné de façon irréversible au corps de la tuyère. En outre, le document US-A-5,628,924 propose de revêtir une portion de la surface interne de la tuyère d'un film métallique inamovible contenant de l'or ou de l'argent, la portion revêtue étant celle au niveau de laquelle l'arc pilote est généré. Quant à EP-A-1531652, il enseigne de réaliser un dépôt adhérent de matériau résistant à la chaleur réalisé sur la surface interne de la tuyère. Selon un autre aspect, EP-A-1531652 divulgue un insert agencé à l'extrémité inférieure de la tuyère et définissant son canal. Toutefois, cette solution ne limite pas l'usure de la surface de tuyère située en amont du canal. Enfin, le document US-A-7,645959 enseigne une tuyère pour torche à plasma d'arc fabriquée en un matériau formé d'un alliage métallique au sein duquel sont incorporées des microparticules d'un matériau dur résistant à l'usure, tel un matériau céramique.This leads to an increase in production costs but also to a loss of time, which reduces the productivity of the arc plasma cutting plant. In addition, to be as productive as possible, a plasma cutting plant must be able to cut a wide range of materials and thicknesses. Each type of application corresponds to a set of torch components, in particular a nozzle whose internal profile has a specific shape. It is then understood that it is necessary to manufacture different types of nozzle according to the process used, hence the manufacturing costs of larger nozzles. The problem of extending the service life of arc plasma torch nozzles is well known and various solutions have already been proposed to try to solve it. Thus, US-A-3,790,742 discloses the insertion of a tungsten insert arranged at the channel of a nozzle whose envelope is copper. The insert is made by sintering and irreversibly combined with the nozzle body. In addition, US-A-5,628,924 proposes to coat a portion of the inner surface of the nozzle with a non-removable metal film containing gold or silver, the coated portion being that at which the pilot arc is generated. As for EP-A-1531652, it teaches to produce an adherent deposit of heat-resistant material made on the inner surface of the nozzle. In another aspect, EP-A-1531652 discloses an insert arranged at the lower end of the nozzle and defining its channel. However, this solution does not limit the wear of the nozzle surface located upstream of the channel. Finally, document US Pat. No. 7,645,959 teaches a nozzle for an arc plasma torch made of a material formed of a metal alloy in which microparticles of hard material which are resistant to wear are incorporated, such as a ceramic material.

On constate que ces solutions ne sont pas idéales puisqu'elles engendrent une complexification excessive des procédés de fabrication des tuyères ainsi qu'une augmentation des coûts de fabrication associés, et pour certaines ne se limitent qu'à la réduction des phénomènes d'usure se produisant au niveau du canal de la tuyère. En outre, les solutions existantes selon lesquelles le corps de la tuyère et la partie interne sont solidaires retardent l'usure des parois internes mais ne l'évite pas. Une fois le niveau d'usure admissible de la surface interne atteint, il est nécessaire de remplacer la tuyère dans son intégralité, même si le corps de la tuyère lui-même ne présente pas d'usure. Il s'ensuit une perte conséquente et inutile de matière et des coûts engendrés par le remplacement de la tuyère trop importants. La présente invention vise donc à proposer une solution simple et efficace pour résoudre tout ou partie des problèmes d'usure de la tuyère d'une torche à plasma d'arc mentionnés ci-dessus afin augmenter significativement la durée de vie d'une telle tuyère, et permettant en outre de réduire les coûts liés au remplacement de ladite tuyère suite à son usure. La solution de l'invention est alors une tuyère pour torche à plasma d'arc formée d'une enveloppe externe et d'un élément interne amovible comprenant chacun un évidement axial comprenant une surface interne, un orifice d'entrée et un orifice de sortie, l'élément interne venant se positionner de manière démontable dans l'évidement axial de l'enveloppe externe, laquelle enveloppe externe forme manchon autour de l'élément interne amovible, caractérisée en ce que la surface externe de l'élément interne amovible recouvre au moins 25% de la surface interne de l'enveloppe externe. Par ailleurs, selon le mode de réalisation considéré, l'ensemble de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la surface externe de l'élément interne amovible recouvre au moins 40% de la surface interne de l'enveloppe externe, de préférence au moins 50%, de préférence encore au moins 20 70%. - l'enveloppe externe est formée d'un premier matériau et l'élément interne amovible est formé d'un deuxième matériau, la température de fusion du deuxième matériau étant supérieure à la température de fusion du premier matériau. - l'enveloppe externe et l'élément interne amovible sont formées d'au moins un 25 matériau choisi dans le groupe formé par le cuivre et ses alliages, l'acier inoxydable, le laiton, l'aluminium et ses alliages, l'argent et ses alliages, le tungstène et ses alliages, le molybdène et ses alliages, le hafnium et ses alliages, le titane et ses alliages et les céramiques. - l'enveloppe externe et l'élément interne amovible sont des pièces de révolution dont les axes de symétrie sont alignés suivant un même axe. 30 - le profil de la surface externe de l'élément interne amovible forme le complémentaire d'au moins une portion du profil de la surface interne de l'enveloppe externe. - le profil de la surface interne de l'élément interne amovible comprend une portion amont de forme cylindrique ou quasi-cylindrique d'un premier diamètre intérieur D compris entre 8 et 25 mm, une portion aval de forme cylindrique, définissant un canal de tuyère, d'un deuxième diamètre intérieur d compris entre 0.4 et 5 mm, et une portion intermédiaire, située entre la portion amont et la portion aval, comprenant au moins une portion de forme tronconique convergente formant avec l'axe A un angle d'ouverture a compris entre 25 et 75°. - les surfaces interne et externe de l'élément interne amovible définissent une paroi périphérique dont l'épaisseur est comprise entre 0.7 et 3 mm, de préférence entre 1 et 2 mm. - la tuyère comprend des moyens d'assemblage mécanique de l'élément interne amovible dans l'enveloppe externe par filetage, clipsage ou emmanchement. - l'enveloppe externe comprend en outre des moyens de butée de l'élément interne amovible contre l'enveloppe externe. - au moins un premier composant d'étanchéité, de préférence un joint élastomère, est agencé entre l'enveloppe externe et l'élément interne amovible. - le au moins un premier composant d'étanchéité est agencé dans au moins une première gorge périphérique aménagée dans la surface interne de l'enveloppe externe et/ou la surface externe de l'élément interne amovible. - la tuyère comprend en outre au moins une deuxième gorge périphérique aménagée dans la surface externe de l'enveloppe externe, ladite au moins une deuxième gorge périphérique étant conformée pour accueillir un deuxième composant d'étanchéité. L'invention concerne en outre une torche à plasma d'arc comprenant une tuyère selon l'invention. Selon un autre aspect, l'invention porte également sur un procédé de coupage par plasma d'arc d'une pièce métallique mettant en oeuvre une torche à plasma d'arc selon 1 ' invention. L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description détaillée suivante faite en références aux Figures annexées parmi lesquelles : - la Figure la est une vue en coupe d'une tête de torche à plasma d'arc comprenant une tuyère selon l'art antérieur, c'est-à-dire sans mise en oeuvre de la solution de l'invention, - la Figure lb est une vue de détail centrée sur la tuyère de la Figure la, - la Figure 2 est une vue en coupe d'une tuyère selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la Figure 3 est une vue de détail de la torche de la Figure 1 munie d'une tuyère selon un second mode de réalisation de l'invention, - la Figure 4 illustre un troisième mode de réalisation de l'invention, et - les Figures 5a et 5b illustrent un quatrième mode de réalisation de l'invention. La Figure la schématise les composants contenus classiquement dans une tête de torche à plasma d'arc 1, à savoir l'électrode 3, munie en son extrémité inférieure d'un insert thermo-émissif 2, la tuyère 5 munie en son extrémité inférieure d'un canal 9, le diffuseur de gaz amont 4 et le porte-tuyère 8 sur lequel la tuyère 5 est assemblée. Dans le cas illustré, la tête de torche comprend en outre un écran 7, également appelé tuyère aval, et un diffuseur de fluide aval 6 alimentant en liquide ou en gaz l'écran 7. L'écran 7 peut assurer différentes fonctions telles que le refroidissement de la tuyère 5 ou encore la distribution d'un flux de gaz secondaire ou d'un vortex de fluide, notamment d'eau, autour de la colonne d'arc établie entre l'électrode et la pièce à découper. Une torche à plasma d'arc comprend également au moins un conduit 15, 16 d'amenée de fluide de refroidissement, en général de l'eau. Sur la Figure la, le conduit 15 alimente en eau l'intérieur du corps de l'électrode 3. En effet, les composants de la tête sont soumis à des températures très élevées, aussi bien pendant la phase d'amorçage de l'arc que pendant la phase de coupage. Il est donc nécessaire de les refroidir. En général, les moyens de refroidissement comprennent au moins un trajet de fluide circulant à travers la tête de torche, au contact d'un ou plusieurs composants de la tête de torche. L'eau est injectée dans la tête puis pompée par un groupe de refroidissement pour évacuer la chaleur accumulée par les composants.It can be seen that these solutions are not ideal since they cause excessive complexity in nozzle manufacturing processes as well as an increase in associated manufacturing costs, and for some are limited only to the reduction of wear phenomena. producing at the level of the nozzle channel. In addition, the existing solutions according to which the nozzle body and the inner part are integral retard the wear of the inner walls but do not avoid it. Once the permissible level of wear of the inner surface has been reached, it is necessary to replace the nozzle in its entirety, even if the body of the nozzle itself has no wear. This results in a significant and unnecessary loss of material and costs generated by the replacement of the nozzle too large. The present invention therefore aims at providing a simple and effective solution for solving all or part of the wear problems of the nozzle of an arc plasma torch mentioned above in order to significantly increase the service life of such a nozzle. , and also making it possible to reduce the costs associated with replacing said nozzle as a result of its wear. The solution of the invention is then an arc plasma torch nozzle formed of an outer envelope and a removable inner member each comprising an axial recess comprising an inner surface, an inlet orifice and an outlet orifice. the inner member being detachably positioned in the axial recess of the outer casing, which outer casing forms a sleeve around the removable inner member, characterized in that the outer surface of the removable inner member minus 25% of the inner surface of the outer shell. Moreover, according to the embodiment considered, the assembly of the invention may comprise one or more of the following features: the outer surface of the removable inner element covers at least 40% of the internal surface of the outer casing, preferably at least 50%, more preferably at least 70%. - The outer casing is formed of a first material and the removable inner member is formed of a second material, the melting temperature of the second material being greater than the melting temperature of the first material. the outer casing and the removable inner element are formed of at least one material chosen from the group formed by copper and its alloys, stainless steel, brass, aluminum and its alloys, silver and its alloys, tungsten and its alloys, molybdenum and its alloys, hafnium and its alloys, titanium and its alloys and ceramics. the outer envelope and the removable inner element are parts of revolution whose axes of symmetry are aligned along the same axis. The profile of the outer surface of the removable inner element forms the complement of at least a portion of the profile of the inner surface of the outer envelope. the profile of the internal surface of the removable inner element comprises an upstream portion of cylindrical or quasi-cylindrical shape with a first internal diameter D of between 8 and 25 mm, a downstream portion of cylindrical shape defining a nozzle channel; , of a second internal diameter d between 0.4 and 5 mm, and an intermediate portion, situated between the upstream portion and the downstream portion, comprising at least one portion of convergent frustoconical shape forming with the axis A an opening angle between 25 and 75 °. the inner and outer surfaces of the removable inner element define a peripheral wall whose thickness is between 0.7 and 3 mm, preferably between 1 and 2 mm. - The nozzle comprises mechanical assembly means of the removable inner member in the outer casing by threading, clipping or fitting. - The outer casing further comprises stop means of the removable inner member against the outer casing. at least one first sealing component, preferably an elastomeric seal, is arranged between the outer casing and the removable inner element. the at least one first sealing component is arranged in at least one first peripheral groove formed in the inner surface of the outer casing and / or the outer surface of the removable inner element. - The nozzle further comprises at least a second peripheral groove formed in the outer surface of the outer casing, said at least one second peripheral groove being shaped to accommodate a second sealing component. The invention further relates to an arc plasma torch comprising a nozzle according to the invention. According to another aspect, the invention also relates to a method of plasma arc cutting of a metal part using an arc plasma torch according to the invention. The invention will now be better understood thanks to the following detailed description given with reference to the appended figures among which: FIG. 1a is a sectional view of an arc plasma torch head comprising a nozzle according to the art Before, that is to say without implementation of the solution of the invention, - Figure 1b is a detail view centered on the nozzle of Figure 1a, - Figure 2 is a sectional view of A nozzle according to a first embodiment of the invention, - Figure 3 is a detail view of the torch of Figure 1 provided with a nozzle according to a second embodiment of the invention, - Figure 4 illustrates a third embodiment of the invention, and - Figures 5a and 5b illustrate a fourth embodiment of the invention. FIG. 1 shows schematically the components conventionally contained in an arc plasma torch head 1, namely the electrode 3, provided at its lower end with a thermo-emissive insert 2, the nozzle 5 provided at its lower end with a channel 9, the upstream gas diffuser 4 and the nozzle holder 8 on which the nozzle 5 is assembled. In the case illustrated, the torch head further comprises a screen 7, also called downstream nozzle, and a downstream fluid diffuser 6 supplying liquid or gas to the screen 7. The screen 7 can perform various functions such as the cooling the nozzle 5 or the distribution of a flow of secondary gas or a vortex of fluid, especially water, around the arc column established between the electrode and the workpiece. An arc plasma torch also comprises at least one conduit 15, 16 for supplying cooling fluid, generally water. In Figure la, the conduit 15 supplies water inside the body of the electrode 3. In fact, the components of the head are subjected to very high temperatures, both during the boot phase of the arc. only during the cutting phase. It is therefore necessary to cool them. In general, the cooling means comprise at least one fluid path flowing through the torch head, in contact with one or more components of the torch head. The water is injected into the head and then pumped by a cooling unit to evacuate the heat accumulated by the components.

La première phase d'un procédé de coupage par plasma d'arc consiste à amorcer l'arc électrique. L'électrode et la tuyère d'une torche à plasma d'arc sont reliées électriquement à un générateur de courant électrique. L'électrode, ou cathode, est directement reliée à la borne négative du générateur et la tuyère, ou anode, est initialement reliée à la borne positive du générateur de courant électrique via une impédance, généralement de quelques Ohms.The first step of an arc plasma cutting process is to prime the electric arc. The electrode and the nozzle of an arc plasma torch are electrically connected to an electric power generator. The electrode, or cathode, is directly connected to the negative terminal of the generator and the nozzle, or anode, is initially connected to the positive terminal of the electrical current generator via an impedance, usually a few Ohms.

L'extrémité de l'électrode est agencée dans la tuyère, qui est généralement une pièce de révolution comprenant un évidement axial, c'est-à-dire traversant axialement ladite tuyère.The end of the electrode is arranged in the nozzle, which is generally a part of revolution comprising an axial recess, that is to say axially passing through said nozzle.

Au cours de la phase d'amorçage, on alimente le volume compris entre la surface externe de l'électrode et la surface interne de la tuyère, formant entre elles la chambre d'arc, en gaz plasmagène. Cette alimentation se fait au moyen d'un diffuseur de gaz amont, généralement muni de plusieurs orifices permettant d'injecter le gaz dans la chambre d'arc. Le flux de gaz plasmagène circule jusqu'au canal de la tuyère, généralement de forme cylindrique. Un arc électrique est amorcé grâce à l'application d'une tension électrique continue comprise entre 300 et 500 V environ, correspondant à la tension à vide du générateur, à laquelle est superposé un potentiel électrique haute tension (de l'ordre de 6 à 15 kV) en haute fréquence (de l'ordre de 10 kHz) entre l'électrode et la tuyère. Il se forme alors un arc électrique entre l'électrode et la tuyère, appelé arc pilote, d'une intensité de l'ordre de 20 à 40 A. La tension résultante est de l'ordre de 20 à 60 V. Dès que l'arc pilote est détecté par le générateur électrique, le potentiel électrique haute tension et haute fréquence est arrêté. Le gaz plasmagène introduit dans la chambre d'arc est alors ionisé par l'arc pilote. De plus, dès sa formation, l'arc pilote est soufflé en dehors de la torche à plasma d'arc par un flux de gaz plasmagène alimentant la chambre d'arc, lequel arc est transféré à la pièce métallique à découper. En fait, une augmentation du débit de gaz plasmagène circulant dans la chambre d'arc permet de déplacer le pied de l'arc électrique situé au niveau de l'électrode, encore appelé pied d'arc cathodique, et de le centrer au niveau d'un insert thermo-émissif positionné au centre de l'extrémité inférieure de l'électrode et généralement formé de tungstène, d'hafnium, de zircone ou de leurs alliages. Le pied d'arc électrique situé au niveau de la surface interne de la tuyère est expulsé en dehors de la torche à plasma d'arc, par le canal de la tuyère, vers la pièce métallique à découper. Après transfert de l'arc électrique à la tôle, la phase de coupage débute. Le flux de gaz plasmagène traversant la chambre d'arc est ionisé dans l'arc électrique établi entre l'électrode et la pièce à découper. La constriction de l'arc, c'est-à-dire sa concentration sur une surface de section réduite, est obtenue lors du passage de l'arc dans le canal de la tuyère. Il s'ensuit l'éjection d'un jet de plasma d'arc par la tuyère de la torche, dont la forte densité de puissance permet de fournir la chaleur nécessaire à la fusion du matériau constitutif de la pièce à découper.During the priming phase, it supplies the volume between the outer surface of the electrode and the inner surface of the nozzle, forming between them the arc chamber, plasma gas. This supply is done by means of an upstream gas diffuser, generally provided with several orifices for injecting gas into the arc chamber. The flow of plasmagenic gas flows to the nozzle channel, generally of cylindrical shape. An electric arc is initiated by the application of a DC voltage of between approximately 300 and 500 V, corresponding to the open-circuit voltage of the generator, on which a high-voltage electrical potential (of the order of 6 to 15 kV) in high frequency (of the order of 10 kHz) between the electrode and the nozzle. An electric arc is then formed between the electrode and the nozzle, called the pilot arc, with an intensity of the order of 20 to 40 A. The resulting voltage is of the order of 20 to 60 V. As soon as the pilot arc is detected by the electric generator, the high voltage and high frequency electrical potential is stopped. The plasma gas introduced into the arc chamber is then ionized by the pilot arc. In addition, as soon as it is formed, the pilot arc is blown out of the arc plasma torch by a flow of plasma gas supplying the arc chamber, which arc is transferred to the metal piece to be cut. In fact, an increase in the flow of plasmagenic gas circulating in the arc chamber makes it possible to move the foot of the electric arc located at the electrode, also called the cathodic arc foot, and to center it at the level of the a thermo-emissive insert positioned in the center of the lower end of the electrode and generally formed of tungsten, hafnium, zirconia or their alloys. The electric arc foot located at the inner surface of the nozzle is expelled outside the arc plasma torch, through the nozzle channel, to the metal piece to be cut. After transfer of the electric arc to the sheet, the cutting phase begins. The flow of plasma gas passing through the arc chamber is ionized in the electric arc established between the electrode and the piece to be cut. The constriction of the arc, that is to say its concentration on a reduced section surface, is obtained during the passage of the arc in the channel of the nozzle. It follows the ejection of an arc plasma jet by the nozzle of the torch, whose high power density can provide the heat necessary for the melting of the material constituting the workpiece.

La Figure lb illustre en détail la tuyère 5 de la torche à plasma d'arc représentée sur la Figure la. La tuyère 5 est une tuyère de torche à plasma d'arc selon l'art antérieur. La tuyère 5 est une pièce de révolution ouverte en ses deux extrémités, en général formée d'un seul bloc. Typiquement, la tuyère 5 est fabriquée en cuivre ou en un alliage de cuivre. Elle comprend un évidement axial à l'intérieur duquel sont logées les extrémités de l'électrode 3 et du diffuseur de gaz amont 4, coaxialement à la tuyère 5. Les axes de symétrie de ces différents éléments sont donc alignés suivant un même axe A. L'évidement axial de la tuyère 5 comprend en général au moins une portion dont le profil est de type convergent, c'est-à-dire que le diamètre de l'évidement axial diminue progressivement, de préférence linéairement, en suivant l'axe A en direction du canal 9 de la tuyère 5. Le canal 9 a généralement un profil interne cylindrique, c'est-à-dire que le diamètre du canal est constant sur toute sa longueur. A titre d'exemple, la Figure lb illustre en pointillés ( - - - ) la partie 5a de la surface interne de la tuyère 5 dont le profil et l'état de surface ont une influence sur l'écoulement de gaz plasmagène et les performances du procédé de coupage. Typiquement, la partie de la surface interne ayant une influence sur les performances du procédé s'étend de l'extrémité aval du canal 9 jusqu'à au moins le niveau de la face avant 3a de l'électrode 3 lorsque la tuyère 5 est assemblée dans la torche 1, de préférence jusqu'au niveau de la face avant 4a du diffuseur de gaz amont 4 autour duquel la tuyère 5 est agencée lorsque la tuyère 5 est assemblée dans la torche 1. En effet, cette partie de la surface interne de la tuyère guident le gaz plasmagène injecté dans la tuyère par le diffuseur amont et définissent les caractéristiques dynamiques de son écoulement vers la pièce à découper. Leur profil interne est défini de manière à obtenir des performances de coupe optimales, en termes de vitesse et de qualité de coupe, en particulier en termes de dépouille des faces coupées, c'est-à-dire de perpendicularité des faces coupées par rapport à la surface de la pièce découpée. La forme de ce profil interne est notamment adaptée à la pression et à la nature du gaz plasmagène introduit dans la chambre d'arc. En outre, les dimensions internes du canal de la tuyère sont définies en fonction de l'intensité d'arc et de la nature du gaz plasmagène.Figure 1b illustrates in detail the nozzle 5 of the arc plasma torch shown in Figure 1a. The nozzle 5 is an arc plasma torch nozzle according to the prior art. The nozzle 5 is a part of revolution open at both ends, generally formed of a single block. Typically, the nozzle 5 is made of copper or a copper alloy. It comprises an axial recess inside which are housed the ends of the electrode 3 and the upstream gas diffuser 4, coaxially with the nozzle 5. The axes of symmetry of these different elements are aligned along the same axis A. The axial recess of the nozzle 5 generally comprises at least one portion whose profile is of convergent type, that is to say that the diameter of the axial recess decreases progressively, preferably linearly, along the axis A towards the channel 9 of the nozzle 5. The channel 9 generally has a cylindrical internal profile, that is to say that the diameter of the channel is constant over its entire length. By way of example, FIG. 1b illustrates in dashed lines (- - -) the portion 5a of the internal surface of the nozzle 5, the profile and the surface condition of which have an influence on the plasma gas flow and the performances. of the cutting process. Typically, the portion of the inner surface having an influence on the performance of the process extends from the downstream end of the channel 9 to at least the level of the front face 3a of the electrode 3 when the nozzle 5 is assembled. in the torch 1, preferably up to the level of the front face 4a of the upstream gas diffuser 4 about which the nozzle 5 is arranged when the nozzle 5 is assembled in the torch 1. In fact, this part of the inner surface of the the nozzle guide the plasma gas injected into the nozzle through the upstream diffuser and define the dynamic characteristics of its flow to the piece to be cut. Their internal profile is defined so as to obtain optimal cutting performance, in terms of speed and cutting quality, in particular in terms of the clearance of the cut faces, that is to say the perpendicularity of the cut faces with respect to the surface of the cut piece. The shape of this internal profile is particularly adapted to the pressure and the nature of the plasma gas introduced into the arc chamber. In addition, the internal dimensions of the nozzle channel are defined according to the arc intensity and the nature of the plasma gas.

A noter que par les termes profil de la surface interne ou profil interne de la tuyère, on entend la forme de l'évidement axial de la tuyère selon une coupe longitudinale passant par l'axe de symétrie A de la tuyère. Cette forme est définie par l'évolution du diamètre intérieur de la tuyère, c'est-à-dire le diamètre de l'évidement axial, le long de l'axe de symétrie A de la tuyère. A titre d'exemple, la surface interne la tuyère 5 illustrée sur la Figure lb a un profil comprenant des portions de forme tronconique convergente, c'est-à-dire où diamètre intérieur de la tuyère diminue linéairement en suivant l'axe A et des portions cylindriques, c'est-à-dire où le diamètre intérieur de la tuyère est constant ou quasi-constant en suivant l'axe A. Au cours du fonctionnement de la torche 1, la surface 5a subit une usure importante du fait des phénomènes mentionnés précédemment. Inévitablement, les surfaces internes de la tuyère et de son canal se déforment, s'oxydent, subissent une érosion ou reçoivent des projections, ce qui change leur état de surface et les dimensions internes critiques de la tuyère, modifiant ainsi les propriétés de l'écoulement de gaz plasmagène et affectant les performances de la torche. Lorsque l'on constate une dégradation significative des performances de coupage de la torche, la tuyère 5 doit être démontée de la torche et remplacée dans son intégralité. Par ailleurs, pour être la plus productive possible, une installation de coupage plasma doit être apte à découper une large gamme d'épaisseurs et de type de matériaux. Par exemple, les épaisseurs de pièces métalliques découpées avec la gamme de torches CPM400/450/720 commercialisée par Air Liquide Welding sont typiquement comprises entre 0.5 mm et 50 mm pour l'acier doux, i.e. acier C-Mn ou acier au carbone, et entre 0.5 mm et 120 mm pour l'acier inoxydable.Note that by the profile of the inner surface or internal profile of the nozzle, means the shape of the axial recess of the nozzle in a longitudinal section through the axis of symmetry A of the nozzle. This shape is defined by the evolution of the internal diameter of the nozzle, that is to say the diameter of the axial recess, along the axis of symmetry A of the nozzle. By way of example, the inner surface of the nozzle 5 illustrated in FIG. 1b has a profile comprising portions of convergent frustoconical shape, that is to say in which the internal diameter of the nozzle decreases linearly along the axis A and cylindrical portions, that is to say where the internal diameter of the nozzle is constant or almost constant along the axis A. During operation of the torch 1, the surface 5a undergoes significant wear due to previously mentioned phenomena. Inevitably, the internal surfaces of the nozzle and its channel deform, oxidize, erode or receive projections, which changes their surface condition and the critical internal dimensions of the nozzle, thus changing the properties of the nozzle. Plasma gas flow and affecting the performance of the torch. When there is a significant degradation of the torch cutting performance, the nozzle 5 must be removed from the torch and replaced in its entirety. Moreover, to be as productive as possible, a plasma cutting installation must be able to cut a wide range of thicknesses and types of materials. For example, the thicknesses of metal parts cut with the range of torches CPM400 / 450/720 marketed by Air Liquide Welding are typically between 0.5 mm and 50 mm for mild steel, ie C-Mn steel or carbon steel, and between 0.5 mm and 120 mm for stainless steel.

Pour couvrir entièrement la plage d'épaisseurs à découper et garantir une qualité de coupe correcte, il est nécessaire d'utiliser différentes intensités de courant d'arc et donc différents procédés de coupage. A titre d'illustration, le tableau ci-dessous fournit les intensités utilisées par le système de découpe CPM400/450 commercialisé par Air Liquide Welding.To completely cover the range of thicknesses to be cut and to guarantee a correct cutting quality, it is necessary to use different arc current intensities and therefore different cutting processes. As an illustration, the table below gives the intensities used by the CPM400 / 450 cutting system marketed by Air Liquide Welding.

A chacune des ces configurations de coupage correspond un jeu de composants de torche, en particulier une tuyère dont le profil interne a une forme spécifique. On comprend alors qu'il est nécessaire de fabriquer différents types de tuyère en fonction du procédé mis en oeuvre. Il s'ensuit que des coûts de fabrication des tuyères de torches à plasma plus importants, le prix d'une pièce mécanique étant généralement fonction du volume de pièces identiques fabriquées. L'allongement de la durée de vie des tuyère a donc un intérêt majeur.Each of these cutting configurations corresponds to a set of torch components, in particular a nozzle whose internal profile has a specific shape. It is then understood that it is necessary to manufacture different types of nozzle according to the process used. It follows that manufacturing costs of larger torches plasma torches, the price of a mechanical part is generally a function of the volume of identical manufactured parts. The extension of the life of the tuyere is therefore of major interest.

Tableau ACIER DOUX ACIER INOXYDABLE Intensité [A] Epaisseur [mm] Intensité [A] Epaisseur [mm] 30 0.5 - 3 20 0.5 - 3 50 0.8 - 6 40 1 - 6 80 4 - 10 90 4 - 12 130 8-20 120 10 - 30 200 12 - 25 200 15 - 40 260 15 - 35 280 30 - 50 400 20 - 50 400 35 - 70 L'objectif de la présente invention est de proposer une tuyère pour torche à plasma d'arc dont les surfaces internes soumises aux phénomènes d'usure susmentionnés soient plus résistantes et dont la structure permette, en outre, de rationnaliser les coûts de remplacement des tuyères usées en limitant la quantité de matière effectivement remplacée. Pour ce faire, la solution proposée par la présente invention, dont un mode de réalisation est illustré sur la Figure 2, est une tuyère 5 pour torche à plasma d'arc formée d'une enveloppe externe 10 et d'un élément interne amovible 11.Table SOFT STEEL STAINLESS STEEL Intensity [A] Thickness [mm] Intensity [A] Thickness [mm] 30 0.5 - 3 20 0.5 - 3 50 0.8 - 6 40 1 - 6 80 4 - 10 90 4 - 12 130 8-20 120 The object of the present invention is to provide a nozzle for an arc plasma torch whose internal surfaces are used in the present invention. subject to the above-mentioned wear phenomena are more resistant and whose structure also makes it possible to rationalize the costs of replacing the exhaust nozzles by limiting the quantity of material actually replaced. To do this, the solution proposed by the present invention, an embodiment of which is illustrated in FIG. 2, is an arc plasma torch nozzle 5 formed of an outer casing 10 and a removable inner element 11. .

Comme on le voit sur la Figure 2, l'enveloppe externe 10 et l'élément interne 11 comprennent chacun un évidement axial traversant de part en part l'enveloppe 10 et l'élément 11, de préférence à symétrie cylindrique, chacun des évidements axiaux de l'enveloppe 10 et de l'élément 11 comprenant un orifice d'entrée, un orifice de sortie, et une surface interne 10a et 1 1 a respectivement.As seen in Figure 2, the outer casing 10 and the inner member 11 each comprise an axial recess passing right through the casing 10 and the element 11, preferably with cylindrical symmetry, each of the axial recesses. the casing 10 and the member 11 comprising an inlet port, an outlet port, and an inner surface 10a and 11a respectively.

L'élément interne 11 vient se positionner de manière démontable dans l'évidement axial de l'enveloppe externe 10, laquelle enveloppe externe 10 forme manchon autour de l'élément interne amovible 11. De préférence, l'orifice de sortie de l'évidement axial de l'élément interne amovible 11 débouche au niveau de l'orifice de sortie de l'enveloppe externe 10.The inner member 11 is detachably positioned in the axial recess of the outer casing 10, which outer casing 10 forms a sleeve around the removable inner member 11. Preferably, the outlet orifice of the recess axial of the removable inner element 11 opens at the outlet of the outer casing 10.

Selon l'invention, lorsque l'élément interne 11 occupe sa position dans l'évidement axial de l'enveloppe externe 10, la surface externe de l'élément interne amovible 11 recouvre au moins 25% de la surface interne de l'enveloppe externe 10. La surface interne de l'élément interne amovible 11 définit donc au moins une portion de la surface interne de la tuyère 5 formant le canal de tuyère 9. Dans le cadre de la présente invention, on entend par le terme recouvrir le fait que la surface externe l lb de l'élément interne amovible 11 est située en regard de, ou fait face à, la surface interne de l'enveloppe externe 10. Plus précisément, l'enveloppe externe 10 et l'élément interne amovible 11 formant la tuyère 5 de l'invention peuvent être formés d'au moins un matériau choisi dans le groupe formé par le cuivre et ses alliages, l'acier inoxydable, le laiton, l'aluminium et ses alliages, l'argent et ses alliages, le tungstène et ses alliages, le molybdène et ses alliages, le hafnium et ses alliages, le titane et ses alliages et les matériaux céramiques. De préférence, l'enveloppe externe 10 est formée d'un matériau présentant une bonne conductivité thermique, c'est-à-dire au moins 50 Wrn-ii.K-1, de préférence au moins 100 Wrn-l1.1(-1, notamment du cuivre ou un alliage de cuivre. En effet, la surface externe d'une tuyère pour torche à plasma d'arc étant généralement refroidie par circulation d'eau au contact de ladite surface, l'utilisation d'un tel matériau favorise l'évacuation des calories accumulées par la tuyère au cours du fonctionnement de la torche. En outre, en vue de limiter le coût de fabrication de la tuyère 5, il est préférable d'utiliser un matériau qui soit aisément usinable, tel le cuivre et ses alliages ou le laiton, pour former l'enveloppe externe 10. Selon le cas, l'élément interne amovible 11 peut être formé d'un matériau similaire à celui utilisé pour l'enveloppe 10, c'est-à-dire un matériau ayant une bonne conductivité thermique et/ou présentant une bonne usinabilité, tel le cuivre et ses alliages ou le laiton, ou être formé d'un matériau résistant à la chaleur, c'est-à-dire dont la température de fusion est relativement élevée, typiquement au moins 1500°, de préférence au moins 2000°, tel le tungstène et ses alliages ou le molybdène et ses alliages.According to the invention, when the inner member 11 occupies its position in the axial recess of the outer casing 10, the outer surface of the removable inner member 11 covers at least 25% of the inner surface of the outer casing 10. The inner surface of the removable inner element 11 thus defines at least a portion of the inner surface of the nozzle 5 forming the nozzle channel 9. In the context of the present invention, the term covers the fact that the outer surface 11b of the removable inner member 11 is located facing, or faces, the inner surface of the outer shell 10. More specifically, the outer shell 10 and the removable inner member 11 forming the nozzle 5 of the invention may be formed of at least one material selected from the group consisting of copper and its alloys, stainless steel, brass, aluminum and its alloys, silver and its alloys, tungsten and its alloys, molybdenum and its alloys ges, hafnium and its alloys, titanium and its alloys and ceramic materials. Preferably, the outer envelope 10 is formed of a material having a good thermal conductivity, that is at least 50 Wrn-ii.K-1, preferably at least 100 Wrn-11.1 (- 1, in particular copper or a copper alloy since the outer surface of an arc plasma torch nozzle is generally cooled by circulation of water in contact with said surface, the use of such a material promotes the evacuation of the calories accumulated by the nozzle during the operation of the torch.In addition, in order to limit the manufacturing cost of the nozzle 5, it is preferable to use a material that is easily machinable, such as copper and its alloys or brass, to form the outer casing 10. As the case may be, the removable inner member 11 may be formed of a material similar to that used for the casing 10, i.e. a material having good thermal conductivity and / or having good machinability, such as cui and its alloys or brass, or be formed of a material resistant to heat, that is to say whose melting temperature is relatively high, typically at least 1500 °, preferably at least 2000 °, such tungsten and its alloys or molybdenum and its alloys.

Avantageusement, l'enveloppe externe 10 est formée d'un premier matériau et l'élément interne amovible 11 est formée d'un deuxième matériau, la température de fusion du deuxième matériau étant supérieure à la température de fusion du premier matériau. Dans ce cas, l'élément interne amovible 11 sera préférentiellement formé de tungstène ou d'alliages de tungstène, de molybdène ou d'alliages de molybdène, de hafnium, ou d'un matériau céramique, par exemple un matériau céramique choisi parmi l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de zirconium, l'oxyde d'hafnium ou le carbure de titane, le carbure de tungstène, le carbure de silicium. En fait, la structure de la tuyère objet de la présente invention permet de résoudre plusieurs problèmes majeurs.Advantageously, the outer envelope 10 is formed of a first material and the removable inner member 11 is formed of a second material, the melting temperature of the second material being greater than the melting temperature of the first material. In this case, the removable inner member 11 will preferably be formed of tungsten or alloys of tungsten, molybdenum or alloys of molybdenum, hafnium, or a ceramic material, for example a ceramic material selected from aluminum oxide, zirconium oxide, hafnium oxide or titanium carbide, tungsten carbide, silicon carbide. In fact, the structure of the nozzle object of the present invention makes it possible to solve several major problems.

D'une part, le fait de disposer d'une tuyère de type modulaire, c'est-à-dire formée de deux parties distinctes, permet d'accroître la durée de vie de ladite tuyère. Comme expliqué précédemment, c'est la surface interne de la tuyère qui est directement exposée aux phénomènes d'usure. La présente invention offre la possibilité d'utiliser un matériau plus résistant à l'échauffement provoqué par l'arc électrique pour former l'élément interne de la tuyère, sans augmenter de manière excessive le coût de fabrication de la tuyère, puisque son enveloppe externe peut rester formée d'un matériau métallique conventionnel tel que le cuivre. Ainsi, grâce à la présente invention, il est possible de réduire les phénomènes d'usure de la tuyère se produisant non seulement au niveau de la surface interne du canal de la tuyère, mais aussi ceux se produisant au niveau des portions de surface interne situées en amont dudit canal. En amont du canal, l'usure de la surface interne de la tuyère résulte d'une part de l'usure de l'électrode elle-même. Ainsi, lors de l'extinction de l'arc électrique, le gaz plasmagène se refroidit très vite, sa densité augmente et sa quantité de mouvement devient alors très importante.On the one hand, the fact of having a modular type of nozzle, that is to say formed of two separate parts, allows to increase the life of said nozzle. As explained above, it is the inner surface of the nozzle which is directly exposed to wear phenomena. The present invention offers the possibility of using a material more resistant to the heating caused by the electric arc to form the internal element of the nozzle, without excessively increasing the manufacturing cost of the nozzle, since its outer envelope may remain formed of a conventional metallic material such as copper. Thus, by virtue of the present invention, it is possible to reduce nozzle wear phenomena occurring not only at the inner surface of the nozzle channel, but also those occurring at the inner surface portions of the nozzle. upstream of said channel. Upstream of the channel, the wear of the inner surface of the nozzle results from the wear of the electrode itself. Thus, during the extinction of the electric arc, the plasma gas cools very quickly, its density increases and its momentum becomes very important.

Or, pendant ce temps, l'insert de l'électrode dont la surface a été liquéfiée par l'échauffement créé par l'arc électrique, ne se solidifie que très lentement. L'augmentation de la quantité de mouvement du gaz plasmagène en contact avec le matériau de l'insert encore liquide a alors pour effet d'arracher et d'entraîner des gouttelettes de matériau fondu. Cela se manifeste, dans le cas des électrodes avec insert en hafnium pour la découpe avec oxygène en tant que gaz plasmagène, par le dépôt de projections de hafnium fondu. Les gouttelettes se déposent sur la surface interne de la tuyère, conduisant à une déformation locale de la géométrie interne de la tuyère qui perturbe l'écoulement du gaz plasmagène et le procédé de coupage. D'autre part, une usure de la surface interne située en amont du canal de la tuyère se produit également lors de l'accrochage de l'arc pilote sur les parois internes de la tuyère.However, during this time, the insert of the electrode whose surface has been liquefied by the heating created by the electric arc, solidifies only very slowly. Increasing the amount of movement of the plasma gas in contact with the material of the still-liquid insert then has the effect of tearing and driving droplets of molten material. This is manifested, in the case of electrodes with hafnium insert for cutting with oxygen as a plasma gas, by the deposition of molten hafnium projections. The droplets are deposited on the inner surface of the nozzle, leading to a local deformation of the internal geometry of the nozzle which disrupts the flow of plasma gas and the cutting process. On the other hand, wear of the inner surface located upstream of the nozzle channel also occurs during attachment of the pilot arc on the inner walls of the nozzle.

L'état de surface du matériau constitutif de la tuyère est modifié localement, par exemple par oxydation, ce qui peut occasionner des problème d'amorçage de l'arc pilote. L'ensemble de ces phénomènes conduit donc à une usure importante se traduit par une altération de la surface interne de la tuyère. En utilisant un élément interne 11 formé d'un matériau plus résistant à la chaleur pour recouvrir l'enveloppe externe 10, la durée de vie de la surface interne de la tuyère 5 est significativement allongée. D'autre part, elle permet de réduire les coûts liés au changement de tuyère puisque, une fois la tuyère arrivée au terme de sa durée de vie, il peut être procédé au changement de l'élément interne uniquement. L'élément interne amovible est démontable de l'enveloppe externe, c'est-à-dire que son retrait de l'enveloppe externe n'affecte pas ladite enveloppe. L'enveloppe externe de la tuyère peut donc être réutilisée pour former une tuyère de torche plasma en étant associée à un élément interne neuf. Le choix du matériau formant l'élément interne de la tuyère peut se faire en fonction du procédé de coupage mis en oeuvre. Par exemple, pour les procédés de coupage à forte intensité, c'est-à-dire au moins 200 A, on utilise avantageusement un matériau résistant à la chaleur. Pour les procédés à moins forte intensité, dans lesquels la surface interne de la tuyère subit des phénomènes d'usure moins importants, on utilise avantageusement un matériau conventionnel tel le cuivre et ses alliages car plus économique Dans tous les cas, la durée de vie de la tuyère est augmentée, du fait de l'utilisation d'un élément interne plus résistant et/ou du fait de la réduction de la quantité de matière usée à remplacer. En outre, la tuyère de l'invention permet de réduire les coûts supplémentaires engendrés par la nécessité d'utiliser une tuyère dont le profil de la surface interne est spécifiquement adaptée à chaque type de procédé de coupage que l'on souhaite mettre en oeuvre. Grâce à l'invention, il est possible de fabriquer un élément interne dont le profil de la surface interne est adapté à chaque procédé, en conservant le même type d'enveloppe. Il s'ensuit que les coûts de fabrication des tuyère de torches à plasma sont significativement réduits puisque le prix d'une pièce mécanique décroît quand la quantité de matière la constituant diminue et quand le volume de pièces identiques fabriquées augmente.The surface state of the constituent material of the nozzle is modified locally, for example by oxidation, which can cause problems of initiation of the pilot arc. All of these phenomena therefore lead to significant wear and tear resulting in an alteration of the internal surface of the nozzle. By using an inner member 11 formed of a more heat-resistant material to cover the outer shell 10, the service life of the inner surface of the nozzle 5 is significantly lengthened. On the other hand, it makes it possible to reduce the costs associated with the nozzle change since, once the nozzle has reached the end of its service life, the internal element can be changed only. The removable inner member is removable from the outer envelope, that is to say that its removal from the outer envelope does not affect said envelope. The outer casing of the nozzle can therefore be reused to form a plasma torch nozzle while being associated with a new internal element. The choice of the material forming the internal element of the nozzle can be done according to the cutting method used. For example, for high intensity cutting processes, i.e., at least 200 A, a heat resistant material is advantageously used. For processes with less intensity, in which the inner surface of the nozzle undergoes less significant wear phenomena, is advantageously used a conventional material such as copper and its alloys because more economical In all cases, the life of the nozzle is increased due to the use of a stronger internal element and / or the reduction of the amount of waste material to be replaced. In addition, the nozzle of the invention makes it possible to reduce the additional costs generated by the need to use a nozzle whose profile of the internal surface is specifically adapted to each type of cutting process that it is desired to use. Thanks to the invention, it is possible to manufacture an inner member whose profile of the inner surface is adapted to each process, retaining the same type of envelope. It follows that the manufacturing costs of plasma torch nozzles are significantly reduced since the price of a mechanical part decreases when the amount of constituent material decreases and when the volume of identical manufactured parts increases.

Dans le cadre de la présente invention, la surface externe de l'élément interne amovible 11 recouvre au moins 25% de la surface interne de l'enveloppe externe 10.In the context of the present invention, the outer surface of the removable inner element 11 covers at least 25% of the inner surface of the outer envelope 10.

Avantageusement, la surface externe de l'élément interne 11 recouvre au moins 40% de la surface interne de la partie externe 10, de préférence au moins 50%, de préférence encore au moins 70%. Ceci permet d'augmenter encore les bénéfices susmentionnés liés à l'utilisation d'une tuyère selon l'invention.Advantageously, the outer surface of the inner member 11 covers at least 40% of the inner surface of the outer portion 10, preferably at least 50%, more preferably at least 70%. This makes it possible to further increase the abovementioned benefits related to the use of a nozzle according to the invention.

De préférence, le profil de la surface externe llb de l'élément interne amovible 11 forme le complémentaire d'au moins une portion du profil de la surface interne 10a de l'enveloppe externe 10. En d'autres termes, la surface externe 1 lb de l'élément interne amovible 11 épouse au moins une partie de la surface interne 10a de l'enveloppe externe 10. Avantageusement, le profil de la surface externe llb de l'élément interne amovible 11 forme le complémentaire d'au moins 25% du profil de la surface interne 10a de l'enveloppe externe 10, de préférence au moins 40%, de préférence encore au moins 50% et avantageusement au moins 70%. A noter qu'optionnellement, l'enveloppe externe 10 et le porte tuyère 4 schématisés sur la Figure 2 peuvent être formés d'un même bloc.Preferably, the profile of the outer surface 11b of the removable inner member 11 forms the complement of at least a portion of the profile of the inner surface 10a of the outer shell 10. In other words, the outer surface 1 1b of the removable inner member 11 embraces at least a portion of the inner surface 10a of the outer casing 10. Advantageously, the profile of the outer surface 11b of the removable inner member 11 forms the complementary of at least 25% the profile of the inner surface 10a of the outer envelope 10, preferably at least 40%, more preferably at least 50% and preferably at least 70%. Note that optionnally, the outer casing 10 and the nozzle holder 4 shown schematically in Figure 2 may be formed of the same block.

Afin de permettre un assemblage et un démontage aisé et rapide de l'élément interne amovible 11, soit suite à une usure excessive, soit lors d'un changement de type de procédé, la tuyère de l'invention peut comprendre en outre des moyens d'assemblage mécanique de l'élément interne 11 dans l'enveloppe externe 10. La Figure 2 illustre un mode de réalisation dans lequel l'élément interne 11 est assemblé dans l'enveloppe externe par des moyens d'assemblage mécanique 18 par filetage. Plus précisément, l'élément interne 11 est vissé dans l'enveloppe externe 10. Pour ce faire, un premier filet est réalisé sur au moins une partie de la surface externe llb de l'élément interne 11 et un deuxième filet est réalisé sur au moins une partie de la surface interne 10a l'enveloppe externe 10 située en regard du premier filet, ledit deuxième filet étant ajusté au premier filet, c'est-à-dire formant le complémentaire de celui-ci. Les premier et deuxième filets ont un pas compris entre 0.5 et 3 mm, de préférence de l'ordre de 1 mm, et sont réalisés le long des surfaces llb et 10a sur une longueur comprise entre 3 et 15 mm. Les premier et deuxième filet définissent entre eux un jeu mécanique, appelé ici premier jeu, c'est-à-dire un espace laissé entre les deux filets assemblés. Ce premier jeu est compris entre une valeur minimale de premier jeu et une valeur maximale de premier jeu. Typiquement, ce premier jeu est compris entre 0.1 et 0.4 mm.In order to allow easy and quick assembly and disassembly of the removable inner element 11, either due to excessive wear or during a change in the type of process, the nozzle of the invention may furthermore comprise mechanical assembly of the inner member 11 in the outer casing 10. Figure 2 illustrates an embodiment in which the inner member 11 is assembled in the outer casing by means of mechanical assembly 18 by threading. More specifically, the inner member 11 is screwed into the outer casing 10. To do this, a first thread is formed on at least a portion of the outer surface 11b of the inner member 11 and a second thread is made on to at least a portion of the inner surface 10a the outer casing 10 facing the first net, said second net being fitted to the first net, that is to say forming the complementary thereof. The first and second threads have a pitch of between 0.5 and 3 mm, preferably of the order of 1 mm, and are made along the surfaces 11b and 10a over a length of between 3 and 15 mm. The first and second threads define between them a mechanical game, here called first game, that is to say a space left between the two threads assembled. This first game is between a minimum value of first game and a maximum value of first game. Typically, this first game is between 0.1 and 0.4 mm.

Dans le cadre de la présente invention, l'élément interne amovible 11 et l'enveloppe externe 10 sont des pièces de révolution, c'est-à-dire à symétrie cylindrique, de préférence agencées de manière à ce que les axes de symétrie de l'élément interne 11 et de l'enveloppe externe 10 soit alignés suivant un même axe A. Ces pièces sont donc assemblées coaxialement l'une à l'autre. En effet, l'alignement axial de l'élément interne 11 avec l'enveloppe externe 10, elle-même assemblée coaxialement à l'électrode 3 et garantir un centrage de l'arc électrique dans le canal 9 de la tuyère 5, ce centrage étant critique vis-à-vis des performances du procédé de coupage par plasma d'arc. Afin de garantir le centrage axial de l'élément interne 11 et de l'enveloppe externe 10, c'est-à-dire leur coaxialité, les moyens d'assemblage 18 peuvent comprendre en outre des moyens de centrage 18a. Ces moyens 18a comprennent au moins une portion de la surface 1 lb et au moins une portion de la surface 10a positionnées en regard l'une de l'autre, ces portions de surfaces étant non filetées et ayant des profils complémentaires. De préférence, les moyens de centrage sont situés en aval des moyens de filetage. Ces portions de surface définissent entre elles un deuxième jeu compris entre une valeur minimale de deuxième jeu et une valeur maximale de deuxième jeu. Typiquement, ce deuxième jeu est inférieur à 0.1 mm. Pour s'affranchir des défauts de coaxialité entre l'élément interne 11 et l'enveloppe externe 10, ou du moins les minimiser grandement, on définit avantageusement les tolérances d'ajustement pour les moyens d'assemblage 18 et les moyens de centrage 18a de manière à ce que la valeur maximale du deuxième jeu défini au niveau des moyens de centrage 18a soit toujours inférieure à la valeur minimale du premier jeu entre les premier et deuxième filets des moyens d'assemblage par filetage 18. Quelque soit le mode de réalisation de l'invention, l'enveloppe externe 10 peut comprendre des moyens de butée 19 permettant de positionner l'élément interne 11 contre l'enveloppe externe 10. Ces moyens de butée 19 peuvent consister en au moins un épaulement usiné au niveau de la paroi périphérique de l'enveloppe externe 10, comme schématisé sur la Figure 2. En outre, la tuyère 5 peut comprendre au moins un premier composant d'étanchéité 20, de préférence un joint élastomère ou équivalent, agencé entre l'enveloppe externe 10 et l'élément interne 11. Le au moins un premier composant d'étanchéité 20 est agencé dans au moins une première gorge périphérique 21 aménagée dans la surface interne 10a de l'enveloppe externe 10 et/ou la surface externe llb de l'élément interne 11. Outre, le fait d'assurer une étanchéité entre l'élément interne amovible 11 et l'enveloppe externe 10, le au moins un composant d'étanchéité 20 facilite le positionnement de l'élément 11 dans l'enveloppe externe 10. Par ailleurs, la tuyère 5 peut comprendre au moins une deuxième gorge périphérique 22 aménagée dans la surface externe 10b de l'enveloppe externe 10, ladite au moins une deuxième gorge périphérique 22 étant conformée pour accueillir un deuxième composant d'étanchéité 23, de préférence un joint élastomère. Lorsque la tuyère 5 est montée dans une torche de coupage par plasma d'arc, ladite au moins une deuxième gorge périphérique 22 est aménagée de préférence en regard de la surface interne du porte-tuyère 8. La Figure 3 schématise un mode de réalisation de l'invention dans lequel l'élément interne 11 est assemblé dans l'enveloppe externe 10 grâce à des moyens d'assemblage 18 par emmanchement. Plus précisément, les moyens d'assemblage 18 par emmanchement sont des moyens d'assemblage mécanique par serrage. Les moyens 18 comprennent au moins une portion de la surface llb et au moins une portion de la surface 10a situées en regard l'une de l'autre, ces portions de surface étant de préférence planes et ayant des profils complémentaires. Au niveau desdites portions de surfaces 1 lb et 10a se faisant face, le diamètre extérieur de l'élément interne 11 est plus grand que le diamètre intérieur de l'enveloppe externe 10. L'élément interne 11 est donc emmanché en force dans l'enveloppe externe. Pour que l'élément interne 11 soit amovible, le serrage entre les portions de surfaces 1 lb et 10a, c'est-à-dire la différence entre les diamètres extérieur et intérieur des pièces emmanchées, est choisi de manière à être relativement faible, de préférence compris entre 0.005 et 0.02 mm.In the context of the present invention, the removable inner element 11 and the outer shell 10 are parts of revolution, that is to say with cylindrical symmetry, preferably arranged so that the axes of symmetry of the inner element 11 and the outer casing 10 are aligned along the same axis A. These parts are thus assembled coaxially to one another. Indeed, the axial alignment of the inner element 11 with the outer envelope 10, itself coaxially assembled to the electrode 3 and ensure a centering of the electric arc in the channel 9 of the nozzle 5, this centering being critical to the performance of the arc plasma cutting process. In order to guarantee the axial centering of the inner element 11 and the outer casing 10, that is to say their coaxiality, the assembly means 18 may furthermore comprise centering means 18a. These means 18a comprise at least a portion of the surface 1b and at least a portion of the surface 10a positioned facing one another, these surface portions being unthreaded and having complementary profiles. Preferably, the centering means are located downstream of the threading means. These surface portions define between them a second clearance comprised between a minimum value of second clearance and a maximum value of second clearance. Typically, this second clearance is less than 0.1 mm. To overcome the coaxiality defects between the inner element 11 and the outer shell 10, or at least greatly minimize them, the adjustment tolerances are advantageously defined for the assembly means 18 and the centering means 18a of in such a way that the maximum value of the second set defined at the level of the centering means 18a is always lower than the minimum value of the first clearance between the first and second threads of the thread assembly means 18. Whatever the embodiment of the invention, the outer casing 10 may comprise stop means 19 for positioning the inner member 11 against the outer casing 10. These abutment means 19 may consist of at least one shoulder machined at the peripheral wall of the outer casing 10, as shown diagrammatically in FIG. 2. In addition, the nozzle 5 may comprise at least one first sealing component 20, preferably an elastomeric seal re or equivalent, arranged between the outer casing 10 and the inner element 11. The at least one first sealing component 20 is arranged in at least one first peripheral groove 21 formed in the inner surface 10a of the outer casing 10 and / or the outer surface 11b of the inner element 11. In addition, the fact of ensuring a seal between the removable inner element 11 and the outer casing 10, the at least one sealing component 20 facilitates the positioning of the element 11 in the outer casing 10. Furthermore, the nozzle 5 may comprise at least a second peripheral groove 22 provided in the outer surface 10b of the outer casing 10, said at least one second peripheral groove 22 being shaped to accommodate a second sealing component 23, preferably an elastomeric seal. When the nozzle 5 is mounted in an arc plasma cutting torch, said at least one second peripheral groove 22 is preferably arranged facing the inner surface of the nozzle holder 8. FIG. 3 schematizes an embodiment of FIG. the invention in which the inner member 11 is assembled in the outer casing 10 by means of assembly means 18 by fitting. More specifically, the assembly means 18 by fitting are means of mechanical assembly by clamping. The means 18 comprise at least a portion of the surface 11b and at least a portion of the surface 10a facing each other, these surface portions preferably being flat and having complementary profiles. At the level of said surface portions 1b and 10a facing each other, the outer diameter of the inner member 11 is larger than the inner diameter of the outer shell 10. The inner member 11 is thus force-fitted into the outer envelope. So that the inner member 11 is removable, the clamping between the surface portions 1 lb and 10a, that is to say the difference between the outside and inside diameters of the fitted parts, is chosen so as to be relatively small, preferably between 0.005 and 0.02 mm.

Selon un autre mode de réalisation, illustré en Figure 4, l'élément interne 11 est assemblé dans l'enveloppe externe 10 grâce à des moyens d'assemblage 18 par clipsage. Dans ce cas, le clipsage de l'élément interne 11 dans l'enveloppe externe 10 est réalisé au moyen d'au moins un couple de gorges périphériques 21 aménagées l'une en regard de l'autre dans la surface interne 10a de l'enveloppe externe 10 et dans la surface externe llb de l'élément interne amovible 11. Un composant d'étanchéité 20, de préférence du type joint élastomère ou équivalent, est agencé à la fois dans les deux gorges périphériques formant le couple de gorges périphériques 21. La Figure 5 illustre un mode de réalisation alternatif dans lequel l'élément interne 11 est assemblé à l'enveloppe externe 10 par des moyens d'assemblage 18 par filetage, qui diffère du mode de réalisation illustré en Figure 2 en ce que l'élément interne 11, c'est-à-dire l'élément constituant au moins une partie de la surface interne de la tuyère 5, est un embout vissé dans l'enveloppe externe 10 formant à lui seul l'extrémité aval de la tuyère 5. Le vissage de l'élément interne amovible 11 dans l'enveloppe externe 10 est facilité. Dans ce cas, l'orifice de sortie de l'élément interne 11 débouche en amont de l'orifice de sortie de l'enveloppe externe 10. Le profil externe de l'élément interne de ce mode de réalisation est montré sur la Figure 5a, en vue de coupe transversale sur le haut de la Figure 5a et longitudinale sur le bas de la Figure 5a. Avantageusement, l'élément interne 11 comprend en son extrémité aval, c' està-dire au niveau du canal de sortie 9 une surface externe dont le profil est de forme hexagonale, ce qui favorise la préhension de l'extrémité de l'élément 11 lors de son montage ou démontage dans l'enveloppe externe 10. Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, l'élément interne 11 présente une surface interne 1 la dont le profil a une forme adaptée au guidage du flux de gaz plasmagène provenant du diffuseur de gaz amont jusqu'à l'éjection d'un jet de plasma d'arc par le canal de la tuyère. De préférence, et tel qu'illustré sur la Figure 3, le profil de la surface interne de l'élément interne amovible 11 comprend une portion amont 15 de forme cylindrique ou quasi-cylindrique d'un premier diamètre intérieur D compris entre 8 et 25 mm, une portion aval 9 de forme cylindrique, définissant le canal de la tuyère 5, d'un deuxième diamètre intérieur d compris entre 0.4 et 5 mm, et une portion intermédiaire 16, située entre la portion amont 15 et la portion aval 9, comprenant au moins une portion de forme tronconique convergente formant avec l'axe A un angle d'ouverture a compris entre 25 et 75 °. Par forme tronconique convergente, on entend que le diamètre de l'évidement axial de l'élément interne 11 décroît en suivant l'axe A, de préférence linéairement. Dans le cas illustré sur la figure 3, la portion intermédiaire 16 comprend une deuxième portion de forme tronconique convergente et, de manière optionnelle, une portion de forme cylindrique. Bien entendu, cette description de la forme du profil de la surface interne de l'élément interne amovible 11 est donné à titre d'illustration de différents modes de réalisation de l'invention et n'a pas de caractère limitatif. Une tuyère selon l'invention peut comprendre des portions de profil interne de forme différente, notamment de forme arrondie.According to another embodiment, illustrated in Figure 4, the inner member 11 is assembled in the outer casing 10 by means of assembly means 18 by clipping. In this case, the clipping of the inner element 11 in the outer envelope 10 is achieved by means of at least one pair of peripheral grooves 21 arranged facing each other in the inner surface 10a of the outer casing 10 and in the outer surface 11b of the removable inner member 11. A sealing component 20, preferably of the elastomeric seal type or the like, is arranged both in the two peripheral grooves forming the pair of peripheral grooves 21 Figure 5 illustrates an alternative embodiment in which the inner member 11 is assembled to the outer casing 10 by threaded connecting means 18, which differs from the embodiment illustrated in Figure 2 in that internal element 11, that is to say the element constituting at least a portion of the inner surface of the nozzle 5, is a tip screwed into the outer casing 10 forming alone the downstream end of the nozzle 5 Screwing the removable internal lement 11 in the outer casing 10 is facilitated. In this case, the outlet orifice of the inner element 11 opens upstream of the outlet orifice of the outer casing 10. The outer profile of the inner element of this embodiment is shown in FIG. 5a. , in cross-sectional view at the top of Figure 5a and longitudinal at the bottom of Figure 5a. Advantageously, the inner element 11 comprises at its downstream end, that is to say at the outlet channel 9 an outer surface whose profile is hexagonal shape, which promotes the gripping of the end of the element 11 during its assembly or disassembly in the outer casing 10. Whatever the embodiment of the invention, the inner member 11 has an inner surface 1a whose profile has a shape adapted to guide the flow of plasma gas from the upstream gas diffuser to the ejection of an arc plasma jet through the nozzle channel. Preferably, and as illustrated in FIG. 3, the profile of the inner surface of the removable inner element 11 comprises an upstream portion 15 of cylindrical or quasi-cylindrical shape with a first inside diameter D between 8 and 25. mm, a downstream portion 9 of cylindrical shape, defining the channel of the nozzle 5, with a second internal diameter of between 0.4 and 5 mm, and an intermediate portion 16, located between the upstream portion 15 and the downstream portion 9, comprising at least one portion of convergent frustoconical shape forming with the axis A an opening angle of between 25 and 75 °. Convergent frustoconical shape means that the diameter of the axial recess of the inner member 11 decreases along the axis A, preferably linearly. In the case illustrated in FIG. 3, the intermediate portion 16 comprises a second portion of convergent frustoconical shape and, optionally, a portion of cylindrical shape. Of course, this description of the shape of the profile of the inner surface of the removable inner member 11 is given by way of illustration of various embodiments of the invention and is not limiting in nature. A nozzle according to the invention may comprise portions of internal profile of different shape, in particular of rounded shape.

Les surfaces interne et externe de l'élément interne amovible (11) définissent une paroi périphérique 17 dont l'épaisseur est comprise entre 0.7 et 3 mm, de préférence entre 1 et 2 MM. Par ailleurs, la présente invention concerne une torche à plasma d'arc, conventionnelle ou à vortex d'eau, ainsi qu'un procédé de coupage mettant en oeuvre ladite torche. La torche comprend un corps de torche alimenté en courant et une tête de torche connectée audit corps de torche. La tête de torche comprend une électrode 3, un porte-tuyère 8 et une tuyère 5 selon l'invention assemblée audit porte-tuyère 8. En outre, dans le cas d'une torche destinée au coupage par plasma d'arc en vortex d'eau, la torche comprend un écran agencé en aval de la tuyère 5. L'écran comprend en outre des moyens de génération de vortex aptes à et conçus pour distribuer par l'écran un jet d'eau se propageant jusqu'à la pièce à couper et formant un vortex autour de la colonne de plasma d'arc établie entre l'électrode et la pièce. La tuyère selon l'invention peut équiper tout type de torche à plasma d'arc. L'application principale d'une torche à plasma d'arc selon l'invention est un procédé de coupage de pièce métallique par plasma d'arc, sans ou avec vortex d'eau. La tuyère offre 20 une durée de vie significativement augmentée, et par conséquent garantit des performances de coupe optimales sur une durée plus importante.The inner and outer surfaces of the removable inner element (11) define a peripheral wall 17 whose thickness is between 0.7 and 3 mm, preferably between 1 and 2 mm. Furthermore, the present invention relates to a conventional arc torch or water vortex, and a cutting method using said torch. The torch comprises a torch body fed with current and a torch head connected to said torch body. The torch head comprises an electrode 3, a nozzle holder 8 and a nozzle 5 according to the invention assembled to said nozzle holder 8. In addition, in the case of a torch intended for vortex arc plasma cutting, water, the torch comprises a screen arranged downstream of the nozzle 5. The screen further comprises vortex generation means adapted to and designed to distribute by the screen a jet of water propagating to the room to cut and vortex around the arc plasma column established between the electrode and the workpiece. The nozzle according to the invention can equip any type of arc plasma torch. The main application of an arc plasma torch according to the invention is a method of cutting metal parts by arc plasma, with or without a water vortex. The nozzle provides a significantly increased service life, and therefore guarantees optimum cutting performance over a longer period of time.

Claims

REVENDICATIONS1. A nozzle (5) for an arc plasma torch formed with an outer shell (10) and a removable inner member (11) each comprising an axial recess including an inner surface, an inlet and an outlet , the inner member (11) being releasably positioned in the axial recess of the outer casing (10), which outer casing (10) forms a sleeve around the removable inner member (11), characterized in that the outer surface of the removable inner member (11) covers at least 25% of the inner surface of the outer casing (10).

2. A nozzle according to the preceding claim, characterized in that the outer surface of the removable inner member (11) covers at least 40% of the inner surface of the outer casing (10), preferably at least 50%, of preferably at least 70%.

3. Nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the outer casing (10) is formed of a first material and the removable inner member (11) is formed of a second material, the melting temperature the second material being greater than the melting temperature of the first material.

4. A nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the outer casing (10) and the removable inner member (11) are formed of at least one material selected from the group consisting of copper and its alloys , stainless steel, brass, aluminum and its alloys, silver and its alloys, tungsten and its alloys, molybdenum and its alloys, hafnium and its alloys, titanium and its alloys and ceramics.

5. nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the outer casing (10) and the removable inner member (11) are parts of revolution whose axes of symmetry are aligned along the same axis (A) .

6. nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the profile of the outer surface of the removable inner member (11) forms the complementary of at least a portion of the profile of the inner surface of the outer casing (10).

7. Nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the profile of the inner surface (11a) of the removable inner member (11) comprises an upstream portion (15) of cylindrical or quasi-cylindrical shape of a first inner diameter (D) between 8 and 25 mm, a downstream portion (9) of cylindrical shape, defining a nozzle channel, a second inner diameter (d) of between 0.4 and 5 mm, and an intermediate portion ( 16), situated between the upstream portion (15) and the downstream portion (9), comprising at least one portion of convergent frustoconical shape forming with the axis (A) an opening angle (a) of between 25 and 75 ° .

8. nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the inner and outer surfaces of the removable inner member (11) define a peripheral wall (17) whose thickness is between 0.7 and 3 mm, preferably between 1 and 2 MM.

9. A nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises mechanical assembly means (18) of the removable inner member (11) in the outer casing (10) by threading, clipping or fitting .

10. A nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the outer casing (10) further comprises abutment means (19) of the removable inner member (11) against the outer casing (10).

11. Nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that at least a first sealing component (20), preferably an elastomeric seal, is arranged between the outer casing (10) and the removable inner member. (11) .30

12. Nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one first sealing component (20) is arranged in at least one first peripheral groove (21) formed in the inner surface of the outer casing ( 10) and / or the outer surface of the removable inner member (11).

13. A nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises at least a second peripheral groove (22) provided in the outer surface of the outer casing (10), said at least one second peripheral groove. (22) being shaped to accommodate a second sealing component (23).

14. An arc plasma torch comprising a nozzle according to one of the preceding claims.

15. A method of plasma arc cutting of a metal part employing an arc plasma torch according to claim 14.