FR2996792A1 - Torche de coupage a plasma d'arc a assemblage ameliore - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un ensemble pour torche à plasma d'arc formé d'un porte-électrode (1), d'un porte-tuyère (2), d'un bloc isolant électrique (3) agencé entre ledit porte-électrode (1) et ledit porte-tuyère (2) et d'un fût (4) formant manchon autour d'au moins tout ou partie du porte-électrode (1) et du bloc isolant électrique (3). Selon l'invention, le porte-tuyère (2) et le fût (4) comprennent des moyens d'assemblage (5) permettant une solidarisation dudit porte-tuyère (2) audit fût (4).

Description

L'invention concerne un ensemble pour torche à plasma d'arc à assemblage amélioré, ainsi qu'une torche à plasma d'arc comprenant ledit ensemble et un procédé de coupage par plasma d'arc mettant en oeuvre ladite torche. Habituellement, une torche à plasma d'arc, en particulier une torche de coupage par plasma d'arc, comprend une embase alimentée en courant et une tête de torche connectée à ladite embase, l'embase étant fixée à une machine de coupage et 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 fluides équipant une installation de coupage par plasma d'arc.

Une tête de torche comprend les consommables nécessaires à l'établissement de l'arc électrique mis en oeuvre dans un procédé de coupage par plasma d'arc, en particulier une électrode, munie en son extrémité d'un insert thermo-émissif, et une tuyère munie d'un canal de sortie. Ces éléments sont supportés respectivement par un porte-électrode et un porte-tuyère. Une tête de torche comprend en outre un bloc isolant électrique assurant une isolation électrique entre le porte-électrode et le porte-tuyère, et un fût permettant de protéger tout ou partie du bloc isolant électrique, du porte-électrode et/ou du porte-tuyère et d'isoler électriquement l'extérieur de la tête de torche. Ces composants principaux sont en général usinés séparément et assemblés lors de la fabrication de la torche à plasma d'arc. Au cours d'un procédé de coupage par plasma d'arc, un jet de plasma d'arc est éjecté par le canal de la tuyère jusqu'à une pièce à découper positionnée sous la tête de torche, l'arc électrique étant établi à partir du centre de l'insert thermo-émissif de l'électrode. Généralement, le diamètre du canal de la tuyère est faible, de l'ordre de 0.5 à 4 mm, ce qui permet de constricter l'arc électrique, c'est-à-dire d'en réduire la section, pour atteindre les fortes densités de courant nécessaires à la fusion du matériau à découper, de l'ordre de 108 A/m2.

Pour garantir le bon fonctionnement de la torche à plasma d'arc et du procédé de coupage mis en oeuvre, il est nécessaire que l'arc électrique soit centré le long du canal de la tuyère. En effet, la température au centre de l'arc électrique étant très élevée, typiquement de l'ordre de 25000 °C, le moindre décentrage ou défaut de coaxialité entre l'arc électrique et l'axe de symétrie de la tuyère amont induit un échauffement du canal de la tuyère, généralement en cuivre. Il s'ensuit que les parois internes de la tuyère amont peuvent se déformer, voire fondre, si leur température dépasse la température de fusion du matériau constitutif de la tuyère, i. e. 1100 °C pour le cuivre. Ceci engendre une usure prématurée et asymétrique du canal, qui dégrade les performances du procédé de coupage mis en oeuvre et nécessite de remplacer la tuyère. En outre, tout défaut de coaxialité entre l'arc électrique et le canal de la tuyère induit une dégradation des performances de coupe, en termes de vitesse et de qualités de coupe.

Il est donc impératif de s'assurer de l'alignement des axes de l'électrode et de la tuyère, ainsi que des axes du porte-électrode et du porte-tuyère, par rapport à l'axe de la torche, ou dit autrement de la coaxialité ou de la concentricité de ces composants. La coaxialité, c'est-à-dire la précision de positionnement relatif axial, du porte-électrode, du porte-tuyère et du bloc isolant est également critique du fait des canalisations qui sont aménagées dans ces composants pour faire circuler les fluides de refroidissement et d'assistance au coupage dans la tête de torche. L'assemblage des composants de la torche doit pouvoir se faire en assurant la continuité et l'étanchéité des trajets de fluides traversant la torche. Un autre point critique est le positionnement relatif des composants de la torche le long de l'axe de symétrie de la torche, c'est-à-dire leur positionnement relatif longitudinal. En particulier, le positionnement de l'électrode par rapport à la tuyère le long de l'axe de la torche requiert une tolérance serrée, typiquement de 0.02 à 0.1 mm, pour garantir de bonnes performances de coupe. Or, aucun des modes d'assemblage connus des principaux composants d'une tête de troche ne fournit de résultats pleinement satisfaisants, non seulement en termes de précision de positionnement relatif des composants, mais aussi en termes de tenue et de robustesse d'assemblage. En outre, les modes d'assemblage existants sont souvent complexes, nécessite un nombre important d'étapes de montage et/ou imposent l'utilisation de composants et de pièces intermédiaires d'assemblage dont la conception et le nombre augmente les coûts de fabrication. On connaît par exemple des torches dont le porte-tuyère et le bloc isolant sont assemblés par le biais d'un écrou périphérique qui est ensuite collé. Le porte-électrode est ensuite emmanché en force dans le bloc isolant et bloqué par un écrou. L'ensemble est ensuite introduit dans le fût et bloqué par une vis. Ce mode d'assemblage est peu robuste. Il génère notamment une déformation du porte-électrode et un défaut de coaxialité entre le porte-électrode et l'axe de la torche. La durée d'assemblage et de démontage est relativement importante. Une solution alternative consiste à visser le porte-tuyère au bloc isolant, puis à visser l'ensemble au porte-électrode. Cette solution n'est pas non plus adéquate car elle entraîne un mauvais contrôle de la coaxialité des composants une fois assemblés. En outre, l'opération de vissage fragilise les composants et impose d'aménager des logements pour les vis dans les composants, ce qui augmente les coûts de fabrication et complexifie la conception de la torche. Le problème qui se pose est dès lors de pallier tout ou partie des inconvénients exposés précédemment, en particulier d'améliorer l'assemblage d'au moins une partie des principaux composants d'une torche à plasma d'arc, en particulier le porte-électrode, le porte-tuyère, le bloc isolant électrique et le fût, en permettant notamment un positionnement relatif desdits composants plus précis, un assemblage plus robuste, plus rapide et/ou d'une complexité nettement réduite par rapport aux torches à plasma d'arc de l'art antérieur. La solution de l'invention est alors un ensemble pour torche à plasma d'arc formé d'un porte-électrode, d'un porte-tuyère, d'un bloc isolant électrique agencé entre ledit porte-électrode et ledit porte-tuyère et d'un fût formant manchon autour d'au moins tout ou partie du porte-électrode et du bloc isolant électrique, caractérisé en ce que le porte-tuyère et le fût comprennent des moyens d'assemblage permettant une solidarisation dudit porte-tuyère audit fût. Par ailleurs, selon le mode de réalisation considéré, l'ensemble de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les moyens d'assemblage permettent de solidariser une extrémité amont du porte-tuyère à une extrémité aval du fût. - les moyens d'assemblage permettent de solidariser une extrémité amont du porte-tuyère dans une extrémité aval du fût. - les moyens d'assemblage permettent une solidarisation directe ou indirecte d'une extrémité amont du porte-tuyère à une extrémité aval du fût. - il comprend en outre des moyens de butée du porte-électrode contre le bloc isolant électrique, des moyens de butée du porte-tuyère contre le bloc isolant électrique et des moyens de butée du porte-électrode contre le fût. - le bloc isolant électrique comprend une face amont, les moyens de butée du porte- électrode contre le bloc isolant électrique comprenant au moins un premier épaulement externe aménagé sur le porte-électrode, au niveau de la face amont du bloc isolant électrique, de manière à définir une face aval du porte-électrode en butée contre ladite face amont du bloc isolant électrique. - le porte-tuyère comprend une face amont, les moyens de butée du porte-tuyère contre le bloc isolant comprenant au moins un deuxième épaulement externe aménagé sur le bloc isolant, au niveau de la face amont du porte-tuyère, de manière à définir une face aval du bloc isolant électrique en butée contre ladite face amont du porte-tuyère. - les moyens de butée du porte-tuyère contre le bloc isolant comprennent en outre au moins un premier épaulement interne aménagé à l'intérieur du porte-tuyère, au niveau dudit deuxième épaulement externe, ledit premier épaulement interne définissant ladite face amont (2a) du porte-tuyère. - les moyens de butée du porte-électrode contre le fût comprennent un deuxième épaulement interne aménagé à l'intérieur du fût. - les moyens de butée du porte-électrode contre le fût comprennent en outre un troisième épaulement externe aménagé sur le porte-électrode, au niveau dudit deuxième épaulement interne. - les moyens d'assemblage comprennent au moins un filet, de préférence un premier filet réalisé sur au moins une portion de la surface intérieure du fût et un deuxième filet réalisé sur au moins une partie de la surface extérieure du porte-tuyère. - le fût comprend un logement périphérique dans lequel est inséré une bague intermédiaire, le premier filet étant réalisé sur au moins une partie de la surface intérieure de la bague intermédiaire. Selon un autre aspect, l'invention concerne également une torche à plasma d'arc comprenant une embase de torche alimentée en courant et une tête de torche connectée à ladite embase de torche comprenant un porte-électrode doté d'une électrode, un porte-tuyère doté d'une tuyère, un bloc isolant électrique et un fût, caractérisée en ce que le porte-électrode, le porte-tuyère, le bloc isolant électrique et le fût forment un ensemble selon l'invention. En outre, l'invention concerne un procédé de coupage par plasma d'arc d'une pièce métallique mettant en oeuvre une torche à plasma d'arc selon l'invention.

L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description détaillée suivante faite en références aux Figures ci-annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 est une vue en coupe d'un assemblage de composants de torche à plasma d'arc selon l'art antérieur, c'est-à-dire sans l'invention, - les Figures 2a et 2b présentent des vues en coupe d'un autre type d'assemblage de composants de torche à plasma d'arc selon l'art antérieur, - la Figure 3 présente une vue en coupe schématique d'un ensemble pour torche à plasma d'arc selon un mode de réalisation de l'invention, - les Figures 4a à 4d présente des vues en coupe séparées des composants de la torche à plasma d'arc représentée en Figure 3.

Un mode connu d'assemblage des principaux composants d'une tête de torche à plasma d'arc est mise en oeuvre pour la torche commercialisée par AIR LIQUIDE WELDING sous la référence CPM400 et illustrée sur la Figure 1 ci-annexée. Comme on le voit, une tête de torche à plasma d'arc conventionnelle comprend un porte-électrode 1, apte à et conçu pour supporter une électrode munie d'un insert thermo-émissif (non représentés), un porte-tuyère 2, apte à et conçu pour supporter une tuyère (non représentée), un bloc isolant électrique 3 assurant une isolation électrique entre le porte-électrode 1 et le porte-tuyère 2 et un fût 4 agencé autour du bloc isolant 3 et du porte-électrode 1. Habituellement, le fût est une pièce sensiblement tubulaire dont la paroi périphérique est formée majoritairement d'acier inoxydable ou de laiton, et dont la surface interne est recouverte d'une couche formée d'un matériau isolant électrique, typiquement un matériau plastique. Une coiffe externe (non schématisée) est généralement agencée autour de la tête de torche pour la protéger des chocs et des projections de métal fondu pouvant survenir au cours de la phase de coupage. La tête de torche comprend en son extrémité amont des moyens de fixation 50 à une embase de torche à plasma d'arc. En outre, au moins une canalisation pour passage de fluide 15 est aménagée dans un ou plusieurs des composants de la tête de torche de manière à faire circuler les fluides de refroidissement et d'assistance au procédé de coupage. Dans le cas illustré sur la Figure 1, le porte-tuyère 2 est assemblé au bloc isolant électrique 3 par le biais d'un premier écrou périphérique 7. Cet écrou 7 est vissé autour du bloc isolant 3 puis collé au bloc isolant 3, typiquement au niveau de la zone indiquée par la flèche 11.

Après séchage de la colle, le premier écrou 7 est repris en usinage pour y aménager une ouverture permettant le passage d'un fluide de refroidissement. Le porte-électrode 1 est ensuite emmanché en force dans le bloc isolant 3 puis bloqué par un deuxième écrou 8. L'ensemble formé par le bloc isolant électrique 3, le porte-tuyère 2 et le porte-électrode 1 est ensuite emmanché en force dans le fût 4 et bloqué par une vis 9 traversant le fût 4.

Ce mode d'assemblage du porte-électrode 1, du porte-tuyère 2 et du bloc isolant électrique 3 dans le fût 4 présente un certain nombre d'inconvénients. D'une part, l'assemblage du porte-tuyère 2 est peu robuste. L'écrou 7 a des parois 10 relativement fines au niveau du bloc isolant 3, typiquement d'une épaisseur allant de 1 à 2 mm, et il est susceptible d'être fragilisé par la reprise en usinage ou lors de l'utilisation de la torche. De plus, la tenue de la colle se dégrade progressivement au cours des opérations de montage et démontage de la coiffe intermédiaire de la torche. Cette coiffe intermédiaire se monte typiquement par vissage sur l'écrou 7 et permet notamment de maintenir et de refroidir la tuyère. A terme, le porte-tuyère 2 peut se désolidariser du bloc isolant 3. D'autre part, l'assemblage par emmanchement en force du porte-électrode 1 dans le bloc isolant 3 peut engendre une déformation du bloc isolant 3, généralement en plastique. Il s'ensuit l'apparition de défauts de coaxialité entre l'axe du porte-électrode 1 et de la torche. Enfin, ce mode d'assemblage implique un nombre important d'étapes successives. Les Figures 2a et 2b illustrent un autre schéma d'assemblage des principaux composants d'une tête de torche à plasma d'arc mis en oeuvre dans la torche commercialisée par AIR LIQUIDE WELDING sous la référence CPM450. Les vues en coupe des Figures 2a et 2b sont réalisées selon deux plans différents.

Le porte-tuyère 2 est assemblé au bloc isolant 3 par un premier jeu de plusieurs vis 13, généralement trois. Le porte-électrode 1 est ensuite introduit dans le fût 4. L'ensemble formé par le porte-tuyère 2 et le bloc isolant 3 est ensuite fixé au porte-électrode 1 par un deuxième jeu de plusieurs vis 14, généralement trois. Un tel assemblage entraîne un mauvais contrôle de la coaxialité du porte-électrode 1 et au porte-tuyère 2, et donc forcément de l'électrode et de la tuyère une fois que ces éléments sont assemblés au porte-électrode 1 et au porte-tuyère 2 respectivement. Ce mauvais contrôle est dû notamment aux tolérances d'usinage des composants de la torche, au manque de précision de leur assemblage et à la difficulté à ajuster précisément les surfaces des composants en contact les unes avec les autres.

Pour corriger les défaut de coaxialité, il faut réaliser une reprise en usinage des surfaces du porte-électrode 1 et le porte-tuyère 2 sur lesquelles viennent s'appuyer l'électrode et la tuyère respectivement, une fois ces consommables montés dans la torche. L'usinage de logements pour les jeux de vis 13 et 14 complexifie encore la conception des composants et engendre une perte de place pour aménager les canalisations 15 nécessaires à la circulation de fluides à travers les composants. De plus, les opérations de vissage dans le bloc isolant peut engendrer une fragilisation, voire une fissuration, du bloc isolant électrique 3, qui est en général formé d'un matériau plastique. Enfin, dans l'une ou l'autre des torches représentées en Figures 1, 2a et 2b, le temps d'assemblage est trop long et nécessite un nombre trop important d'étapes de solidarisation des composants les uns aux autres. Pour remédier à ces problèmes, la présente invention propose d'assembler de façon plus précise, plus robuste et moins complexe les principaux composants d'une torche à plasma d'arc, notamment le porte-électrode 1, le porte-tuyère 2, le bloc isolant 3 et le fût 4. En particulier, l'invention se propose de minimiser grandement voire d'éliminer les étapes d'assemblage mécanique nécessaire au maintien de ces composants dans la tête de torche, notamment de vissage de vis ou d'écrous de maintien, d'emmanchement en force ou de collage. Plus précisément, la solution de l'invention est un ensemble formé d'un porte-électrode 1, d'un porte-tuyère 2, d'un bloc isolant électrique 3 et d'un fût 4. Le fût 4, qui assure avantageusement une fonction de protection extérieure et d'isolation électrique de la torche, forme manchon autour d'au moins tout ou partie du porte-électrode 1 et du bloc isolant électrique 3. Le bloc isolant 3 est agencé entre le porte-électrode 1 et le porte-tuyère 2. De préférence, ces différents éléments sont des pièces de révolution sensiblement creuses comprenant une paroi périphérique délimitée par une surface interne et une surface externe. Chacun des composants est de forme sensiblement cylindrique, les dimensions extérieures et intérieures de ces composants variant le long de l'axe de la torche. A noter que l'orientation amont (AM) et aval (AV) de la torche est indiquée à chaque extrémité de l'axe de la torche. Selon l'invention, le porte-tuyère 2 et le fût 4 comprennent des moyens d'assemblage 5 qui coopèrent en vue d'assurer leur solidarisation l'un à l'autre. Cette solidarisation est de préférence non démontable, c'est-à-dire définitive, et peut être directe ou indirecte. Avantageusement, le fût 4 recouvre également au moins une partie du porte-tuyère 2. De préférence, les moyens d'assemblage 5 permettent d'assembler une extrémité amont 16 du porte-tuyère 2 dans une extrémité aval 17 du fût 4. En outre, l'ensemble de l'invention comprend avantageusement des moyens de butée 40, 41, 42 assurant un maintien du porte-électrode 1 et du bloc isolant 3 entre le fût 4 et le porte- tuyère 2, lorsque lesdits fût 4 et porte-tuyère 2 sont solidarisés l'un à l'autre.

Dans le cadre de l'invention, on entend par « assemblage de composants » l'association de composants et leur maintien selon un positionnement relatif déterminé. Cette association peut être obtenue par une simple juxtaposition des composants ou par une solidarisation, c'est-à-dire un assemblage conduisant à fixer de façon démontable ou non les composants les uns aux autres, par exemple par collage, vissage de vis ou d'écrous, emmanchement en force... Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, illustré sur la Figure 3 et sur les Figures 4a à 4d, une partie du porte-électrode 1 est agencée dans le bloc isolant électrique 3. De préférence, le bloc isolant 3 comprend un évidement axial 18 traversant dans lequel est introduit une extrémité aval 19 du porte-électrode 1. Le bloc isolant 3 comprend une face amont 3a contre laquelle s'appuie au moins une partie du porte-électrode 1, et une face aval 3b contre laquelle s'appuie au moins une partie du porte-tuyère 2. Le porte-électrode 1, le porte-tuyère 2, le bloc isolant 3 et le fût 4 sont avantageusement agencées coaxialement les uns aux autres, c'est-à-dire que leurs axes de symétrie sont sensiblement alignés selon un même axe représenté par un ligne en pointillés (---), qui est l'axe de symétrie de la torche. En fait, l'ensemble de l'invention comprend avantageusement des moyens de butée 40 du porte-électrode 1 contre le bloc isolant 3, de préférence d'une face aval lb du porte-électrode contre la face amont 3a du bloc isolant 3. Les moyens de butée 40 du porte-électrode 1 contre le bloc isolant 3 comprennent de préférence au moins un premier épaulement externe 20 aménagé sur le porte-électrode 1, c'est-à-dire au niveau de la surface externe de la paroi périphérique du porte-électrode 1. Avantageusement, ledit premier épaulement externe 20 est formé, en suivant la direction de l'axe de la torche, par une restriction de la section du porte-électrode 1 se produisant au niveau de la face amont 3a du bloc isolant 3 et se projetant radialement vers l'axe de symétrie de la torche. La face aval lb du porte-électrode résulte en fait de l'épaulement 20. L'extrémité aval 19 du porte-électrode correspond à la portion du porte-électrode 1 le long de laquelle se produit la restriction de son diamètre extérieur. Le porte-tuyère 2 est agencé en aval du bloc isolant 3. Le porte-tuyère 2 comprend une face amont 2a, une face aval 2b et un évidement axial traversant 23. De préférence, au moins une partie du bloc isolant 3, avantageusement une extrémité aval 24 du bloc isolant 3, est introduite dans l'évidement axial traversant 23.

Avantageusement, l'ensemble de l'invention comprend des moyens de butée 41 du porte-tuyère 2 contre le bloc isolant électrique 3, de préférence de la face amont 2a du porte-tuyère 2 contre la face aval 3b du bloc isolant 3. Lesdits moyens de butée 41 du porte-tuyère 2 contre le bloc isolant électrique 3 comprennent de préférence au moins un deuxième épaulement externe 22 aménagé sur le bloc isolant électrique 3, c'est-à-dire au niveau de la surface externe de la paroi périphérique du bloc isolant 3. De préférence, ledit deuxième épaulement externe 22 est formé, en suivant la direction de l'axe de la torche, par une restriction de la section du bloc isolant électrique 3 se produisant au niveau de la face amont 2a du porte-tuyère 2 et se projetant radialement vers l'axe de la torche. L'extrémité aval 24 du bloc isolant 3 correspond à la portion du bloc isolant 3 le long de laquelle se produit ladite restriction de son diamètre extérieur. En outre, lesdits moyens de butée 41 du porte-tuyère 2 contre le bloc isolant électrique 3 comprennent un premier épaulement interne 25 aménagé dans l'évidement axial 23 du porte-tuyère 2, c'est-à-dire dans la surface interne de la paroi périphérique du porte-tuyère 2. De préférence, le premier épaulement interne 25 résulte, en suivant la direction de l'axe de la torche, d'une restriction de la section de l'évidement axial 23 se produisant au niveau du deuxième épaulement externe 22 aménagé sur le bloc isolant 3 et se projetant radialement vers l'axe de la torche.. La face aval 3b du bloc isolant électrique 3, qui résulte de l'aménagement du deuxième épaulement externe 22, vient ainsi s'appuyer sur la face amont 2a du porte-tuyère 2, qui résulte 20 de l'aménagement du premier épaulement interne 25. Comme on le voit sur la Figure 3, le premier épaulement interne 25 et le deuxième épaulement externe 22 ont avantageusement des profils complémentaires, de sorte qu'au moins une partie du bloc isolant 3, ici son extrémité aval 24, s'emboite dans l'évidement axial 23 du porte-tuyère 2. 25 L'ensemble formé par le porte-électrode 1, le bloc isolant électrique 3 et le porte-tuyère 2 est agencé dans le fût 4. Le fût 4 comprend une extrémité amont 28, une extrémité aval 17 et un évidement axial 26 traversant de profil interne sensiblement cylindrique. De préférence, l'ensemble de l'invention comprend des moyens de butée 42 du porte-électrode 1 contre le fût 4. Avantageusement, les moyens de butée 42 comprennent un deuxième 30 épaulement interne 27 pratiqué dans le fût 4, c'est-à-dire au niveau de la surface interne de la paroi périphérique du fût 4. Ledit épaulement interne 27 est formé, en suivant la direction de l'axe de la torche, par une augmentation de la section de l'évidement axial 26 du fût 4 se projetant radialement vers l'axe de symétrie de la torche. Les moyens de butée 42 du porte-électrode 1 contre le fût 4 comprennent en outre un troisième épaulement externe 29 aménagé sur une extrémité amont 30 du porte-électrode 1. Plus précisément, le troisième épaulement externe 29 est formé, en suivant la direction de l'axe de la torche, par une augmentation de la section du porte-électrode 1 se produisant au niveau du deuxième épaulement interne 27 et se projetant radialement vers l'axe de symétrie de la torche. Comme montré sur la Figure 3, l'ensemble formé par le porte-électrode 1, le bloc isolant électrique 3 et le porte-tuyère 2 est agencé dans le fût 4 de sorte que le porte-électrode 1 se trouve en butée contre le fût 4, le bloc isolant électrique 3 se trouve en butée contre le porte-électrode 1 et le porte-tuyère 2 se trouve en butée contre le bloc isolant 3. L'ensemble est maintenu dans le fût 4 grâce à la solidarisation du porte-tuyère 2 au fût 4 par les moyens d'assemblage 5. Dit autrement, le bloc isolant 3 et le porte-électrode 1 sont emprisonnés entre le fût 4 et le porte-tuyère 2 grâce aux moyens de butée 40, 41 et 42.

A noter que les faces aval et amont des composants précités sont avantageusement planes et perpendiculaires à l'axe de la torche. En outre, les moyens de butée 40, 41, 42 sont avantageusement de forme annulaire, c'est-à-dire s'étendent sur toute la périphérie des composants sur lesquels lesdits moyens 40, 41, 42 sont aménagés. D'assem On comprend alors l'avantage considérable de la présente invention par rapport aux dispositifs de l'art antérieur. En effet, l'ensemble de l'invention permet, en un nombre limité d'opérations de solidarisation d'un composant à un autre, de préférence une seule opération, de maintenir le porte-électrode 1, le bloc isolant 3 et le porte-tuyère 2 dans le fût 4. En fait, le porte-électrode 1, le bloc isolant 3 et le porte-tuyère 2 sont simplement juxtaposés, de préférence emboités, les uns aux autres, comme montré sur la Figure 3, puis agencés par glissement dans le fût 4, qui sert ainsi de guide au porte-électrode 1, au bloc isolant 3 et au porte-tuyère 2. On réduit alors grandement, voire on élimine, l'utilisation de systèmes mécaniques tels des vis ou des écrous ou d'opérations d'emmanchement en force, ce qui rend l'assemblage de la torche plus robuste, plus simple et de conception moins coûteuse. En outre, le temps d'assemblage est considérablement réduit, ce qui réduit aussi le coût de fabrication de la torche.

De préférence, les moyens d'assemblage 5 permettent une solidarisation d'au moins une partie du porte-tuyère 2 dans au moins une partie du fût 4, ou, de manière équivalente, d'au moins une partie du fût 4 autour d'au moins une partie du porte-tuyère 2. Avantageusement, les moyens d'assemblage 5 comprennent un système mécanique de solidarisation du porte-tuyère 2 au fût 4, de préférence de l'extrémité amont 16 du porte-tuyère 2 à l'extrémité aval 17 du fût 4. Selon un mode de réalisation particulier, ce système mécanique comprend au moins un filet. Dans le cadre de le présente invention, on entend par filet un filetage ou un taraudage, selon qu'il est usiné respectivement sur une surface extérieure de la paroi périphérique d'une pièce de forme cylindrique contenue ou bien sur une surface intérieure de la paroi périphérique d'une pièce de forme cylindrique creuse contenant ladite pièce contenue. De préférence, le système mécanique de solidarisation du porte-tuyère 2 au fût 4 comprend un premier filet 5a réalisé sur au moins une portion de la surface intérieure du fût 4, de préférence au niveau de l'extrémité aval 17 du fût 4, et un deuxième filet 51D réalisé sur au moins une portion de la surface extérieure du porte-tuyère 2, de préférence au niveau de l'extrémité amont 16 du porte-tuyère 2. Le deuxième filet 51D est ajusté, i. e. complémentaire, au premier filet 5a de manière à pouvoir visser le porte-tuyère 2 dans le fût 4. Dans le cadre de l'invention, les filets 5a, 51D peuvent être de forme triangulaire, comme schématisé sur les Figures 4c et 4d, de forme carrée, trapézoïdale ou ronde.

Selon un mode de réalisation alternatif (non représenté), le premier filet 5a peut être réalisé sur au moins une portion de la surface extérieure du fût 4, de préférence au niveau de l'extrémité aval 17 du fût 4, et un deuxième filet 51D peut être réalisé sur au moins une portion de la surface intérieure du porte-tuyère 2, de préférence au niveau de l'extrémité amont 16 du porte-tuyère 2. Le deuxième filet 51D est ajusté, i. e. complémentaire, au premier filet 5a de manière à pouvoir visser le porte-tuyère 2 autour du fût 4. Optionnellement, le porte-tuyère 2 peut être solidarisé au fût 4 par le biais d'une bague intermédiaire 31 agencée entre le fût 4 et le porte-tuyère 2. Dans ce cas, l'évidement axial 26 du fût 4 comprend en son extrémité aval 17 un logement 32 dans lequel est inséré la bague intermédiaire 31. La bague 31 est agencée entre au moins une portion de la surface intérieure du fût 4 située en regard de la surface extérieure du porte-tuyère 2, le premier filet 5a étant réalisé sur au moins une partie de la surface intérieure de la bague intermédiaire 31. La bague intermédiaire 31 est préférablement formée d'un matériau métallique. On améliore ainsi la résistance du filet 5a par rapport au cas où le filet 5a est réalisé directement sur le fût 4, généralement en matériau isolant électrique. Un autre avantage de l'ensemble selon l'invention est sa grande précision d'assemblage, en particulier lorsqu'au moins une partie du porte-électrode 1, de préférence son extrémité aval lb, est agencée dans le bloc isolant 3 et lorsqu'au moins une partie du bloc isolant 3, de préférence son extrémité aval 3b, est introduit dans le porte-tuyère 2. En effet, la précision du positionnement relatif des composants de la torche est contrôlée grâce aux tolérances d'usinage et d'ajustement des surfaces des composants de la torche qui sont en appui les unes sur les autres.

Ces surfaces sont signalées par un trait continu (--.) en Figure 3. En particulier, le positionnement relatif du porte-électrode 1 et du porte-tuyère 2 le long de l'axe de la torche est notamment ajusté grâce aux tolérances d'usinage et d'ajustement, de préférence de l'ordre de ± 0.01 mm, des surfaces de la face aval lb du porte-électrode en contact avec la face amont 3a du bloc isolant électrique 3, et de la face aval 3b du bloc isolant électrique 3 en contact avec la face amont 2a du porte-tuyère 2. On obtient avantageusement une erreur de positionnement relatif du porte-électrode 1 et de porte-tuyère 2 de l'ordre de ± 0.04 mm. La coaxialité entre le porte-électrode 1 et le porte-tuyère 2 est contrôlée grâce aux tolérances d'usinage et d'ajustement de la surface extérieure de l'extrémité aval 19 du porte-électrode 1 et de la surface intérieure de l'évidement axial 18 du bloc isolant 3, ainsi que de la surface extérieure de l'extrémité aval 3b du bloc isolant 3 et de la surface intérieure de l'évidement axial 23 du porte-tuyère 2. Ces surfaces sont ajustées, typiquement avec une tolérance de l'ordre de +0.01 mm à +0.025 mm, et ces ajustements constituent des moyens de centrage desdits composants les uns par rapport aux autres. Ceci permet d'obtenir un défaut de coaxialité entre le porte-électrode 1 et le porte-tuyère 2 inférieur ou égal à 0.05 mm.

Ce type d'ajustement permet un assemblage plus robuste et plus précis en termes de centrage axial et de positionnement longitudinal car un diamètre ou une surface peuvent être usiné et contrôlé dimensionnellement avec précision. Il n'est plus utile de réaliser une reprise en usinage des composants de la torche, comme c'était le cas avec les dispositifs de l'art antérieur. La tête de torche à plasma d'arc comprend également au moins une canalisation 15 d'amenée de fluide, notamment de fluide de refroidissement, en général de l'eau, circulant à travers la tête de torche, au contact d'un ou plusieurs composants de la tête de torche. Il est donc indispensable d'assurer une bonne étanchéité au niveau des jonctions entre les différents composants une fois assemblés. Pour améliorer encore la précision d'assemblage de l'ensemble de l'invention et assurer une continuité des trajets de fluide au sein de la troche, le bloc isolant 3, le porte-tuyère 2 et/ou le porte-électrode 1 peuvent éventuellement comprendre des organes de détrompage ou d'indexation, tels des goupilles ou équivalents, qui coopèrent lors de l'assemblage du bloc isolant 3, du porte-tuyère 2 et/ou du porte-électrode 1 de manière à guider leur assemblage. Eventuellement, le porte-tuyère 2 peut être collé au fût 4 et/ou l'ensemble de l'invention peut comprendre des moyens de blocage du porte-tuyère 2 au fût 4 une fois solidarisés l'un à l'autre, par exemple au moins une vis de blocage agencée au niveau des moyens d'assemblage 5, transversalement aux parois périphériques du fût 4 et du porte-tuyère 2. De préférence, l'ensemble de l'invention comprend au moins un organe d'étanchéité 12, par exemple un joint élastomère, agencé entre le porte-électrode 1 et le fût 4 et/ou entre le porte-électrode 1 et le bloc isolant 3 et/ou entre le bloc isolant 3 et le porte-tuyère 2.

Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, le porte-électrode 1 et le porte-tuyère 2 sont formés d'un matériau métallique, de préférence choisi parmi le cuivre et ses alliages, le laiton ou l'argent et ses alliages. Le fût 4 et le bloc isolant 3 sont formé majoritairement d'un matériau isolant électrique, de préférence un matériau plastique. L'ensemble selon l'invention peut équiper tout type de torche à plasma d'arc, conventionnelle ou à vortex d'eau. Une telle torche à plasma d'arc comprenant une embase de torche alimentée en courant et une tête de torche connectée à ladite embase. La tête de torche comprend un porte-électrode 1 doté d'une électrode, un porte-tuyère 2 doté d'une tuyère, un bloc isolant électrique 3 et un fût 4. 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. Outre un assemblage plus fiable et plus rapide des composants de la torche, l'ensemble de l'invention permet d'améliorer notablement la précision du positionnement relatif du porte-électrode et du porte-tuyère, et de là la précision du positionnement relatif de l'électrode et de la tuyère. Il s'ensuit un meilleur centrage de l'arc électrique le long du canal de la tuyère amont ainsi que sur l'insert thermo-émissif de l'électrode, ce qui améliore la durée de vie des composants de la torche. Par ailleurs, une meilleure coaxialité de l'électrode et de la tuyère permet d'optimiser les performances de coupe du procédé de coupage par plasma d'arc mis en oeuvre.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Ensemble pour torche à plasma d'arc formé d'un porte-électrode (1), d'un porte- tuyère (2), d'un bloc isolant électrique (3) agencé entre ledit porte-électrode (1) et ledit porte- tuyère (2) et d'un fût (4) formant manchon autour d'au moins tout ou partie du porte-électrode (1) et du bloc isolant électrique (3), caractérisé en ce que le porte-tuyère (2) et le fût (4) comprennent des moyens d'assemblage (5) permettant une solidarisation dudit porte-tuyère (2) audit fût (4).
2. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'assemblage (5) permettent de solidariser une extrémité amont (16) du porte-tuyère (2) à une extrémité aval (17) du fût (4).
3. 3. Ensemble selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de butée (40) du porte-électrode (1) contre le bloc isolant électrique (3), des moyens de butée (41) du porte-tuyère (2) contre le bloc isolant électrique (3) et des moyens de butée (42) du porte-électrode (1) contre le fût (4).
4. 4. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bloc isolant électrique (3) comprend une face amont (3a), les moyens de butée (40) du porte-électrode (1) contre le bloc isolant électrique (3) comprenant au moins un premier épaulement externe (20) aménagé sur le porte-électrode (1), au niveau de la face amont (3a) du bloc isolant électrique (3), de manière à définir une face aval (lb) du porte-électrode (1) en butée contre ladite face amont (3a) du bloc isolant électrique (3).
5. 5. Ensemble selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le porte- tuyère (2) comprend une face amont (2a), les moyens de butée (41) du porte-tuyère (2) contre le bloc isolant (3) comprenant au moins un deuxième épaulement externe (22) aménagé sur le bloc isolant (3), au niveau de la face amont (2a) du porte-tuyère (2), de manière à définir une face aval (3b) du bloc isolant électrique (3) en butée contre ladite face amont (2a) du porte-tuyère (2).30
6. 6. Ensemble selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les moyens de butée (41) du porte-tuyère (2) contre le bloc isolant (3) comprennent en outre au moins un premier épaulement interne (25) aménagé à l'intérieur du porte-tuyère (2), au niveau dudit deuxième épaulement externe (22), ledit premier épaulement interne (25) définissant ladite face amont (2a) du porte-tuyère (2).
7. 7. Ensemble selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les moyens de butée (42) du porte-électrode (1) contre le fût (4) comprennent un deuxième épaulement interne (27) aménagé à l'intérieur du fût (4).
8. 8. Ensemble selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que les moyens de butée (42) du porte-électrode (1) contre le fût (4) comprennent en outre un troisième épaulement externe (29) aménagé sur le porte-électrode (1), au niveau dudit deuxième épaulement interne (27).
9. 9. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'assemblage (5) comprennent au moins un filet (5a, 5b).
10. 10. Ensemble selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens d'assemblage 20 (5) comprennent un premier filet (5a) réalisé sur au moins une portion de la surface intérieure du fût (4) et un deuxième filet (Sb) réalisé sur au moins une partie de la surface extérieure du porte-tuyère (2).
11. 11. Ensemble selon la revendication 9, caractérisé en ce que le fût (4) comprend un 25 logement périphérique (32) dans lequel est inséré une bague intermédiaire (31), le premier filet (5a) étant réalisé sur au moins une partie de la surface intérieure de la bague intermédiaire (31).
12. 12. Torche à plasma d'arc comprenant une embase de torche alimentée en courant et une tête de torche connectée à ladite embase de torche comprenant un porte-électrode (1) doté 30 d'une électrode, un porte-tuyère (2) doté d'une tuyère, un bloc isolant électrique (3) et un fût (4), 15caractérisée en ce que le porte-électrode (1), le porte-tuyère (2), le bloc isolant électrique (3) et le fût (4) forment un ensemble selon l'une des revendications précédentes.
13. 13. Procédé de coupage par plasma d'arc d'une pièce métallique mettant en oeuvre une torche à plasma d'arc selon la revendication 12.