FR3000866A1 - Torche a plasma d'arc avec regulation selective du debit de gaz plasmagene - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une torche à plasma d'arc (20) comprenant une électrode (3) et une tuyère (5) définissant entre elles une chambre d'arc (10), au moins un conduit d'amenée de gaz plasmagène (16) agencé en amont de la chambre d'arc (10), et un diffuseur de gaz plasmagène (4) mettant en communication fluidique ledit conduit d'amenée de gaz plasmagène (16) et ladite chambre d'arc (10). Selon l'invention, la torche (20) comprend en outre un élément intermédiaire (24) agencé dans le conduit d'amenée de gaz plasmagène (16), en amont du diffuseur de gaz plasmagène (4), ledit élément intermédiaire (24) comprenant plusieurs passages internes (1, 2) mettant en communication fluidique ledit conduit d'amenée de gaz plasmagène (16) et ladite chambre d'arc (10) via ledit diffuseur de gaz plasmagène (4).

Description

L'invention concerne une torche à plasma d'arc permettant d'améliorer la durée de vie de l'électrode de la torche, 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, le corps de torche 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. L'électrode et la tuyère sont reliées électriquement à un générateur de courant. Généralement, un procédé de coupage par plasma d'arc comprend une phase d'amorçage, c'est-à-dire d'allumage de l'arc électrique dans la torche, une phase de coupage et une phase d'arrêt de la torche, c'est-à-dire d'extinction de l'arc électrique. Au cours de la phase de coupage, un arc électrique est établi entre l'électrode, plus précisément au niveau d'un insert thermo-émissif situé à l'extrémité inférieure de l'électrode, et la pièce métallique à découper. La chambre d'arc, définie par le volume compris entre l'électrode et la tuyère, est alimentée par un flux de gaz plasmagène qui est ionisé dans l'arc électrique. Cette alimentation se fait au moyen d'un diffuseur de gaz, généralement muni de plusieurs orifices d'injection permettant d'injecter le gaz dans la chambre d'arc. Le flux de gaz plasmagène circule jusqu'au canal de la tuyère dans lequel s'opère la constriction de l'arc. Il s'ensuit l'éjection par la tuyère d'un jet de plasma d'arc dont la forte densité de puissance permet de fournir la chaleur nécessaire à la fusion du matériau constitutif de la pièce à découper. Pendant le coupage, l'électrode subit une usure importante qui limite fortement les performances des torches existantes. C'est le cas en particulier avec les procédés de coupage avec un gaz plasmagène oxydant et des électrodes munies d'inserts thermo-émissif en hafnium. L'usure de l'électrode se produit principalement lors des phases transitoires, c'est-à- dire les phases d'amorçage et d'extinction de l'arc électrique. En effet, ces phases induisent des variations brusques du débit de gaz plasmagène alimentant la chambre d'arc. En particulier, lors de l'extinction de l'arc, le gaz plasmagène se refroidit très vite, sa densité (exprimée en kg/m3) augmente et sa quantité de mouvement devient alors très importante.

Or, pendant ce temps, la surface de l'insert qui a été liquéfiée du fait des fortes températures atteintes, de l'ordre de 3500 K, ne se solidifie que très lentement. L'augmentation de la quantité de mouvement du gaz plasmagène en contact avec le hafnium encore liquide a alors pour effet d'arracher et d'entraîner des gouttelettes de hafnium liquide. 5 Ces phénomènes sont expliqués en détail dans le document « Erosion Mechanisms of hafnium cathodes at high current,» J. Peters et al, J. Phys. D : Appl. Phys., 38, pp. 1781-1794, 2005). Il s'ensuit une érosion de l'insert de l'électrode jusqu'à la défaillance de l'électrode, ainsi que des projections de hafnium liquide sur la surface interne de la tuyère, qui modifient les propriétés d'écoulement de gaz plasmagène et affecte les performances de coupe de la 10 torche. Une solution pour tenter de limiter l'érosion de l'insert est de contrôler la décroissance du débit massique de gaz plasmagène interagissant avec la surface liquide de l'insert thermoémissif Pour cela, l'arrêt de la torche peut être opéré comme décrit dans le document EP-A0526562, qui préconise de synchroniser la baisse de la pression de gaz plasmagène de la 15 chambre d'arc avec la réduction du courant d'arc selon une rampe décroissante. Toutefois, cette solution de donne pas entière satisfaction et n'offre pas un allongement suffisant de la durée de vie de l'électrode. Pour réduire encore le phénomène d'usure de l'électrode, une solution consiste à introduire une perte de charge dans le circuit d'alimentation de la chambre d'arc en gaz 20 plasmagène. Cette perte de charge est définie en fonction des paramètres du procédé de coupage à mettre en oeuvre, tels que le débit, la pression de gaz plasmagène et l'intensité du courant. En fait, en phase de coupage, la perte de charge est dimensionnée de manière à permettre le passage du gaz plasmagène dans la chambre d'arc au débit nominal requis pour le 25 procédé de coupage à mettre en oeuvre. Par contre, en phase d'extinction et donc de réduction du diamètre de l'arc, il se produit une chute de pression dans la chambre d'arc. La perte de charge introduite permet alors l'établissement d'un régime supersonique d'écoulement du gaz plasmagène et permet de limiter le débit de gaz plasmagène alimentant la chambre d'arc. On connait des dispositifs pour torche à plasma d'arc mettant en oeuvre ce principe de 30 limitation du débit de gaz plasmagène mais aucun de donne entière satisfaction. Ainsi, le document WO-A-91/16166 divulgue une torche plasma dont le diffuseur de gaz comprend des orifices de pertes de charges aménagés en amont des orifices d'injection de gaz. Par ailleurs, le document WO-A-2007/008616 propose d'intégrer une rangée d'orifices 35 de pertes de charge dans le diffuseur de gaz, ces orifices étant aménagés en continuité, du point de vue de la dynamique des fluides, des orifices d'injection.

On constate que ces solutions ne sont pas idéales puisqu'il est nécessaire d'usiner des orifices supplémentaires de petites dimensions, typiquement entre 0.2 et 1.0 mm de diamètre, dans le diffuseur de gaz plasmagène. Ceci demande une grande précision et une grande maîtrise d'usinage, les diffuseurs étant généralement formés d'un matériau électriquement isolant tel qu'un matériau céramique, difficilement usinable. Il s'ensuit une augmentation conséquente du coût de fabrication des diffuseurs, qui sont par ailleurs des pièces consommables à remplacer régulièrement. Cela engendre une augmentation du coût de fonctionnement global de l'installation. En outre, une installation de coupage plasma doit pouvoir découper une large gamme de matériaux et d'épaisseurs. A chaque procédé, c'est-à-dire un type de gaz plasmagène, une pression, une intensité du courant, correspond un jeu de consommables comprenant une électrode, une tuyère de profil interne spécifique, un diffuseur de gaz dont les orifices d'injection ont des dimensions et formes particulières. Etant donné que la perte de charge doit aussi être définie en fonction des paramètres du procédé mis en oeuvre, tels que débit, pression de gaz et intensité, les solutions connues nécessite de concevoir un diffuseur à perte de charge dimensionnée pour chaque procédé. Selon un autre aspect, on connait le document EP-A-2408274 qui enseigne d'ajuster le débit de gaz plasmagène alimentant la chambre en sélectionnant les orifices d'injection de gaz à libérer ou à obturer avec la tuyère de la torche.

Toutefois, cette solution ne permet pas d'induire des pertes de charges adaptées à chaque procédé de coupage et ne permet pas de réduire l'usure de l'électrode d'une torche plasma. Au vu de cela, le problème à résoudre est de pallier tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-dessus, en permettant notamment d'améliorer la durée de vie de l'électrode d'une torche à plasma d'arc, et ce sans engendrer une augmentation excessive du coût de fabrication des composants de la torche et du coût de fonctionnement de l'installation mettant en oeuvre la torche. La solution de l'invention est alors une torche à plasma d'arc comprenant une électrode et une tuyère définissant entre elles une chambre d'arc, au moins un conduit d'amenée de gaz plasmagène agencé en amont de la chambre d'arc, et un diffuseur de gaz plasmagène mettant en communication fluidique ledit conduit d'amenée de gaz plasmagène et ladite chambre d'arc, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un élément intermédiaire agencé dans le conduit d'amenée de gaz plasmagène, en amont du diffuseur de gaz plasmagène, ledit élément intermédiaire comprenant plusieurs passages internes mettant en communication fluidique ledit conduit d'amenée de gaz plasmagène et ladite chambre d'arc via ledit diffuseur de gaz plasmagène.

Par ailleurs, selon le mode de réalisation considéré, la torche de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les passages internes comprennent au moins un passage interne principal et un passage interne secondaire, ledit passage interne secondaire ayant une section inférieure à la section dudit passage interne principal. - les passages internes sont des évidements de forme cylindrique. - l'élément intermédiaire est agencé dans le conduit d'amenée de gaz plasmagène de manière à délimiter une partie amont et une partie aval dudit conduit d'amenée de gaz plasmagène, chaque passage interne comprenant un orifice amont débouchant dans ladite partie amont du conduit d'amenée de gaz plasmagène, et un orifice aval débouchant dans ladite partie aval du conduit d'amenée de gaz plasmagène. - la torche comprend au moins un premier composant de torche choisi dans le groupe formé par l'électrode, le diffuseur de gaz et la tuyère conformé pour obturer sélectivement au moins un orifice aval d'un passage interne de l'élément intermédiaire. - l'élément intermédiaire est solidaire d'un deuxième composant de torche choisi dans le groupe formé par un porte-électrode, un porte-tuyère et un bloc isolant. - l'élément intermédiaire, le premier composant de torche et le deuxième composant de torche sont à symétrie de révolution autour d'un même axe longitudinal, l'élément intermédiaire s'étendant autour de tout ou partie de l'axe longitudinal. - l'élément intermédiaire est un épaulement formé sur une première paroi périphérique du deuxième composant de torche et faisant saillie en travers du conduit d'amenée de gaz plasmagène. - la torche comprend en outre un troisième composant de torche, différent du premier composant de torche, choisi dans le groupe formé par un porte-électrode, un porte-tuyère et un bloc isolant et comprenant une deuxième paroi périphérique définissant au moins une partie du conduit d'amenée de gaz plasmagène, l'élément intermédiaire s'étendant en travers dudit conduit d'amenée de gaz plasmagène jusqu'à définir une première région de contact entre l'élément intermédiaire et ladite troisième paroi périphérique. - au moins un premier organe d'étanchéité est agencé au niveau de ladite première région de contact. - l'élément intermédiaire comprend au moins une face aval au niveau de laquelle débouche au moins un orifice aval des passages internes , ledit deuxième composant de torche comprenant au moins une face amont agencée en regard de ladite face aval. - l'élément intermédiaire et le deuxième composant de torche définissent entre eux au moins une deuxième région de contact ou de proximité, ladite deuxième région de contact étant située entre la face aval de l'élément et la face amont ou entre la face aval de l'élément intermédiaire et la première paroi périphérique du deuxième composant de torche. - au moins un deuxième organe d'étanchéité est agencé au niveau de ladite deuxième région de contact.

Selon un autre aspect, l'invention porte également sur un procédé de coupage d'une pièce métallique dans lequel on découpe ladite pièce métallique au moyen d'un plasma d'arc électrique généré par une torche à plasma d'arc selon l'invention, la chambre d'arc de ladite torche étant alimentée par un flux de gaz plasmagène distribué par le conduit d'amenée de gaz plasmagène vers le diffuseur de gaz, et on éteint ledit arc électrique une fois la découpe de la pièce métallique achevée. De préférence, on régule le débit massique et/ou la pression du flux de gaz plasmagène à des valeurs distinctes prédéterminées en libérant ou en obturant sélectivement au moins un passage interne de l'élément intermédiaire. L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description détaillée suivante faite en références aux Figures annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 est une vue en coupe d'une torche à plasma d'arc selon l'art antérieur, c'est-à-dire sans mise en oeuvre de la solution de l'invention, - la Figure 2 est une vue en coupe partielle d'une torche à plasma d'arc selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la Figure 3 est une vue en coupe partielle d'une torche à plasma d'arc selon un second mode de réalisation de l'invention, et - la Figure 4 est une vue en coupe partielle d'une torche à plasma d'arc selon un troisième mode de réalisation de l'invention. La Figure 1 schématise les composants classiques d'une une torche à plasma d'arc 20, à savoir l'électrode 3, munie en son extrémité inférieure d'un insert thermo-émissif 3a, la tuyère 5, également appelé tuyère amont 5, munie en son extrémité inférieure d'un canal 9, le diffuseur de gaz plasmagène 4, aussi appelé diffuseur de gaz amont 4, et le porte-tuyère 22 sur lequel la tuyère 5 est assemblée. L'électrode 3 est assemblé sur un porte-électrode 21. Un bloc isolant 23 formé d'un matériau électriquement isolant est agencé entre le porte-électrode 21 et le porte-tuyère 22. Optionnellement, la tête de torche peut comprendre une tuyère aval 7 et un diffuseur de fluide aval 6 alimentant en liquide ou en gaz la tuyère 7. La tuyère aval 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 d'amenée de fluide de refroidissement, en général de l'eau. Sur la Figure 1, 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. 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. Les extrémités inférieures de l'électrode 3 et du diffuseur de gaz amont 4 sont agencées dans la tuyère 5, qui est généralement une pièce de révolution comprenant un évidement axial, c'est-à-dire traversant axialement ladite tuyère. Ces pièces sont en générale coaxiales, leurs axes de symétrie sont alignés suivant un même axe longitudinal AA, et habituellement formées de cuivre ou d'un alliage de cuivre. L'électrode 3 et la tuyère 5 définissant entre elles la chambre d'arc 10. Dit autrement, le volume compris entre la surface externe de l'électrode et la surface interne de la tuyère forme la chambre d'arc 10. Cette chambre d'arc 10 est mise en communication fluidique, avec le diffuseur de gaz plasmagène 4. L'installation de coupage plasma comprend au moins une source de gaz plasmagène reliée fluidiquement à la torche à plasma d'arc et alimentant la chambre d'arc 10 par l'intermédiaire du diffuseur de gaz plasmagène 4. A noter que les directions amont et aval sont définies en suivant la direction donnée par la flèche sur l'axe AA. Au cours de la phase d'amorçage, on alimente la chambre d'arc 10 en gaz plasmagène.

L'injection de gaz plasmagène dans la chambre 10 se fait au moyen de plusieurs orifices d'injections 11 ou évidements traversant le diffuseur de gaz 4. Le flux de gaz plasmagène circule dans la chambre 10 jusqu'au canal 9 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 3 et la tuyère 5. Il se forme alors un arc électrique entre l'électrode 3 et la tuyère 5, 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 10 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 10, 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 10 permet de déplacer le pied de l'arc électrique situé au niveau de l'électrode et de le centrer au niveau de l'insert thermo-émissif 3a positionné au centre de l'extrémité inférieure de l'électrode 3 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 10 est ionisé dans l'arc électrique établi entre l'électrode 3 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 de forte densité de puissance par la tuyère de la torche.

Au cours du fonctionnement de la torche 20, l'électrode 3 subit une usure importante du fait des phénomènes mentionnés précédemment. En effet, 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. Il s'ensuit un phénomène d'érosion de la surface de l'insert 3a qui a été liquéfiée par l'échauffement créé par l'arc électrique et ne se solidifie que très lentement. Ce phénomène est particulièrement important dans le cas des électrodes avec insert en hafnium pour la découpe avec oxygène en tant que gaz plasmagène. L'érosion de l'électrode 3 s'accompagne en outre de projections de hafnium fondu qui se déposent sur la surface interne de la tuyère 5 située en regard de l'électrode 3. Il s'ensuit une déformation locale de la géométrie interne de la tuyère 5 qui perturbe l'écoulement du gaz plasmagène et affectant les performances de la torche. Une solution pour remédier à cela consiste à limiter le débit de gaz plasmagène au moment de l'extinction de l'arc, comme expliqué précédemment, grâce à l'introduction d'une perte de charge en amont de la chambre d'arc. On connait des dispositifs pour torche à plasma d'arc mettant en oeuvre ce principe de mais aucun de donne entière satisfaction. Ceci est dû notamment à la nécessité d'usiner des orifices supplémentaires, en général de petites dimensions, dans le diffuseur de gaz plasmagène. En outre, la perte de charge doit aussi être définie en fonction des paramètres du procédé mis en oeuvre, tels que le débit, la pression de gaz et l'intensité du courant. Les solutions connues nécessitent donc un diffuseur induisant une perte de charge dimensionnée pour chaque procédé.

Or, une installation de coupage plasma doit pouvoir découper une large gamme de matériaux et d'épaisseurs. 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. 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 1 ci-dessous fournit les intensités utilisées par le système de découpe CPM400/450 commercialisé par Air Liquide Welding. A chaque procédé correspond un jeu de consommables comprenant notamment une électrode, une tuyère de profil interne spécifique, un diffuseur de gaz. Tableau 1 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 Pour remédier à cela, la présente invention propose une torche à plasma d'arc comprenant en outre un élément intermédiaire 24 agencé dans le conduit d'amenée de gaz plasmagène 16, en amont de la chambre d'arc 10. Le diffuseur de gaz plasmagène 4 met en communication fluidique le conduit d'amenée de gaz plasmagène 16 et la chambre d'arc 10. Selon l'invention, l'élément intermédiaire 24 comprend plusieurs passages internes 1, 2 mettant en communication fluidique au moins un conduit d'amenée de gaz plasmagène 16 agencé en amont de la chambre d'arc 10 et la chambre d'arc 10 via ledit diffuseur de gaz plasmagène 4. Les passages internes 1, 2 sont en fait des évidements traversant de part en part l'élément intermédiaire 24. Lesdits passages internes sont de préférence de forme cylindrique. Les sections transverses des passages internes 1, 2 peuvent être de forme circulaire ou oblongue. Lesdites sections transverses sont définies de manière à induire une perte de charge prédéfinie dans le conduit d'alimentation en gaz plasmagène 16 au moment de l'extinction de l'arc électrique. Les diamètres des sections transverses des passages internes 1, 2 ont des dimensions de l'ordre de 0.2 à 1.4 mm. Les passages internes 1, 2 peuvent être répartis selon une ou plusieurs rangées disposées radialement par rapport à l'axe AA de la torche. Avantageusement, les passages internes 1, 2 comprennent au moins un passage interne principal 1 et un passage interne secondaire 2, ledit passage interne secondaire 2 ayant une section inférieure à la section dudit passage interne principal 1. De la sorte, les passages internes 1 et 2 sont aptes à et conçus pour induire des pertes de charges différentes et adaptées au procédé de coupage à opérer. La Figure 2 illustre un mode de réalisation de l'invention dans lequel la torche comprend un élément intermédiaire 24 comprenant deux passages internes 1 et 2 cylindriques de sections de passage de gaz différentes. De préférence, l'élément intermédiaire 24 est agencé dans le conduit d'amenée de gaz plasmagène 16 de manière à délimiter une partie amont 16a et une partie aval 16b dudit conduit d'amenée de gaz plasmagène 16. Chaque passage interne 1, 2 comprend respectivement un orifice amont la, 2a débouchant dans ladite partie amont 16a du conduit d'amenée de gaz plasmagène 16, et un orifice aval lb, 2b débouchant dans ladite partie aval 16b du conduit d'amenée de gaz plasmagène 16. Avantageusement, au moins un premier composant de la torche choisi dans le groupe formé par l'électrode 3, le diffuseur de gaz 4 et la tuyère 5 est conformé pour obturer sélectivement au moins un orifice aval lb, 2b d'un passage interne 1, 2 de l'élément intermédiaire 24. En fait, selon le type de procédé visé, ledit premier composant peut être conformé pour n'obturer aucun des orifices aval de l'élément intermédiaire 24, ou pour obturer au moins un desdits orifices aval. Dans tous les cas, au moins un desdits orifices aval reste libre de manière à permettre l'alimentation en gaz plasmagène de la chambre d'arc 10.

Par les termes obturer un orifice aval, on entend, au sens de la présente invention, le fait d'empêcher un flux de gaz plasmagène de circuler dudit orifice aval vers la portion aval 16b du conduit 16. Cela peut être réalisé en bouchant l'orifice aval, comme illustré sur la Figure 3, ou en formant une étanchéité entre l'élément 24 et le premier composant de torche, comme illustré sur la Figure 2.

De la sorte, on peut concevoir une pièce de la torche, de préférence une pièce consommable, dont les caractéristiques structurelles et dimensionnelles sont adaptées au procédé de coupage à mettre en oeuvre, en termes de matériau à découper, d'intensité de courant, de gaz plasmagène..., et qui soit en outre apte à et conçue pour induire une perte de charge dans le conduit 16 qui soit adaptée audit procédé. La sélection de la perte de charge en fonction du procédé visé se fait grâce à la structure du premier composant de torche, qui permet de libérer tout ou partie des orifices aval lb, 2b.

Grâce à la présente invention, il n'est donc pas nécessaire de concevoir un jeu d'éléments intermédiaires 24 induisant des pertes de charge déterminées en fonction du procédé. Un seul élément intermédiaire possédant plusieurs passages internes peut suffire. Ainsi, il est possible de réduire les phénomènes d'usure de l'électrode par mise en oeuvre d'une perte de charge dimensionnée en fonction des paramètres du procédé à mettre en oeuvre, en évitant d'usiner une pièce consommable, en particulier le diffuseur de gaz 4. Avantageusement, l'élément intermédiaire 24, le premier composant de torche et le deuxième composant de torche sont des pièces à symétrie de révolution autour du même axe longitudinal AA.

Selon le cas, l'élément intermédiaire 24 peut être une pièce indépendante agencée dans le conduit d'amenée 16 de gaz plasmagène conformément à l'invention, ou une pièce solidaire d'un deuxième composant de torche choisi dans le groupe formé par le porte-électrode 21, le porte-tuyère 22 et le bloc isolant 23. Les Figures 2 à 4 illustre un mode de réalisation préféré de l'invention dans lequel le premier composant de torche apte à sélectionner la perte de charge introduite est le diffuseur de gaz 4 et l'élément intermédiaire 24 est agencé autour du porte-électrode 21. Dans ce cas, le diffuseur de gaz 4 comprend, en plus du au moins un conduit d'injection 11 le traversant et mettant en communication fluidique la partie aval du conduit 16 et la chambre de gaz plasmagène 10, des passages internes 1, 2 conformes à l'invention.

L'élément intermédiaire 24 et ledit deuxième composant de torche peuvent être formés d'un même bloc. Ceci simplifie grandement la conception mécanique de la torche 20. Avantageusement, l'élément intermédiaire 24 est un épaulement 24 formé sur une première paroi périphérique du deuxième composant de torche et faisant saillie en travers du conduit d'amenée de gaz plasmagène 16. Selon le deuxième composant de torche sur lequel l'épaulement 24 est aménagé, ledit épaulement 24 et se projette radialement vers ou en éloignement par rapport à l'axe longitudinal AA. Les Figures 2 à 4 illustre le cas où l'élément intermédiaire 24 est un épaulement 24 formé sur la première paroi périphérique du porte-électrode 21. De préférence, la torche selon l'invention comprend en outre un troisième composant de torche, différent du premier composant, choisi dans le groupe formé par le porte-électrode 21, le porte-tuyère 22 et le bloc isolant 23 et comprenant une deuxième paroi périphérique définissant au moins une partie du conduit d'amenée de gaz plasmagène 16. L'élément intermédiaire 24 s'étend de préférence en travers dudit conduit d'amenée de gaz plasmagène 16 jusqu'à définir une première région de contact entre l'élément 24 et ladite troisième paroi périphérique. Avantageusement, au moins un premier organe d'étanchéité 25, de préférence un joint élastomère, est agencé au niveau de ladite première région de contact.

De la sorte, le flux de gaz plasmagène ne peut circuler dans le conduit d'amenée 16 qu'au travers d'au moins un des passages internes de l'élément 24. Selon l'invention, l'élément 24 comprend au moins une face aval 24b au niveau de laquelle débouche au moins un orifice aval lb, 2b. Le deuxième composant de torche comprend avantageusement au moins une face amont agencée en regard de ladite face aval 24b. L'élément 24 et le deuxième composant de torche peuvent définir entre eux au moins une deuxième région de contact ou de proximité située entre la face aval 24b de l'élément 24 et la première paroi périphérique du deuxième composant de torche, comme illustré sur la Figure 2, ou entre la face aval 24b de l'élément 24 et la face amont du deuxième composant de torche, comme illustré sur la Figure 3. Par région de proximité, on entend une zone au niveau de laquelle la face aval 24b et la première paroi périphérique ou la face amont du deuxième composant de torche sont typiquement à une distance de moins de 3 mm, de préférence moins de 2 mm, l'une de l'autre.

De préférence, au moins un deuxième organe d'étanchéité 26 est agencé au niveau de ladite deuxième région de contact, de préférence un joint élastomère. Selon la configuration choisie, on peut ainsi obturer au moins un des orifices aval de l'élément intermédiaire 24 ou libérer la totalité desdits orifices aval. La Figure 4 schématise par exemple un mode de réalisation de l'invention dans lequel le premier composant de torche est conformé pour n'obturer aucun des orifices aval de l'élément 24. L'application principale de la présente invention est un procédé de coupage de pièce métallique par plasma d'arc, sans ou avec vortex de fluide distribué autour du plasma d'arc. Le procédé offre des performances de coupe optimales sur une durée plus importante grâce à une réduction signification de l'usure de l'électrode de la torche.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Torche à plasma d'arc (20) comprenant une électrode (3) et une tuyère (5) définissant entre elles une chambre d'arc (10), au moins un conduit d'amenée de gaz plasmagène (16) agencé en amont de la chambre d'arc (10), et un diffuseur de gaz plasmagène (4) mettant en communication fluidique ledit conduit d'amenée de gaz plasmagène (16) et ladite chambre d'arc (10), caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un élément intermédiaire (24) agencé dans le conduit d'amenée de gaz plasmagène (16), en amont du diffuseur de gaz plasmagène (4), ledit élément intermédiaire (24) comprenant plusieurs passages internes (1,
2. 2) mettant en communication fluidique ledit conduit d'amenée de gaz plasmagène (16) et ladite chambre d'arc (10) via ledit diffuseur de gaz plasmagène (4). 2. Torche selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les passages internes (1, 2) comprennent au moins un passage interne principal (1) et un passage interne secondaire (2), ledit passage interne secondaire (2) ayant une section inférieure à la section dudit passage interne principal (1).
3. 3. Torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les passages internes (1, 2) sont des évidements de forme cylindrique. 20
4. 4. Torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élément intermédiaire (24) est agencé dans le conduit d'amenée de gaz plasmagène (16) de manière à délimiter une partie amont (16a) et une partie aval (16b) dudit conduit d'amenée de gaz plasmagène (16), chaque passage interne (1, 2) comprenant un orifice amont (la, 2a) 25 débouchant dans ladite partie amont (16a) du conduit d'amenée de gaz plasmagène (16), et un orifice aval (lb, 2b) débouchant dans ladite partie aval (16b) du conduit d'amenée de gaz plasmagène (16).
5. 5. Torche selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins 30 un premier composant de torche choisi dans le groupe formé par l'électrode (3), le diffuseur de gaz (4) et la tuyère (5) conformé pour obturer sélectivement au moins un orifice aval (lb, 2b) d'un passage interne (1, 2) de l'élément intermédiaire (24).
6. 6. Torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que 35 l'élément intermédiaire (24) est solidaire d'un deuxième composant de torche choisi dans le groupe formé par un porte-électrode (21), un porte-tuyère (22) et un bloc isolant (23)
7. 7. Torche selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que l'élément intermédiaire (24), le premier composant de torche et le deuxième composant de torche sont à symétrie de révolution autour d'un même axe longitudinal (AA), l'élément intermédiaire (24) s'étendant autour de tout ou partie de l'axe longitudinal (AA).
8. 8. Torche selon l'une des revendications 6 à 7, caractérisée en ce que l'élément intermédiaire (24) est un épaulement (24) formé sur une première paroi périphérique du deuxième composant de torche et faisant saillie en travers du conduit d'amenée de gaz plasmagène (16).
9. 9. Torche selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'elle comprend en outre un troisième composant de torche, différent du premier composant de torche, choisi dans le groupe formé par un porte-électrode (21), un porte-tuyère (22) et un bloc isolant (23) et comprenant une deuxième paroi périphérique définissant au moins une partie du conduit d'amenée de gaz plasmagène (16), l'élément intermédiaire (24) s'étendant en travers dudit conduit d'amenée de gaz plasmagène (16) jusqu'à définir une première région de contact entre l'élément intermédiaire (24) et ladite troisième paroi périphérique.
10. 10. Torche selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'au moins un premier organe d'étanchéité (25) est agencé au niveau de ladite première région de contact.
11. 11. Torche selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisée en ce que l'élément intermédiaire (24) comprend au moins une face aval (24b) au niveau de laquelle débouche au moins un orifice aval (lb, 2b) des passages internes (1, 2), ledit deuxième composant de torche comprenant au moins une face amont agencée en regard de ladite face aval (24b).
12. 12. Torche selon l'une des revendications 6 à 11, caractérisée en ce que l'élément intermédiaire (24) et le deuxième composant de torche définissent entre eux au moins une deuxième région de contact ou de proximité, ladite deuxième région de contact étant située entre la face aval (24b) de l'élément (24) et la face amont ou entre la face aval (24b) de l'élément intermédiaire (24) et la première paroi périphérique du deuxième composant de torche.
13. 13. Torche selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'au moins un deuxième organe d'étanchéité (26) est agencé au niveau de ladite deuxième région de contact.
14. 14. Procédé de coupage d'une pièce métallique dans lequel on découpe ladite pièce métallique au moyen d'un plasma d'arc électrique généré par une torche à plasma d'arc (20) selon l'une des revendications précédentes, la chambre d'arc (10) de ladite torche étant alimentée par un flux de gaz plasmagène distribué par le conduit d'amenée de gaz plasmagène (16) vers le diffuseur de gaz (4), et on éteint ledit arc électrique une fois la découpe de la pièce métallique achevée.
15. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'on régule le débit massique et/ou la pression du flux de gaz plasmagène à des valeurs distinctes prédéterminées en libérant ou en obturant sélectivement au moins un passage interne (1, 2) de l'élément intermédiaire (24).