Brevet FR2265249A1 — publié le 19751017

Lt invention concerne un procédé pour augmenter la durabilité de la tuyère et de la cathode dans les installations de plasma avec commande par transducteur en particulier dans le découpage par plasma par des puissances assez élevées, avec polarisation de la pièce et de la tuyère, et différentes compositions du gaz de support. Des conditions particulières sont posées au brflleur de plasma employé pour le découpage. La condition principale posée est une grande vitesse de coupe avec une faible largeur des joints de coupe. Cette condition ne peut être réalisée que si la densité de puissance dans la tuyère est accrue, Ct est-à-dire si le diamètre de la tuyère est maintenu le plus petit possible. La géométrie de itespace de décharge et le débit de gaz correspondant, sont des hypo- thèses fondamentales pour la stabilisation de ltenveloppe de gaz froid entourant ltare électrique de plasma, enveloppe qui, lors de la réduction du diamètre de la tuyère, et par consé- quent de l'augmentation de la densité de puissance, ne doit pas être altérée.Le débit de courant au démarrage de l'are électrique de plasma est d :une grande importance pour la for -mation de la décharge. Lors de la formation de l'arc électrique de plasma, le courant ne doit pas crottre brusquement, mais, à partir d'une petite valeur initiale doit astre réglé sur le courant de travail exigé. Cette notion conduisait au principe déjà connu de faisceau fin. Les sources de courant pour le fonctionnement de brtleurs de plasma d'assez grande puis sance sont, pour des' raisons de leur faible sensibilité aux dérangements et de robustesse, construites avec une commande par transducteurs e Dans une variante de commande de courant, les transducteurs fonctionnent dans un montage en parallèle ou en série.Lors du perçage ou du découpage de pièces par le beur de plasma, le transducteur n'est d'abord exeit-é que par un courant très faiblequi, après ltamorçage de l'are électrique principal, est augmenté jusqu'à ce qae passe le courant de découpage voulu. cela veut dire que l'arc électrique de plasma augmente consEsmment à partir d'une faible valeur initiale jusqu'au courant de découpage exigé (figure i . Les installations de plasma connues présentent l'inconvénient que, dans le cas de travaux de découpage se succédant rapidement, ce qui est particulière- ment le cas dans les machines d'oxycoupage commandées de façon codée numériquement, on enregistre une toute autre allure du courant. Au moment de l'allumage du brûleur de plasma, il passe dans l'arc électrique de plasma, pendant deux périodes du courant de régime, une impulsion de courant qui est sensiblement plus grande que le courant de travail. Cette impulsion diminue pendant plusieurs périodes jusqutà une valeur déterminée, pour crottre ensuite jusqu'au courant de travail voulu (figure 2). La conséquence en est une usure accrue de la tuyère et de la cathode. En outre, au perçage, il se produit un trou dont le diamètre est plus grand que la largeur du Joint de raccordement. L'usure de la tuyère se produit par le lavage unilatéral du canal de la tuyère, ce qui réduit de nouveau fortement la qualité de la coupe. La cause de l'usure de la cathode est la température de la cathode, encore momentanément trop faible, et par conséquent une émission d'élec- trons insuffisante. Ici il y a un danger particulier dans les cathodes pour gaz de support oxydants comme par exemple l'air ou l'oxygène. Cependant, si les arrêts durent plusieurs minutes, l'impulsion de courant diaparait. Comme cause de l'impulsion de courant perturbatrice, on a trouvé le phénomène de rémanence dans les transducteurs. La rémanence agit somme un rappel du courant de découpage passé. Même si le transducteur n'est préalablement excité pour une entaille ou un perçage répété, qu'avec un très petit courant, ce faible courant d'excitation ne peut pas influencer l'induction encore existante. Pour supprimer la rémanence, on a essayé comme facile à co-vevoir d'amener au transducteur un courant de commande de polarité inversée avec une grandeur et un temps d'action co:'espondant. Mais ce procédé présente l'inconvénient d'être difficile et coûteux pour trouver ehar-wt des paramètres nécessaires pour le courant et le temps, car l'induction peut prendre différetes valeurs et alors le noyau des transducteurs est éventuellement magnétisé en sens inverse. Cela a pour conséquence, par exemple, que l'arc pilote s'all:e avec une grande impulsion de courant, dis~azats rapidement dans le courant, et s'éteint par le changement réitéré du dispositif de magnétisation dans le noyau du transducteur (figure D). Lt invention a pour but d'éviter les défauts de 11 état de la technique et de créer un procédé par lequel la durabilité de la cathode et de la tuyère est accrue. L'invention a pour but d'évi- ter les fortes pointes de courant de démarrage se produisant par la rémanence des noyaux de transducteurs, pour permettre de percer en courte série avec le br1eur à plasma sans endommager la tuyère et la cathode du système de décharge. Le problème doit être résolu avec une faible dépense en appareils et garantir une grande densité de puissance de l'arc électri- que de plasma. Dans ce but, l'invention est caractérisée -en ce qu'après la coupure ou la rupture de l'arc électrique de découpage et la coupure liée à celle-ci de l'excitation du transducteurS Itenroulement de travail du transducteur est immédiatement chargé pendant plusieurs périodes, mais au moins deux périodes de la fréquence da courant de régime avec une fraction du courant de charge maximal, de préférence par des résistances. Ce déclenchement se fait par un organe temporisé.Le courant alternatif passant dans les bobines de travail du transducteur supprime régulièrement et complètement le champ magnétique rémanent dans le noyau du transducteur (figure 4). le début de la charge ultérieure peut se faire par exemple par la coupure de l'excitation de commande, la chute du relais de courant de travail ou du disjonfteur entre la course de courant et le brtleur. En même temps, est déclenché un organe temporisé supplémentaire qui limite dans le temps, la charge ultérieure. IL est également possible d'employer un organe temporisé déjà existant encore actif à ce momentS comme par exemple celui prévu pour le temps d'écoule- ment du gaz. Les efforts techniquement économiques de l'invention consistent en ce que la durabilité de la tuyère et de la cathode du brôleur à plasma en particulier dans les installations de découpage très productives avec des bradeurs à faisceau fin et commande NO, est sensiblement accrue par 1 t application de la commande par transducteur. Dans les travaux de perçage, un travail précis est possible. Un autre avantage consiste dans la possibilité d'utilisation en service à tuyère polarisée et pièce polarisée.La dépense en appareils est très faible, car méme les résistances de charge par suite du court temps de charge peuvent être sous-dimen- sionnées. Le proc6dé peut être appliqué pour des transducteurs avec montage en parallèle-ou en série de l'enroulement de travail. L'invention est expliquée en détail avec un exemple d'exécution avec référence aux dessinsi ci-joints - la figure I représente un oscillogramme d'une courbe de courant idéale lors du brancke- ment d'un brûleur à plasma. - la figure 2 représente un oscillogramme d'une courbe de courant lors du rebranchement d'un brûleur à plasma avec commande par transducteur peu de temps après la coupure. - la figure 3 représente un oscillogramme dQune courbe de courant lors du rebranchement d'un brûleur à plasma avec commande par transducteur avec un courant de commande de polarité instantanément inversée par lequel le noyau du transduteur avait été magnétisé en sens inverse. - la figure 4 représente un oscillogramme d'une courbe de courant lors du rebranchement d'un brûleur à plasma avec commande par transducteur avec la rémanence évitée suivant l'invention. - la figure 5 représente un montage pour la mise en oeuvre du procédé pour éviter la rémanence. Suivant l'invention, à chacune des trois Lignes de sortie du transducteur 1, est raccordée une résistance de charge 2 ces résistaI es de charge 2 étant à l'aide da disjemoteur 3 branchées en étoile. La commande du disjoncteur 3 se fait par l'intermédiaire d'un relaie temporisé 4 que est actionné par un relais de courant 5 qui se trouve dans la conduite de la pièce. le disjoneteur 3 sépare, d'une façon connue D le groupe de redresseurs 7 du transducteur 1. S'il passe un courant de découpage, le disJoncteur 6 et le relais de courant 5 sont attirés.Le relais temporisé 4 est ainsi mis en circuit aussi, mais par le dispositif d'ouverture ouvert dans le disjoncteur 3 à 'ét-at branché, le disjonc- teur 3 est tombé. Après l'achèvement du processus de découpage, c'est-à-dire dire la coupure ou la rupture de l'are électri- que de plasma, te disjoncteur 6 et le relais de courant 5 tombent, de sorte que le relais temporisé 4 devientssns courant et est également mis hors circuit après le temps de retard réglé. lors de la chute du disjoncteur 6, son dispositif d'ouverture est fermé et le disjoncteur 3 est attiré, mais seulement jusqutà ce que le temps du relais temporisé 4 soit écoulé. Ainsi, le transdcteur 7 a été chargé par l'interm6- diaire des résistances de charge 2 de façon correspondante au temps de retard réglé du relais temporisé 4. Ce temps peut être par exemple de 0,2 seconde. Les résistances de charge 2 sont par exemple dimensionnées de telle sorte qu'il passe par phase un courant de charge de 0,5 I au max qui suffit pour éviter la rémanence perturbatrice. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus-décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de 7'invention. RE V X N DI C A T LP NS 10) Procédé pour augmenter la durabilité de la tuyère et de la cathode dans les installations de plasma avec commande par transducteur, caractérisé en ce qu'après l'achèvement du processus de découpage, le transducteur est chargé, pendant un temps d'au moins des périodes de la fréquence du courant de service, avec un courant sensiblement inférieur au courant de charge maximal admissible, de préférence au moyen de résistances de charge. 20) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour la connexion des résistances de charge, on emploie un organe temporisé, de pré férence un relais temporisé. 30) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour la connexion des résistances de charge, on emploie un organe temporisé existant déjà dans l'installation.