Brevet FR2581284A1 — publié le 19861031

-- I -- BUSE COMPOSITE POUR UN CHALUMEAU A ARC-PLASMA La présente invention concerne une buse composite pour un chalu- meau à arc-plasma, et est applicable au domaine du traitement au plasma de matériaux à l'air libre et dans l'eau. On connaît une buse composite pour un chalumeau à arc-plasma, plus particulièrement destinée à une alimentation indépendante d'un cou- rant d'eau et d'un gaz plasmagène, comprenant des buses interne et exter- ne de mise en forme du jet de plasma, montées l'une sur l'autre et adap- tées au corps d'un chalumeau à arc-plasma de manière à définir deux in- terstices. Le premier interstice, destiné à l'alimentation en gaz plasma- gène, est situé entre la cathode et la buse interne, un générateur inter- ne de turbulence étant monté dans cet interstice. Le second interstice, destiné à l'alimentation du courant d'eau, est défini entre la buse in- terne et la buse externe. La partie antérieure du second interstice a la forme d'un évidement concentrique, et sa partie postérieure est reliée à des canaux usinés dans le corps du chalumeau à arc-plasma. Un générateur externe de turbulence est disposé sous le niveau des canaux, le long de la surface extérieure de la buse interne de mise en forme. Un canal de mise en forme du jet de plasma est disposé dans la partie antérieure de la buse interne. Cette buse présente l'inconvénient qu'il n'est pas possible d'in- troduire de façon simultanée et indépendante à la fois un gaz plasmagène inerte et un gaz plasmagène contenant de l'oxygène directement et en li- gne droite dans le canal de mise en forme. Un autre inconvénient est que la consommation en gaz inertes, par exemple, de l'argon, de l'hydrogène, de l'azote, de l'hélium ou un mélange de tels gaz, augmente de manière considérable lorsque l'épaisseur du matériau à couper ou la profondeur de pénétration augmente, en raison de l'augmentation de puissance de la buse à plasma. Ceci rend la découpe au plasma d'aciers standard présentant une certaine épaisseur plus coûteuse au mètre linéaire que dans le cas d'une découpe au chalumeau oxyacétylénique. La présente invention s'est fixé pour but de réaliser une buse composite pour un chalumeau à arc-plasma qui garantit une alimentation simultanée et indépendante en gaz inerte et en gaz plasmagène contenant - 2- de l'oxygène d'une manière directe et en ligne droite dans son canal de mise en forme, de manière à réduire la consommation en gaz plasmagène inerte. -Ce but est atteint selon l'invention par une buse composite com- portant des buses interne et externe de mise en forme du jet de plasma, montées l'une sur l'autre et adaptées sur le corps d'un chalumeau à arc- plasma de manière à former un premier et un second interstices. Le pre- mier interstice est défini entre la cathode du chalumeau à arc-plasma et la buse interne, un générateur interne de turbulence étant monté à l'in- térieur de cet interstice. Un générateur externe de turbulence est ajusté dans le second interstice, et est relié à des canaux usinés dans le corps du chalumeau à arc-plasma. Un canal de mise en forme est disposé à l'ex- trémité antérieure de la buse interne. Selon l'invention, une buse inter- médiaire est montée entre lesdites buses interne et externe. Un troisième interstice est ainsi défini entre lesdites buses intermédiaire et inter- ne, et le second interstice est défini entre les buses intermédiaire et externe. Un second canal de mise en forme du jet de plasma, disposé co- axialement par rapport à celui de la buse interne, est disposé dans la partie antérieure de la buse intermédiaire, en définissant ainsi un canal commun de mise en forme du plasma. Un générateur intermédiaire de turbu- lence pourvu de canaux tangentiels est inclus dans la surface de contact des buses intermédiaire et interne. Ces canaux tangentiels sont reliés, par l'une de leurs extrémités, au canal commun de mise en forme du jet de plasma, et par l'autre extrémité à un canal circulaire interne situé sur la buse intermédiaire. Ce canal est relié, par l'intermédiaire d'ouvertu- res, à un canal circulaire externe relié au moyen d'un raccord tubulaire. Le second interstice est relié aux canaux du corps de chalumeau par l'in- termédiaire du générateur externe de turbulence, des canaux de liaison de la buse intermédiaire de la buse et du troisième interstice. Les canaux de liaison sont disposés au-dessus du générateur intermédiaire de turbu- lence. Les avantages de la buse composite selon la présente invention sont les suivants: une alimentation simultanée et indépendante d'un gaz plasmagène inerte et d'un gaz plasmagène contenant de l'oxygène et d'un courant --3-- d'eau est assurée, en réduisant ainsi la consommation en gaz inerte; sa conception permet la découpe de pièces ayant une grande épais- seur tant à l'air libre que dans l'eau à une profondeur considérable d'immersion. Un mode de réalisation possible de la-buse est représenté sur les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une coupe de détail d'une buse composite montée sur un chalumeau à arc-plasma; - la figure 2 est une coupe selon la ligne A-A de la figure 1. La buse composite est constituée d'une buse interne 1, d'une buse intermédiaire 2 et d'une buse externe 3, respectivement montées les unes sur le dessus des autres. Elles sont fixées à un corps 4 du chalumeau à arc-plasma de manière à définir trois interstices. Le premier interstice 5 est compris entre une cathode 6 du chalumeau à arc-plasma et la buse externe de mise en forme 1. Le second interstice 7 est compris entre les buses de mise en forme intermédiaire 2 et externe 3. Le troisième inter- stice est défini entre les buses de mise en forme interne 1 et intermé- diaire 2. Un générateur interne de turbulence 9 est monté dans le premier interstice 5, et un générateur externe de turbulence 10 est disposé dans le second interstice 7 dans la partie médiane extérieure de la buse de mise en forme intermédiaire 2. Un canal de mise en forme 11 est disposé dans la partie antérieure de la buse de mise en forme interne 1 et est relié coaxialement à un second canal de mise en forme 12 disposé dans la buse de mise en forme intermédiaire 2 de manière à définir un canal de mise en forme commun 13. Les canaux de mise en forme 11 et 12 susmention- nés peuvent présenter des longueurs et des diamètres différents. Un géné- rateur intermédiaire de turbulence 14 est inclus dans la surface de con- tact de l'interstice 2 et de la buse de mise en forme interne 1, en étant pourvu de canaux tangentiels 15 qui peuvent être inclinés d'angles diffé- rents sur l'axe du canal de mise en forme commun 13. Les canaux tangen- tiels 15 sont reliés, par l'une de leurs extrémités, au canal de mise en forme commun 13, et par leur autre extrémité à un canal circulaire inter- ne 16 défini sur la buse intermédiaire de mise en forme 2. Le canal cir- culaire interne 16 est à son tour relié, par des ouvertures 17, à un ca- -4- nal circulaire externe 18 relié à un raccord tubulaire 19. Le canal cir- culaire externe 18 peut également être usiné dans l'interstice 2 et dans la buse de mise en forme externe 3. Le second interstice 7 est relié à des canaux 21 usinés dans le corps 4 du chalumeau à arc-plasma par l'in- termédiaire du générateur externe de turbulence 10, de canaux de liaison de la buse intermédiaire 2 et du troisième interstice 8. Les canaux de liaison 20 sont disposés au-dessus du générateur intermédiaire de turbu- lence 14. Le fonctionnement de la buse composite est le suivant: Une quantité prédéterminée d'un gaz inerte (évacuation) est in- troduit tangentiellement au moyen d'un générateur interne de turbulence 9, en traversant le premier interstice 5 avec une vitesse croissante, en pénétrant dans le canal de mise en forme 1.1 de la buse interne 1, en con- tinuant le long du canal de mise en forme commun 13. Le courant d'eau de refroidissement introduit transversalement dans les canaux 21 du corps 4 pénètre dans le troisième interstrice 8 pour refroidir les buses interne 1 et intermédiaire 2. Le courant d'eau arrive alors dans les canaux de liaison 20 et, en poursuivant le refroidissement de la buse intermédiaire 2, est transféré dans le second interstice 7 au-dessus du générateur ex- terne de turbulence 10. En traversant ce dernier, le courant d'eau ac- quiert un mouvement rotatif et translationnel, en poursuivant le refroi- dissement des buses intermédiaire 2 et externe 3. Dans le second inter- stice 7, le courant s'écoule à une vitesse croissante en direction de l'extérieur vers l'ouverture de celui-ci. En s'échappant de celui-ci, le courant d'eau forme un écran protecteur d'eau de forme conique en avant du chalumeau à arc-plasma, ayant une forme apte à être changée de manière commandée et ayant une large adaptabilité fonctionelle. Le chalumeau à arc-plasma est avancé vers le matériau à découper, la tension est établie entre la buse composite et la cathode 6, et l'arc pilote est allumé au moyen d'un dispositif manuel de démarrage, ou automatiquement au moyen- d'un oscillateur ou d'un bouton pneumatique, et l'arc est automatiquement dirigé vers le matériau traité. Simultanément à l'accroissement des para- mètres énergétiques de l'arc, un flux contenant de l'oxygène est automa- tiquement déclenché dans le raccord tubulaire 19, avec un débit excédant considérablement celui du gaz inerte. Ce flux parvient dans le canal cir- -- 5 -- culaire externe 18 et arrive, en traversant les ouvertures 17, dans le canal circulaire interne 16 du générateur intermédiaire de turbulence 14. Il pénètre ensuite, en suivant les canaux tangentiels 15, dans le canal de mise en forme commun 13, en affectant le flux de plasma ainsi engendré le long de sa longueur, en modifiant ses paramètres de chaleur, d'énergie et de dynamique des gaz. - 6 - REVENDICATIONS 1. Buse composite pour un chalumeau à arc-plasma, comportant des buses interne et externe (1,3) de mise en forme du jet de plasma, montées l'une sur l'autre et adaptées sur le corps (4) d'un chalumeau à arc-plas- ma de manière à former un premier et un second interstices (5,7), le premier interstice (5), à l'intérieur duquel est monté un générateur interne de turbulence (9), étant défini entre une cathode (6) du chalumeau à arc- plasma et la buse interne (1) et un générateur externe de turbulence (10) étant ajusté dans le second interstice (7) qui est relié à des canaux (21) usinés dans le corps (4) du chalumeau à arc-plasma et à un canal de mise en forme (11) disposé à l'extrémité antérieure de la buse interne (1), ladite buse composite étant caractérisée en ce qu'elle comprend: - une buse intermédiaire (2) montée entre lesdites buses interne (1) et externe (3), un troisième interstice (8) étant ainsi défini entre lesdites buses intermédiaire et interne (2,1) et le second interstice (7) étant défini entre les buses intermédiaire et externe (2,3), en ce qu'un second canal de mise en forme (12) du jet de plasma, disposé coaxialement par rapport à celui de la buse interne (1), est disposé dans la partie antérieure de la buse intermédiaire (2), en définissant ainsi un canal commun de mise en forme (13) du jet de plasma; et - un générateur intermédiaire de turbulence (14) pourvu de canaux tangentiels (15), qui est inclus dans la surface de contact des buses intermédiaire et interne (2,1), lesdits canaux tangentiels étant reliés, par l'une de leurs extrémités, au canal commun (13) de mise en forme du plasma, et par l'autre extrémité à un canal circulaire interne (16) situé sur la buse intermédiaire (2) et relié à un canal circulaire externe (18) relié au moyen d'un raccord tubulaire (19), ledit second interstice (7) étant relié aux canaux (21) du corps (4) de chalumeau par l'intermédiaire du générateur externe de turbulence (10), des canaux de liaison (20) de la buse intermédiaire (2) et du troisième interstice (8). 2. Buse composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits canaux de liaison (20) de ladite buse intermédiaire (2) sont disposés au-dessus du générateur intermédiaire de turbulence (14).