Brevet FR2672459A1 — publié le 19920807

DESCRIPTION La réalisation d'une torche à plasma transféré destinée au soudage et aux rechargements obéit à des règles de construction bien connues en ce qui concerne la génération du plasma, la circulation des divers fluides servant au refroidissement ou spécifiques du procédé tels que le gaz plasmagène, le gaz de protection et ltéventuelle poudre métallique à déposer. On rencontre une première difficulté lorsqu'on veut augmenter le taux de dépôt, donc la puissance de la torche. L'accroissement de la puissance dissipée conduit à une augmentation corrélative de 1!encombrement de la torche et rend nécessaire d'accroitre aussi la puissance de refroidissement. Pour limiter au maximum cet inconvénient d'un encombrement exagéré, on construit toute une gamme de torches dont la puissance et ltencombrement croissent simultanément. Chaque torche est caractérisée par une capacité de dépôt. La puissance thermique dissipable et l'encombrement hors tout sont liés à cette capacité. Une petite torche de faible encombrement n'a qu une capacité de dépôt limitée. Une torche puissante est assez volumineuse, ce qui enlève la possibilité de travailler dans des zones peu accessibles. Pour travailler dans de telles zones, alésages notamment, il est courant de disposer d'une torche miniaturisée, à faible taux de dépôt, dont l'axe fait un angle de 90 , par exemple, par rapport au faisceau d'alimentation de fluides que l'on a rendu rigide et qui sert de support à la torche. La torche objet de la présente invention a pour objet de contourner les obstacles qui découlent directement de la méthode traditionnelle de construction, on se propose - de réaliser une torche d'encombrement aussi réduit que possible dans la seule partie active de la torche, l'anode, sans agir toutefois sur la partie difficilement compressible que constitue la zone des connexions et du réglage. - de disposer, ce qui est l'objet essentiel de l'invention, ltori- fice de sortie du plasma incliné par rapport à l'axe de l'ensemble cathode-anode ; cette inclinaison peut atteindre 90 ; on peut ainsi diriger le plasma vers le substrat à travailler selon une direction différente de l'axe principal de la torche. - de pouvoir échanger simplement l'anode, partie active de la torche, pour l'adapter aux divers types de travaux à réaliser et notamment aux travaux en alésage. Les avantages de cette conception apparaîtront de façon plus évidente au cours de la description qui va suivre, en se reportant aux planches annexées. Cette description est donnée seulement à titre d'exemple de réalisation. Cet exemple n'est pas limitatif et a seulement pour objet de représenter schématiquement divers aspects caractéristiques de la torche objet de l'invention. La torche décrite sur la figure 1 de la planche 1, comporte tous les éléments d'une torche classique, on trouve du haut vers le bas La zone des connexions et de réglage La cathode (1) tenue par une pince (2) sur le porte cathode (3) qui est refroidi énergiquement par une circulation d'eau (4). Ce porte cathode est également pourvu de deux canalisations pour l'acheminement de la poudre d'apport entraînée par le gaz porteur (5) et l'alimentation (6) du gaz plasmagène. Ce premier ensemble est positionné mécaniquement par rapport à l'embase d'anode (7) et isolé électriquement de celle-ci par une pièce (8) faite en matériaux isolant. Cette pièce intermédiaire assure également la continuité du circuit d'eau de refroidissement, des conduits d'amenée de la poudre d'apport. L'embase d'anode (7), elle même traversée par un circuit d'eau de refroidissement (9) comporte également des conduits pour l'amenée du gaz de protection (10) et de la poudre (11). On vient rapporter sur l'embase d'anode une anode classique (12) dans le cas d'une torche normale, figure 1 planche 1, et le gaz protecteur est de dirigé dans la buse de diffusion (13). On peut aussi rapporter l'une des anodes prolongée (14) ou (15) pour le déport du plasma qui permettent la mise en oeuvre de la présente invention et qui sont représentées sur les figures 3 et 4, planche 3. Dans ce cas le gaz protecteur est capté et dirigé vers l'extré- mité de la torche par des conduits convenablement disposés (16). Cette disposition présente un intérêt évident, elle permet de changer très rapidement d'anode pour utiliser toujours l'anode la plus adaptée au travail particulier à exécuter. Une anode longue et de faible diamètre (14) ou (15) comporte les conduits d'alimentation (16) (17) et (18) dont la nécessité a été soulignée plus haut. La disposition en longueur de l'ensemble des composants rend possible l'utilisation de canaux d'eau (17) de diamètre suffisant pour permettre le passage d'un débit d'eau plus important que dans les solutions classiques de construction des torches d'alésage de type miniaturisé. On peut ainsi augmenter de façon appréciable la capacité de dissipation thermique de la torche tout en conservant un encombrement hors tout réduit. Selon la disposition particulière des éléments objet de l'invention, la cathode (1) est isolée de l'anode (14) ou (15) par un tube isolant (19) d'une forme particulière. Dans un mode de réalisation, la partie cylindrique arrière de ce tube présente un diamètre intérieur supérieur à celui de la cathode, de façon à ménager un espace annulaire (20) qui est balayé par le gaz plasmagène. Le débit de gaz facilite le refroidissement de la cathode et lui assure une protection contre 1' oxydation. Le gaz passe ensuite dans un système dit vortex constitué de quatre filets (21) taillés dans le tube qui ménagent en conjonction avec une bague de centrage (22) de la cathode une quadruple hélice qui donne au gaz un mouvement tourbillonnaire apte à stabiliser la décharge qui naît entre l'extrémité (23) de la cathode (1) et le convergent (24) de l'anode (14) ou (15). L'anode représentée sur la planche 3 figure 3 est une anode du type interchangeable tel que celle que nous venons de décrire. Elle présente une particularité objet de l'invention. Le plasma engendré par la décharge dans l'espace annulaire entre cathode et anode coaxiales dans l'axe principal de la torche est ensuite canalisé à l'extrémi- té du convergent de l'anode dans un conduit (26) orienté latéralement de sorte que le plasma n' est plus émis dans l'axe de la torche. Il sort au contraire en formant un angle notable avec celui-ci. Cette disposition permet de prévoir en bout du corps de l'anode un canal de refroidissement (27) qui est situé tout à fait à ltextrémi- té et présente donc de ce fait le maximum d'efficacité. La faculté de cette torche de pouvoir dissiper une puissance importante malgré son très faible encombrement à l'extrémité la rend également apte à des travaux demandant une forte puissance sur des surfaces extérieures apparentes mais d'accès difficile du fait de 1' environnement. Afin de conserver l'effet de gaine du gaz protecteur au dessus du bain de fusion et autour de la colonne de plasma, on utilise un diffuseur (28) spécialement adapté à l'anode utilisée. Dans le cas du travail dans un alésage, on peut également travailler sans diffuseur si la disposition des pièces permet de baigner naturellement la zone de travail par une atmosphère contrôlée. Un revêtement réfractaire isolant thermique et électrique peut avantageusement être appliqué sur l'extrémité de l'anode lors du travail en espace restreint. REVENDICATIONS Revendication 1 - Torche génératrice de plasma pour les applications de soudure et de rechargement caractérisée par le fait que l'encombrement transversal hors tout du générateur de plasma a été diminué en réduisant l'extrémité de la torche à la seule anode. Les dispositifs de connexion aux fluides et de réglage de la cathode demeurant reportés à l'arrière, et par la possibilité que l'on a prévue d'échanger simplement l'anode pour disposer à volonté d'une torche classique, d'une torche à encombrement réduit ou d'une torche à jet de plasma incliné. Revendication 2 - Torche génératrice de plasma selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'orifice de sortie du jet de plasma n' est pas dans l'axe du dispositif de génération de ce même plasma mais incliné par rapport à l'axe du groupement cathode-anode. Cette inclinaison peut atteindre 90. Revendication 3 - Torche selon la revendication 2 dans laquelle le circuit de refroidissement est organisé de façon à permettre le refroidissement de l'extrémité de l'anode au-delà de l'orifice de sortie du jet de plasma. Revendication 4 - Torche selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la diffusion du gaz de protection est assurée à l'aide d'un organe diffuseur spécifique également interchangeable. Revendication 5 - Torche selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que le gaz plasmagène contribue au refroidissement de la cathode le long de laquelle il s'écoule avant d'arriver dans la zone de décharge.