Brevet FR2707824A1 — publié le 19950120

-- i -- DESCRIPTION La génération d'un plasma d'arc électrique est un phénomène bien connu. Le plasma dans une torche de soudure ou de rechargement à plasma transféré est utilisé depuis plusieurs dizaines d'années. De nombreux modes de réalisa- tion des torches ont été proposés. Tous font appel à l'effet de pointe d'une cathodes affûtée pour amorcer l'arc et stabiliser son extrémité au potentiel négatif. La plupart des réalisations sont de structure parfaitement coaxiale. La pointe de la cathode est disposée sur l'axe de la torche et positionnée légère- ment en recul du convergent de la tuyère-anode qui l'entoure. Dans toutes les réalisations connues à ce jour, la structure géométrique du dispositif générateur du plasma est une structure colinéaire au plasma - au moins au voisinage de l'origine de celui-ci. Le plasma naît et commence à se propager dans l'axe de l'électrode négative, même si on le dévie ensuite avant le point d'utilisation, par l'orientation du canal incliné et la position de l'électrode positive constituée par la pièce à recharger sur laquelle l'arc transféré vient se boucler; comme cela est décrit dans le brevet n0 91 01253 du 01/02/1991. L'objet de la présente invention est de mettre en oeuvre un principe dif- férent pour créer un plasma qui dès l'origine se propage dans une direction qui n'est pas parallèle à l'axe anode-cathode et fait un angle notable avec ce dernier. Cet angle dans le cas typique évoqué dans la description qui va suivre atteint 90 degrés. On joue sur le phénomène fluidique de déviation d'un jet de gaz à faible vites- se par un jet de débit moindre à vitesse élevée. (Planche 1/2). On utilise à cet effet deux circuits distincts de gaz plasmagène, l'un d'ini- tiation (6) cheminant le long de la cathode (7), l'autre directionnel (8) arrive perpendiculairement à l'axe du couple anode-cathode; soit selon l'axe de l'orifice plasma (10). Chacun de ces circuits indépendants est muni de ses propres moyens de contrôle du débit du gaz. Ainsi le contrôle des paramètres de fonctionnement du plasma résulte directe- ment des réglages absolus et relatifs des deux circuits de gaz plasmagène. De plus la tuyère-anode (5) permettant la mise en oeuvre de l'invention doit 8tre montée sur une embase d'une torche modulaire qui autorise le montage et le démontage de la cathode (7) par la zone arrière de la torche. Cette disposition facilite également le réglage de positionnement axial de la cathode qui détermine les caractéristiques du plasma obtenu. -2- En outre, l'espace rendu disponible par le changement de direction du jet de plasma au voisinage de l'extrémité de l'anode (5) est utilisé pour mettre en oeuvre un refroidissement (4) énergique dans cette zone. A titre d'exemple, la description qui va suivre correspond à la mise en oeuvre de la présente invention à l'aide de la torche modulaire décrite dans le brevet n 91 01253. Un autre organe collecteur et distributeur de fluides apte à recevoir le couple anode-cathode pourrait donc se substituer à l'embase de torche citée en exemple. Dans l'opération de rechargement de petits alésages, avec un bain de fusion à plat, la partie cylindrique intérieure à revêtir se trouve à axe horizontal. La torche qui pénètre dans l'alésage durant l'opération se trouve donc avec son axe principal horizontal et seul le jet de plasma est émis verticalement à la sortie de l'orifice pratiqué latéralement à l'extrémité de la tuyère- anode dont les dimensions hors tout sont bien sûr adaptées au diamètre in- térieur de la pièce à recharger. En se reportant à la planche 2/2 on trouve de droite à gauche l'embase de la torche qui comprend le bloc de cathode (1) séparé par un isolateur (2) de l'embase d'anode (3). Les trois principaux composants cités ci-dessus constituent l'embase de la torche, ils sont dotés de tous les canaux nécessaires à l'acheminement des fluides permettant la mise en oeuvre du procédé PTA: Le circuit d'eau de refroidissement (4) est collecté sur l'embase d'anode (3) puis parcourt jusqu'à son extrémité l'anode (5) avant de revenir à travers l'embase d'anode (3) ainsi que l'isolateur (2) à l'embase de cathode (1). Le canal d'alimentation du gaz plasmagène (6) que nous affectons dans le cas de la présente invention au gaz plasma initiateur qui s'écoule le long de la cathode (7). Le canal d'alimentation du gaz protecteur (non figuré sur la planche) qui est dirigé vers un diffuseur approprié. Deux canaux indépendants d'amenée du mélange gaz-poudre (8) et (9). Dans le cas tout particuliers de mise en oeuvre de la présente invention nous gardons l'affectation initiale de l'un de ces deux canaux (9) pour l'ame- née du mélange gaz-poudre; mais nous utilisons le deuxième canal (8) pour l'acheminement du gaz directionnel. -3 - En effet le principe objet de la présente invention (Planche 1/2) consiste à donner à la veine plasma une direction qui dès son origine se trouve perpen- diculairement à l'axe de la cathode grâce à l'effet de déviation de jet obtenu par l'action fluidique du gaz directionnel émis perpendiculaire à la cathode, soit selon l'axe de l'orifice plasma (10). L'écoulement du gaz plasmagène initial (6) à quant à lui un débit et une vitesse moindre, son rôle principal est la protection de la cathode ainsi que l'initialisation de l'ionisation du gaz. Le gaz plasma initial (6) est répartit à l'entrée du convergent (11) de l'anode (5) à l'aide d'un dispositif "Vortex" (12); jouant également le rôle de centreur à la cathode (7). La cathode (7) doit être montée, réglée en position, ou démontée - par exemple pour procéder à son affûtage - sur l'axe de la torche. Ces opérations s'effectuent commodément par l'arrière de l'embase, sans démontage d'éléments miniaturisés ou en contact direct avec le circuit d'eau. La pince (13) à l'aide d'un écrou borgne vissé sur le filetage (14) donne un accès très direct à la cathode que l'on vient immobiliser sur une position axiale souhaitée. Cette position axiale de la cathode, ainsi que le réglage indépendant du débit des deux gaz plasma (6) et (8) constitue les trois principaux éléments de réglage de la torche. Bien sûr, en fonction de chaque cas à traiter et comme dans toutes les applications de rechargements PTA, les autres paramètres tels que par exemple l'intensité transférée seront à ajuster en fonction des épaisseurs, taux de dépôts et autres données rencontrées. - 4- REVENDICATIONS Revendication 1 Torche à plasma transféré (PTA) caractérisée en ce que le plasma est créé et se propage dans une direction qui n'est pas parallèle à l'axe anode-cathode et fait un angle notable avec ce dernier. Cet angle dans un cas typique atteint 90 degrés. Revendication 2 - Torche à plasma transféré selon la revendication 1 carac- térisée en ce qu'elle utilise deux circuits distincts de gaz plasmagène, l'un d'initialisation (6) cheminant le long de la cathode (7), l'autre directionnel (8) arrive perpendiculairement à l'axe du couple anode-cathode; soit selon l'axe de l'orifice plasma (10). Chacun de ces circuits indépendants est muni de ses propres moyens de contrôle du débit du gaz. Revendication 3 - Torche selon les revendications 1 et 2 caractérisée en ce que le contrôle des paramètres de fonctionnement du plasma résulte directe- ment des réglages absolus et relatifs des deux circuits de gaz plasmagène. Revendication 4 - Torche selon la revendication 1 caractérisée en ce que la tuyère-anode est prévue être montée sur une embase d'une torche modulaire qui autorise le montage et le démontage de la cathode (7) par la zone arrière de la torche. Cette disposition facilite également le réglage de positionnement axial de la cathode qui détermine les caractéristiques du plasma obtenu. Revendication 5 - Torche selon une ou plusieurs des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que l'espace rendu disponible par le changement de direc- tion du jet de plasma au voisinage de l'extrémité de l'anode (5) est utilisé pour mettre en oeuvre un refroidissement (4) énergique dans cette zone.