Brevet FR2917655A1 — publié le 20081226

L'invention porte sur un procédé de coupage par plasma avec contrôle du cycle de perçage. Le document EP-A-585977 porte sur un procédé de coupage plasma avec contrôle du débit de gaz aval dans la torche de coupage plasma associé à des tuyères aval pourvue d'au moins un trou d'évacuation du gaz aval en plus de son canal de sortie. Ce document insiste sur l'intérêt de l'échappement de gaz dans la tuyère aval qui permet d'augmenter les débits de gaz injectés et donc le refroidissement de la tuyère aval, sans augmenter le débit dans le canal aval. Il précise qu'un gain est obtenu dans les opérations de perçage par augmentation du débit aval de manière à ce que les projections de métal liquide soient soufflées sans impacter la tuyère aval, le débit étant ensuite abaissé à une valeur suffisante pour garantir la qualité de coupe et la protection des tuyères lors de la phase de coupe, durant laquelle il se produit beaucoup moins de projections qu'en phase de perçage. En effet, en coupage plasma, les phases de perçage sont particulièrement néfastes à la durée de vie des tuyères puisqu'elles sont accompagnées d'importantes projections de métal en fusion sur celles-ci. Toutefois, le procédé décrit par EP-0585977 nécessite un refroidissement très important des tuyères aval, obtenu par perçage d'au moins un évent dans celle-ci, en plus du canal aval. Ce perçage détourne une partie du débit aval et permet dès lors d'augmenter le débit total de gaz aval sans augmenter le débit dans le canal, qui peut ainsi garder la valeur nécessaire à l'obtention d'une qualité de coupe optimale. Or, l'utilisation de l'évent aval et les modifications de débit en fonction des phases perçage/découpe engendrent une consommation importante de gaz aval. Un but de l'invention est dès lors d'améliorer les procédés de coupage plasma connus, en particulier de EP-A-585977. Un autre but est de pouvoir obtenir un gain sur la durée de vie en effectuant des modifications de débit en fonction des phases perçage/découpe et/ou de réduire les consommations de gaz utilisé lors du procédé de coupage plasma. Une solution selon l'invention est un procédé de coupage plasma mettant en oeuvre une torche de coupage plasma, et au moins une source de gaz, la torche à plasma comprenant une électrode et une tuyère amont avec un premier orifice de sortie de gaz espacées l'une de l'autre en formant entre elles une chambre plasmagène, et une tuyère aval munie d'un second orifice de sortie, la tuyère amont et la tuyère aval étant agencées l'une par rapport à l'autre de manière à ce que les premier et second orifices soient coaxiaux et à former entre elles un passage pour le gaz, dans lequel : a) on alimente la chambre plasmagène avec du gaz, b) on alimente avec du gaz le passage entre les tuyères amont et aval, c) on réalise un perçage d'une pièce à couper au moyen d'un jet de plasma formé au sein de la chambre plasmagène de la torche, et d) subséquemment au perçage de l'étape c), on opère le coupage de la pièce selon une trajectoire de coupe désirée, caractérisé en ce que : - pendant l'étape c), on met en oeuvre un débit de gaz (Dp) dans le passage entre les tuyères amont et aval supérieur au débit de gaz (Dc) au sein dudit passage pendant l'étape d) de coupage et - la totalité du gaz envoyé dans le passage entre les tuyères amont et aval est évacuée par le second orifice de sortie de la tuyère aval. Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le débit de perçage (Dp) est supérieur d'au moins 10% au débit de coupage (Dc). - le débit de perçage (Dp) est supérieur d'au moins 20% au débit de coupage (Dc). - le débit de gaz au niveau de l'entrée du passage entre les tuyères est sensiblement égal au débit de gaz au niveau de la sortie du passage située au voisinage immédiat du second orifice de sortie. - on alimente le passage entre les tuyères avec un gaz ou un mélange gazeux différent du gaz alimentant la chambre plasmagène. - on alimente le passage entre les tuyères et la chambre plasmagène avec un même gaz ou un même mélange gazeux. - on alimente le passage entre les tuyères et la chambre plasmagène avec au moins un mélange gazeux dont la composition varie et/ou est ajustée entre au moins les étapes c) et d). - on alimente le passage entre les tuyères et la chambre plasmagène avec au moins un gaz choisi parmi l'argon, l'azote, l'oxygène, le méthane, l'hydrogène et leurs mélanges. - le débit de gaz (Dp) et le débit de gaz (Dc) sont inférieurs à 100 NI/min. - la pression du gaz au niveau de l'entrée du passage est inférieur à 10 bar, de préférence inférieure à 8 bar, typiquement de l'ordre 1 à 5 bar. En d'autres termes, la présente invention propose un procédé de découpe au plasma à durée de vie des pièces d'usure augmentée par soufflage des projections de perçage obtenu en augmentant le débit de gaz aval pendant la phase de perçage par rapport au débit aval nominal, c'est-à-dire pendant la phase de coupe. La présente invention présente, en outre, l'avantage de conduire à une réduction des coûts de fabrication des tuyères aval car elles ne nécessitent alors pas de trous d'échappement en plus du canal. De plus, la présente invention conduit à une réduction des consommations de gaz aval en régime permanent par rapport à la solution de EP-0585977 qui associe l'emploi de tuyères aval à échappement permanent. De plus, la présente invention permet une augmentation de la durée de vie des pièces d'usure par réduction du nombre d'impacts de projections de métal en fusion durant les phases de perçage. La présente invention va maintenant être décrite plus en détail grâce aux explications suivantes données à titre illustratif de l'invention et aux figures annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 schématise la partie avant d'une torche à plasma, - la Figure 2 représente un diagramme de la consommation de gaz (débit) au sein d'une torche à plasma en fonction du temps selon un procédé de l'art antérieur, et - la Figure 3 représente, quant à elle, un diagramme de la consommation de gaz (débit) au sein d'une torche à plasma en fonction du temps selon le procédé de la présente invention. La Figure 1 schématise la partie avant d'une torche à plasma comprenant une électrode 5 et une tuyère amont 1 munie d'un premier orifice 11 de sortie de gaz. L'électrode 5 dotée d'un insert émissif 6 et la tuyère amont 1 sont espacées l'une de l'autre en formant entre elles une chambre plasmagène 3. La torche comprend également une tuyère aval 2 munie d'un second orifice 12 de sortie de gaz, la tuyère amont 1 et la tuyère aval 2 étant agencées l'une par rapport à l'autre de manière à ce que les premier et second orifices 11, 12 soient coaxiaux. Elles forment entre elles un passage 4 pour le gaz comportant une entrée 4a par laquelle le gaz entre dans le passage 4 et une sortie 4b par laquelle le gaz ressort du passage 4 au niveau de l'orifice 12. Le gaz G injecté dans la chambre plasmagène 3 et celui injecté dans le passage 4 peuvent être des gaz ou mélanges gazeux identiques ou différents, de compositions, de pressions et débits constants ou variables au cours du temps, c'est-à-dire au cours des différentes étapes de fonctionnement de la torche, en particulier les étapes d'allumage, de perçage, de coupage et d'extinction. La Figure 2 représente un diagramme de la consommation de gaz (débit) au sein d'une torche à plasma en fonction du temps selon un procédé de l'art antérieur. La courbe Cl représente la totalité du gaz injecté entre les deux tuyères de la torche, alors que la courbe C2 montre la proportion de ce gaz servant notamment à dévier les projections métalliques lors de l'étape de perçage de la tôle. Comme on le voit, avec un tel procédé de l'art antérieur, la proportion utile de gaz est faible par rapport à la quantité totale envoyée à la torche. Ceci engendre un surcoût important pour l'utilisateur car nécessite la consommation d'une quantité importante de gaz lors de la mise en oeuvre du procédé. La Figure 3 représente, quant à elle, un diagramme de la consommation de gaz (débit) au sein d'une torche à plasma en fonction du temps selon le procédé de la présente invention. Comme on le voit, le débit de gaz dans le passage 4 entre les deux tuyères 1, 2, pendant l'étape de perçage (entre temps tO et ti), est supérieur au débit pendant l'étape de coupage (tl à t2). De plus, la totalité du gaz envoyé dans le passage entre les tuyères amont 1 et aval 2 est évacuée par le second orifice 12 de sortie de la torche. Ceci permet d'éviter la surconsommation de gaz existant dans les procédés de l'art antérieur, illustré par la courbe Cl de la Figure 2. En outre, le procédé de l'invention n'engendre pas de dégradation de durée de vie des tuyères 1, 2, en particulier de la tuyère aval 2, étant donné que la fonction de protection de la tuyère 2 contre les projections de métal en fusion lors du perçage est toujours assurée. Le procédé de l'invention est particulièrement recommandé pour le coupage des matériaux conducteurs de l'électricité, notamment des métaux, en particulier les aciers au carbone, les aciers inoxydables, les alliages légers, tels que l'aluminium et ses alliages, le titane et ses alliages, le cuivre et ses alliages... REVENDICATIONS 1. Procédé de coupage plasma mettant en oeuvre une torche de coupage plasma, et au moins une source de gaz, la torche à plasma comprenant une électrode (5) et une tuyère amont (1) avec un premier orifice (11) de sortie de gaz espacées l'une de l'autre en formant entre elles une chambre plasmagène (3), et une tuyère aval (2) munie d'un second orifice (12) de sortie, la tuyère amont (1) et la tuyère aval (2) étant agencées l'une par rapport à l'autre de manière à ce que les premier et second orifices (11, 12) soient coaxiaux et à former entre elles un passage (4) pour le gaz, dans lequel : a) on alimente la chambre plasmagène (3) avec du gaz, b) on alimente avec du gaz le passage (4) entre les tuyères amont et aval (11, 12), c) on réalise un perçage d'une pièce à couper au moyen d'un jet de plasma formé au sein de la chambre plasmagène (3) de la torche, et d) subséquemment au perçage de l'étape c), on opère le coupage de la pièce selon une trajectoire de coupe désirée, caractérisé en ce que : - pendant l'étape c), on met en oeuvre un débit de gaz (Dp) dans le passage (4) entre les tuyères amont et aval (11,12) supérieur au débit de gaz (Dc) au sein dudit passage (4) pendant l'étape d) de coupage et - la totalité du gaz envoyé dans le passage (4) entre les tuyères amont et aval (11, 12) est évacuée par le second orifice de sortie (12) de la tuyère aval (2). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le débit de perçage (Dp) est supérieur d'au moins 10% au débit de coupage (Dc). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le débit de perçage (Dp) est supérieur d'au moins 20% au débit de coupage (Dc). 4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le débit de gaz au niveau de l'entrée (4a) du passage (4) entre les tuyères (11, 12) est sensiblement égal au débit de gaz au niveau de la sortie (4b) du passage (4) située au voisinage immédiat du second orifice de sortie (12). 35 5. Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on alimente le passage (4, 4a, 4b) entre les tuyères (11, 12) avec un gaz ou un mélange gazeux différent du gaz alimentant la chambre plasmagène (3). 6. Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on alimente le passage (4, 4a, 4b) entre les tuyères (11, 12) et la chambre plasmagène (3) avec un même gaz ou un même mélange gazeux. 7. Procédé selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on alimente le passage (4, 4a, 4b) entre les tuyères (11, 12) et la chambre plasmagène (3) avec au moins un mélange gazeux dont la composition varie et/ou est ajustée entre au moins les étapes c) et d). 8. Procédé selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on alimente le passage (4, 4a, 4b) entre les tuyères (11, 12) et la chambre plasmagène (3) avec au moins un gaz choisi parmi l'argon, l'azote, l'oxygène, le méthane, l'hydrogène et leurs mélanges. 9. Procédé selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le débit de gaz (Dp) et le débit de gaz (Dc) sont inférieurs à 100 NI/min. 10. Procédé selon les revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la pression du gaz au niveau de l'entrée (4a) du passage (4) est inférieure à 10 bar, de préférence inférieure à 8 bar, typiquement de l'ordre 1 à 5 bar.25