Brevet FR2949938A1 — publié le 20110311

L'invention concerne une torche à plasma à tête démontable dont le montage et le démontage rapide sur l'embase ou corps de torche est facilité grâce à une disposition particulière des raccords de fluides et électriques. Les torches de coupage plasma à tête démontable comportent deux parties principales pouvant être assemblées ou d'assemblées l'une de l'autre, à savoir une embase ou corps de torche qui habituelle fixée sur une structure, tel un bâti-porteur muni d'une poutre mobile par exemple, et un nez ou tête de torche qui est amovible. Des exemples de torches de coupage plasma à tête démontable sont notamment connus des documents EP-A-599709, GB-A-2091594, EP-A-801882 et EP-A-941018. L'embase ou corps de torche est une interface entre le générateur électrique, le boîtier haute fréquence et haute tension nécessaire à l'amorçage de l'arc, le boîtier de régulation des gaz et le système de refroidissement. De ce fait, les tuyaux et fils électriques issus des différents éléments convergent vers l'embase qui regroupe les différentes entrées et sorties de fluides, à savoir liquide de refroidissement, gaz plasmagène et gaz protecteur, ainsi que les connections électriques pour la cathode et les circuits d'amorçage et pilote. Le nez ou tête de la torche contient les consommables de la torche, à savoir une électrode, un diffuseur amont de gaz, une tuyère amont, un diffuseur aval de gaz et une tuyère aval, les circuits internes de distribution des gaz et du liquide de refroidissement, ainsi que les connexions électriques anodiques et cathodiques. Ces différents consommables s'érodent plus ou moins rapidement, lors de l'utilisation de la torche, et il est nécessaire de les remplacer par des consommables neufs après, en général, quelques heures d'utilisation, par exemple après 2 heures ou plus de coupage. Or, pouvoir séparer la tête de torche du corps de torche, c'est-à-dire de l'embase, est très pratique d'un point de vue de la productivité par rapport aux torches à tête non démontable car cela permet de préparer à l'avance une tête de torche comprenant des consommables neufs et de la raccorder au corps de torche immédiatement après démontage de la tête dont les consommables sont usés. Ceci se fait donc sans perte de temps et donc quasiment sans perte de productivité. Ensuite, pendant que la tête de torche nouvellement montée sur le corps est utilisée pour réaliser une opération de découpe, l'autre tête de torche qui vient d'être désolidarisée du corps de torche, c'est-à-dire de l'embase, peut être démontée, les consommables usés peuvent en être extraits et remplacés par des consommables neufs. La tête sera donc prête à être remontée lorsque la limite de durée de vie des consommables de l'autre tête sera atteinte. Le montage/démontage d'une tête de torche sur un corps de torche se fait au moyen d'une bague, en général filetée, qui permet de fixer la tête de torche à l'embase qui comporte un filetage complémentaire, et dont le serrage assure l'étanchéité des raccords des conduits de fluides et le bon contact entre les raccords électriques. Habituellement, cette bague est fabriquée en matériau électriquement isolant. to Lors de chaque changement de la tête de la torche, et particulièrement lors de son montage sur l'embase, c'est-à-dire le corps de torche fixe, l'alignement de la tête de la torche et du corps de torche est primordial pour permettre un raccordement de la tête au corps de torche non seulement rapide mais aussi qui ne détériore pas les raccords électriques et de fluide qui font saillie à l'extrémité amont de la tête et qui 15 doivent venir s'emboîter dans des logements à raccords complémentaires situés dans le corps de torche de manière à assurer la continuité des raccordements fluidiques (gaz et liquide de refroidissement) et électriques de la torche. Pour ce faire, l'axe de la tête de la torche doit être colinéaire avec l'axe du corps de torche, et ses deux pièces doivent aussi être alignées de manière angulaire. 20 Or, dans les torches connues, un tel alignement et souvent approximatif et conduit souvent à des pertes de temps lors du montage de la tête sur le corps de torche, voire à des détériorations des extrémités des raccords fluidiques et électriques car l'opérateur doit procéder par tâtonnements successifs jusqu'à trouver les bonnes positions angulaire et axiale de raccordement. 25 Les raccords de fluides et électriques se retrouvent, lors des essais d'insertion des raccords de la tête dans les logements dédiés du corps, ou inversement, en appui sur des surfaces ou des arrêtes vives de la torche et conduit, à plus ou moins brève échéance, à de mauvais contacts électriques et/ou à des fuites de fluides, c'est-à-dire de gaz, ou de liquide de refroidissement, entre le corps de torche et la tête de la torche. 30 La complexité de raccordement s'accroit avec le nombre de raccords à connecter et la complexité de leur répartition dans la tête de torche ou dans le corps de torche. Le problème qui se pose est dès lors de pouvoir raccorder aisément manuellement la tête d'une torche à plasma au corps de torche sans rencontrer les problèmes susmentionnés, en particulier de faciliter l'insertion des raccords fluidiques et électriques de la tête dans leurs logements respectif du corps de torche. La solution de l'invention est alors une tête de torche de coupage plasma comprenant un corps de torche et une tête de torche démontable apte à et conçue pour pouvoir être assemblée à ou désassemblée dudit corps de torche, la tête de torche ou le corps de torche comprenant des raccords de fluide et au moins un raccord électrique et de fluide (appelé aussi raccord électrique/fluide) faisant saillie vers l'extérieur à une extrémité amont de la tête ou à une extrémité aval du corps, caractérisée en ce qu'au moins 3 raccords sont disposés de manière à constituer les sommets d'un triangle équilatéral. Selon le cas, la torche de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - un quatrième raccord est positionné au centre dudit triangle formé par lesdits 15 3 raccords, - les 3 raccords en triangle équilatéral sont des raccords de fluide et le raccord agencé en position centrale au sein dudit triangle équilatéral est un raccord électrique et de fluide, - elle comporte en outre des moyens de fixation permettant de solidariser la 20 tête au corps de torche, de préférence les moyens de fixation comprennent une bague mobile taraudée, - la tête de torche comporte, à son extrémité amont les raccords de fluides et électrique/fluide faisant saillie vers l'extérieur, - les raccords de fluides et électrique sont aptes à et dimensionnés pour venir 25 s'insérer dans des logements à raccords aménagés au niveau de l'extrémité aval du corps de torche, - la tête de torche comprend au moins un moyen détrompeur axial et au moins un moyen détrompeur angulaire, et le corps de torche comprend au moins un premier logement ou au moins un deuxième logement coopérant respectivement avec lesdits 30 moyen détrompeur axial et moyen détrompeur angulaire, - le moyen détrompeur axial est formé d'une paroi se projetant axialement selon l'axe de la torche et le moyen détrompeur axial est formé d'une paroi de forme générale cylindrique. L'invention porte aussi sur une tête de torche destiné à une torche selon l'invention, caractérisé en ce qu'elle comprend 3 raccords à fluides disposés de manière à constituer les sommets d'un triangle équilatéral et un raccord électrique et de fluide positionné au centre dudit triangle formé par lesdits 3 raccords de fluides. Par ailleurs, l'invention concerne également un procédé de coupage par jet de plasma, dans lequel on met en oeuvre une torche selon l'invention ou une tête de torche selon l'invention pour découper une pièce métallique, en particulier en acier au carbone, en acier inoxydable, en aluminium ou en alliage d'aluminium. La présente invention va être expliquée plus en détail en références aux figures 10 annexées parmi lesquelles : - la figure 1 schématise une torche de coupage plasma à tête démontable selon un mode de réalisation préféré de l'invention, montrée déconnectée du corps de torche, - la figure 2 est une vue détaillée des raccords positionnés en triangle de la tête 15 de torche de la figure 1, - la figure 3 est une vue détaillée des raccords positionnés en triangle de l'embase de la figure 1, et - la figure 4 est une vue en coupe de la tête de torche de la figure 1. La figure 1 représente une torche de coupage plasma à tête 1 démontable 20 montrée en position désassemblée du corps 2 de torche, encore appelé embase. La tête 1 comporte de manière classique à son extrémité aval lb, une électrode, une tuyère et une coiffe de protection. La fixation de la tête 1 au corps 2 de torche se fait classiquement par vissage grâce à une bague 3 métallique taraudée située au niveau de la partie amont la de la 25 tête de torche 1, venant coopérer avec un filetage aménagé au niveau de la partie aval du corps 2 de torche. La bague 3 est libre et mobile en rotation autour de la paroi périphérique externe de la tête 1 de torche, c'est-à-dire autour de l'axe 4 principal de la torche, et aussi en translation le long de l'axe 4 de la tête de torche 1. L'assemblage de la tête 1 de torche au corps 2 de torche pour former une 30 torche assemblée nécessite un bon alignement axial et angulaire de la tête 1 et du corps 2 de manière à éviter la détérioration des raccords 7 de fluides et électriques présents à l'extrémité amont la de la tête 1 de torche. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la partie amont la de la tête 1 de torche comprend plusieurs raccords faisant saillie vers l'extérieur à l'extrémité amont la de la tête 1 de torche, à savoir trois raccords pour les fluides 7, à savoir le liquide de refroidissement et le ou les gaz de coupage, et un raccord électrique 8 assurant l'alimentation de l'électrode de la tête de torche 1 en courant électrique. Ces raccords 7, 8 sont destinés à venir s'insérer dans des logements 17, 18, comme illustré sur la figure 3, complémentaires aménagés au sein du corps de torche 2, lesquels logements sont aptes à, conçus et dimensionnés pour recevoir les raccords 7, 8 de la tête de torche et assurer ainsi la continuité de l'alimentation fluidique et électrique de la torche. Conformément à l'invention, les trois raccords de fluides sont disposés de manière à constituer les sommets d'un triangle équilatéral au sein de la tête de coupe 1 et le raccord électrique 8 est position centrale au sein de ce triangle équilatéral. Le raccord électrique 8 est aussi souvent associé avec le circuit entrant du liquide de refroidissement. Cette dernière configuration permet d'évacuer la chaleur générée par effet joule dans le câble cathodique reliant le générateur à la torche, et aussi d'avoir une torche plus compacte. Une telle configuration an courant permet un encombrement minimum puisque ainsi, le diamètre de l'embase répond aux contraintes dimensionnelles du porte-outil. De plus, une configuration en triangle équilatéral permet d'obtenir une 20 épaisseur suffisante pour la rigidité électrique et l'isolation électrique. Enfin, cette configuration permet un meilleur couplage entre source de chaleur dans la torche et le refroidissement de ses parties chaudes. Les raccords 7 de fluide de la tête 1 sont généralement formés en tout ou en partie de tubes métalliques faisant saillie vers l'extérieur et conformés et 25 dimensionnés pour venir s'insérer de manière étanche dans des logements 17 de formes complémentaires agencés dans le corps 2 de torche. Le raccord électrique 8 est formé d'un tube métallique et fait saillie vers l'extérieur et est conformé et dimensionné pour venir s'insérer dans un logement 18 de forme complémentaires agencés dans le corps 2 de torche, de manière à assurer un 30 bon contact électrique mais aussi une étanchéité parfaite au fluide de refroidissement. Par ailleurs, comme illustré en figure 2, la tête de torche 1 peut aussi incorporer un détrompeur axial 5 et un détrompeur 6 angulaire qui permettent d'accroître encore la facilité de connexion. Ces détrompeurs 5, 6 viennent s'engager dans des logements 15, 16 complémentaires aménagés dans le corps de torche 2. Ceci permet d'améliorer la procédure de raccordement de la tête 1 au corps 2 puisqu'en utilisant de tels détrompeurs, l'opérateur peut engager aisément la tête 1 de torche dans le corps 2 tout en assurant l'alignement nécessaire à une connexion étanche des trois raccords 7 de fluides en triangle équilatéral et un très bon contact du raccord 8 électrique, situé au centre dudit arrangement en triangle, entre la tête de torche 1 et le corps 2, et ceci sans risque d'endommagement des raccords 7, 8 puisque ces derniers ne viennent jamais buter sur le corps 2. Les deux parties de la tête 1 de torche peuvent être solidarisées l'une à l'autre par vissage de la bague 3 de fixation qui est mobile en rotation autour et en translation selon l'axe 4 de la torche. La bague 3 portée par la tête de torche 1 comporte un taraudage sur sa surface interne venant coopérer avec un filetage aménagé sur le corps 2 de torche pour permettre un vissage de la bague au corps 2 et la solidarisation souhaitée tête/corps. La description précédente a été faite pour un mode de réalisation préféré dans lequel les détrompeurs axial 5 et angulaire 6 et les raccords 7, 8 sont aménagés sur la tête 1, et les premier et deuxième logements 15, 16 et les logements à raccords 17, 18, dans lesquels viennent se loger lesdits détrompeurs 5, 6 et les raccords 7, 8 à fluides et électriques, respectivement, sont agencés dans le corps 2. Toutefois, il est tout à fait possible de procéder à l'inverse, c'est-à-dire d'agencer les détrompeurs 5, 6 et les raccords 7, 8 sur le corps et les logements 15, 16, 17, 18 sur la tête 1.25 Revendications1. Torche de coupage plasma comprenant un corps de torche (2) et une tête (1) de torche démontable apte à et conçue pour pouvoir être assemblée à ou désassemblée dudit corps (2) de torche, la tête (1) de torche ou le corps de torche (2) comprenant des raccords (7) de fluide et au moins un raccord électrique et de fluide (8) faisant saillie vers l'extérieur à une extrémité amont (la) de la tête (1) ou à une extrémité aval (12) du corps (2), caractérisée en ce qu'au moins 3 raccords (7, 8) sont disposés de manière à constituer les sommets d'un triangle équilatéral. 2. Torche selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un quatrième raccord (8) est positionné au centre dudit triangle formé par lesdits 3 raccords (7). 3. Torche selon la revendication 2, caractérisée en ce que les 3 raccords (7) en triangle équilatéral sont des raccords de fluide et le raccord agencé en position centrale au sein dudit triangle équilatéral est un raccord électrique et de fluide (8). 4. Torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens de fixation (3) permettant de solidariser la tête (1) au corps (2) de torche, de préférence les moyens de fixation (3) comprennent une bague mobile taraudée. 5. Torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la tête de torche (1) comporte, à son extrémité amont (la) les raccords (7) de fluides et électrique/fluide (8) faisant saillie vers l'extérieur. 6. Torche selon la revendication 5, caractérisée en ce que les raccords (7) de fluides et électrique (8) sont aptes à et dimensionnés pour venir s'insérer dans des logements (17, 18) à raccords aménagés au niveau de l'extrémité aval (12) du corps (2) de torche. 7. Torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la tête (1) de torche comprend au moins un moyen détrompeur axial (5) et au 5moins un moyen détrompeur angulaire (6), et le corps de torche (2) comprend au moins un premier logement (15) ou au moins un deuxième logement (16) coopérant respectivement avec lesdits moyen détrompeur axial (5) et moyen détrompeur angulaire (6). 8. Torche selon la revendication 7, caractérisée en ce que le moyen détrompeur axial (5) est formé d'une paroi se projetant axialement selon l'axe (4) de la torche et le moyen détrompeur axial (5) est formé d'une paroi de forme générale cylindrique. 10 9. Tête de torche (1) destiné à une torche selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle comprend 3 raccords (7, 8) à fluides disposés de manière à constituer les sommets d'un triangle équilatéral et un raccord (8) électrique et de fluide positionné au centre dudit triangle formé par lesdits 3 raccords (7) de 15 fluides. 10. Procédé de coupage par jet de plasma, dans lequel on met en oeuvre une torche (1) selon l'une des revendications 1 à 8 ou une tête de torche (1) selon la revendication 9 pour découper une pièce métallique, en particulier en acier au 20 carbone, en acier inoxydable, en aluminium ou en alliage d'aluminium. 25