Brevet FR3144767A1 — publié le 20240712

L’invention concerne un outil (1) de décharge électrique à haute puissance pulsée, ledit outil (1) comprenant une pluralité d’électrodes (20) montées sur une porte-électrodes (10), chacune des électrodes (20) de ladite paire comprenant un corps (210) allongé fixé sur ledit porte-électrode (10) et une extrémité de tir, configurée pour permettre le départ ou l’arrivée d’un arc électrique, ledit corps (210) étant réalisé dans un premier matériau, l’électrode (20) comprenant un embout (220) réalisé en un deuxième matériau, différent du premier matériau, fixé au niveau de l’extrémité de tir du corps (210). Figure pour l’abrégé : Figure 1 Outil de tir par décharge électrique à haute puissance pulsée La présente invention se rapporte au domaine des outils de décharge électrique haute puissance et concerne plus particulièrement un outil de décharge électrique à haute puissance pulsée. Dans le domaine des outils à haute puissance pulsée, il est connu d’utiliser une paire d’électrodes entre lesquelles une haute tension est appliquée afin de provoquer une décharge électrique. De telles hautes tensions peuvent être de l’ordre de 10 à 300 kV. De tels outils sont utilisés par exemple pour broyer de la roche à la surface pour la réduire en morceaux de faibles dimensions. Afin de résister à des tensions et puissances de décharge importantes, les électrodes utilisées sont de grandes dimensions et réalisées dans des matériaux résistants tels que, par exemple, l’acier ou des alliages de type cuivre-tungstène. Les électrodes existantes se présentent sous la forme d’un corps monobloc allongé comportant une extrémité de fixation de forme cylindrique et une extrémité de tir sensiblement arrondie. Il apparaît toutefois une usure de l’extrémité des électrodes qui peut les rendre inutilisables après quelques centaines de tirs. Or, chaque changement d’électrodes nécessite l’arrêt de l’outil et peut ainsi s’avérer coûteux à la fois en temps et en argent. Il serait donc avantageux de proposer une solution permettant de remédier au moins en partie à ces inconvénients. L’un des buts de l’invention est de fournir une solution simple et efficace d’outil à haute puissance pulsée. Un autre but de l’invention est de fournir une solution d’outil à haute puissance pulsée comportant des électrodes fiables et durables. A cette fin, l’invention a tout d’abord pour objet un outil de décharge électrique à haute puissance pulsée, ledit outil comprenant une pluralité d’électrodes montées sur un porte-électrodes, chacune des électrodes comprenant un corps allongé, fixé sur ledit porte-électrode, et une extrémité de tir, configurée pour permettre le départ ou l’arrivée d’un arc électrique, chaque électrode étant remarquable en ce que, le corps étant réalisé dans un premier matériau, elle comprend un embout réalisé en un deuxième matériau, différent du premier matériau, monté au niveau de l’extrémité de tir du corps. L’utilisation d’un embout permet de ralentir significativement l’usure de l’extrémité de tir du corps, permettant ainsi de réaliser plus de tirs. Dans une forme de réalisation, l’embout se présente sous la forme d’un insert logé de manière coaxiale au corps dans une cavité de réception formée dans l’extrémité de tir, de préférence de sorte à venir à fleur de l’extrémité de tir du corps. Un tel insert est solidement fixé sur l’extrémité de tir du corps, ce qui permet à l’électrode de s’user lentement. Dans une forme de réalisation, l’embout se présente sous la forme d’un cylindre plein monté de manière coaxiale sur l’extrémité de tir du corps en dépassant de ladite extrémité de tir d’une distance prédéterminée. De préférence, le premier matériau est un métal ou un alliage métallique adapté pour résister aux contraintes mécaniques générées par l’arc électrique. De préférence encore, le deuxième matériau est un métal ou un alliage métallique adapté pour résister aux contraintes mécaniques générées par l’arc électrique. Avantageusement, le deuxième matériau présente un point de fusion supérieur à 2500 °C afin de diminuer l’érosion. Avantageusement encore, le deuxième matériau est choisi parmi le rhénium et/ou le molybdène et/ou le tungstène afin de diminuer l’érosion. Selon un aspect de l’invention, le premier matériau est ductile, ce qui lui permet de résister aux chocs générés par les décharges électriques. Selon un autre aspect de l’invention, le premier matériau est un métal. De préférence, le premier matériau est de l’acier. Avantageusement, le corps est monobloc. Avantageusement encore, l’extrémité de tir du corps est sensiblement arrondie. Dans une forme de réalisation, l’extrémité de fixation du corps présente une forme cylindrique. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un outil tel que présenté précédemment, ledit outil comprenant un porte-électrodes, ledit procédé comprenant, pour chaque électrode, les étapes de : - fabrication du corps, par exemple par moulage ou usinage, - fabrication de l’embout, par exemple également par moulage ou usinage, - assemblage du corps et de l’embout, de préférence par montage en force de l’embout sur l’extrémité de tir du corps, puis une étape de fixation des deux électrodes assemblées sur le porte-électrodes. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La illustre schématiquement une forme de réalisation d’un outil selon l’invention. La illustre schématiquement une première forme de réalisation d’une électrode pour l’outil selon l’invention en vue en coupe longitudinale. La illustre schématiquement une deuxième forme de réalisation d’une électrode pour l’outil selon l’invention en vue en coupe longitudinale. La illustre schématiquement un mode de fabrication de l’outil selon l’invention. On a représenté à la un exemple d’outil 1 de décharge électrique à haute puissance pulsée selon l’invention. L’outil peut par exemple être un outil pour le formage électrohydraulique (Electro-Hydraulic Forming ou EHF) ou une cellule de broyage par effet électrohydraulique direct ou indirect (dans l’effet direct, la roche est positionnée entre les électrodes et la décharge électrique traverse la roche, dans l’effet indirect, la roche n’est pas située entre les électrodes, la décharge électrique se produit dans l’eau, générant une onde de choc qui ira impacter la roche). L’outil 1 comprend un porte-électrodes 10 et des électrodes 20, montées sur ledit porte-électrodes 10. L’outil 1 comprend des moyens électriques (non représentés) configurés pour appliquer une haute tension, de préférence comprise par exemple entre 10 et 300 kV, entre les électrodes 20 afin de déclencher une décharge électrique entre lesdites électrodes 20. Dans un tel outil 1, les électrodes 20 fonctionnent par paire (anode-cathode), comme dans l’exemple de la , ou plus (par exemple une anode et plusieurs cathodes). Le milieu situé entre les électrodes 20, destiné à subir le ou les tirs, est un milieu solide et/ou gazeux. L’outil 1 peut par exemple être utilisé pour fracturer ou broyer de la roche en délivrant une décharge électrique générée par l’application de la haute tension entre les électrodes 20. Un tel outil 1 permet notamment par exemple de réaliser plusieurs milliers de tirs. Les figures 2 et 3 illustrent deux formes de réalisation d’une électrode 20 pour l’outil 1 selon l’invention. Chaque électrode 20 comprend un corps 210 et un embout 220. Le corps 210 présente une forme allongée s’étendant selon un axe longitudinal X. Dans ces deux exemples, le corps 210 est monobloc. Le corps 210 est réalisé en un premier matériau qui est ductile, c’est-à-dire qui peut être allongé, étendu, étiré sans se rompre. Le premier matériau peut être un métal ou un alliage métallique, par exemple de l’acier. Le corps 210 comprend une extrémité de fixation 210A et une extrémité de tir 210B. L’extrémité de fixation 210A est configurée pour permettre la fixation de l’électrode sur un porte-électrodes 10 de l’outil 1. L’extrémité de tir 210B est configurée pour permettre la sortie de l’énergie électrique vers une autre électrode afin de former un arc synonyme de décharge électrique ou bien l’entrée d’énergie électrique provenant d’un arc s’étendant depuis une autre électrode. A cette fin, dans les exemples des figures 2 et 3, l’extrémité de tir 210B présente une forme sensiblement arrondie sur la périphérie circulaire de sa partie libre. L’extrémité de tir 210B est configurée pour recevoir l’embout 220. L’embout 220 est fixé au niveau de l’extrémité de tir 210B du corps 210. L’embout 220 est réalisé en un deuxième matériau, différent du premier matériau. Le deuxième matériau est un métal ou un alliage métallique ou un alliage fretté. De préférence, le deuxième matériau est choisi parmi du rhénium, du molybdène, du tungstène ou un alliage d’au moins deux de ces trois métaux. Le deuxième matériau est ductile et présente un point de fusion supérieur à 2500 °C. Exemple de la Dans ce deuxième exemple, l’embout 220 se présente sous la forme d’un insert cylindrique plein, de section longitudinale rectangulaire, logé de manière coaxiale à l’axe longitudinal X du corps 210 dans une cavité de réception 210B1 centrale, s’étendant sur une longueur L, également de manière coaxiale à l’axe longitudinal X du corps 210, formée dans l’extrémité de tir 210B et venant à fleur de la portion distale 210BD de l’extrémité de tir 210B du corps 210. De préférence, l’embout 220 présente une longueur supérieure à 1 cm afin d’améliorer sa fixation sur le corps 210 et ainsi la résistance de l’électrode 1. Exemple de la Dans ce troisième exemple, l’embout 220 se présente sous la forme d’un insert cylindrique plein, de section longitudinale rectangulaire, logé de manière coaxiale à l’axe longitudinal X du corps 210 dans une cavité de réception 210B1 centrale, s’étendant sur une longueur L, également de manière coaxiale à l’axe longitudinal X du corps 210, formée dans l’extrémité de tir 210B. L’embout 220 s’étend depuis l’extrémité de tir 210B d’une distance D. La distance D peut par exemple être comprise entre 1 et 30 mm. L’embout 220 présente ainsi une longueur (L+D). L’exemple de la permet une solidité et un maintien efficace de l’insert tandis que l’exemple de la permet d’augmenter le champ électrique à l’extrémité de l’insert et ainsi diminuer le temps de création de la décharge, améliorant ainsi l’efficacité de l’application visée, par exemple le broyage de roche. Exemple de fabrication Le procédé de fabrication d’outil 1 selon l’invention comprend tout d’abord la fabrication du porte-électrodes 10 dans une étape E0. Ensuite, le corps 210 de chaque électrode 20 est fabriqué dans une étape E1, par exemple par moulage ou usinage, lors de laquelle la cavité de réception 210B1 est formée dans l’extrémité de tir 210B du corps 210. En parallèle, le procédé comprend, toujours pour chaque électrode 20, la fabrication de l’embout 220, par exemple également par moulage ou usinage, dans une étape E2. Le procédé comprend ensuite, toujours pour chaque électrode 20, l’assemblage du corps 210 et de l’embout 220 dans une étape E3. Plus précisément, l’embout 220 est fixé sur l’extrémité de tir 210B du corps 210. Cette fixation peut par exemple être un montage en force pour que l’embout 220 soit solidement fixé par friction sur l’extrémité de tir 210B du corps 210. Enfin, les électrodes 20 sont fixées sur le porte-électrodes 10 dans une étape E4. Tests Les tests menés sur les différents types d’électrodes montrent que les électrodes des exemples des figures 2 et 3 résistent de manière durable à plusieurs milliers de tirs (au moins 5000 tirs en moyenne selon les tests), notamment en présentant à l’issue des tests une faible usure comparée aux solutions classiques existantes. L’embout 220 permet donc d’augmenter significativement la résistance des électrodes 20 haute puissance. Outil (1) de décharge électrique à haute puissance pulsée, ledit outil (1) comprenant une pluralité d’électrodes (20) montées sur un porte-électrodes (10), chacune des électrodes (20) comprenant un corps (210) allongé, fixé sur ledit porte-électrode (10), et une extrémité de tir (210B), configurée pour permettre le départ ou l’arrivée d’un arc électrique, chaque électrode (20) étant caractérisée en ce que, le corps (210) étant réalisé dans un premier matériau, elle comprend un embout (220) réalisé en un deuxième matériau, différent du premier matériau, monté au niveau de l’extrémité de tir (210B) du corps (210). Outil (1) selon la revendication 1, dans laquelle l’embout (20) se présente sous la forme d’un insert logé de manière coaxiale au corps (210) dans une cavité de réception (210B1) formée dans l’extrémité de tir (210B), de préférence de sorte à venir à fleur de l’extrémité de tir (210B) du corps (10). Outil (1) selon la revendication 1, dans laquelle l’embout (220) se présente sous la forme d’un cylindre plein monté de manière coaxiale sur l’extrémité de tir (210B) du corps (210) en dépassant de ladite extrémité de tir (210B) d’une distance (D) prédéterminée. Outil (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le deuxième matériau est un métal ou un alliage métallique. Outil (1) selon la revendication précédente, dans laquelle le deuxième matériau présente un point de fusion supérieur à 2500 °C. Outil (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le deuxième matériau est choisi parmi le rhénium et/ou le molybdène et/ou le tungstène. Outil (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier matériau est ductile. Outil (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier matériau est un métal. Outil (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier matériau est de l’acier. Procédé de fabrication d’un outil selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit outil comprenant un porte-électrodes, ledit procédé comprenant, pour chaque électrode, les étapes de fabrication du corps, de fabrication de l’embout et d’assemblage du corps et de l’embout, puis une étape de fixation des deux électrodes assemblées sur le porte-électrodes.