Découpage plasma : vraie technologie ou équipement fantastique ? Découpe de métal au plasma. Équipement pour le travail des métaux

L'un des types de traitement des métaux les plus populaires est sa découpe. Il existe de nombreuses façons d'obtenir la forme requise à partir d'une seule feuille, mais dans ce matériau, nous examinerons le principe de fonctionnement du coupage plasma.

Découpe plasma. En fait, il existe un juste milieu. Les avantages de la découpe du métal au plasma combinent toutes les technologies ci-dessus. Le principal avantage est qu’il n’y a aucune restriction quant au type de matériau traité. Juste en termes d'épaisseur.

• alliages d'aluminium 120 mm
• alliages de cuivre 80 mm
• acier 50mm
• fonte 90 mm

L'équipement varie de l'industriel au domestique, la technologie est donc accessible à tous. Regardons-le de plus près.

Découpe plasma du métal - principe de fonctionnement

Un médium bi-composant fait office de cutter :

• Un arc électrique fonctionnant selon le schéma classique - une décharge entre la cathode et l'anode. De plus, le matériau lui-même peut faire office d’anode s’il est conducteur.
• Arc à gaz. En chauffant sous l'influence d'un arc électrique (la température atteint 25 000º C), le gaz est ionisé et se transforme en conducteur de courant électrique.

Le principe de fonctionnement du coupage plasma est présenté en détail dans cette vidéo.

Il en résulte la formation d'un plasma qui est alimenté sous haute pression dans la zone de coupe. Ce flux de gaz chaud évapore littéralement le métal, et seulement en espace de travail. Malgré le fait que la température du coupage plasma se mesure en dizaines de milliers de degrés, il n'y a pratiquement aucun impact sur la zone limite.

Important! Une vitesse correctement sélectionnée vous permet d'obtenir une coupe très étroite sans endommager le bord du matériau.

La source du coupage plasma est une torche à plasma.


Sa tâche est d'allumer l'arc, de maintenir température de fonctionnement et soufflez le métal en fusion hors de la zone de coupe. Les découpeurs plasma étant conçus pour traiter tous les matériaux solides, y compris les diélectriques, la formation d'un arc électrique s'effectue de deux manières :


La figure a) montre un coupeur à action directe. Ensemble cathodique (8) avec le assigné cathode (6) sont l'une des électrodes. La deuxième électrode (anode) est pièce à usiner (4)– un métal avec une bonne conductivité électrique.

Le câble d'alimentation de la torche plasma y est connecté. Pointe de découpe plasma (5) dans ce schéma, il fait office de logement. De séparé de la cathode isolant (7). Le gaz est fourni à l'intérieur raccord (1) et forme un jet de plasma constitué de arc électrique (2) et gaz (3).

La source d'alimentation peut être :

• transformateur. Son avantage est qu'il est pratiquement insensible aux changements de tension d'alimentation et permet de couper des pièces de grande épaisseur, mais son inconvénient est son poids important et son faible rendement ;
• onduleur. Son seul inconvénient est qu'il ne permet pas de couper des pièces épaisses. Les avantages sont nombreux :
  • lorsqu'il est alimenté par celui-ci, l'arc brûle de manière stable ;
  • Le rendement est 30 % supérieur à celui d'un transformateur ;
  • moins cher, plus économique et plus léger qu'un transformateur ;
  • il est pratique à utiliser dans les endroits difficiles d'accès.

Torche à plasma

Une torche plasma est un découpeur plasma utilisé pour couper une pièce. C'est l'unité principale du découpeur plasma.

La conception de la torche à plasma se compose des éléments suivants :

• glacière;
• casquette.

Compresseur

Un compresseur dans un découpeur plasma est nécessaire pour fournir de l'air. Il doit fournir une alimentation tangentielle (ou vortex) d'air comprimé, ce qui garantira que le point cathodique de l'arc plasma soit situé strictement au centre de l'électrode. Si cela n'est pas garanti, des conséquences désagréables sont possibles :

• l'arc plasma brûlera de manière instable ;
• deux arcs peuvent se former simultanément ;
• La torche à plasma peut tomber en panne.

Principe d'opération

Le principe de fonctionnement de la torche plasma est le suivant. Un flux d'air ionisé à haute température est créé, dont la conductivité électrique est égale à la conductivité électrique de la pièce à couper (c'est-à-dire que l'air cesse d'être isolant et devient conducteur de courant électrique).

Formé arc électrique, qui chauffe localement la pièce : le métal fond et une coupure apparaît. La température du plasma atteint actuellement 25 000 – 30 000 °C. Les particules de métal en fusion apparaissant à la surface de la pièce à couper en seront chassées par le flux d'air provenant de la buse.

Technologie

La technologie de coupage plasma du métal peut être brièvement décrite comme suit. Tous types de métaux jusqu’à 220 mm d’épaisseur peuvent être traités au plasma.

L'effet apparaît après l'allumage formation de plasma gaz lorsqu'une étincelle se forme dans le circuit de l'arc électrique (entre la pointe de la buse et l'électrode non consommable. L'étincelle enflamme le flux de gaz, et ici il est ionisé, se transformant en plasma contrôlé (avec une vitesse de sortie extrêmement élevée de 800 et même 1500 m/s).

Dans le trou de sortie, en raison du rétrécissement, le débit s'accélère formation de plasma transporteur. Un jet plasma à grande vitesse permet d'obtenir une température de sortie d'environ 20 000°C. Un jet étroitement dirigé de milliers de degrés fait littéralement fondre le matériau dans la zone d'influence ciblée, l'échauffement autour de la zone de traitement est insignifiant.

Méthode de l'arc plasma utilisé avec la fermeture de la surface traitée dans un circuit conducteur. Un autre type de découpe (jet plasma)— fonctionne en présence de formation tierce (indirecte) d'un composant à haute température dans le circuit de travail de la torche à plasma. Le métal coupé n'est pas inclus dans le circuit conducteur

Découpe au jet plasma

La découpe au jet de plasma de pièces est utilisée pour le traitement de matériaux non conducteurs. électricité. Lors de la découpe avec cette méthode, l'arc brûle entre la pointe de formation du plasmatron et l'électrode, et l'objet à découper se trouve en circuit électrique ne participe pas. Un jet de plasma est utilisé pour couper la pièce.

Découpe à l'arc plasma

Les matériaux conducteurs sont exposés. Lors de la découpe selon cette méthode, l'arc brûle entre la pièce à découper et l'électrode, sa colonne est combinée avec le jet de plasma. Ce dernier se forme grâce à l'apport de gaz, son chauffage et son ionisation. Le gaz soufflé à travers la buse comprime l'arc, lui confère des propriétés pénétrantes et assure une formation intense de plasma. La température élevée du gaz crée le débit le plus élevé et augmente l'effet actif du plasma sur le métal en fusion. Le gaz chasse les gouttelettes de métal hors de la zone de coupe. Pour activer le processus, un arc de courant continu de polarité directe est utilisé.

Le coupage à l’arc plasma est utilisé pour :

• réalisation de pièces aux contours droits et profilés ;
• découper des trous ou des ouvertures dans le métal ;
• production d'ébauches pour le soudage, l'emboutissage et l'usinage;
• traitement des bords de forgeage;
• couper des tuyaux, des bandes, des tiges et des profilés ;
• traitement de coulée.

Types de coupage plasma

Selon l'environnement, il existe trois types de coupage plasma :

• simple. Cette méthode consiste à utiliser uniquement de l'air (ou de l'azote) et du courant électrique ;
• avec gaz protecteur. Deux types de gaz sont utilisés : plasmagène et protecteur, qui protège la zone de coupe des influences environnement. En conséquence, la qualité de la coupe s'améliore ;
• avec de l'eau. Dans ce cas, l’eau remplit une fonction similaire à celle d’un gaz de protection. De plus, il refroidit les composants de la torche plasma et absorbe les émissions nocives.

Le découpage plasma basé sur ces principes garantit non seulement une production performante, mais également totalement ignifuge : les matériaux utilisés dans la technologie ne sont pas inflammables.

Vidéo

Regardez des vidéos qui expliquent clairement le fonctionnement du découpage plasma :

Principe de fonctionnement du coupage plasma air du métal

Découpage plasma air : sur quoi repose le principe de mise en œuvre. Le plasma de découpe est un gaz chauffé à haute conductivité électrique. On l'appelle aussi ionisé. Le plasma est généré par un élément d'arc spécial. Cette méthode de découpe est communément appelée découpe plasma.

Un arc conventionnel est comprimé par une torche à plasma. Du gaz ionisé y est insufflé, à l'aide duquel il peut générer air chaud. Il est capable d'être traité à des températures élevées, le métal est coupé et fond en même temps.

Le traitement des métaux s'effectue à la fois grâce à un arc plasma et à un jet. Dans la première version produit métallique il y a un effet direct, dans le second - indirect. La méthode de coupe la plus courante et la plus efficace est l’action directe. Pour un matériau dépourvu de conductivité électrique (généralement des produits non métalliques), la méthode de l'influence indirecte est utilisée. Dans toutes les options, le matériau découpé ne perd pas son état d'agrégation et sa structure est légèrement déformée.

Principe de fonctionnement d'un découpeur plasma

Une torche à plasma est un dispositif technique qui crée une décharge électrique entre une électrode (cathode) et la surface d'une pièce (anode), cela se produit dans un flux gazeux qui forme du plasma.

Le principe de fonctionnement de l'appareil : de l'eau ou du gaz est utilisé pour le refroidissement, du gaz plasmagène est utilisé pour produire du plasma. Le flux de gaz entrant dans la chambre est chauffé à hautes températures après quoi il est ionisé, acquérant ainsi les propriétés du plasma. Le gaz plasmagène et le gaz de refroidissement sont fournis à divers canaux du plasmatron. Lors de la mise sous tension, une décharge dite auxiliaire se forme entre la cathode et la buse ; visuellement, elle peut être vue comme une petite torche.

L'arc principal (arc de travail) se forme lorsque l'arc secondaire touche la surface à traiter, ce qui dans ce cas agit comme une anode (plus). La stabilisation du débit peut être effectuée champ magnétique, de l'eau ou du gaz, le gaz stabilisant est souvent également générateur de plasma. Après cela, le matériau peut être coupé, enduit, soudé, surfacé ou même extrait en brisant des roches.

Classiquement, la conception d'une torche à plasma peut être représentée comme plusieurs éléments principaux :

1. isolant;
2. électrode;
3. buse;
4. mécanisme d'alimentation en gaz plasmagène ;
5. chambre à arc.

Conception et principe de fonctionnement d'un plasmatron à buse et canal combinés

Une particularité d'un plasmatron utilisant le coupage plasma air est la combinaison d'un canal et d'une buse. L'air passe à travers le canal de la buse vers l'extérieur. Le principe de fonctionnement est similaire : lors de la mise sous tension, une décharge auxiliaire se forme entre la cathode et la buse. L'air, tordu en spirale, stabilise et comprime la colonne de décharge de travail. Cela évite également que l'arc électrique touche les parois du canal de la buse.

Types de torches à plasma

Les plasmatrons peuvent être divisés en trois types globaux

1. arc électrique;
2. haute fréquence;
3. combiné.

Les appareils fonctionnant sur la base d'un arc électrique sont équipés d'une cathode connectée à une source d'alimentation CC. Pour le refroidissement, on utilise de l'eau située dans les canaux de refroidissement.

Vous pouvez sélectionner les types suivants appareils à arc électrique

• avec un arc droit ;
• arc indirect (torches à plasma indirect) ;
• utiliser une électrode électrolytique ;
• électrodes rotatives;
• arc tournant.

Automatique : principe de fonctionnement

La machine de découpe plasma automatique possède :

1. Télécommande,
2. torche à plasma
3. table de travail pour les pièces.

Machine de découpe (Chine)
Source photo : ru.made-in-china.com

Le panneau de commande ajuste les programmes prédéfinis si la coupe s'écarte de définir les paramètres. Pour une correction rapide pendant le travail et la sélection modes optimaux Coupe

Un courant électrique traverse une feuille installée sur le bureau. Un arc électrique primaire circule entre la surface de la feuille et le plasmatron. Dans lequel l'air comprimé est chauffé jusqu'à l'état de plasma. L'arc primaire est caché dans un jet chaud ionisé qui coupe le métal.

La coupe commence par le milieu ou par le bord. Plus l'arc est interrompu et une nouvelle étincelle est allumée, plus la ressource de la buse et de la cathode devient courte. Un opérateur de découpe automatique compétent sélectionne les modes de découpe selon le tableau et en fonction de conditions spécifiques (épaisseur du métal, diamètre de la buse). Grâce à cela, vous pouvez réaliser des réductions de coûts significatives. À la fin de l'opération, la machine avertira indépendamment l'opérateur, s'éteindra et retirera la torche à plasma du matériau.

Quels gaz sont utilisés, leurs caractéristiques

Le coupage au plasma du métal est un processus de pénétration et d'élimination de la matière fondue grâce à la chaleur reçue de l'arc plasma. La vitesse et la qualité de découpe sont déterminées par le milieu plasmagène. En outre, le milieu plasmagène affecte la profondeur de la couche saturée de gaz et la nature des processus physiques et chimiques au niveau des bords coupés. Lors du traitement de l'aluminium, du cuivre et des alliages fabriqués à partir de ceux-ci, les gaz plasmagènes suivants sont utilisés :

• Air comprimé;
• Oxygène;
• Mélange azote-oxygène ;
• Azote;
• Mélange argon-hydrogène.

IMPORTANT! Pour certaines qualités de métaux, l'utilisation de certains mélanges plasmagènes est inacceptable (par exemple, les mélanges contenant de l'azote ou de l'hydrogène ne peuvent pas être utilisés pour couper le titane).

Tous les gaz utilisés lors du traitement au plasma sont classiquement divisés en gaz protecteurs et plasmagènes..

À des fins domestiques (épaisseur jusqu'à 50 mm, courant d'arc inférieur à 200 A), on utilise de l'air comprimé, qui peut être utilisé comme gaz protecteur ou plasmagène, et dans des conditions industrielles plus difficiles, d'autres mélanges gazeux sont utilisés contenant oxygène, azote, argon, hélium ou hydrogène.

Avantages et inconvénients du coupage plasma

Le traitement des métaux avec des appareils ou des machines de découpe plasma donne un certain nombre d'avantages.

1. Comparé à une torche à oxygène, un découpeur plasma a un pouvoir, et en conséquence, productivité, et dans ce paramètre, il est juste derrière les systèmes laser à l'échelle industrielle.
2. Le découpage au plasma est bénéfique avec économique points de vue avec une épaisseur de métal jusqu'à 60 mm. Pour la découpe de matériaux d'une épaisseur supérieure à 60 mm, il est recommandé d'utiliser l'oxycoupage.
3. Les découpeurs plasma modernes sont différents traitement de haute précision et de haute qualité les métaux La coupe est « propre », avec une largeur minimale, grâce à laquelle elle ne nécessite pratiquement pas de meulage supplémentaire.
4. En outre, le traitement à l'arc plasma se caractérise par sa polyvalence d'utilisation, sa sécurité et son faible niveau de pollution environnementale.

Parmi les lacunes On peut noter l'épaisseur modeste de la coupe (jusqu'à 100 mm), ainsi que l'impossibilité de fonctionnement simultané de deux découpeurs plasma et le respect d'exigences strictes en matière d'écarts par rapport à la perpendiculaire de la coupe.

Capacités de découpe plasma

Le champ d'application du coupage plasma est très diversifié, en raison de sa polyvalence et de la gamme de métaux et alliages métalliques traités. Le découpage plasma automatisé et manuel des matériaux est largement utilisé dans les entreprises et dans de nombreuses industries pour effectuer des traitements :

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) Le jet de plasma est appelé coupage plasma. Le flux de plasma est formé par le soufflage de gaz dans un arc électrique comprimé. Le gaz se réchauffe ensuite et s’ionise (se décompose en particules chargées négativement et positivement). La température du flux de plasma est d'environ 15 000 degrés Celsius.

Types et méthodes de découpe au plasma

La découpe plasma peut être :

• superficiel;
• partage

Dans la pratique, le découpage plasma par séparation a trouvé de nombreuses applications. La découpe de surface est extrêmement rarement utilisée.

La découpe elle-même s'effectue de deux manières :

• arc plasma. Lors de la coupe de l'acier à l'aide de cette méthode, le métal coupé est inclus dans un circuit électrique. Un arc se forme entre l'électrode en tungstène de la torche et la pièce.

• jet de plasma. Un arc se produit dans la fraise entre deux électrodes. Le produit à découper n'est pas inclus dans le circuit électrique.

Le coupage au plasma est plus productif que le coupage à l’oxygène. Mais si un matériau épais ou du titane est coupé, la préférence doit être donnée à la coupe à l'oxygène. Le découpage plasma est indispensable lors de la découpe (surtout).

Types de gaz utilisés pour le coupage plasma.

Les gaz utilisés pour former le plasma sont :

• actif - oxygène, air. Utilisé lors de la coupe de métaux ferreux
• inactif - azote, argon, . Utilisé pour couper les métaux et alliages non ferreux.

1. Air comprimé. Utilisé pour couper :

• cuivre et ses alliages – d'une épaisseur allant jusqu'à 60 mm ;
• l'aluminium et ses alliages – d'une épaisseur allant jusqu'à 70 mm ;
• acier – d’une épaisseur allant jusqu’à 60 mm.

1. Azote avec argon. Utilisé pour couper :

• acier fortement allié jusqu'à 50 mm d'épaisseur.

Appliquez ceci mélange gazeux Non recommandé pour couper le cuivre, l'aluminium et l'acier noir ;

1. Azote pur. Utilisé pour la découpe (h=épaisseur du matériau) :

• cuivre h égal à 20 mm ;
• laiton h égal à 90 mm;
• aluminium et ses alliages h égal à 20 mm ;
• aciers fortement alliés h égal à 75 mm, aciers faiblement alliés et bas carbone - h égal à 30 mm ;
• titane - n'importe quelle épaisseur.

1. Azote avec hydrogène. Utilisé pour couper :

• cuivre et ses alliages d'épaisseur moyenne (jusqu'à 100 mm) ;
• aluminium et alliages d’épaisseur moyenne – jusqu’à 100 mm.

Le mélange d'azote ne convient pas à la coupe de l'acier ou du titane.

1. Argon avec hydrogène. Utilisé pour couper :

• Cuivre, aluminium et alliages à base de ceux-ci d'une épaisseur de 100 mm et plus ;
• Acier fortement allié jusqu'à 100 mm d'épaisseur.

Il n'est pas recommandé d'utiliser de l'argon avec de l'hydrogène pour couper les aciers au carbone, à faible teneur en carbone et faiblement alliés, ainsi que le titane.

Équipement pour le coupage plasma : types et brèves caractéristiques.

Pour mécaniser le coupage plasma, des machines semi-automatiques et portables ont été créées diverses modifications.

1. peut fonctionner avec des gaz actifs et inactifs. L'épaisseur du matériau coupé varie de 60 à 120 mm.

• Consommation de gaz:

1. air – de 2 à 5 m3/heure ;
2. argon – 3 m3/heure ;
3. hydrogène – 1 m3/heure ;
4. azote – 6 m3/heure.

• Vitesse de déplacement – ​​de 0,04 à 4 m/min.
• Pression du gaz de fonctionnement – ​​jusqu'à 0,03 MPa.
• Le poids des machines semi-automatiques est de 1,785 à 0,9 kg, selon la modification.

2. Les machines portables utilisent de l’air comprimé.

• L'épaisseur du matériau à découper ne dépasse pas 40 mm.
• Consommation d'air comprimé – de 6 à 50 m3/heure ;
• Refroidissement des torches à plasma – avec de l'eau ou de l'air.
• Vitesse de déplacement – ​​de 0,05 à 4 m/min.
• Pression du gaz de fonctionnement – ​​jusqu'à 0,4 – 0,6 MPa.
• Le poids des machines portables peut aller jusqu'à 1,8 kg, selon la modification.
• Les torches à plasma refroidies à l'eau ne peuvent fonctionner qu'à des températures ambiantes positives.
• Les machines semi-automatiques et portables sont adaptées à un usage industriel.

Pour la découpe manuelle, deux ensembles sont disponibles :

• KDP-1 avec torche à plasma RDP-1 ;
• KDP-2 avec plasmatron RDP-2.

Découpe plasma

L'appareil KDP-1 est utilisé pour couper l'aluminium (jusqu'à 80 mm), les aciers inoxydables et fortement alliés (jusqu'à 60 mm) et le cuivre (jusqu'à 30 mm).

Courant de fonctionnement maximum – 400 A.

La tension maximale en circuit ouvert de l'alimentation est de 180 V.

La torche à plasma RDP-1 fonctionne avec de l'azote, de l'argon ou un mélange de ces gaz avec de l'hydrogène.

La torche à plasma RDP-1 est refroidie avec de l'eau, elle peut donc être utilisée à des températures supérieures à 0 degré Celsius.

L'appareil KDP-2 est inférieur au premier en termes de puissance d'arc (seulement 30 kW). L'avantage de ce modèle est que la torche plasma RDP-2 est refroidie par air. En conséquence, le kit peut être utilisé sur en plein airà n'importe quelle température ambiante.

Ensemble complet d'appareils de coupe manuels :

• torche à plasma coupante;
• paquet de câbles et de tuyaux ;
• collectionneur;
• plus léger pour exciter l'arc de coupe.

Les kits de découpe plasma manuel sont produits sans télécommande. Cette solution de conception est rationnelle pour effectuer une quantité limitée de travaux avec une charge d'équipement ne dépassant pas 40 à 50 %. Mais pendant leur fonctionnement, ils doivent être équipés de redresseurs et de convertisseurs de soudage.

Cependant, il ne faut pas oublier que du point de vue de la sécurité, pour la découpe manuelle, la tension à vide de la source d'alimentation ne doit pas dépasser 180 V.

Découpe plasma de métaux à faire soi-même : quelques subtilités du procédé.

• Le début du processus de découpe du métal est considéré comme le moment de l’initiation de l’arc plasma. Une fois la découpe commencée, il est nécessaire de maintenir une distance constante entre la buse de la torche plasma et la surface du matériau. Elle doit être comprise entre 3 et 15 mm.
• Il est nécessaire de s'efforcer de garantir que le courant est minimal pendant le fonctionnement, car avec une augmentation du courant et du débit d'air, la durée de vie de la buse et de l'électrode de la torche à plasma diminue. Cependant, le niveau actuel doit garantir des performances de coupe optimales.
• La plupart opération complexe est en train de percer des trous. La difficulté réside dans la formation éventuelle d'un double arc et la défaillance de la torche à plasma. Par conséquent, lors du poinçonnage, la torche à plasma doit être surélevée de 20 à 25 mm au-dessus de la surface métallique. La torche à plasma n'est abaissée en position de travail qu'après avoir percé le métal. Lorsque vous percez des trous dans des feuilles épaisses, les experts recommandent d'utiliser écrans de protection avec des trous d'un diamètre de 10-20 mm. Des écrans sont placés entre le produit et la torche plasma.
• Pour la découpe manuelle des aciers fortement alliés, l'azote est utilisé comme gaz plasmagène.
• À découpe manuelle aluminium en utilisant un mélange argon-hydrogène, la teneur en hydrogène ne doit pas dépasser 20 % pour augmenter la stabilité de l'arc.
• La découpe du cuivre est réalisée à l'aide de mélanges contenant de l'hydrogène. Mais le laiton nécessite de l'azote ou un mélange azote-hydrogène. Dans le même temps, la coupe du laiton est 20 % plus rapide que celle du cuivre.
• Après la coupe, le cuivre doit être nettoyé sur une profondeur de 1 à 1,5 mm. Pour le laiton, cette exigence n'est pas obligatoire.

Le coupage plasma est une nouvelle technologie d'excellence qui permet de couper des métaux d'épaisseur considérable et de toute nature, même les plus capricieux. L'objet coupant n'est pas un couteau, mais un jet dense de plasma, qui permet de former un motif de coupe parfaitement précis dans une unité de temps donnée.

Cette méthode de travail du métal présente de nombreux avantages, dont nous parlerons ci-dessous. Commençons maintenant par la physique : nous devons comprendre l'essence du processus.

La technologie de découpe des métaux au plasma donne le rôle féminin principal à notre arc électrique bien-aimé. Il est formé entre l'électrode et la buse. Parfois, au lieu d'une électrode, il y a du métal qui doit être coupé. Voyons ce qu'est le découpage plasma.

Le début du processus consiste à allumer la source d’alimentation électrique et à fournir un courant haute fréquence au découpeur plasma. La source d'alimentation s'allume automatiquement après avoir appuyé sur le commutateur d'allumage de l'appareil.

Tout d'abord, un arc dit intermédiaire se forme - il est temporaire et relie l'électrode à la pointe de la buse du coupeur. Cet arc pilote est chauffé à une température d'environ 8 000°C.

Ce point important processus général coupage au plasma - vous devez vous rappeler que le véritable arc entre l'électrode et le métal ne se forme pas immédiatement, mais via sa version intermédiaire.

L'étape suivante du processus est l'alimentation en air du compresseur, qui est généralement relié à la machine de découpe des métaux. Le compresseur fournit de l'air comprimé. Cet air pénètre dans la chambre de la torche à plasma, dans laquelle se trouve un arc électrique temporaire et déjà chauffé.

L'arc chauffe l'air comprimé, dont le volume augmente plusieurs fois lorsqu'il est chauffé. En plus de chauffer et d’augmenter de volume, l’air commence à s’ioniser et à se transformer en un véritable conducteur de courant électrique. Il se transforme en ce même plasma

Le petit diamètre de la buse permet d'accélérer le flux de ce plasma chaud jusqu'à des vitesses énormes avec lesquelles le jet sort de l'appareil. La vitesse d'écoulement peut atteindre trois mètres par seconde.

Schéma de l'opération de coupage au plasma.

La température de l'air est prohibitive, jusqu'à 30 000°C. Dans ces conditions, la conductivité électrique de l'air-plasma est quasiment égale à la conductivité du métal à couper.

Le véritable arc terminal apparaît instantanément dès que le flux de plasma atteint et touche la surface métallique. L’arc temporaire, à son tour, est automatiquement désactivé. Le métal commence à fondre exactement au point de coupe.

Les gouttes de métal liquide sont immédiatement soufflées par un jet d'air comprimé. C’est le principe du coupage plasma. Comme vous pouvez le constater, tout est simple, logique et compréhensible.

Classification des types de coupage plasma

Les types de coupage plasma dépendront de l’environnement dans lequel le travail du métal est effectué :

Simple

La principale différence entre la méthode réside dans la limitation de l’arc électrique. Le courant électrique et l’air sont utilisés pour la coupe. Parfois, du gaz sous forme d’azote est utilisé à la place de l’air. Si la tôle est fine – quelques millimètres seulement – ​​le processus peut être comparé à la découpe laser.

Avec cette méthode, l'épaisseur des métaux ne doit pas dépasser 10 mm. La méthode fonctionne très bien pour les aciers faiblement alliés et autres métaux mous. L'élément de coupe est de l'oxygène, à partir duquel un jet comprimé est formé, qui se transforme finalement en plasma.

Les coupes produisent des bords très lisses qui ne nécessitent aucune finition supplémentaire.

Utiliser du gaz de protection

Avec cette méthode, à la place de l'air, on utilise des gaz protecteurs, qui sont convertis en flux de plasma après conversion dans une torche à plasma. La qualité des coupes dans ce cas est considérablement améliorée grâce à l'excellente protection du processus contre les influences environnementales.

Le gaz pour le coupage plasma n'a rien d'inhabituel : il peut s'agir d'hydrogène ou d'argon - le « gaz classique ».

Avec de l'eau au lieu de l'air

Une excellente méthode présentant de nombreux avantages, dont l’un est l’absence de système de refroidissement coûteux et encombrant.

Il existe d’autres critères de classification pour le coupage plasma. Par exemple, les types de découpe sont la séparation et la surface. Le premier est utilisé plus souvent.

Un autre paramètre est la méthode de découpe. Un type est le coupage à l’arc, dans lequel le métal coupé agit comme un élément d’un circuit électrique. Un autre type est la découpe au jet, où un arc électrique connecte les électrodes plutôt que la pièce métallique.

Les découpeurs plasma sont disponibles sur le marché dans la plupart des diverses options, afin de pouvoir les classer selon les marques, les fabricants et de nombreux autres paramètres techniques et commerciaux.

Il existe par exemple le découpage plasma manuel - la méthode la plus abordable tant en termes de prix que de facilité d'exécution. Il existe des technologies automatiques de machines dont les dispositifs sont beaucoup plus coûteux et complexes.

Avantages du coupage plasma

Le principe de fonctionnement du coupage plasma.

La technologie la plus proche est la découpe laser des métaux, il serait donc logique d'énumérer les avantages par rapport à son « voisin » :

• Le coupage au plasma peut traiter des métaux de toute nature, y compris les métaux non ferreux, réfractaires et autres difficiles à traiter.
• La vitesse du processus est bien supérieure à celle de la découpe avec un coupe-gaz.
• L'une des caractéristiques importantes est la capacité de produire des coupes de n'importe quelle forme, y compris motifs géométriques, et des découpes figurées de la plus haute complexité. En d’autres termes, le découpage plasma est la mise en œuvre des idées créatives les plus audacieuses pour le métal et d’autres matériaux difficiles à découper.
• Le découpeur plasma ne se soucie pas de l'épaisseur du métal : la vitesse et la qualité ne sont en aucun cas perdues.
• Cette méthode se prête non seulement aux métaux, mais aussi à d’autres matériaux : elle est assez universelle.
• Le découpage au plasma est à la fois plus rapide et plus efficace en termes de qualité de bord que tout autre méthodes mécaniques Coupe
• Dans cette méthode, il est possible de travailler non seulement perpendiculairement à la surface métallique, mais également selon un angle qui permet de maîtriser feuilles larges métal
• D'un point de vue environnemental, il s'agit d'un type de travail du métal totalement sûr et avec des émissions minimales. produits dangereux ou la pollution atmosphérique.
• Excellent gain de temps grâce à l’absence de préchauffage du métal.
• Puisque la méthode n'utilise pas d'explosif les bouteilles de gaz, c'est beaucoup plus sûr que les autres méthodes.

Inconvénients du coupage plasma

Aucune méthode de traitement des métaux n’est sans inconvénients, et le coupage au plasma ne fait pas exception.

Les inconvénients du coupage plasma sont les suivants :

• Le coût élevé de tout gamme de modèles machines de découpe plasma, y ​​compris même les options manuelles les plus simples.
• Limites d'épaisseur du métal pour le coupage plasma : l'épaisseur maximale n'est que de 100 millimètres.
• Il s'agit d'une façon de travailler bruyante car l'air ou le gaz comprimé est fourni à grande vitesse.
• L'équipement est complexe, coûteux et nécessite un entretien compétent et constant.

Une autre caractéristique positive distinctive de la méthode est que pendant le processus, seule une petite zone locale est chauffée. Et cette zone refroidit beaucoup plus rapidement qu’avec une découpe laser ou mécanique.

Le refroidissement n'est nécessaire que pour deux composants : la cathode et la buse, car ce sont les plus chargés. Cela peut être fait sans aucun problème en utilisant un fluide de travail.

Arc et jet plasma.

L'arc commence à fonctionner de manière stable grâce à la relation de travail entre la cathode et la buse avec la vapeur d'air chaud comprimé. Une charge négative est localisée au niveau de la cathode et une charge positive correspondante est localisée au niveau de la pointe de la buse. En conséquence, un arc intermédiaire se forme.

L'excès d'humidité est absorbé matériel spécial, qui est situé dans le réservoir de la chambre du plasmatron.

Les règles de sécurité pour cette méthode sont des plus strictes, car tous les appareils de coupage au plasma peuvent être très traumatisants pour le maître. Cela est particulièrement vrai pour les modèles à commande manuelle.

Tout ira bien si vous suivez les recommandations du maître en matière d'équipements de protection : visière, lunettes teintées, bottes de sécurité, etc. Dans ce cas, vous pouvez vous protéger des principaux facteurs de risque cette méthode– gouttes de métal en fusion, haute tension et air chaud.

Un autre conseil de sécurité est de ne jamais taper avec le cutter sur le métal pour éliminer les éclaboussures de métal, comme le font certains artisans. Vous risquez d'endommager l'appareil, mais l'essentiel est d'attraper des morceaux de métal en fusion, par exemple avec votre visage ou une autre partie non protégée du corps. Mieux vaut prendre soin de vous.

Économie Fournitures n'occupe pas la dernière place dans une coupe efficace. Pour ce faire, on n'allume pas l'arc électrique trop souvent, mais précisément et à temps, afin de ne pas l'interrompre inutilement.

Les économies de ressources s'étendent également à la force et à la puissance actuelles. Si vous le calculez correctement, vous obtiendrez non seulement des économies, mais également une excellente coupe sans bavures, sans tartre ni déformation du métal.

Pour ce faire, travaillez selon le schéma suivant : appliquez d'abord le courant haute puissance, faites quelques ou trois coupes avec son aide. Si l'intensité et la puissance du courant sont trop élevées, du tartre se formera immédiatement sur le métal en raison d'une surchauffe importante.

Après avoir examiné les tranches, il sera clair s'il faut laisser le courant à ce niveau ou le modifier. En d’autres termes, nous travaillons de manière expérimentale – sur de petits échantillons.

Comment utiliser un découpeur plasma ?

Circuit électrique d'un générateur de plasma.

La découpe des métaux à l'aide d'un flux plasma est une tâche trop sérieuse pour être abordée sans étude préalable et préparation minutieuse. Cela vous aidera à couper plus efficacement à tous points de vue et, surtout, à minimiser les risques liés aux dangers industriels.

Tout d'abord, vous devez connaître le principe de fonctionnement du coupage plasma - voir la photo phénomènes physiques entièrement.

La torche à plasma doit être maintenue très près de la surface et du bord du métal, plutôt que découpe au laser. Lorsque l'interrupteur à bascule « start » s'allume, l'arc électrique temporaire s'allumera en premier, et ensuite seulement le vrai, qui sera le principal. élément de coupe. La torche avec l'arc de coupe doit être guidée à travers le matériau de manière régulière et lente.

La vitesse de coupe doit être strictement contrôlée. Cela peut être fait en observant les étincelles avec verso feuille de métal à découper. S'il n'y a pas d'étincelles, cela signifie que la découpe du métal n'a pas été terminée.

Ceci peut arriver pour plusieurs raisons : en raison d'une vitesse trop élevée du brûleur ou du passage de l'appareil, ou d'une puissance trop insuffisante du courant fourni, ou encore du non-respect angle droità 90° entre la torche et la surface métallique.

Le fait est que la fusion complète du métal ne se produit que lorsque le coupeur plasma est incliné par rapport à la surface métallique à angle droit et non d'un degré de plus ou de moins.

Une fois le travail terminé, la fraise doit être inclinée. L'air continuera à s'échapper pendant une courte période, même après la mise hors tension de l'appareil.

Avant les travaux, il n'est pas nocif d'étudier le schéma de votre appareil : c'est dans celui-ci que vous pourrez lire les informations les plus fiables sur l'épaisseur admissible du métal qui peut être découpé ou y faire un trou. La conception d'un découpeur plasma peut varier, tout dépend des fonctions auxquelles il est destiné.

Choisir une machine de découpe plasma

En acheter Equipement technique- une affaire pour laquelle vous n'avez pas besoin de consacrer du temps et des efforts : le risque d'une décision infructueuse et d'une perte d'argent est trop élevé. Et l’argent ici est considérable : vous ne trouverez en principe pas de découpeur plasma à moins de 500 euros.

Tout d'abord, examinons les paramètres et les caractéristiques techniques de l'appareil.

Deux Grands groupes Les coupeurs plasma sont un onduleur et un transformateur. Les noms parlent d'eux-mêmes.

Jet de plasma ouvert et fermé.

Si vous avez besoin d'une fraise compacte pour travailler avec des métaux fins, vous pouvez choisir la fraise type d'onduleur. Ils consomment peu d'énergie, sont légers et ont de petites dimensions.

Dans le même temps, ils fonctionnent par intermittence et tombent facilement en panne en raison des changements de tension secteur. Le prix de tels appareils est tout à fait raisonnable : ce sont les découpeurs plasma les moins chers de tous.

Une autre chose est les coupe-transformateurs. Ici, tant les dimensions que le poids sont « corrects » : des appareils sérieux à tous égards.

Ils consomment beaucoup d’énergie, mais ils peuvent travailler presque sans interruption tout au long de la journée. Et l'épaisseur du métal peut être plus grande que lors de la découpe avec un modèle inverseur. Le coût de tels appareils est élevé – de 3 000 à 20 000 USD.

Sélection d'un découpeur plasma par puissance

Nous commençons notre raisonnement par les propriétés et caractéristiques techniques pièces que vous envisagez de traiter et de couper. C'est pour cela que la puissance du dispositif de coupe est calculée, car le diamètre de la buse et le type de gaz utilisé seront différents.

L’utilisation du coupage plasma est extrêmement large, il vous suffit donc de parler de vos besoins spécifiques.

Par exemple, si l'épaisseur des pièces métalliques est d'environ 30 mm, une fraise d'une puissance de 90A vous suffira. Il peut facilement gérer votre matériel.

Mais si votre métal est plus épais, recherchez modèle approprié dans la plage de puissance de 90 à 170A.

Sélection d'un coupeur en fonction du temps et de la vitesse de coupe du matériau

La vitesse de découpe plasma du métal se mesure en centimètres par minute. Cette vitesse varie également d'une machine à l'autre et dépend de leur puissance globale et de la nature du métal à couper.

Par exemple, toutes choses égales par ailleurs, l'acier est coupé le plus lentement et le cuivre et ses alliages sont un peu plus rapides. Et encore plus rapide : l'aluminium et ses alliages d'aluminium.

Appareil de découpe plasma.

Si la vitesse est importante pour vous, n'oubliez pas un indicateur tel que la durée de fonctionnement sans surchauffe, c'est-à-dire sans interruption. Si les spécifications techniques de la machine indiquent que la durée de fonctionnement est de 70 %, cela signifie qu'après sept minutes de découpe, la machine doit être éteinte pendant trois minutes pour refroidir.

Parmi les coupe-transformateurs, il existe des champions avec une durée de fonctionnement de 100 %. En d’autres termes, ils peuvent travailler toute la journée sans s’arrêter. Ils coûtent cher, bien sûr. Mais si vous avez de longues coupes à faire, envisagez d’acheter des découpeurs plasma à transformateur « champions ».

Quelques mots sur le brûleur

Encore une fois, nous évaluons la nature du métal ou autre matériau que nous envisageons de couper. La puissance de la torche de découpe plasma en dépendra. Cela devrait suffire pour une coupe de qualité.

Lors des calculs, vous devez prendre en compte le fait que vous pouvez rencontrer conditions difficiles travail qui, par chance, doit être effectué dans les meilleures conditions court instant, c'est-à-dire que la coupe doit être d'un caractère intensif prononcé.

Nous ne perdons pas de vue la poignée du brûleur, c'est un élément important pour un confort et donc travail de qualité. Peut être fixé sur la poignée éléments supplémentaires, ce qui aidera à maintenir la buse à la même distance de la surface métallique. Ce conseil s'applique uniquement à modèles manuels dispositifs.

Si tu vas couper métal fin, choisissez un modèle avec un brûleur conçu pour l'admission d'air.

Si vos projets impliquent des pièces massives et épaisses, achetez une fraise avec une torche pour recevoir du gaz de protection - de l'azote, par exemple.

La découpe des métaux est nécessaire dans de nombreux processus technologiques. Presque toujours restauration mécanique commence par couper et couper le matériau. L'un des plus pratiques et moyens économiques est le découpage plasma du métal. Il vous permet d'obtenir des pièces de n'importe quelle forme, qui ne nécessitent pratiquement aucun traitement supplémentaire.

Principe d'opération

Pour le coupage plasma du métal, un jet de plasma est appliqué sur la pièce. Le plasma est un flux de gaz ionisé chauffé à une température de plusieurs milliers de degrés, qui est électriquement conducteur et se déplace à grande vitesse. La formation d'un arc plasma à partir d'un arc électrique est réalisée à l'aide d'un découpeur plasma. Le principe de fonctionnement du découpeur plasma et les étapes du processus de découpe :

• Un arc électrique pilote se forme et s'allume entre l'électrode du coupeur plasma et sa buse ou le métal en cours de traitement.
• Une fois l’arc pilote formé, du gaz comprimé est fourni à la chambre. Il se dilate et chauffe jusqu'à une température de 20 000 °C.
• L'arc électrique ionise le gaz, il devient conducteur d'électricité et se transforme en jet de plasma. Ce jet chauffe le métal dans la zone de traitement, le fait fondre et réalise une découpe.

Pour les métaux et les matériaux non métalliques sont utilisés différents principes coupage au plasma gazeux. Il existe deux manières de traiter les matériaux :

• L'arc brûle entre la torche plasma et le produit. C’est ainsi que fonctionne une fraise à action directe. Le produit doit être conducteur. S'il est nécessaire de couper des produits non métalliques, la méthode indirecte est utilisée.
• L'arc est allumé dans le plasmatron lui-même, entre l'électrode et la buse. L'électrode est la cathode et un potentiel positif est appliqué à la buse.

Dans le second cas, tous les matériaux peuvent être traités : plastiques, pierre, béton. Aucun potentiel n'est appliqué à la pièce et aucune conductivité électrique n'est requise.

Équipement de découpe plasma

Des appareils à usage industriel et domestique sont produits pour couper le métal au plasma. Toutes les unités de coupage plasma comprennent :

• source de courant;
• plasmatron;
• compresseur pour pomper du gaz comprimé;
• câbles et tuyaux utilisés pour connecter les éléments d'équipement.

La source d'alimentation peut être un onduleur ou un transformateur. Les unités onduleurs sont légères, économiques et ont un rendement élevé action utile. Ils sont souvent utilisés dans petites industries. Ils ont une limitation de courant de 70 A et sont capables de couper uniquement de petits matériaux jusqu'à 30 mm d'épaisseur.

Les appareils à transformateur sont plus puissants, ont plus de poids et tailles. Ils sont plus résistants aux surtensions, capables d'un fonctionnement continu prolongé et sont souvent utilisés dans les machines CNC. Les équipements dotés d'un système de refroidissement par eau sont capables de couper du métal jusqu'à 100 mm d'épaisseur. Les alimentations électriques pour la découpe à l'oxygène ont une intensité de courant comprise entre 100 et 400 A. Lors de l'utilisation de l'azote comme gaz plasmagène, cette plage augmente jusqu'à 600 A.

La torche à plasma est l'unité principale de toutes les installations. Il comprend:

• électrode interne;
• buse de travail;
• boîtier isolant avec refroidissement ;
• dispositif d'alimentation en substance plasmagène.

Selon les conditions de traitement, différents gaz sont utilisés pour le coupage au plasma. Pour les aciers et alliages, l'oxygène et l'air sont utilisés. Le coupage au plasma pneumatique est utilisé pour le traitement des aciers faiblement alliés. Lors du traitement des métaux non ferreux, les gaz plasmagènes peuvent être l'argon, l'azote et l'hydrogène. Cela est dû au fait que dans un environnement oxygéné, les métaux non ferreux commencent à s'oxyder. Un mélange d'argon et d'hydrogène est le plus souvent utilisé pour la découpe en acier inoxydable et l'aluminium.

La température du flux de gaz est comprise entre 5 000 et 30 000 °C. À des températures plus basses, les métaux non ferreux sont traités, à des températures plus élevées, les aciers réfractaires sont traités.

La vitesse d'écoulement est comprise entre 500 et 1 500 m/s. Le réglage se fait en fonction de l'épaisseur, des caractéristiques du matériau à traiter et de la durée du travail.

Traitement manuel

Avant de commencer les travaux, l'onduleur ou le transformateur est connecté au secteur AC. La pièce à usiner est connectée à une source d'alimentation. L'étape suivante consiste à rapprocher la buse et la pièce. Il devrait y avoir 40 mm entre eux. Après cela, vous pouvez allumer l’arc pilote. Lorsque l'arc s'allume, un flux d'air est fourni à la buse, qui est ionisé et forme un jet de plasma.

Lorsque vous travaillez avec un découpeur plasma, vous devez suivre les règles de sécurité. Une combinaison spéciale et un écran facial de protection doivent être utilisés. Les températures lors du découpage plasma atteignent des milliers de degrés, ce qui peut être dangereux pour les humains. Nous devons donc nous efforcer d’automatiser le processus.

Avantages et inconvénients du traitement plasma

Le fonctionnement des unités de coupage plasma est souvent mis en œuvre dans diverses processus technologiques liés à la découpe et au découpage de matériaux métalliques et non métalliques. Cela est dû aux avantages suivants de la technologie de coupage à l’arc plasma :

Mais la méthode de découpe plasma présente également des inconvénients. Ceux-ci inclus:

Malgré ces inconvénients, les plasmatrons sont de plus en plus utilisés dans les grandes entreprises et dans les petits ateliers à domicile. L'utilisation du coupage plasma accélère le traitement des aciers alliés, et la précision de la ligne de coupe et la capacité de découper des formes courbes rendent les coupeurs plasma indispensables dans de nombreux processus de production.