La découpe au plasma présente plusieurs avantages en tant que méthode de fabrication du métal par rapport aux autres. Ces avantages incluent la rentabilité, une gamme plus large de coupes de métaux, une haute précision et une répétabilité.
Qu'est-ce que la découpe plasma ? Comment fonctionne le processus? Quel gaz est idéal pour une utilisation au cours de ce processus ? Sur quels matériaux les coupeurs plasma fonctionnent-ils ? Poursuivez votre lecture pendant que nous répondons à ces questions en détail et que nous vous fournissons d'autres informations importantes sur le coupage plasma.
Présentation de la découpe au plasma
La découpe au plasma est un processus de fabrication de métal qui utilise des gaz ionisés chauffés à des températures supérieures à 20,000 XNUMX0C pour faire fondre des matériaux métalliques. Ce gaz, éjecté sous haute pression, fait fondre la matière et enlève de la matière de la coupe.
Il est important de noter que ce processus ne fonctionne que sur des matériaux électriquement conducteurs comme l'acier inoxydable, le cuivre, l'aluminium et d'autres métaux. En d'autres termes, la découpe au plasma ne peut pas couper la pierre, le papier, le verre et d'autres mauvais conducteurs d'électricité.
Cette technique est inégalée en termes de rentabilité lorsqu'il s'agit de couper des métaux épais. En outre, il est polyvalent et nécessite de faibles coûts de maintenance des outils. Il a également une grande précision de coupe, ce qui le rend idéal pour couper des pièces aux géométries complexes.
Après avoir brièvement connu ce qu'est le coupage plasma, découvrons un peu son histoire.
Histoire de la découpe au plasma
Le procédé de coupage plasma existe depuis 1957. Il a commencé comme une extension du procédé GTAW (soudage à l'arc au tungstène au gaz). Son utilisation principale était initialement la découpe de plaques d'acier et d'aluminium d'une épaisseur comprise entre un demi-pouce et six pouces.
Les coupeurs au plasma utilisés à cette époque étaient imprévisibles et manquaient de la précision présente dans les coupeurs modernes. De plus, les électrodes et les buses utilisées se sont rapidement détériorées en raison de la chaleur ressentie au cours du processus. Le changement de buses et d'électrodes rendait souvent la découpe au plasma coûteuse à cette époque.
La fin des années 1960
Cependant, à la fin des années 1960 et au début des années 1970, cette technique a connu une percée lorsque les ingénieurs ont créé une torche à double flux. Cette torche a permis d'améliorer la durée de vie des électrodes et des buses tout en améliorant la qualité et la précision des coupes.
1970s
Les ingénieurs ont utilisé les années 1970 pour contrôler les émanations et la fumée initialement ressenties lors du processus de coupe en introduisant un silencieux et une table à eau. Ils ont également conçu de meilleures buses qui ont contribué à améliorer la précision de l'arc, donnant aux opérateurs et aux machinistes la possibilité d'affiner.
1980s
Les années 1980 ont été une période d'expérimentation pour les ingénieurs qui ont conçu et mis en œuvre plusieurs nouvelles fonctionnalités. Ces caractéristiques comprennent des coupeurs plasma à base d'oxygène et offrent un meilleur contrôle de coupe en faisant varier les niveaux de puissance. Ils se sont également concentrés sur la portabilité de l'unité de coupage plasma, les rendant plus ergonomiques.
Des années 1990 à nos jours
Dans les années 1990, les coupeurs plasma haute définition étaient sur le marché en raison de l'utilisation de procédés à oxygène durables. Ces processus d'oxygène durables combinés à un nouveau système de buses ont donné aux coupeurs au plasma de cette époque la capacité de quadrupler la densité d'énergie des périodes précédentes.
Depuis les années 1990 jusqu'à aujourd'hui, les ingénieurs se sont concentrés sur les options et les commandes d'alimentation et sur l'amélioration de l'efficacité. Ils ont également amélioré la précision des coupeurs au plasma, avec des modèles offrant aujourd'hui des bords plus nets et des coupes précises. La portabilité et l'automatisation sont d'autres aspects des ingénieurs du découpeur plasma qui se sont considérablement améliorés à mesure que de plus en plus d'unités portatives sont en circulation.
Maintenant que nous savons comment le coupage plasma a évolué au fil des ans, comment ça marche ?
Comment fonctionne la découpe au plasma
Le processus de coupage au plasma consiste à utiliser la chaleur pour faire fondre un métal au lieu d'un coupage mécanique. Les coupeurs au plasma fonctionnent en envoyant un arc électrique à travers un gaz. Ce gaz passe ensuite à travers une ouverture rétrécie (buse). L'ouverture restreinte fait que les gaz s'y faufilent à grande vitesse, formant un plasma. La coupe d'une pièce implique de soumettre la pointe de coupe du coupeur plasma à la pièce. Notez également qu'en raison de la conductivité du plasma, il est nécessaire de connecter la pièce au sol via la table de découpe.
Tous les systèmes de coupage plasma ne fonctionnent pas de la même manière. Cependant, il existe trois types de processus de coupe.
Trois types de processus de coupe
- Contact haute fréquence: Il s'agit d'une forme à petit budget. De plus, en raison du risque d'interférence avec les équipements modernes en raison de sa fréquence élevée, ce processus n'est pas disponible pour les coupeurs plasma CNC. La découpe par contact à haute fréquence implique l'utilisation d'une étincelle à haute fréquence et d'une haute tension - l'étincelle se forme lorsque la torche à plasma entre en contact avec le métal coupé. Le contact ferme le circuit, initie l'étincelle et crée le plasma utilisé pour la découpe.
- Arc Pilote : Dans ce processus de coupe, la création d'étincelles se produit à l'intérieur de la torche grâce à une combinaison de circuit à faible courant et de haute tension. Cette étincelle facilite la création d'un arc pilote, une petite quantité de plasma. En entrant en contact avec la pièce, le coupeur plasma crée l'arc de coupe, ce qui permet au machiniste ou à l'opérateur de commencer le processus de coupe.
- Tête de torche à plasma à ressort : Pour créer un court-circuit, les opérateurs pressent la torche contre la pièce. Avec un court-circuit créé, le courant commence à circuler. Pour établir l'arc pilote, les opérateurs relâchent la pression.
Gaz utilisé dans le processus
Le type de gaz utilisé pendant le processus dépend de la méthode de coupe, du matériau de coupe et de l'épaisseur. En plus d'assurer la formation d'un jet de plasma, le gaz utilisé doit également aider à expulser le matériau en fusion et l'oxyde de la coupe. Les gaz les plus couramment utilisés pour le coupage au plasma comprennent ;
Argon
L'argon est un gaz inerte et son arc plasma est stable. La stabilité signifie que ce gaz ne réagit pratiquement avec aucun métal à des températures élevées. Les électrodes et les buses utilisées pour la découpe à l'argon ont souvent une durée de vie plus longue que celles utilisées avec d'autres gaz.
Le gaz argon a une limitation lors de la coupe en raison de son arc plasma et de son enthalpie faibles. De plus, il y a forcément des problèmes de laitier lors de la coupe à l'argon dans un environnement de protection contre l'argon. Cela est principalement dû au fait que la tension superficielle du métal en fusion est d'environ 30 % supérieure à celle présente dans un environnement d'azote. Ces problèmes sont l'une des raisons pour lesquelles l'argon est rarement utilisé pour le coupage plasma.
Azote
L'azote a une meilleure stabilité de l'arc plasma et un jet d'énergie plus élevé que l'argon, en particulier avec une alimentation en tension plus élevée. De plus, il forme un minimum de scories sur les bords inférieurs de l'incision, même lors de la coupe de métaux comme l'alliage à base de nickel et l'acier inoxydable qui ont une viscosité élevée.
L'azote gazeux fonctionne comme un gaz autonome ou en combinaison avec d'autres gaz. Il facilite également la coupe à grande vitesse de l'acier au carbone.
Air
L'air contient 78 % d'azote et 21 % d'oxygène en volume, ce qui en fait un gaz approprié pour le coupage plasma. Le constituant oxygène de l'air en fait l'un des gaz les plus rapides utilisés dans la coupe de l'acier à faible teneur en carbone. De plus, puisque l'air est partout, c'est un gaz économique avec lequel travailler.
En revanche, l'électrode et la buse utilisées pour ce processus ont généralement une courte durée de vie, ce qui augmente les coûts de réduction et réduit l'efficacité. De plus, l'utilisation de l'air comme gaz autonome est problématique car elle provoque la suspension des scories et l'oxydation des coupes.
Oxygène
Comme l'air, l'oxygène augmente également la vitesse de coupe de l'acier à faible teneur en carbone. L'utilisation de la découpe à l'arc plasma à haute énergie et à haute température pour l'oxygène augmente sa vitesse. Cependant, pour utiliser l'oxygène, il est préférable de l'associer à des électrodes résistantes aux hautes températures et à l'oxydation.
Hydrogène
Le rôle de l'hydrogène est souvent celui d'un gaz auxiliaire à mélanger avec d'autres gaz de coupage plasma. L'une des combinaisons les plus courantes est l'hydrogène et l'argon, qui produit l'un des gaz les plus puissants du coupage plasma.
Le mélange d'argon avec de l'hydrogène augmente considérablement la tension de l'arc, l'enthalpie et la capacité de coupe du jet de plasma d'argon. L'efficacité de coupe de cette combinaison augmente également lorsqu'elle est comprimée par un jet d'eau.
Il existe quelques gaz couramment utilisés dans le coupage plasma. Le tableau ci-dessous présente ces gaz, les matériaux coupés et les avantages du gaz par rapport au matériau.
| Épaisseur de matériau | Gaz plasma | Gaz secondaire | Remarque |
| Acier de construction 0.5 à 8 mm | Oxygène | Oxygène ou oxygène/ azote ou azote | Les bords sans bavure peuvent tolérer l'équerrage, avec une douceur semblable à la découpe au laser |
| Acier de construction 4 à 50 mm | Oxygène | Oxygène/azote ou azote ou air | Sans bavure jusqu'à 20 mm, la surface de coupe a un aspect lisse, jusqu'à 25 mm de tolérance carrée, semblable à la découpe au laser. |
| Acier fortement allié 5 à 45 mm | Argon / Hydrogène / Azote | Azote ou Azote/hydrogène | Sans bavure jusqu'à 20 mm, coupes lisses, mauvaise tolérance à l'équerrage |
| Aluminium 1 à 6mm | Air comprimé | Azote ou Azote/hydrogène | Coupes sans bavures, la surface peut être rugueuse ou granuleuse, permettant des coupes presque verticales |
| Aluminium 5 à 40mm | Argon / Hydrogène / Azote | Azote ou Azote/hydrogène | Sans bavure jusqu'à 20 mm, surface granuleuse ou rugueuse, permet des coupes presque verticales |
Matériaux pour la découpe au plasma
De nombreux matériaux sont utilisés pour le coupage plasma. C'est principalement parce que le processus peut couper n'importe quel matériau conducteur. Vous trouverez ci-dessous les matériaux les plus courants pour cette technique.
Aluminium
L'aluminium est conducteur, ce qui fait de la découpe au plasma un procédé idéal pour sa fabrication. En outre, le processus offre des avantages avec des métaux plus épais par rapport à d'autres méthodes de fabrication de l'aluminium, comme la découpe au laser. Il peut couper l'aluminium avec des épaisseurs allant jusqu'à 160 mm.
De plus, la fabrication de l'aluminium à l'aide de la découpe au plasma est plus rentable en raison des coûts d'exploitation et d'équipement réduits.
Acier doux
L'acier doux est un type d'acier à faible teneur en carbone, généralement d'environ 2.1 % maximum. C'est l'une des formes d'acier les plus couramment utilisées en raison de ses propriétés qui conviennent à de nombreuses fins. De plus, l'acier doux n'est pas cher à acquérir, et ses propriétés, telles que la résistance élevée aux chocs, la soudabilité et la ductilité.
Acier Inoxydable
L'acier inoxydable est un alliage de fer qui résiste à la fois à la corrosion et à la rouille. La découpe au plasma est l'un des moyens les plus efficaces de fabriquer ce métal, car elle permet à l'épaisseur de coupe d'atteindre jusqu'à 30 mm. Les nuances d'acier inoxydable idéales pour la coupe comprennent; 304, 304L, 316, 316L, 321, 310S, 317, etc.
Laiton
Le laiton est un autre métal facilement fabriqué à l'aide de la découpe au plasma. Cela est dû à sa nature hautement conductrice. Cependant, lors de la fabrication de laiton en utilisant cette méthode, il est préférable de le faire dans des zones bien ventilées. En effet, le laiton contient du zinc et l'inhalation de vapeurs contenant du zinc en combustion est nocive pour la santé.
Copper
Le cuivre a la conductivité thermique et électrique de tous les matériaux en dehors des métaux précieux. Les qualités importantes de ce métal comprennent; résistance à la corrosion, haute ductilité et soudabilité. Ces propriétés, notamment sa conductivité élevée, font du cuivre un métal idéal pour le coupage plasma. Cependant, comme le laiton, il est important de couper ce métal dans des zones bien ventilées.
Fonte
Ce métal est populaire pour son faible coût et sa malléabilité. En quantités infimes, il contient des éléments comme le manganèse, le soufre, le phosphore et le silicium. La fonte est très conductrice, avec une résistance à la compression élevée et une basse température de fusion, ce qui la rend idéale pour le coupage plasma.
Avantages de la découpe plasma
L'utilisation de la découpe au plasma pour la fabrication de métaux présente plusieurs avantages par rapport à d'autres méthodes, allant de la rentabilité à une productivité plus élevée et à une meilleure qualité de coupe. Voici quelques autres avantages.
Haute qualité de coupe
Par rapport à d'autres procédés de fabrication de métaux tels que la découpe au chalumeau ou au jet d'eau, la découpe au plasma permet d'obtenir des métaux de meilleure qualité. Cela est dû à l'absence de résidus sur le bord du métal découpé et à la plus petite surface de la zone affectée par la chaleur.
Polyvalence et flexibilité
Ce processus peut couper n'importe quel métal conducteur d'électricité, ce qui le rend très polyvalent. Il peut facilement couper des métaux comme l'aluminium et l'acier fortement allié d'épaisseur moyenne et élevée. Il fonctionne très bien pour la découpe de rainures, la planification ou le marquage des métaux. De plus, le processus peut également couper les métaux dans l'eau à des niveaux sonores réduits.
Haute vitesse
La découpe au plasma est 100 fois plus rapide que la découpe au laser et environ 10 fois plus rapide que l'oxycoupage. En d'autres termes, cela améliore la productivité et réduit le temps passé dans la fabrication du métal par rapport aux autres méthodes.
Précision et répétabilité supérieures
Les pièces découpées ont une précision et une qualité de surface supérieures en raison de la chaleur impliquée dans le processus. De plus, la vitesse de fabrication améliore la répétabilité tout en réduisant le temps passé à usiner les métaux.
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Inconvénients de la découpe au plasma
Bien que de nombreux avantages soient liés à la fabrication de métaux à l'aide de la découpe au plasma, des inconvénients existent également.
- Coupe uniquement les matériaux conducteurs
- Pas idéal pour des épaisseurs supérieures à 150 mm
- Les éclairs lumineux produits pendant le processus pourraient avoir un impact négatif sur les yeux humains
- Le fonctionnement est parfois bruyant
- Produit des fumées lors de la coupe dans l'air
- Cela pourrait être coûteux avec des consommables à faible durée de vie comme la buse et l'électrode
Conclusion
La découpe au plasma est un processus qui implique l'utilisation de la quatrième étape de la matière pour couper les métaux conducteurs. Ce procédé offre de nombreux avantages, notamment une productivité, une polyvalence, une précision et une qualité de surface accrues.
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