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Contrôle du débit gazeux, au moment de l’extinction de l’arc, dans une torche à arc plasma

IP.com Disclosure Number: IPCOM000177302D
Publication Date: 2008-Dec-08
Document File: 8 page(s) / 87K

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Contrôle du débit gazeux, au moment de l’extinction de l’arc,

dans une torche à arc plasma

  

Les torches à plasma d’arc, en particulier des torches de coupage plasma, sont munies d’une électrode à insert émissif qui subit une érosion lors des phases d'extinction d'arc, plus ou moins rapide. Un des mécanismes d'érosion important de l’insert émissif, notamment de ceux en hafnium utilisés en présence d’un gaz plasmagène oxydant, tel l'oxygène, est l'éjection d'une goutte d'hafnium liquide à chaque extinction d'arc.

En effet, en régime d'émission électrique, le hafnium, dont une partie est oxydée en hafnie (HfO2), est porté, lors de l’utilisation de la torche à plasma, à une température telle qu'il se trouve en phase liquide. Durant l’utilisation de la torche, cette phase liquide de hafnium reste accrochée à l'insert émissif du fait de l'équilibre de diverses forces qui s’y exercent dont la pression ionique générée par la gaine plasma cathodique, les forces de tension de surface, de viscosité....

Or, lors de l'extinction de l'arc en fin d’opération de coupage plasma, une partie du hafnium en fusion est éjectée de l'insert du fait de la profonde modification des forces en jeu sur cette quantité liquide résultant de l'extinction de l'arc électrique et, plus précisément, d’une modification basique de l'intensité et des forces aérodynamiques générées par l'écoulement gazeux, à proximité immédiate de l'arc. En effet, la chute de l'intensité électrique abaisse la perte de charge du canal de la tuyère, augmentant ainsi brusquement le débit de gaz. L'effet de cette augmentation de débit est un déséquilibre des forces agissant sur le hafnium liquide. Il est de plus amplifié dans le cas de l’utilisation d’une torche à plasma à gaz animé d’un mouvement de tourbillon (vortex) qui génère une dépression axiale qui est fonction de la vitesse. Cette dépression axiale augmente donc aussi brusquement lors de l'extinction de l'arc en « aspirant » le hafnium liquide.

Tous ces facteurs d'érosion par succion de la goutte de hafnie/hafnium liquide ont tendance à se combiner et il en résulte une accélération de l’érosion de l’insert, donc une nécessité de remplacer fréquemment les électrodes, c'est-à-dire typiquement après au maximum quelques heures d’utilisation.

            Une solution pour tenter de remédier à ce problème consiste en une réduction des vitesses d'extinction d'arc. Par exemple, en abaissant progressivement le courant, on réduit d'autant la quantité de hafnium/hafnie liquide au moment réel de l'extinction et donc la quantité expulsable. Par ailleurs, on peut aussi accompagner la baisse de courant, d’une baisse de la pression d'alimentation de la chambre d'arc de façon à réduire le...