Centre de connaissances de l’ESAB.

Qu’est-ce que la découpe à l’arc plasma ?

Et comment cela fonctionne-t-il ?

Le plasma est défini dans le Websters comme un « ensemble de particules chargées… contenant un nombre à peu près égal d’ions positifs et d’électrons et présentant certaines propriétés d’un gaz mais différant d’un gaz en étant un bon conducteur d’électricité… ». Vous pouvez également le considérer comme un flux de gaz chauffé électriquement. J’aime à penser qu’il s’agit d’une condition dans laquelle tous les électrons de chaque atome circulent d’un atome à l’autre, au lieu de rester en orbite. Indépendamment de ce qui se passe à l’intérieur d’un flux de plasma, la façon de couper les métaux avec lui est assez simple. Prenez ce flux d’électricité qui traverse un gaz, et rétrécissez-le à travers un petit orifice. Ce flux est maintenant très dense et se déplace très rapidement. Le flux résultant peut fondre et couper la plupart des métaux assez facilement. C’est une torche à plasma.

Les torches de découpe au plasma utilisent généralement une buse en cuivre pour resserrer le flux de gaz avec l’arc qui y circule. Cet arc saute d’une électrode dans la torche à quelque chose d’autre – généralement le matériau conducteur qui est coupé. C’est un « arc transféré ». Il existe des systèmes qui utilisent un arc « non transféré », où l’arc saute de l’électrode vers la buse, mais ils ne sont généralement pas utilisés pour le découpage. Cela signifie donc que le découpage au plasma n’est utilisé que pour les matériaux conducteurs, principalement l’acier doux, l’acier inoxydable et l’aluminium. Mais beaucoup d’autres métaux et alliages sont également conducteurs, comme le cuivre, le laiton, le titane, le monel, l’inconel, la fonte, etc. Le problème est que la température de fusion de certains de ces métaux les rend difficiles à couper avec un bord de bonne qualité.

L’électrode est généralement en cuivre, mais avec un insert métallique au point d’attache de l’arc. C’est parce que le cuivre fondrait trop vite si l’arc s’y attachait directement. Le tungstène est un excellent matériau pour les électrodes, c’est pourquoi de nombreuses électrodes ont un insert en tungstène. Certaines torches plus petites utilisent une électrode de type « crayon » entièrement en tungstène avec une extrémité affûtée. Le problème du tungstène est qu’il brûle en présence d’oxygène. Ainsi, lorsque l’on utilise de l’oxygène ou de l’air comprimé comme gaz de coupe, l’insert est fabriqué dans un matériau appelé Hafnium. Le Hafnium dure beaucoup plus longtemps en présence d’Oxygène, mais il s’use quand même un peu à chaque démarrage de l’arc.

Alors pourquoi utiliser de l’Oxygène dans une torche à plasma ? Pour la même raison que vous utilisez de l’Oxygène dans une torche à acétylène – l’Oxygène dans le flux de plasma réagit avec l’acier doux. C’est pourquoi l’oxygène pur n’est utilisé que pour couper de l’acier doux ou de l’acier au carbone. Cette réaction chimique entre l’oxygène du gaz plasma et le métal de base permet d’accélérer le processus de coupe et d’améliorer la qualité de l’arête. Mais comme l’oxygène n’a pas la même réaction avec l’acier inoxydable ou l’aluminium, des gaz moins coûteux peuvent être utilisés pour ces métaux, comme l’azote ou l’air comprimé (qui est principalement de l’azote de toute façon).

D’autres gaz spéciaux sont parfois utilisés à d’autres fins. Le gaz Argon est utilisé lors du marquage au plasma (un tout autre sujet). Un mélange d’Argon et d’Hydrogène est souvent utilisé lors de la découpe d’acier inoxydable ou d’aluminium plus épais. Certaines personnes utilisent un mélange d’hydrogène et d’azote, ou de méthane et d’azote pour couper de l’acier inoxydable plus fin. Chaque mélange a ses avantages (qualité de coupe améliorée) et ses inconvénients (coût &manipulation).

Voilà donc quelques-unes des bases du découpage au plasma – un arc transporté dans un flux de gaz depuis une électrode à travers un orifice puis dans le métal conducteur qui est découpé. Il y a beaucoup d’autres considérations que j’aborderai plus tard, comme les gaz tourbillonnants, le kerf, le contrôle de la hauteur, l’amorçage de l’arc, le gaz de protection, etc. Mais qu’il soit tenu à la main ou monté sur une machine CNC, les bases sont les mêmes.

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