Découpe plasma expliquée : fonctionnement et avantages clés

Qu'est-ce que la découpe plasma ?

La découpe plasma est un procédé de fusion dans lequel un jet de gaz ionisé à des températures supérieures à 20 000 °C est utilisé pour fondre et éjecter le matériau de la coupe. Cette chaleur fond le métal et le flux de gaz l'expulse de la coupe. Les gaz plasma sont généralement l'argon, l'argon/hydrogène ou l'azote.

Durant le processus, un arc électrique est amorcé entre une électrode (cathode) et la pièce à usiner (anode). L'électrode est encastrée dans une buse à gaz refroidie par eau ou air qui comprime l'arc, créant un jet plasma étroit, à haute température et haute vélocité.

Lorsque le jet plasma frappe la pièce, une recombinaison se produit et le gaz reprend son état normal, émettant une chaleur intense. Les gaz plasma sont généralement l'argon, l'argon/hydrogène ou l'azote. Ces gaz inertes peuvent être remplacés par de l'air mais cela nécessite une électrode spéciale en hafnium ou zirconium.

L'utilisation d'air comprimé rend cette variante du procédé plasma hautement compétitive avec le procédé oxycoupage pour la coupe d'aciers au carbone-manganèse et inoxydables jusqu'à 20 mm d'épaisseur. Les gaz inertes sont préférés pour les coupes de haute qualité dans les alliages réactifs.

L'arc plasma peut couper une très large gamme d'alliages électriquement conducteurs, y compris l'acier au carbone ordinaire et l'acier inoxydable, l'aluminium et ses alliages, les alliages de nickel et le titane. La méthode a été développée à l'origine pour couper des matériaux qui ne pouvaient pas être coupés de manière satisfaisante par le procédé oxycoupage.

Normalement, le composant ou la tôle à couper reste immobile et la torche plasma est déplacée. De plus, comme le coût de la torche plasma est faible comparé au prix de l'équipement de manipulation, il est courant d'équiper une table de coupe de plusieurs torches.

Comment fonctionne la découpe plasma ?

Les coupeurs plasma envoient un arc électrique à travers un gaz qui passe par une ouverture rétrécie. L'ouverture restreinte (buse) à travers laquelle le gaz s'écoule le fait passer à grande vitesse, comme l'air traversant un venturi dans un carburateur. Ce gaz à grande vitesse coupe à travers le métal fondu.

On peut aussi le voir comme un flux de gaz chauffé électriquement. Je préfère l'imaginer comme un état où tous les électrons de chaque atome circulent d'atome en atome plutôt que de simplement orbiter. Quoi qu'il en soit dans le flux plasma, couper les métaux est assez facile avec.

Prenez ce flux d'électricité traversant du gaz et rétrécissez-le par une petite ouverture. Maintenant ce flux est vraiment dense et se déplace très vite. Le flux résultant peut facilement fondre et traverser la plupart des métaux. C'est une torche plasma.

Les torches de découpe plasma utilisent généralement une buse en cuivre pour rétrécir le flux de gaz avec l'arc le traversant. Cet arc saute d'une électrode dans la torche vers autre chose – généralement le matériau conducteur en cours de coupe. C'est un « arc transféré ». Il existe des systèmes utilisant un « arc non transféré » où il rebondit de l'électrode vers la buse, mais ceux-ci ne sont normalement pas utilisés pour la coupe.

Cela signifie que la découpe plasma n'est utilisée que pour les matériaux conducteurs, principalement l'acier doux, l'acier inoxydable et l'aluminium. Mais beaucoup d'autres métaux et alliages sont aussi 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 rend difficile une coupe avec une bonne qualité de bord.

L'électrode est généralement en cuivre, mais avec un insert métallique là où l'arc s'attache. C'est parce que le cuivre fondrait trop vite si l'arc s'y attachait directement. Le tungstène est un excellent matériau d'électrode, donc de nombreuses électrodes ont un insert en tungstène.

Certaines petites torches utilisent une électrode de type crayon faite entièrement de tungstène avec une pointe pointue. Le problème du tungstène est qu'il brûle en présence d'oxygène. Donc si vous utilisez de l'oxygène ou de l'air comprimé comme gaz de coupe, l'insert est fait d'un matériau appelé hafnium. L'hafnium dure beaucoup plus longtemps en présence d'oxygène mais s'use un peu chaque fois que l'arc est amorcé.

Pourquoi utiliser de l'oxygène dans une torche plasma ?

Pour la même raison qu'on utilise de l'oxygène dans une torche acétylénique : l'oxygène dans le flux plasma réagit avec l'acier doux. Par conséquent, l'oxygène pur n'est utilisé que pour couper l'acier doux ou « l'acier au carbone ». Cette réaction chimique entre l'oxygène dans le gaz plasma et le métal de base accélère le processus de coupe et améliore la qualité du bord.

Cependant, comme l'oxygène ne réagit pas de la même façon avec l'acier inoxydable ou l'aluminium, des gaz moins chers comme l'azote ou l'air comprimé (qui est principalement de l'azote de toute façon) peuvent être utilisés pour ces métaux.

D'autres gaz spéciaux sont parfois utilisés pour d'autres usages. Le gaz argon est utilisé pour le marquage plasma (un sujet complètement différent). Un mélange d'argon et d'hydrogène est souvent utilisé pour couper de l'acier inoxydable ou de l'aluminium plus épais. Certains 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 inconvénients (coûts et manipulation).

Comment utiliser un coupeur plasma ?

L'utilisation d'un coupeur plasma est très pratique et assez facile. L'avantage est que des coupes « forme libre » à base de métal peuvent être faites selon le tracé du chalumeau. Comme cette machine conduit le plasma en créant un circuit, une pince de masse est requise, un peu comme pour le soudage.

Étape 1 : Choisir l'emplacement de travail. Comme nous allons couper du métal, il est important de placer le métal sur une surface sécurisée permettant la liberté de mouvement. Une « grille » ou surface similaire servant de table est parfaite.

Étape 2 : Brancher l'unité. S'assurer que l'unité est éteinte et la brancher.

Étape 3 : Connecter l'air. Connecter le compresseur d'air externe au coupeur plasma. Cela assure que le flux plasma reste sous haute pression. Pour sécuriser les connexions, tirer la bague externe de la connexion de prise et insérer la fiche de connexion.

Étape 4 : Ouvrir l'air. Ouvrir le flux d'air. Dans ce cas, tourner le levier de 90 degrés de perpendiculaire au conduit d'air à aligné.

Étape 5 : Attacher la pince de masse. Placer le métal utilisé sur la table et attacher la pince de masse près de l'endroit où vous voulez couper.

Étape 6 : Allumer la machine. Mettre la machine en marche en réglant l'interrupteur derrière l'appareil sur ON.

Étape 7 : Régler le courant. Dans ce cas, on le règle à 25 pour de la tôle de 18 gauge.

Étape 8 : Couper le métal. Utiliser la gâchette sur le pistolet pour activer le coupeur plasma. Noter que la gâchette a une sécurité qui doit être relevée avant de pouvoir appuyer. Tenir le chalumeau (bout de buse) près du métal et utiliser les repères autour de la buse pour suivre les gabarits, le cas échéant.

Étape 9 : Éteindre la machine. Quand vous avez fini de couper, éteindre la machine.

Étape 10 : Détacher la pince de masse. Détacher la pince de masse du métal sur lequel vous travaillez.

Étape 11 : Fermer l'air. Dans ce cas, couper l'air en tournant le levier de 90 degrés d'aligné à perpendiculaire à la ligne.

Étape 12 : Ranger tous les tuyaux. Enrouler le câble du pistolet plasma, le tuyau d'air et le câble de masse.

Conseils de découpe plasma pour améliorer les résultats

Si vous considérez quelques conseils et bonnes pratiques lors du choix et de l'utilisation d'un coupeur plasma, vous pouvez améliorer les résultats.

Conseil 1 : Choisir le bon coupeur plasma

Parmi les facteurs clés à considérer lors du choix d'un coupeur plasma : la puissance de sortie, la vitesse de coupe, la puissance d'entrée, le cycle de service, et le poids et la taille. Pensez aux tâches que vous effectuez le plus souvent.

• Puissance de sortie : La puissance requise dépend principalement de l'épaisseur et du type de matériau à couper. Deux standards : coupe nominale et coupe limite. Une coupe nominale est l'épaisseur de métal tendre qu'un opérateur peut couper manuellement à 15 pouces par minute (IPM). Une coupe limite est l'épaisseur maximale qu'un coupeur plasma peut gérer. La vitesse de déplacement est plus lente et la coupe peut nécessiter un nettoyage.
• Vitesse de coupe : Généralement rapportée en pouces par minute (IPM). Une machine coupant du matériau 1/2 pouce peut prendre cinq minutes alors qu'une autre n'en prend qu'une. La vitesse de coupe fait une différence significative en temps de production.
• Puissance d'entrée : Utilisez-vous toujours le coupeur plasma au même endroit ou avez-vous besoin de portabilité et de la capacité d'utiliser diverses sources d'alimentation ? Cherchez des coupeurs offrant une gamme d'options de performance. Certains peuvent basculer de 120 volts à 240 volts.
• Cycle de service : Le cycle de service est le temps pendant lequel une machine peut couper dans un cycle de 10 minutes sans surchauffer. Si le cycle est de 60 %, la machine peut fonctionner six minutes sur dix en continu et doit refroidir les quatre minutes restantes. Un cycle plus grand est important pour les longues coupes, les applications à haute productivité, ou l'utilisation en environnement chaud.
• Poids et taille : Si la portabilité compte, il existe de nombreux appareils portables pesant moins de 45 livres.

Conseil 2 : Lire le manuel

Lisez attentivement le manuel d'instructions pour vous familiariser avec l'utilisation sûre et correcte de votre coupeur plasma. Cela vous aidera à optimiser les capacités de votre coupeur et à promouvoir l'utilisation sûre de la machine.

Conseil 3 : Faire attention à la configuration

Attachez la pince de masse uniquement sur du métal propre. Si nécessaire, meulez toute rouille ou peinture, car elles obstruent le flux d'électricité.

Placez aussi la pince de masse aussi près que possible de la coupe ou, si possible, sur la pièce elle-même. Vérifiez vos câbles pour les zones d'usure, connexions desserrées, ou tout ce qui pourrait interférer inutilement avec le flux de courant.

Pour régler l'ampérage ou la chaleur de l'unité de coupe au bon niveau, effectuez quelques coupes d'essai à ampérage élevé. Vous pourrez ensuite réduire le courant selon votre vitesse de déplacement. Si l'ampérage est trop élevé ou votre vitesse trop lente, le matériau coupé peut chauffer et former des scories.

Conseil 4 : Tracer le chemin avant de couper

Tracez le chemin que vous voulez couper sans appuyer sur la gâchette. Pour les longues coupes, entraînez-vous aux mouvements avant d'appuyer sur la gâchette pour vous assurer d'avoir assez de liberté de mouvement pour une coupe continue. S'arrêter et redémarrer au même endroit est difficile et entraîne généralement des irrégularités sur le bord de coupe.

Vous pouvez aussi faire une coupe d'essai avec le même matériau que vous allez travailler. Ainsi vous vous assurez d'utiliser les bons réglages et la bonne vitesse de croisière.

Conseil 5 : Utiliser la technique appropriée

Utilisez votre main non coupante comme support pour l'autre main. Cela stabilise votre main de coupe, permet la liberté de mouvement dans toutes les directions, et aide à maintenir un espacement constant de 1/16 à 1/8 pouce. Notez que la plupart trouvent plus facile de tirer une torche vers leur corps que de la pousser.

Maintenir un espace de 1/16 à 1/8 pouce augmente la capacité de coupe des machines plus petites et prolonge la durée de vie des consommables.

Utilisez un guide de remorquage si votre machine en est équipée. Cela permet de poser la torche sur la pièce tout en maintenant une distance optimale sans toucher le métal avec la pointe, ce qui affecte négativement la qualité de coupe et la durée de vie du consommable.

Commencez la coupe en plaçant la torche aussi près que possible du bord du métal de base. Appuyez sur la gâchette pour démarrer le courant d'amorçage. L'arc pilote s'allume, suivi de l'arc de coupe. Une fois l'arc de coupe commencé, déplacez lentement la torche sur le métal.

Ajustez votre vitesse pour que les étincelles de coupe émergent par le bas du métal. À la fin d'une coupe, inclinez légèrement la torche vers la fin de la coupe ou faites une pause brève pour compléter la coupe. L'air de soufflage reste brièvement après le relâchement de la gâchette pour refroidir le brûleur et les pièces consommables.

Conseil 6 : Vérifier les consommables

Si la pointe ou l'électrode est usée ou endommagée, la qualité de coupe sera affectée. Vérifiez donc vos consommables régulièrement. Si le trou de la pointe est irrégulier et/ou couvert d'éclaboussures, jetez-la. Si la pointe de l'électrode forme un cratère, jetez-la.

Les consommables s'usent à chaque coupe, mais des facteurs comme l'humidité dans l'alimentation en air, la coupe de matériaux excessivement épais, ou une mauvaise technique augmentent la détérioration. Il est recommandé de changer la pointe et l'électrode ensemble pour la meilleure qualité de coupe possible.

Ne serrez pas trop le porte-consommable. Les pièces à l'intérieur doivent en fait bouger (se séparer) pour créer un arc. Serrez juste avec le doigt.

Conseil 7 : Surveiller la vitesse de déplacement

Plus vous allez vite (surtout avec l'aluminium), plus votre coupe sera nette. Pour couper du matériau plus épais, réglez la machine à pleine puissance et variez votre vitesse de déplacement. Avec du matériau plus fin, réduisez l'ampérage et passez à une pointe d'ampérage inférieur pour créer un kerf plus étroit.

Avec une vitesse de déplacement raisonnable, l'arc devrait émerger du matériau à un angle de 15 à 20 degrés contre le sens de déplacement. S'il va droit vers le bas, vous allez trop lentement. S'il projette en arrière, vous allez trop vite.

Si vous avancez à la bonne vitesse et utilisez la bonne quantité de chaleur, vous obtiendrez une coupe très nette avec moins de scories sous la coupe et peu ou pas de distorsion du métal.

Conseil 8 : Suivre les procédures de sécurité

Pour une sécurité plasma adéquate, la peau exposée doit être protégée. Vous aurez besoin de gants de soudage et d'une veste de soudage ou d'autres vêtements ignifugés. Boutonnez les poignets, poches et col de la chemise pour éviter qu'ils n'attrapent des étincelles.

Protégez vos yeux avec le verre de protection adapté au coupeur plasma que vous prévoyez d'utiliser. Le mode d'emploi indique la teinte requise pour l'intensité du courant. Vous pouvez utiliser des lunettes de coupe plasma/oxycoupage conventionnelles ou un casque de soudage avec mode coupe.

Les procédures de sécurité doivent être suivies de près dans chaque application de découpe plasma.

Avantages de la découpe plasma

• Capable de couper tous les matériaux conducteurs. Le coupage à la flamme, bien qu'adapté aux métaux épais, est limité aux métaux ferreux.
• Grande qualité pour épaisseurs jusqu'à 50 mm.
• Épaisseur maximale jusqu'à 150 mm.
• Comparativement bon marché pour les coupes d'épaisseur moyenne.
• Meilleur moyen de couper l'acier inoxydable et l'aluminium d'épaisseur moyenne.
• Machines CNC disponibles pour haute précision et répétabilité.
• Peut couper dans l'eau, réduisant la ZAT. Réduit aussi les niveaux de bruit.
• Kerf de coupe plus petit comparé au coupage à la flamme.
• Vitesse de coupe plus rapide que l'oxycoupage.

Inconvénients de la découpe plasma

• ZAT plus grande comparée au découpage laser.
• Qualité sur tôles et plaques fines moins bonne que le laser.
• Tolérances moins précises que le laser.
• N'atteint pas les épaisseurs comme le jet d'eau ou l'oxycoupage.
• Laisse une ZAT que le jet d'eau ne laisse pas.
• Kerf plus large que le laser.

FAQ

Qu'est-ce que la découpe plasma ?

La découpe plasma (découpe à l'arc plasma) est un procédé de fusion dans lequel un jet de gaz ionisé à des températures supérieures à 20 000 °C fond et expulse le matériau de la coupe. Les gaz plasma sont généralement l'argon, l'argon/hydrogène ou l'azote.

Comment fonctionne la découpe plasma ?

Les coupeurs plasma envoient un arc électrique à travers un gaz passant par une ouverture rétrécie. L'ouverture restreinte (buse) fait passer le gaz à grande vitesse, comme l'air traversant un venturi. Ce gaz à grande vitesse coupe le métal fondu.

Pourquoi la découpe plasma est-elle utilisée ?

La torche éblouissante d'un coupeur plasma se trouve dans la plupart des ateliers de fabrication métallique. Utilisée pour trancher d'immenses tôles de métal de toute épaisseur, cette technique sert à fabriquer toutes sortes d'objets métalliques : portails, signalétique, sculptures.

Combien de temps dure un coupeur plasma ?

La durée de vie typique d'un jeu de consommables devrait durer environ 1 à 3 heures pour environ 120 A de coupe mécanisée, cela dépend du travail. Couper à un courant plus faible peut prolonger la durée de vie des consommables.

Jusqu'à quelle profondeur un coupeur plasma peut-il couper ?

Typiquement, une torche plasma manuelle peut couper jusqu'à 38 mm (1,5 pouce) d'épaisseur d'acier. Alors qu'une torche industrielle à commande numérique peut couper l'acier jusqu'à 150 mm (6 pouces). Il faut aussi considérer le type de métal coupé.

Un coupeur plasma peut-il couper du métal rouillé ?

Le plasma peut couper tout métal électriquement conducteur, y compris l'acier inoxydable, l'acier doux, l'aluminium, et plus, sans préchauffage. Le plasma est aussi excellent pour couper du métal peint, sale, ou même rouillé.

Un coupeur plasma peut-il souder ?

Avec le bon design de torche, une injection d'azote-eau, moins chère que d'autres gaz, peut bien fonctionner pour la découpe plasma d'aluminium et d'acier inoxydable pour soudage ultérieur. Le processus implique une électrode entourée d'azote, chauffée par un arc électrique pour former le plasma.

Un coupeur plasma est-il meilleur qu'une torche ?

Le plasma ne nécessite pas de préchauffer le métal avant la coupe, ce qui fait gagner du temps, et les coupeurs plasma surpassent les torches oxyacétyléniques pour couper des métaux empilés. Des vitesses plus rapides sont atteignables sur les métaux fins avec le plasma, avec distorsion minime ou nulle.

Qu'est-ce qui est requis pour la découpe plasma ?

La découpe plasma nécessite deux éléments de base – air et électricité – donc la question suivante est : quel type d'alimentation d'entrée est disponible ? Plusieurs coupeurs plasma 30 ampères, comme le Spectrum® 375 X-TREME™, fonctionnent sur du 120 ou 240 volts.

Quels sont les avantages et inconvénients de la découpe plasma ?

Avantages de la découpe plasma	Inconvénients de la découpe plasma
Large gamme de matériaux, acier inoxydable et aluminium	Typiquement limité à 50 mm (plasma-air) plaque
ZAT étroite	Bruit lors de la coupe de sections épaisses
Faible coût des consommables (air)	Fumées lors de la coupe dans l'air
Idéal pour ce matériau en feuille	Éblouissement d'arc lors de la coupe dans l'air
Faibles fumées en coupe sous l'eau	Coût des consommables (électrode et buse)
Bord de coupe de haute qualité

Quelle est la différence entre coupage oxy-combustible et découpe plasma ?

La découpe plasma est rendue possible en introduisant de l'électricité dans l'air comprimé pour créer un gaz plasma ionisé, déséquilibré. Le coupage oxy-combustible utilise une flamme gaz-oxygène pour préchauffer le matériau à sa température d'inflammation, puis un puissant jet d'oxygène est dirigé sur le matériau.

Combien coûte un coupeur plasma ?

Selon le type, la taille et les fonctionnalités, une machine de découpe plasma CNC peut coûter de 15 000 $ à 300 000 $. C'est une large fourchette, mais la grande majorité des machines CNC plasma vendues aujourd'hui sont bien en dessous de 100 000 $.

Un coupeur plasma peut-il couper à travers de la peinture ?

Vérifiez la connexion de masse à la pièce. Bien que le plasma puisse couper du métal peint, il nécessite une connexion solide sur une partie propre de la pièce, aussi près que possible de la zone de travail.

Un coupeur plasma est-il plus chaud que le soleil ?

La chaleur d'un coupeur plasma peut atteindre 25 000 °C. Pour mettre en perspective, c'est plus chaud que la surface du soleil à 5 505 °C.

Un coupeur plasma peut-il couper de l'aluminium ?

Oui, comme pour tout métal électriquement conducteur, la découpe plasma d'aluminium n'est pas seulement possible, elle est hautement efficace. Pour les non-initiés, la découpe plasma projette un jet de gaz ionisé à grande vitesse à travers un orifice.

Avez-vous besoin de gaz pour la découpe plasma ?

Oui. Tous les systèmes de découpe plasma, y compris les coupeurs plasma à air, utilisent du gaz.

Avez-vous besoin d'un compresseur d'air pour un coupeur plasma ?

Les coupeurs plasma ont besoin de pression d'air pour couper en deux étapes. D'abord, l'arc chauffe le métal jusqu'à ce qu'il devienne semi-gazeux. Ensuite, le plasma est forcé par des jets d'air pour finir la coupe. Donc tous les coupeurs plasma ont besoin d'un compresseur d'air pour générer assez de pression.

Quelle épaisseur de métal un coupeur plasma 50 ampères peut-il couper ?

Ce coupeur plasma à onduleur a 50 ampères de puissance, capable de couper jusqu'à 1/2 pouce d'épaisseur de plaque d'acier.

Peut-on souder de l'aluminium avec un coupeur plasma ?

La découpe plasma d'aluminium peut créer des soudures parfaites. En utilisant un tel coupeur, vous pouvez garder la surface du métal hors de la zone de soudage modérément fraîche. Cela aide aussi à prévenir la distorsion ou les dommages de peinture qui accompagnent habituellement les coupeurs à flamme. Les coupeurs plasma soudent avec précision et rapidité les pièces d'aluminium.

Quelle pression d'air faut-il pour faire fonctionner un coupeur plasma ?

Pour la majorité de la gamme Everlast, la pression d'air requise pour faire fonctionner les torches est entre 55 et 70 psi. Les coupes à faible ampérage nécessiteront moins de pression pour un fonctionnement plus stable, parfois jusqu'à 45 psi, sinon l'arc sera soufflé.

Un coupeur plasma peut-il couper des boulons ?

Ils peuvent aussi couper presque tout ce qui est métallique, y compris l'acier, l'acier inoxydable et l'aluminium. Vous pouvez même les utiliser pour couper des écrous et boulons rouillés comme une torche à gaz, mais bien plus vite et avec des résultats plus propres.

La fonte peut-elle être coupée avec un coupeur plasma ?

Vous pouvez couper de la fonte avec une torche plasma, mais ce n'est pas la meilleure méthode. Pour couper de la fonte, vos meilleures options sont un coupe-tube ou un outil à lame diamantée.

Peut-on couper des barres d'armature avec un coupeur plasma ?

Plasma ou torches oxyacétyléniques – Ces outils sont souvent utilisés pour couper du métal, mais ils laissent beaucoup de « scories » ou déchets autour de la coupe qu'il faut ensuite nettoyer à la meuleuse. Le plasma a aussi mis longtemps à couper l'armature et a consommé beaucoup d'électricité.

Peut-on faire de la découpe plasma sous l'eau ?

Lors de la découpe plasma sous l'eau, l'eau absorbe la grande majorité de la fumée plasma. Au lieu de nuages de fumée volumineux à capter par un collecteur de poussière coûteux, une table à eau émettra généralement une petite bouffée occasionnelle qui se dissipe rapidement.