Qu'est-ce que l'usinage à l'arc plasma ? - Pièces et travail

Qu'est-ce que le plasma ?

Le plasma est l'un des quatre états fondamentaux de la matière, étudié systématiquement pour la première fois par Irving Langmuir dans les années 1920. Il se compose d'un gaz d'atomes ou de molécules d'ions qui ont un ou plusieurs électrons orbitaux dépouillés (ou, rarement, un électron supplémentaire attaché) et des électrons libres.

En excluant la matière noire et l'énergie noire encore plus insaisissable, le plasma est la forme la plus abondante de matière ordinaire dans l'univers. Le plasma est principalement associé aux étoiles, y compris notre Soleil, et s'étend au milieu intraculturel raréfié et éventuellement aux régions intergalactiques.

Le plasma peut être généré artificiellement en chauffant un gaz neutre ou en le soumettant à un fort champ électromagnétique. La présence de particules chargées gratuitement rend le plasma électriquement conducteur, la dynamique des particules individuelles et le mouvement macroscopique du plasma étant régis par des champs électromagnétiques collectifs et très sensibles aux champs appliqués de l'extérieur.

La réponse du plasma aux champs électromagnétiques est utilisée dans de nombreux appareils technologiques modernes, tels que les téléviseurs à plasma ou la gravure au plasma.

Qu'est-ce que l'usinage à l'arc plasma ?

L'usinage à l'arc plasma est utilisé pour enlever la matière de la pièce. Dans ce processus, un jet à grande vitesse de gaz à haute température est utilisé pour faire fondre et enlever le matériau de la pièce. Cette grande vitesse de gaz chaud est également connue sous le nom de jet de plasma.

Lorsqu'un gaz ou de l'air est chauffé à une température supérieure à 5 000 °C, il commence à s'ioniser en ions positifs, ions négatifs et ions neutres. Lorsque le gaz ou l'air est ionisé, sa température atteint de 11000 °C à 28000 °C et ce gaz ionisé est appelé plasma.

Le gaz ou l'air est chauffé à l'arc et le plasma produit par le gaz chauffant est utilisé pour enlever la matière de la pièce. Ainsi, l'ensemble du processus s'appelle Plasma Arc Machining.

Dans ce processus, une vitesse élevée d'air à haute température est utilisée pour retirer le matériau de la pièce en la faisant fondre.

Le gaz utilisé dans l'usinage à l'arc plasma est choisi en fonction du métal utilisé comme pièce.

L'usinage à l'arc plasma est utilisé pour couper les aciers alliés, l'acier inoxydable, l'aluminium, le nickel, le cuivre et la fonte.

Travail de l'usinage à l'arc plasma

Le principe de base est que l'arc formé entre l'électrode et la pièce est resserré par une buse en cuivre à alésage fin. Cela augmente la température et la vitesse du plasma émanant de la buse.

La température du plasma dépasse 20 000°C et la vitesse peut approcher la vitesse du son. Lorsqu'il est utilisé pour la découpe, le débit de gaz plasma est augmenté de sorte que le jet de plasma pénétrant profondément traverse le matériau et que le matériau fondu soit éliminé dans le plasma sortant.

L'usinage à l'arc plasma consiste en un pistolet à plasma. Le pistolet à plasma a une électrode composée de tungstène située dans la chambre. Ici, cette électrode de tungstène est connectée à la borne négative de l'alimentation en courant continu. Ainsi, le tungstène agit comme une cathode.

Tandis que la borne positive de l'alimentation en courant continu est connectée à la buse. Ainsi, la buse du pistolet à plasma agit comme une anode.

Lorsque nous alimentons le système, un arc électrique se développe entre l'électrode cathodique en tungstène et une buse anodique. Lorsque le gaz entre en contact avec le plasma, il se produit une collision entre les atomes de gaz et les électrons d'un arc électrique et, par conséquent, nous obtenons un gaz ionisé.

Cela signifie que nous obtenons l'état de plasma que nous voulions pour l'usinage Plasma Arc. Maintenant, ce plasma est dirigé vers la pièce avec une grande vitesse et le processus d'usinage commence. Une chose à noter est qu'une différence de potentiel élevée est appliquée afin d'obtenir l'état du plasma.

Dans l'ensemble du processus, des conditions de haute température sont requises. Lorsque des gaz chauds sortent de la buse, il y a des risques de surchauffe. Afin d'éviter cette surchauffe, une chemise d'eau est utilisée.

Composants de l'usinage à l'arc plasma

1. Pistolet à plasma

Différents gaz comme l'azote, l'hydrogène, l'argon ou un mélange de ces gaz sont utilisés pour créer le plasma. Ce pistolet à plasma a une chambre qui a une électrode de tungstène. Cette électrode de tungstène est connectée à la borne négative et la buse du pistolet à plasma est connectée à la borne positive de l'alimentation en courant continu. Le mélange de gaz requis est fourni au pistolet. Un arc fort est produit entre l'anode et la cathode.

Après cela, il y a une collision entre l'électron de l'arc et les molécules du gaz et en raison de cette collision, les molécules de gaz sont ionisées et de la chaleur est générée.

2. Alimentation

L'alimentation CC est utilisée pour développer deux bornes dans le pistolet à plasma. Une forte différence de potentiel est appliquée entre la cathode et l'anode afin que l'arc produit soit puissant et capable d'ioniser le mélange gazeux et de le convertir en plasma.

3. Mécanisme de refroidissement

Un mécanisme de refroidissement est ajouté au pistolet à plasma lorsque de la chaleur y est produite lorsque des gaz chauds sortent continuellement de la buse.

Une chemise d'eau est utilisée pour refroidir la buse. La buse est entourée d'un jet d'eau.

4. Pièce

Différents matériaux peuvent être travaillés à l'aide de cet usinage à l'arc plasma. Différents métaux comme l'aluminium, le magnésium, le carbone, l'acier inoxydable et les aciers alliés peuvent être travaillés à l'aide de ce procédé.

Applications de l'usinage à l'arc plasma

• Il est utilisé pour couper les aciers alliés, l'acier inoxydable, la fonte, le cuivre, le nickel, le titane, l'aluminium et les alliages de cuivre et de nickel, etc.
• Il est utilisé pour la coupe de profil.
• Il est utilisé avec succès pour le tournage et le fraisage de matériaux difficiles à usiner.
• Il peut être utilisé pour la coupe en pile, la coupe de forme, le perçage et la coupe sous l'eau.
• La pulvérisation uniforme de couches minces de matériaux réfractaires sur différents métaux, plastiques et céramiques est également effectuée par des arcs plasma.

Avantages de l'usinage à l'arc plasma

• Il peut être utilisé pour couper n'importe quel métal.
• Le taux de découpe est élevé.
• Par rapport au processus d'oxycoupage ordinaire, il peut couper l'acier au carbone ordinaire quatre fois plus rapidement.
• Il est utilisé pour le tournage grossier de matériaux très difficiles.
• En raison de la grande vitesse de coupe, la déformation de la tôle est réduite tandis que la largeur de coupe est minimale et la qualité de surface est élevée.

Inconvénients de l'usinage à l'arc plasma

• Il produit une surface effilée.
• La protection contre le bruit est nécessaire.
• Le coût de l'équipement est élevé.
• Une protection des yeux est nécessaire pour l'opérateur et les personnes travaillant dans les zones à proximité.
• L'oxydation et la formation de tartre ont lieu. Il nécessite donc un blindage.
• La surface de travail peut subir des modifications métallurgiques.