Electrode pour torche de travail à l'arc plasma, et torche correspondante

Abstract

 Le support (10) de l'électrode (2) présente à son extrémité un lamage (11) dans le fond duquel est monté l'insert émissif (16) en zirconium ou en hafnium.
Application aux torches de coupage plasma à allumage par court-circuit.

Description

[0001] La présente invention est relative aux torches de travail à l'arc plasma à allumage par court-circuit. Elle concerne en premier lieu une électrode pour une telle torche, du type comprenant un support électroconducteur ayant une extrémité munie d'un insert émissif, notamment en zirconium ou en hafnium.

[0002] Les torches de coupage plasma fonctionnant sous gaz plasmagène oxydant sont généralement équipées d'une cathode émissive en zirconium ou en hafnium, insérée dans une pièce en cuivre tenant lieu de support électroconducteur et de refroidisseur, l'ensemble étant communément appelé électrode.

[0003] Lors du fonctionnement de la torche, la racine de l'arc s'accroche au centre de la cathode, où il se forme progressivement un cratère à la surface duquel se développe une couche d'oxyde de zirconium ou de hafnium. A chaud, cet oxyde est fluide et conducteur et permet l'émission cathodique. Lorsque l'arc plasma est interrompu, l'oxyde se solidifie et devient isolant. A la solidification, il se forme fréquemment, en périphérie du cratère, un bourrelet d'oxyde qui fait saillie sur la surface frontale de l'insert.

[0004] Dans les agencements connus, l'insert affleure la face d'extrémité du support. Par suite, le bourrelet d'oxyde fait saillie au-delà de cette face d'extrémité. Si ce bourrelet ne présente aucun caractère gênant dans le cas d'une torche conventionnelle, où électrode et tuyère sont fixes et où l'établissement de l'arc est initié par une décharge haute fréquence, dans le cas de torches à allumage par court-circuit, telles que décrites dans les documents FR-A-2 556 549 et 2 562 748, où l'allumage de l'arc est obtenu en réalisant un court-circuit entre l'électrode et la tuyère, il arrive que ce bourrelet d'oxyde forme une barrière électriquement isolante qui empêche le passage fiable du courant entre l'électrode et la tuyère et, par suite, l'allumage fiable de l'arc.

[0005] L'invention a pour but d'améliorer la fiabilité de l'allumage de l'arc dans les torches à allumage par court-circuit, avec un agencement simple et n'obérant pas les coûts de fabrication des torches. A cet effet, elle a pour objet une électrode pour torche de travail à l'arc plasma, du type précité, caractérisée en ce qu'une partie de l'extrémité du support située autour de l'insert comporte au moins une portion en matériau électroconducteur faisant saillie axialement par rapport à l'insert.

[0006] Suivant des caractéristiques plus particulières :
- la portion en saillie, avantageusement circulaire, est venue de matière avec le support ;
- l'insert est monté dans un évidement ménagé dans le fond d'un lamage circulaire creusé dans la face d'extrémité du support.

[0007] L'invention a également pour objet une torche de travail à l'arc plasma, du type comprenant un corps de torche dans lequel une électrode ayant une face d'extrémité dans laquelle est monté un insert émissif, et une tuyère ayant une face interne en regard de la face d'extrémité, sont montées mobiles l'une par rapport à l'autre entre une première position de travail, où lesdites faces sont espacées l'une de l'autre et une seconde position où lesdites faces sont en contact mutuel, caractérisée en ce que, dans la seconde position, un espace est ménagé entre l'insert et la portion en regard de la face interne de la tuyère.

[0008] Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard du dessin annexé, sur lequel

- la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'une torche de coupage plasma conforme à l'invention ; et

- la figure 2 est une vue en coupe axiale à plus grande échelle de la partie d'extrémité de l'électrode.

[0009] La torche représentée à la figure 1 dans la mesure nécessaire à la compréhension de l'invention est pour l'essentiel celle décrite dans le document FR-A-2 556 549 précité. Elle possède une symétrie générale d'axe X-X supposé vertical et comprend un corps tubulaire 1 dans lequel est fixée une électrode axiale 2. Un porte-tuyère 3, vissé sur le corps 1, définit un épaulement de butée 4 pour une tuyère 5 en forme de coupelle montée coulissante axialement et sollicitée vers l'épaulement 4 par un ressort 6 et, en service, également par la pression du gaz plasmagène arrivant par l'espace annulaire 7 existant entre le corps 1 et l'électrode 2.

[0010] Ainsi la tuyère 5, qui est percée d'un trou axial central 8 pour la sortie de l'arc et du plasma, est mobile axialement entre une position normale de travail, telle que représentée, espacée de l'extrémité inférieure de l'électrode, et une seconde position d'allumage de l'arc par court-circuit, dans laquelle la face transversale interne de la tuyère vient en contact avec la face d'extrémité inférieure 9 de l'électrode en prenant appui sur la pièce métallique à découper (non représentée), une tension électrique étant appliquée entre l'électrode et cette pièce.

[0011] L'électrode 2 comprend essentiellement un support électroconducteur en cuivre 10 dont la face d'extrémité 9 est plane et horizontale. Un lamage cylindrique 11 est usiné dans la face d'extrémité, et dans le fond plat et horizontal 12 de ce dernier est ménagé un évidement cylindrique borgne 13 de plus petit diamètre. Un insert émissif cathodique 14, constitué d'un bloc cylindrique en zirconium ou en hafnium, est emmanché à force dans l'évidement 13, affleurant avec le fond 12 du lamage ou faisant légèrement saillie par rapport à ce dernier. De cette façon, dans la seconde position, un espace axial est ménagé entre l'extrémité de l'insert 1 et la portion en regard de la face interne de la tuyère 5.

[0012] Après un certain temps d'utilisation avec un gaz plasmagène oxydant, qui est par exemple de l'air ou de l'oxygène, la partie centrale de l'insert 14 forme un cratère 15 dont la périphérie est recouverte d'un bourrelet circulaire 16 d'oxyde de zirconium ou de hafnium électriquement isolant à froid (figure 2). Grâce à la présence du lamage 11, ce bourrelet 16 ne fait pas saillie au-delà de la face d'extrémité 9 du support 10, de sorte que l'allumage de l'arc par court-circuit peut continuer de s'effectuer de façon fiable.

[0013] En variante, on comprend que le même résultat peut être obtenu lorsque le lamage est ménagé, avec un diamètre analogue, dans la face interne de la tuyère 5 tournée vers l'électrode, comme représenté en trait mixte en 11A à la figure 1, l'insert 13 pouvant alors être affleurant avec la face d'extrémité 9 de la cathode.

Revendications

1. Electrode pour torche de travail à l'arc plasma à allumage par court-circuit, du type comprenant un support électroconducteur (10) ayant une extrémité munie d'un insert émissif (14), notamment en zirconium ou en hafnium, caractérisée en ce qu'une partie de l'extrémité du support située autour de l'insert (14) comporte au moins une portion en matériau électroconducteur faisant saillie axialement par rapport à l'insert.

2. Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la portion en saillie est circulaire.

3. Electrode selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que la portion en saillie est venue de matière avec le support (10).

4. Electrode selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'insert (14) est monté dans un évidement (13) ménagé dans le fond d'un lamage circulaire (11) creusé dans la face d'extrémité (9) du support (10).

5. Electrode selon la revendication 4, caractérisée en ce que le diamètre du lamage (11) est supérieur à celui de l'évidement (13).

6. Torche de travail à l'arc plasma, du type comprenant un corps de torche (1) dans lequel une électrode (2), ayant une face d'extrémité (9) dans laquelle est monté un insert émissif (16), et une tuyère (5), ayant une face interne en regard de la face d'extrémité, sont montées mobiles l'une par rapport à l'autre entre une première position de travail, où lesdites faces sont espacées l'une de l'autre et une seconde position d'amorçage de l'arc, où les faces sont en contact mutuel, caractérisée en ce que, dans la seconde position, un espace est ménagé entre l'insert (16) et la portion en regard de la face interne de la tuyère (5).

7. Torche selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'électrode est conformée selon l'une des revendications 1 à 5.

8. Torche selon la revendication 6, caractérisée en ce que la portion en regard de la face interne de la tuyère (5) est en retrait par rapport à cette face interne.

9. Torche selon la revendication 8, caractérisée en ce que la portion en regard est constituée par le fond d'un lamage (11) formé dans la face interne de la tuyère (5).

Dessins