Torche à plasma avec amorçage par contact entre l'électrode et la tuyère

Abstract

 L'invention concerne une torche (1) à plasma comportant un porte-électrode (3) fixe avec une électrode (4) et un bloc (11) porte-tuyère mobile axialement avec une tuyère (13). La tuyère (13) portée par le bloc (11) est mise en contact mécanique temporairement avec l'électrode (4) pour créer l'arc pilote. Le bloc (11) porte-tuyère est mobile dans un carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142) formant palier de coulissement, et comprenant deux chambres de pression (18, 19) de pression, à volumes internes variables et séparées l'une de l'autre par une cloison (5) fixe ou mobile. Le carter de guidage, le bloc (11) porte-tuyère et la cloison intermédiaire (5) étant agencés pour maintenir les deux chambres de pression (18, 19) sans communication fluidique l'une avec l'autre et à assurer un coulissement axial étanche du bloc (11) porte-tuyère dans le carter. Machine automatique de coupage plasma comportant une telle torche et procédé d'amorçage de l'arc pilote.

Description

[0001] La présente invention concerne une torche de travail à l'arc électrique, en particulier une torche à plasma à tête démontable.

[0002] Dans le domaine du coupage plasma automatique, lorsque la torche à plasma est agencée sur une machine de découpe, deux types de torches sont classiquement utilisés, à savoir les torches dites "monobloc" et les torches en deux parties, dites à "tête démontable".

[0003] L'architecture et le fonctionnement de ces différents types de torches sont notamment décrits dans les documents suivants auxquels on peut se reporter pour plus de détails : EP-A-144267, EP-A-410875, EP-A-772957, EP-A-902606, EP-A-810052, EP-A-845929, EP-A-790756, EP-A-196612, WO-A-89/11941, US-A-4,521,666, US-A-4,059,743, US-A-4,163,891, US-A-5,591,357, EP-A-599709, EP-A-872300, EP-A-801882 et EP-A-941018.

[0004] Par ailleurs, ces différents systèmes de torche peuvent être classés en deux sous-catégories en fonction du mode d'amorçage de l'arc pilote dans la torche.

[0005] En effet, l'amorçage de l'arc pilote peut se faire soit par création et jaillissement d'une étincelle de haute fréquence (HF) entre l'électrode et la tuyère de la torche, soit par mise en court-circuit temporaire de l'électrode et de la tuyère par le biais de leur mise en contact mécanique.

[0006] L'amorçage de l'arc pilote par jaillissement d'une étincelle HF entre l'électrode et la tuyère est très répandu car simple de conception et de mise en oeuvre (voir figure 1 ci-après).

[0007] Toutefois, le mode d'amorçage par HF présente les inconvénients et posent les problèmes suivants :

• émission d'importantes radio nuisances, lors du jaillissement des étincelles HF, pouvant perturber et endommager les systèmes électroniques et informatiques insuffisamment protégés se trouvant dans l'environnement de la source HF,
• propagation par induction ou conduction de perturbations sur le réseau électrique du site industriel pouvant nuire gravement au bon fonctionnement des systèmes électroniques et informatiques insuffisamment protégés qui sont alimentés par le même réseau que la source HF,
• du fait des caractéristiques de tension et de fréquence des systèmes à HF, introduction de contraintes importantes d'isolement dans la conception des torches, des circuits électriques d'alimentation et de commande et des appareils constitutifs des installations de coupage ou de soudage.

[0008] Afin de tenter de résoudre ces problèmes, il a été proposé des torches à plasma dont le fonctionnement est basée sur une mise en court-circuit temporaire de l'électrode et de la tuyère par le biais d'une mise en contact mécanique de celles-ci, de manière à créer l'arc pilote, ainsi qu'illustré par la figure 2 ci-jointe. Un système très efficace d'allumage d'arc de ce type est donné, par exemple, dans le document EP-A-599709, qui enseigne un système d'amorçage comprenant une électrode mobile dans le corps de torche selon l'axe de la torche et une tuyère maintenue fixe ; l'électrode étant successivement amenée au contact de la tuyère puis séparée de cette dernière de manière à créer l'arc.

[0009] En pratique, il a été observé que ce système d'amorçage, bien que très efficace, présente, dans certains cas, les limites suivantes :

• d'une part, la continuité électrique du circuit alimentant l'électrode de la torche étant assurée par une douille élastique de contact dans laquelle doit pouvoir coulisser à débattement le porte-électrode sous l'action de forces pneumatiques s'exerçant sur la tête de piston dont est doté ledit porte-électrode, le dimensionnement de la douille élastique est fonction du courant maximal auquel elle sera soumise en tenant compte de la résistance de contact inhérent au système et des échauffements locaux qui peuvent en découler. Ce qui revient à dire que, s'il faut 1 unité de douille de contact pour un courant de 150 A, il faudrait l'équivalent de 2 unités de douille pour un courant de 300 A et de 4 unités de douille pour un courant de 600 A, ce qui se répercute alors négativement sur les dimensions de la torche devant contenir de tels agencements ;
• d'autre part, la force nécessaire pour faire coulisser le porte-électrode dans la douille de contact est sensiblement proportionnelle au nombre d'unités de douille requis par le courant maximal, soit à titre d'exemple pour établir une relation : 10 daN pour 150 A, 20 daN pour 300 A et 40 daN pour 600 A. On comprend alors immédiatement que si la pression en air comprimé alimentant le piston de manoeuvre de l'électrode est une constante, par exemple 5 bars, il faut alors dimensionner le piston de telle façon à avoir une section active en proportion avec la force à vaincre, soit pour illustrer la relation : 2 cm² pour 150 A, 4 cm² pour 300 A et 8 cm² pour 600 A, ce qui se répercute aussi négativement sur les dimensions de la torche.

[0010] De là, on comprend que, si le système d'amorçage par court-circuit par mouvement de l'électrode est très intéressant pour les torches de faibles et de moyennes puissances, c'est-à-dire pour des intensités de courant d'au plus 150 A, il devient rapidement rédhibitoire pour de fortes puissances, c'est-à-dire lorsque les intensités qui atteignent ou dépassent la valeur de 300 A.

[0011] Pour tenter de résoudre ces problèmes, il a été proposé des torches à amorçage par court-circuit de fonctionnement inverse de celui décrit ci-avant, c'est-à-dire avec électrode fixe et tuyère mobile pouvant se déplacer et venir au contact de ladite électrode de manière à créer l'arc pilote, le retour de la tuyère dans sa position de travail se faisant habituellement par l'intermédiaire d'un ressort de rappel, ainsi qu'illustré par la figure 3 ci-jointe.

[0012] Cependant, ce mode d'amorçage de l'arc pilote présente aussi des inconvénients, à savoir :

• le ressort de rappel de la tuyère doit être d'une force suffisamment grande pour obtenir un bon contact de court-circuit entre électrode et tuyère mais suffisamment faible pour que la pression dynamique exercée par le gaz puisse repousser la tuyère jusqu'à sa butée inférieure. Cela peut conduire soit à un contact aléatoire entre électrode et tuyère, soit à interdire les réglages de pression de gaz plasmagène dont la valeur serait égale ou inférieure à celle exercée par le ressort. Ce système conduit donc à limiter l'usage de la torche aux procédés qui développent des pressions dynamiques internes à la tuyère notablement supérieures à la force du ressort.
• le ressort est utilisé comme conducteur électrique pour transmettre le courant d'arc pilote à la tuyère. Selon la valeur de l'intensité du courant d'arc pilote et le temps d'application dudit courant, il peut s'ensuivre un vieillissement prématuré du ressort, par échauffement et perte de caractéristiques élastiques, pouvant nuire à l'efficacité du système.
• le retour de la tuyère, depuis la butée inférieure vers la butée supérieure constituée par l'électrode, s'effectuant sous le seul effet de la force du ressort, le temps nécessaire à effectuer la course de retour est fonction du temps de purge des circuits de gaz disposés entre l'électrovanne de sectionnement du gaz et l'orifice de sortie de la tuyère, le temps de purge desdits circuits étant lui-même fonction de la capacité volumique de ces circuits, de la pression de gaz y régnant et du calibre de l'orifice de sortie de la tuyère. Dès lors, d'une part, le temps de retour de la tuyère vers l'électrode pour y établir un nouveau court-circuit est une variable tributaire d'un certain nombre de paramètres opératoires et, d'autre part, lorsqu'il y a enchaînement de plusieurs séquences de travail nécessitant des extinctions d'arc et des réallumages successifs, le temps d'attente nécessaire pour obtenir de bonnes conditions de ré-allumage d'arc est difficilement prédictible et se prête, par conséquent, mal à une automatisation fiable.

[0013] Afin de résoudre ces problèmes, une amélioration du système d'amorçage a été proposée dans le document EP-A-326445. Toutefois, le mode d'amorçage de l'arc pilote donné dans ce document, dont la torche met aussi en oeuvre un ressort de rappel, bien que plus efficace que dans la solution précédente et non dépendant de la pression de gaz, présente encore des inconvénients, à savoir :

• le ressort est utilisé comme conducteur électrique pour transmettre le courant d'arc pilote à la tuyère et donc le problème du vieillissement prématuré du ressort n'est pas résolu.
• le retour de la tuyère s'effectuant, là encore, sous le seul effet de la force du ressort, le temps nécessaire à effectuer cette course de retour est, dans ce cas aussi, fonction du temps de purge des circuits disposés entre l'électrovanne de sectionnement du gaz et l'orifice de sortie de la tuyère, ce qui engendre les mêmes problèmes de fiabilité que dans le cas précédent.

[0014] Le but de la présente invention est donc de résoudre les problèmes susmentionnés se posant avec les torches de travail à l'arc électrique de l'art antérieur et de proposer un système de torche capable d'amorcer de façon efficace un arc pilote entre l'électrode et la tuyère de la torche, sans générer de perturbations électromagnétiques par rayonnement ou par conduction et qui soit, en particulier, adaptable aux torches à plasma à tête démontable.

[0015] Dit autrement, le but de l'invention est de proposer une torche à plasma présentant les avantages suivants :

• pas d'émission de radio nuisances, pas de propagation par induction ou conduction de perturbations sur le réseau électrique, pas de contraintes importantes d'isolement électrique dans la conception des matériels de mise en oeuvre des procédés à arc plasma,
• pas de limitation technique ou dimensionnelle pouvant avoir un caractère rédhibitoire pour la transposition du système d'amorçage à des matériels de forte puissance,
• pas d'influence de la variation de la pression du gaz plasmagène sur l'efficacité du système,
• pas d'échauffement lié à la durée d'application de l'arc pilote risquant de nuire à l'efficacité et à la fiabilité du système d'amorçage,
• pas d'influence significative des paramètres opératoires sur le système d'amorçage pouvant conduire à des délais d'attente variables ou aléatoires entre une commande d'extinction d'arc et un ré-allumage d'arc,
• système d'amorçage de l'arc pilote efficace et fiable, exempt de nuisances pour l'environnement et se prêtant particulièrement bien à une automatisation optimisée du procédé de fabrication,
• système convenant aussi pour les fortes puissances, c'est-à-dire lorsque les intensités de courant atteignant ou dépassant la valeur de 300 A.

[0016] La solution de la présente invention est alors une torche de travail à l'arc électrique, en particulier une torche à plasma, comprenant un corps de torche et une tête de torche, ladite torche comportant au moins un porte-électrode permettant de recevoir une électrode et un bloc porte-tuyère permettant de recevoir au moins une tuyère, ledit porte-électrode étant fixe dans ladite torche et ledit bloc porte-tuyère étant mobile axialement entre :

• au moins une première position dans laquelle la tuyère portée par ledit bloc porte-tuyère est mise en contact mécanique avec ladite électrode portée par ledit porte-électrode, et
• au moins une deuxième position dans laquelle la tuyère portée par ledit bloc porte-tuyère est située à une distance non nulle de ladite électrode,

   caractérisée en ce que ledit bloc porte-tuyère est mobile axialement par l'intermédiaire d'au moins un carter de guidage formant palier de coulissement pour ledit bloc porte-tuyère,

• le carter de guidage comprenant une première chambre de pression et une deuxième chambre de pression, lesdites première et deuxième chambres de pression étant à volumes internes variables et étant séparées l'une de l'autre par au moins une cloison intermédiaire,
• le carter de guidage, le bloc porte-tuyère et ladite cloison intermédiaire étant agencés de manière à maintenir les deux chambres de pression sans communication fluidique l'une avec l'autre et à assurer un coulissement axial étanche du bloc porte-tuyère par l'intermédiaire du carter de guidage pour faire varier les volumes internes desdites première et deuxième chambres de pression,
• au moins un premier passage d'alimentation en fluide débouche dans la première chambre de pression pour permettre une alimentation en fluide sous pression de ladite première chambre de pression, et
• au moins un deuxième passage d'alimentation en fluide débouche dans la deuxième chambre de pression pour permettre une alimentation en fluide sous pression de ladite deuxième chambre de pression.

[0017] Selon le cas, la torche de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

• les première et deuxième chambres de pression sont séparées l'une de l'autre par au moins une cloison intermédiaire mobile axialement et portée solidairement par le bloc porte-tuyère, ladite cloison formant tête de piston à actionnement fluidique, de préférence ladite cloison mobile constitue un épaulement ou un renflement radial venant du bloc porte-tuyère.
• les première et deuxième chambres de pression sont séparées l'une de l'autre par au moins une cloison intermédiaire fixe et solidaire de la partie fixe du carter de guidage formée par au moins une partie du porte-électrode, et le bloc porte-tuyère comprenant une première expansion radiale formant paroi supérieure de la deuxième chambre de pression et une deuxième expansion radiale inférieure formant paroi de la première chambre de pression, ledit bloc porte-tuyère et lesdites première et deuxième expansions radiales internes étant mobiles solidairement et axialement.
• la deuxième chambre de pression est délimitée par la surface interne de la paroi latérale du carter, la surface interne de la paroi supérieure du carter, la surface externe de la paroi latérale du porte-électrode et la surface supérieure de la cloison fixe formant tête de piston solidaire du porte-électrode, et la première chambre de pression est délimitée par la surface interne de la paroi latérale du carter, la surface interne de la paroi inférieure du carter, la surface externe de la paroi latérale du porte-électrode et la surface inférieure de la cloison fixe formant tête de piston solidaire du porte-électrode.
• la deuxième chambre de pression est délimitée par la surface interne de la paroi latérale du carter, la surface interne de la paroi supérieure du carter, la surface externe de la paroi latérale du bloc porte-tuyère et la surface supérieure de la cloison mobile formant tête de piston solidaire du bloc porte-tuyère, et
• la première chambre de pression est délimité par la surface interne de la paroi latérale du carter, la surface interne de la paroi inférieure du carter, la surface externe de la paroi latérale du bloc porte-tuyère et la surface inférieure de la cloison mobile formant tête de piston solidaire du bloc porte-tuyère.
• des moyens d'étanchéité sont agencés entre le carter de guidage, le bloc porte-tuyère et/ou le porte-électrode et ladite cloison intermédiaire de manière à permettre un coulissement axial étanche du bloc porte-tuyère dans le carter de guidage et/ou sur au moins une partie du porte-électrode pour maintenir les première et deuxième chambres de pression sans communication fluidique l'une avec l'autre, de préférence les moyens d'étanchéité comprennent des joints d'étanchéités.
• le premier passage d'alimentation en fluide sous pression permet d'acheminer un fluide sous pression, de préférence un gaz, jusque dans ladite première chambre de pression par l'intermédiaire d'un premier orifice pratiqué dans une paroi du carter de guidage, et le deuxième passage d'alimentation en fluide sous pression permet d'acheminer un fluide sous pression, de préférence un gaz, jusque dans ladite deuxième chambre de pression par l'intermédiaire d'un deuxième orifice pratiqué dans la paroi du carter de guidage.
• le premier passage d'alimentation en fluide sous pression traverse au moins une partie de ladite deuxième chambre de pression, ladite cloison intermédiaire et débouche dans ladite première chambre de pression.
• elle comporte, en outre, au moins une chambre de décompression communiquant avec l'atmosphère ambiant par l'intermédiaire d'au moins un passage de sortie de gaz.
• elle comporte, en outre, une électrode munie d'un insert émissif en zirconium, hafnium ou tungstène, pur ou allié.
• elle comporte des moyens d'assemblage/désassemblage permettent d'associer et/ou de dissocier la tête de torche du corps de torche, lesdits tête de torche et corps de torche étant séparables l'un de l'autre.
• elle est de type mono flux ou double flux et/ou en ce qu'elle comporte des moyens de distribution de flux sur le mode axial ou sur le mode tourbillonnaire.

[0018] L'invention porte aussi sur une installation automatique de travail à l'arc plasma comprenant une torche à plasma selon l'invention, de préférence une torche de coupage plasma, montée sur un bâti-support comportant au moins un axe de déplacement motorisé, des moyens de pilotage permettant de commander au moins la séquence d'amorçage de ladite torche en permettant et/ou interdisant l'introduction d'un fluide sous pression, de préférence de l'air, dans la première chambre de pression ou dans la deuxième chambre de pression de façon à faire varier la pression et/ou le volume internes desdites chambres et à provoquer ainsi un mouvement en approchement ou, à l'inverse, en éloignement d'au moins le bloc porte-tuyère et de la tuyère par rapport au porte-électrode et à l'électrode par coulissement axial d'au moins le bloc porte-tuyère par l'intermédiaire du carter de guidage, des moyens de gestion des séquences de travail et des moyens de programmation et de gestion des trajectoires de travail telle une commande numérique.

[0019] Par l'invention porte aussi sur un procédé d'amorçage d'un arc pilote dans une torche à plasma comprenant une électrode fixe et une tuyère mobile portée solidairement par un bloc porte-tuyère mobile axialement dans la torche, dans lequel on opère un amorçage d'un arc pilote entre la tuyère et l'électrode en introduisant un fluide sous pression, de préférence un gaz, dans au moins une première chambre de pression coopérant avec au moins le bloc porte-tuyère de façon à faire varier la pression et/ou le volume interne de ladite chambre de pression et à provoquer ainsi un mouvement en approchement d'au moins le bloc porte-tuyère et de la tuyère par rapport au porte-électrode et à l'électrode par coulissement axial d'au moins le bloc porte-tuyère par l'intermédiaire d'un carter de guidage jusqu'à obtenir un contact entre la tuyère et l'électrode avec formation d'un arc électrique entre elles, et au moins une deuxième chambre de pression coopérant avec au moins le bloc porte-tuyère de manière à obtenir un mouvement en éloignement d'au moins le bloc porte-tuyère et de la tuyère par rapport au porte-électrode et à l'électrode, lorsqu'on fait varier la pression et/ou le volume interne de ladite deuxième chambre de pression, par coulissement axial d'au moins le bloc porte-tuyère dans ledit carter de guidage.

[0020] De façon alternative, l'invention a aussi trait à un procédé d'amorçage d'un arc pilote dans une torche à plasma comprenant une électrode fixe et une tuyère mobile portée solidairement par un bloc porte-tuyère mobile axialement dans la torche, dans lequel on opère un amorçage d'un arc pilote entre la tuyère et l'électrode en introduisant un fluide sous pression, de préférence un gaz, dans au moins une deuxième chambre de pression coopérant avec au moins le bloc porte-tuyère de façon à faire varier la pression et/ou le volume interne de ladite deuxième chambre de pression et à provoquer ainsi un mouvement en approchement d'au moins le bloc porte-tuyère et de la tuyère par rapport au porte-électrode et à l'électrode par coulissement axial d'au moins le bloc porte-tuyère par l'intermédiaire d'un carter de guidage jusqu'à obtenir un contact entre la tuyère et l'électrode avec formation d'un arc électrique entre elles, et au moins une première chambre de pression coopérant avec au moins le bloc porte-tuyère de manière à obtenir un mouvement en éloignement d'au moins le bloc porte-tuyère et de la tuyère par rapport au porte-électrode et à l'électrode, lorsqu'on fait varier la pression et/ou le volume interne de ladite première chambre de pression, par coulissement axial d'au moins le bloc porte-tuyère dans ledit carter de guidage.

[0021] En outre, l'invention porte aussi sur un procédé de coupage plasma d'une pièce, de préférence métallique, telle une tôle d'acier, d'acier inoxydable ou d'alliage d'aluminium, mettant en oeuvre un procédé d'amorçage d'un arc pilote tel que décrit ci-avant.

[0022] L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description détaillée ci-après et en références aux figures annexées, données à titre illustratif mais non limitatif, parmi lesquelles :

• les figures 1 à 4 représentent des torches selon l'art antérieur représentées en coupe longitudinale,
• la figure 5 est un schéma de principe, en coupe longitudinale, d'une torche à amorçage par contact selon la présente invention, et
• les figures 6 à 8 représentent plusieurs vues différentes, en coupe longitudinale, d'une version industrielle d'une torche à amorçage par contact selon la présente invention.

[0023] La figure 1 est un schéma de principe d'une torche à amorçage par HF selon l'art antérieur, laquelle comporte une tuyère 102 percée d'un orifice axial 103 d'éjection du jet de plasma 104. Une électrode 105 à insert émissif 106 est fixée coaxialement et à distance de la tuyère 102. Une source principale de courant électrique 107 est raccordée par l'un de ses pôles 108 à la pièce de travail 109, via un câble de liaison 181, et par l'autre pôle 110 à l'électrode 105, via un câble de liaison 101. Une liaison est aussi établie entre le pôle 108 et la tuyère 102, via un câble 182 et un contact de sectionnement 183. Une première source HF auxiliaire 111 et une seconde source auxiliaire 112 de courant de faible intensité, appelée source de courant d'arc pilote, sont raccordées chacune aux bornes 108 et 110 de la source 107. Pour obtenir l'amorçage de l'arc pilote, les sources 107 et 112 sont mises sous tension, un flux de gaz plasmagène 113, ici tourbillonnant, est injecté dans l'espace entre la tuyère 102 et l'électrode 105, le contact de sectionnement 183 est fermé, la source de HF 111 est excitée engendrant le jaillissement d'une étincelle entre l'extrémité de l'électrode 105 et le fond intérieur de la tuyère 102. Le chemin électrique créé par l'étincelle HF permet alors au courant de faible intensité délivré par la source 112 de circuler entre l'électrode 105 et la tuyère 102 et de créer ainsi l'arc pilote, qui sous l'effet du flux gazeux 113 s'étire au travers de l'orifice 103 en direction de la pièce 109. Lorsque l'arc pilote est stabilisé, la torche 100 est rapprochée de la pièce 109 jusqu'à ce qu'une zone suffisamment ionisée du jet 104 vienne en contact avec la surface de la pièce 109 permettant ainsi l'établissement d'un circuit électrique entre l'électrode 105 et la pièce 109. Un relais d'intensité, non représenté, placé dans le circuit 181 détecte alors la présence d'un courant, commande l'ouverture du contact de sectionnement 183 et l'élévation de l'intensité du courant jusqu'au niveau requis pour exécuter l'opération de découpe ou de soudage. Un mouvement de vitesse adaptée est communiqué à la torche 100 ou à la pièce 109 afin de former la trajectoire de découpe, de soudage ou de marquage.

[0024] La figure 2 représente un schéma de principe d'une torche à amorçage par court-circuit avec électrode mobile selon l'art antérieur. Cette torche 200 partiellement agencée de façon similaire à la torche de la figure 1 et s'en différenciant essentiellement par l'électrode 205 qui est ici fixée sur un porte-électrode 221 monté axialement coulissant dans un carter 222 formant une chambre de pression 223 délimitée par un renflement du porte-électrode 221 formant tête de piston 224 et par une diminution de diamètre 225 du carter 222 formant palier supérieur. Des joints d'étanchéités sont enchâssés dans la tête de piston et le palier supérieur de façon à empêcher toute communication de la chambre de pression 223 avec le milieu ambiant et avec un compartiment 226 délimité par la tête de piston 224 et une deuxième réduction de diamètre 227 du carter 222 formant palier inférieur, ledit palier inférieur étant muni d'un joint d'étanchéité. A sa partie supérieure, le porte-électrode se prolonge par une extrémité 228 en forme de tige axialement coulissante dans une douille élastique de contact électrique 220 elle-même enchâssée dans un manchon 230 formant support mécanique et connecteur électrique pour un câble 211 de liaison avec le pôle 210 de la source principale de courant 207. Un distributeur pneumatique 232 à commande électrique est alimenté par une source d'air 231 sous pression. Une première ligne de distribution d'air 233 est raccordée à la chambre de pression 223 par un piquage 235 et une deuxième ligne de distribution d'air 234 est raccordée à la chambre de pression 226 par un piquage 261. Un mouvement de descente est donné à l'ensemble 228, 221, 224, 205 par mise sous pression de la chambre 223, la course de descente étant fixée par la mise en butée de l'extrémité de l'électrode 205 dans le fond de la tuyère 202. A l'inverse, un mouvement de montée est donné à cet ensemble par mise en pression de la chambre 226, la course de montée étant fixée par la mise en butée d'un renflement 229 du porte-électrode 221 sur la face inférieure du carter 222. L'écart résiduel Δe correspond à la distance normale devant séparer l'électrode 205 de la tuyère 202 lorsque l'arc plasma est allumé. Pour obtenir l'amorçage de l'arc pilote, les sources 207 et 212 sont mises sous tension, un courant de gaz plasmagène 213 est injecté dans l'espace séparant la tuyère 202 et l'électrode 205, et le contact de sectionnement 283 est fermé. L'électrode 205 descend au contact mécanique et électrique de la tuyère 202, un courant délivré par la source auxiliaire 212 peut alors circuler dans le circuit formé. Un relais d'intensité, non représenté, placé sur le circuit 282 détecte alors la présence d'un courant électrique et commande subséquemment la remontée de l'électrode 205 par inversion de la commande du distributeur 232. Il s'ensuit, au moment de la rupture du court-circuit entre électrode et tuyère, la formation d'une étincelle qui, comme décrit précédemment crée un chemin électrique propice à l'établissement de l'arc pilote. En d'autres termes, c'est l'électrode 205 qui est mobile selon l'axe de la torche, alors que la tuyère 202 est toujours maintenue fixe. Un exemple de réalisation de ce système d'allumage d'arc est donné dans le document EP-A-599709.

[0025] La figure 3 représente un schéma de principe d'une torche à amorçage par court-circuit avec tuyère mobile selon l'art antérieur. La torche 300 partiellement, agencée de façon similaire à la torche de la figure 1 et s'en différentiant essentiellement par la tuyère 331 qui est axialement coulissante dans un carter 333. Un organe élastique 332, tel un ressort est emprisonné entre une première butée 302 venant de la tuyère 331 et une seconde butée 304 venant du carter 333. Le ressort 332 exerce une force axiale tendant à amener le fond intérieur de la tuyère 331 au contact de l'électrode 305. Un joint d'étanchéité 334 est enchâssé à la partie supérieure de la tuyère 331. Une électrovanne 335, alimentée en gaz plasmagène 336 sous pression, est raccordé à une entrée de fluide 338 au moyen d'une canalisation 337. Lorsque l'électrovanne 335 est commandée à l'ouverture, du gaz 313 est distribué entre l'électrode 305 et la tuyère 331, et exerce une pression sur les parois internes de la tuyère, pour créer une force de répulsion supérieure à la force du ressort 332 et entraîner ainsi la tuyère dans un mouvement de descente jusqu'à ce que la butée 302 de la tuyère 331 vienne au contact de la contre-butée 303. Pour obtenir l'amorçage d'un arc pilote, les sources 307 et 312 sont mises sous tension et l'électrovanne 335 est fermée. Ainsi, la tuyère 331 est repoussée par le ressort 332 au contact avec l'électrode 305. Le contact de sectionnement 383 est fermé et un courant issu de la source auxiliaire 312 peut circuler dans le circuit formé. Un relais d'intensité, non représenté, placé sur le circuit 382 détecte alors la présence d'un courant et commande l'ouverture de l'électrovanne 335, le débit de gaz 313 ainsi délivré exerce une pression sur la paroi de la tuyère 331 provoquant sa descente par compression du ressort 332. Au moment de la rupture du court-circuit, il se produit une étincelle qui comme décrit précédemment permet l'établissement de l'arc pilote.

[0026] La figure 4 représente un schéma de principe d'une autre torche à amorçage par court-circuit avec tuyère mobile selon l'art antérieur. La torche 400 similaire à celle de la figure 3 comporte, pour renforcer la force exercée par l'action du gaz sur la tuyère, un aménagement supplémentaire. La tuyère 441 est montée à débattement axial dans un carter 443. Un ressort 442 est emprisonné entre une butée circulaire 431 et un renflement 412. Le ressort 442 exerce une force axiale tendant à amener la tuyère 441 au contact de l'électrode 405. Un rétrécissement 432 de la partie supérieure du carter 443 délimite une chambre de pression 445. Une section circulaire 444 permet le passage d'un gaz distribué par un piquage 433 traversant le rétrécissement 432 pour alimenter la chambre de pression 445, tout en maintenant une pression significative dans la chambre de pression 445, alors que le gaz s'écoule à l'air libre en un flux périphérique 452, via une fente annulaire 434 et les espaces inter spires du ressort 442. Un joint d'étanchéité 447 dans le rétrécissement 432 isole le circuit de distribution 438 en gaz plasmagène du circuit de distribution 451. Une électrovanne 448 alimentée en gaz 449 sous pression, tel de l'air comprimé, est raccordée à l'entrée de fluide 451 via la canalisation 450. Ce débit de fluide supplémentaire permet le refroidissement de la tuyère 441 et le développement d'une pression suffisante sur la section du renflement 412 formant tête de piston pour exercer une force propre à comprimer le ressort 442 et à provoquer la descente de la tuyère 441. La course de descente de la tuyère 441 est limitée par la mise en butée d'un renflement 412 sur le rétrécissement 432 du carter 443. Pour obtenir l'amorçage d'un arc pilote, les sources 407 et 406 sont mises sous tension et les électrovannes 435 et 448 commandées en position de fermeture. Ainsi, en l'absence de débits de gaz dans la torche, la tuyère 441 repoussée par le ressort 442 est au contact avec l'électrode 405. Le contact de sectionnement 483 est alors commandé à la fermeture et un courant délivré par la source auxiliaire peut circuler dans le circuit formé. Un relais d'intensité, non représenté, sur le circuit 482 détecte le courant et commande l'ouverture simultanée des électrovannes 435 et 448. Le débit de gaz de refroidissement externe à la tuyère 441 issu de 451 conjugué au débit de gaz plasmagène 413, interne à ladite tuyère et issu de 438, développent des forces provoquant sa descente par compression du ressort 442. La formation d'une étincelle et de l'arc pilote se produit comme décrit précédemment. Un tel système d'amorçage d'un premier arc est donné dans le document EP-A-326445.

[0027] La figure 5 représente un schéma de principe du fonctionnement d'une torche à amorçage par court-circuit selon la présente invention. La torche 500 selon l'invention comprend une électrode 506 solidarisée à un porte-électrode 561 fixé au corps de torche, une tuyère 507 disposée à axe confondu avec celui de l'électrode 506, solidarisé à un porte-tuyère 508, mobile axialement par rapport à un carter 509 de guidage formant palier de coulissement pour ledit porte-tuyère 508. A la partie supérieure interne du carter 509 est aménagée une première chambre de pression 511 délimitée par la surface latérale interne du carter 509, un rétrécissement 595 venant du carter 509, la surface latérale externe du porte-tuyère 508 et un renflement 581, formant tête de piston, venant du porte-tuyère 508. A la partie inférieure interne du carter 509 est aménagée une deuxième chambre de pression 512 délimitée par la surface latérale interne du carter 509, un rétrécissement 596 venant du carter 509, la surface latérale externe du porte-tuyère 508 et le renflement 581. Afin d'assurer un coulissement étanche du porte-tuyère 508 dans le carter 509 et ainsi de maintenir les deux chambres de pression sans communication fluidique mutuelle et sans communication avec les éléments environnants, des joints d'étanchéités 591, 582, 592 sont disposés respectivement dans le rétrécissement supérieur 595, le renflement 581 et le rétrécissement inférieur 596. Un premier piquage 597 pour le raccordement d'un moyen d'alimentation en gaz sous pression de la première chambre de pression 511 est pratiqué dans la paroi du carter 509, un deuxième piquage 598 pour le raccordement d'un moyen d'alimentation en gaz sous pression de la deuxième chambre de pression 512 est pratiqué dans la paroi du carter 509.

[0028] Une source principale de courant électrique 520 est raccordée classiquement à la pièce de travail 524 et au porte-électrode 561 et une liaison est également établie entre la source 520 et la tuyère 507. Une source auxiliaire 523 de courant électrique de faible intensité, appelée source de courant d'arc pilote, est également raccordée aux bornes 521 et 522 de la source principale 520.

[0029] Un distributeur pneumatique 551 est alimenté par une source d'air 550 sous pression. Une première voie de distribution d'air 552 est raccordée à la chambre de pression 511 par le piquage 597, une deuxième voie de distribution d'air 553 est raccordée à la chambre de pression 512 par le piquage 598. En agissant sur le distributeur 551, un mouvement de descente est donné à l'ensemble 508, 507 par mise sous pression de la chambre 511, la course de descente étant fixée par la mise en butée de l'aménagement 583 du renflement 581 du porte-tuyère 508, formant face d'appui, sur la face interne 593 du rétrécissement 596 du carter 509, formant contre face d'appui. A l'inverse, un mouvement de montée est donné à ce même ensemble par mise en pression de la chambre 512, la course de montée étant fixée par la mise en butée d'une zone de la surface interne de la tuyère 507 sur l'extrémité de l'électrode 506. L'écart résiduel Δe correspond à la distance normale devant séparer l'électrode 506 de la tuyère 507 lorsque l'arc plasma est allumé. Afin de faciliter les mouvements de descente et de montée de l'ensemble 508, 507, le distributeur 551 est doté de deux évents 514 et 515 de mise à l'air libre des voies respectives d'alimentation 552 et 553.

[0030] Pour obtenir l'amorçage d'un arc pilote, les sources 520 et 523 sont mises sous tension, un courant de gaz plasmagène 513 est injecté dans l'espace séparant la tuyère 507 et l'électrode 506 et le contact de sectionnement 517 est fermé. Le distributeur 551 est alors activé pour que la tuyère 507 monte jusqu'à être au contact de l'électrode 506 et un courant délivré par la source auxiliaire 523 peut alors circuler dans le circuit ainsi formé. Un relais d'intensité, non représenté, placé sur le circuit 516 détecte alors la présence d'un courant électrique et commande subséquemment la redescente de la tuyère 507 par inversion de la commande du distributeur 551. Il s'ensuit, au moment de la rupture du court-circuit entre électrode et tuyère, la formation d'une étincelle qui, comme déjà décrit précédemment permet l'allumage de l'arc pilote. La suite des opérations permettant d'engendrer le processus de découpe de la pièce de travail 524 ne sera pas détaillée car similaire à celle décrite ci-dessus.

[0031] La figure 6 représente un schéma d'un mode de réalisation industriel d'une torche à amorçage par court-circuit selon la présente invention et, plus précisément, d'une torche de coupage plasma constituée d'un corps de torche principal monobloc. Toutefois, il est à souligner que l'invention peut s'appliquer aussi à une torche à corps démontable, c'est-à-dire dissociable de l'embase de torche fixée à demeure sur un bâti de machine automatique par exemple, telle la torche décrite dans EP-A-599709, ou d'une façon générale à tout type de torche comportant une électrode et une tuyère nécessitant l'allumage d'un arc pilote entre ces pièces, et ce quel que soit le procédé de transformation thermique mis en oeuvre subséquemment par ladite torche, à savoir un procédé de coupage plasma, de soudage plasma ou de marquage plasma par exemples.

[0032] La torche de la figure 6 comporte un bloc arrière 2 métallique prolongé vers l'avant par un porte-électrode métallique 3 de structure tubulaire de révolution doté à son extrémité inférieure d'un taraudage dans lequel est vissé à étanchéité une électrode 4 comportant un insert émissif 41 par effet thermoïonique et deux joints toriques 43 et 42, l'un 43 sur le corps extérieur de ladite électrode 4, l'autre 42 sous l'assemblage vissé de ladite électrode. Le porte-électrode 3 est constitué d'un assemblage d'éléments, tels un tube intérieur 31, une chemise extérieure 32 et un tube plongeur 33, tous trois métalliques, formant un circuit de refroidissement de tous les éléments précités par convection forcé d'un fluide, de l'eau par exemple, dans un passage centrale d'arrivée de fluide 34 et de retour annulaire de fluide 35. A la partie supérieure du bloc 2 est implanté le moyen de raccordement 21 d'une canalisation combinant l'alimentation électrique de l'électrode 4, via le porte-électrode 3 et le bloc 2, et l'alimentation en fluide de refroidissement des éléments précités. Un autre moyen de raccordement, non représenté, est implanté dans ledit bloc 2 pour une canalisation d'évacuation de fluide de refroidissement desdits éléments précités. Un premier fourreau tubulaire de révolution 36 réalisé dans un matériau électriquement isolant, tel un plastique, et fixé au porte-électrode 3 par un assemblage vissé/bloqué 37, recouvre celui-ci. Un deuxième fourreau tubulaire de révolution 38 réalisé dans un matériau mécaniquement résistant, tel un métal, fixé au fourreau isolant 36 par un assemblage vissé / bloqué 39, recouvre le fourreau isolant 36. Une tête de piston 5 en forme de disque et munie de joints d'étanchéité 51, 52 est maintenu bloqué contre une butée 384, venant du fourreau métallique 38, par un écrou 6 assujetti par un assemblage vissé 61 audit fourreau métallique 38. Un fourreau extérieur 7, réalisé dans un matériau électriquement isolant et assujetti au bloc 2, recouvre partiellement ledit bloc 2 et forme un support tubulaire se prolongeant vers l'arrière pour la fixation de la torche 1 sur un élément de machine. La partie inférieure du bloc 2, est prolongée par une réduction de diamètre recevant, par un assemblage 22 vissé / bloqué sur une portée plate 23 venant du bloc 2, un fourreau extérieur 8 de forme générale tubulaire de révolution s'étirant vers le bas, réalisé en un matériau électriquement isolant garni intérieurement et localement d'éléments tubulaires de révolution 81, 82 réalisés en un matériau mécaniquement résistant, tel un métal, scellés dans le matériau constitutif dudit fourreau isolant 8. Dans la partie supérieure dudit fourreau 8 est percé un trou 83 au travers du tube isolant 8 et de la garniture métallique 82 mettant ainsi en communication l'atmosphère intérieure du fourreau 8 et l'atmosphère extérieure dudit fourreau 8. Dans la partie inférieure dudit fourreau 8 est monté en gorge un joint torique d'étanchéité 84. Un premier tube 9 d'amenée d'un fluide sous pression, tel de l'air comprimé, scellé dans le bloc 2, s'étire vers le bas jusqu'au voisinage de la surface supérieure de la tête de piston 5. Dans sa portion médiane est disposé en gorge un joint torique d'étanchéité extérieure 91. Un second tube 10 d'amenée d'un fluide sous pression, tel de l'air comprimé, scellé dans le bloc 2, s'étire vers le bas en traversant dans son épaisseur la tête de piston 5. Dans sa portion supérieure est disposé un joint torique d'étanchéité extérieure 116 et dans sa partie inférieure un autre joint torique d'étanchéité extérieure 115 en relation avec la tête de piston 5. A la partie supérieure du bloc 2 sont implantés les moyens de raccordement 24 et 25 des canalisations alimentant respectivement les tubes 9 et 10 en fluide sous pression. L'ensemble des éléments décrits précédemment constitue l'équipage fixe de la torche 1. Lorsque la torche est en ordre de service cet ensemble fait bloc, c'est-à-dire qu'aucun élément le composant n'est animé d'un mouvement notamment lors des séquences d'allumage d'arc pilote.

[0033] Ce qui suit décrit l'ensemble des éléments constituant l'équipage mobile de la torche 1. Lors notamment des séquences d'allumage d'arc pilote, cet ensemble fait bloc solidaire et est mis en mouvement de translation axial. Un bloc avant 11, de forme générale tubulaire de révolution et réalisé en métal, est doté d'un premier joint torique 118, monté dans une gorge interne usinée à la partie supérieure de l'alésage dudit bloc 11 et d'un second joint torique 114, monté dans une gorge interne usinée à la partie inférieure de l'alésage dudit bloc 11. Un fourreau 14, de forme générale tubulaire et réalisé en un matériau isolant tel un plastique, est solidarisé à axe confondu par un assemblage vissé / bloqué 117 au bloc 11. Une première garniture 141, de forme générale tubulaire de révolution et réalisé en métal, est scellée à axe confondu sur la périphérie extérieure de la partie inférieure dudit fourreau 14. Une deuxième garniture 142, de forme tubulaire de révolution et réalisé en métal, est scellée à axe confondu et étanchéité dans l'alésage de la partie supérieure dudit fourreau 14. Le sous-ensemble 11, 14 est monté à axe confondu et de façon coulissante sur le fourreau 38 du porte-électrode 3 et sur la tête de piston 5. Les joints 118, 51 et 84 assurent un coulissement étanche du bloc 11, de la garniture 142 et de la garniture 141 sur respectivement le fourreau 38 du porte-électrode 3, la tête de piston 5 et le fourreau 8. Un bloc arrière 16, de forme générale tubulaire de révolution et réalisé en métal, est emboîté entre la garniture 142 du fourreau 14 et le fourreau 38 du porte-électrode 3, formant ainsi couvercle du sous-ensemble 11, 14. Le bloc 16 est fixé en position par des vis, non représentées, traversant radialement le fourreau 14 et sa garniture 142. Les tubes 9 et 10 venant du bloc 2 traversent le bloc 16 dans toute son épaisseur grâce à des perçages, usinés à axes confondus, dans ledit bloc 16, les joints 91 et 116 montés en gorge sur les tubes respectifs 9 et 10 permettent un coulissement étanche du bloc 16 sur lesdits tubes 9 et 10. Un premier joint torique 161 monté en gorge sur la périphérie extérieure dudit bloc 16 assure l'étanchéité de l'assemblage 16, 142. Un deuxième joint torique 162 monté en gorge dans l'alésage dudit bloc 16 assure le coulissement étanche du bloc 16 sur le fourreau 38 du porte-électrode 3. Dans des logements appropriés aménagés dans l'alésage inférieur du bloc 11 sont placé un diffuseur de gaz plasmagène 12, monté coulissant sur la chemise 32 du porte-électrode 3, et une tuyère 13. Une coiffe 17, de forme en coupelle réalisée en métal, recouvre la tuyère 13 et le bloc 11 en délimitant un espace annulaire 171 formant chambre de circulation d'un fluide de refroidissement pour la tuyère 13. L'étanchéité périphérique de ladite chambre 171 est assurée par les joints toriques 172 et 173, montés en gorge dans la paroi interne de la coiffe 17 et le joint torique 114 monté en gorge dans l'alésage inférieur du bloc 11. Un écrou 15, par un vissage 151 sur la garniture 141 entraîne, par l'intermédiaire d'une butée 152 obtenue par aménagement réciproque de la coiffe 17 et de l'écrou 15, la coiffe 17 jusqu'à ce que les lèvres bordant la gorge du joint 172 plaque la tuyère 13 dans son logement en emprisonnant à relative étanchéité le diffuseur 12 entre une butée haute 121 et une butée basse 122. Le joint 43 de l'électrode 4 permet alors un coulissement étanche du diffuseur 12 sur ladite électrode 4. L'équipage mobile ainsi monté sur l'équipage fixe de la torche 1, forme alors trois chambres à volume variable, à savoir une chambre de pression inférieure 18 alimentée par le tube 10, une chambre de pression médiane 19 alimentée par le tube 9, et une chambre de décompression supérieure 20 avec son orifice de mise à l'air libre 83.

[0034] Par rapprochement avec le schéma de principe de la figure 5 et les explications correspondantes, on comprend aisément le fonctionnement de la torche de la figure 6. Lorsqu'un ordre d'amorçage de l'arc pilote est donné, toutes choses par ailleurs étant en ordre de fonctionnement, c'est à dire les sources de courant principal et auxiliaire sous tension, le flux de gaz plasmagène injecté entre électrode et tuyère, le contact de sectionnement du circuit électrique de tuyère fermé, le fluide de refroidissement circulant dans les circuits prévus à cet effet et le distributeur excité en correspondance avec les séquences qui suivent :

• le tube 9 alimente la chambre médiane 19 en air comprimé, sous l'effet de la pression délivrée le bloc 16 est repoussé vers le haut et entraîne dans le même mouvement l'ensemble de l'équipage mobile donc la tuyère 13 qui vient alors en contact de court-circuit avec l'électrode 4. Pendant le mouvement de remonté de l'équipage mobile, d'une part l'air contenu dans la chambre inférieure 18 et soumis à compression s'échappe par l'évent correspondant du distributeur pneumatique, via le tube 10 et la canalisation raccordée au piquage 25 et d'autre part l'air contenu dans la chambre supérieure 20, soumis également à compression, s'échappe par l'orifice 83 de mise à l'air libre. La figure 6 montre la torche lorsque la tuyère est au court-circuit avec l'électrode.
• le courant circulant dans le circuit électrique fermé par le court-circuit étant détecté, l'alimentation en air comprimé du tube 9 est coupée et remplacée simultanément par l'alimentation en air comprimé du tube 10 établissant ainsi une pression dans la chambre inférieure 18. Dans le même temps est ouvert l'évent du distributeur pneumatique permettant la mise à l'air libre de la chambre médiane 19 via le tube 9 et la canalisation reliée au piquage 24. Sous l'effet de la pression régnant dans la chambre inférieure 18 et exerçant une force de répulsion sur la face inférieure interne de ladite chambre inférieure 18, que forment le bloc 11 et le fourreau 14, l'ensemble de l'équipage mobile descend quasi instantanément jusqu'à ce qu'un aménagement 143 de la garniture 141, formant butée, vienne en contact avec un aménagement 85 de la garniture 81, formant contre-butée. L'écart résiduel séparant l'électrode 4 de la tuyère 13 correspond à la distance normale pour l'arc plasma soit établi correctement. Au moment de la rupture du court-circuit entre électrode et tuyère, Il s'ensuit la formation d'une étincelle qui comme déjà décrit précédemment crée un chemin électrique propice à l'établissement d'un premier arc ou arc pilote. La suite des opérations permettant d'engendrer le processus de découpe de la pièce de travail ne sera pas détaillée car similaire à celle décrite ci-dessus.

[0035] La figure 7 donne une autre vue en coupe de la torche 1, équipage mobile en position basse. Le circuit interne de distribution du gaz plasmagène composé d'un tube métallique 26, scellé à étanchéité à sa partie inférieure dans le bloc 11, traverse successivement le fourreau 14, la tête de piston 5 et le bloc 16. Des joints toriques 260, 262 et 263 sont disposés en gorge dans ledit tube 26 de telle manière à obtenir respectivement une étanchéité statique dans le fourreau 14, une étanchéité au coulissement dans la tête de piston 5 et une étanchéité statique dans le bloc 16. A la partie supérieure du tube 26 est assemblé par un vissage 264, à étanchéité sur un joint 265, un embout 27 engagé à coulissement dans un logement 271 usiné à axe confondu dans le bloc 2. Un joint torique 266 assure l'étanchéité du circuit de gaz plasmagène entre l'embout 27 et le bloc 2. Le tube 26 est alimenté en gaz sous pression par le piquage 30, destiné au raccordement de la canalisation d'alimentation correspondante, et distribue ledit gaz sous pression dans l'espace 125 séparant l'électrode 4 de la tuyère 13 via une pluralité d'orifices d'injection 126, une chambre de répartition 127 et les perçage 123 et 124 pratiqués dans le bloc 11. Le sous-ensemble 26, 27, 265, 266, 263, 262, 260 est solidaire de l'équipage mobile de la torche 1 et accompagne donc ledit équipage mobile dans tous ses mouvements. La connexion du circuit électrique d'amenée de courant d'arc pilote à la tuyère comporte une tige métallique 28 de section circulaire, scellée dans le bloc 11 par un moyen assurant une continuité électrique, traverse successivement le fourreau 14, la tête de piston 5 et le bloc 16. Des joints toriques 287, 286 et 285 sont disposés en gorge dans ladite tige 28 de telle manière à obtenir respectivement une étanchéité statique dans le fourreau 14, une étanchéité au coulissement dans la tête de piston 5 et une étanchéité statique dans le bloc 16. A la partie supérieure de la tige 28, une extension 284, de diamètre réduit, est engagée par coulissement dans une douille 29, de contact électrique, enchâssées dans un support 291, de forme en coupelle, comportant une extension filetée 292 ressortant à l'arrière du bloc 2, destinée à recevoir la connexion d'un câble d'amenée de courant électrique au circuit tuyère. Une chemise 293, de forme tubulaire de révolution réalisée en un matériau électriquement isolant tel un plastique, est intercalée entre le sous-ensemble 291, 29 et le bloc 2. Un écrou 294 en appui sur une rondelle 295, réalisée en un matériau électriquement isolant tel un plastique, bloque le sous-ensemble 291, 29, 293 dans un logement pratiqué dans le bloc 2. Le sous-ensemble 28, 287, 286, 285 est solidaire de l'équipage mobile de la torche et l'accompagne dans tous ses mouvements.

[0036] La figure 8 donne une autre vue en coupe de la torche 1. Le circuit aller de refroidissement par convection forcée de la tuyère avec un circuit d'alimentation en fluide de refroidissement, tel de l'eau distillée, comprenant un tube métallique 31, scellé à étanchéité à sa partie inférieure dans le bloc 11, traverse successivement le fourreau 14, la tête de piston 5 et le bloc 16. Des joints toriques 311, 317 et 318 sont disposés en gorge dans ledit tube 31 de telle manière à obtenir respectivement une étanchéité statique dans le fourreau 14, une étanchéité au coulissement dans la tête de piston 5 et une étanchéité statique dans le bloc 16. A la partie supérieure du tube 31 est assemblé par un vissage 314, à étanchéité sur un joint 315, un embout 32 engagé à coulissement dans un logement 321 usiné à axe confondu dans le bloc 2. Un joint torique 316 assure l'étanchéité du circuit de fluide de refroidissement entre l'embout 32 et le bloc 2. Le tube 31 est alimenté en fluide sous pression par le piquage 33, destiné au raccordement de la canalisation d'alimentation correspondante, et distribue ledit fluide sous pression dans l'espace annulaire 171 séparant la tuyère 13 de la coiffe 17 via le perçage 174 pratiqués dans le bloc 11. Le sous-ensemble 31, 32, 315, 316, 318, 317, 311 est solidaire de l'équipage mobile de la torche 1 et accompagne donc ledit équipage mobile dans tous ses mouvements. Le circuit de retour du fluide de refroidissement comprend, en outre, le tube métallique 34, scellé à étanchéité à sa partie inférieure dans le bloc 11, traverse successivement le fourreau 14, la tête de piston 5 et le bloc 16. Des joints toriques 341, 342 et 343 sont disposés en gorge dans ledit tube 34 de telle manière à obtenir respectivement une étanchéité statique dans le fourreau 14, une étanchéité au coulissement dans la tête de piston 5 et une étanchéité statique dans le bloc 16. A la partie supérieure du tube 34 est assemblé par un vissage 344, à étanchéité sur un joint 345, un embout 35 engagé à coulissement dans un logement 351 usiné à axe confondu dans le bloc 2. Un joint torique 346 assure l'étanchéité du circuit de fluide de refroidissement entre l'embout 35 et le bloc 2. Le fluide sous pression est collecté dans l'espace annulaire 171 séparant la tuyère 13 de la coiffe 17 par le perçage 175 pratiqués dans le bloc 11 et est évacué par le piquage 36, destiné au raccordement de la canalisation d'évacuation correspondante, via le tube 34, l'embout 35 et le logement 351. Le sous-ensemble 34, 35, 345, 346, 343, 342, 341 est solidaire de l'équipage mobile de la torche 1 et accompagne donc ledit équipage mobile dans tous ses mouvements.

Revendications

1. Torche (1) de travail à l'arc électrique comprenant un corps de torche et une tête de torche, ladite torche comportant au moins un porte-électrode (3) permettant de recevoir une électrode (4) et un bloc (11) porte-tuyère permettant de recevoir au moins une tuyère (13), ledit porte-électrode (3) étant fixe dans ladite torche et ledit bloc (11) porte-tuyère étant mobile axialement entre :

- au moins une première position dans laquelle la tuyère (13) portée par ledit bloc (11) porte-tuyère est mise en contact mécanique avec ladite électrode (4) portée par ledit porte-électrode (3), et

- au moins une deuxième position dans laquelle la tuyère (13) portée par ledit bloc (11) porte-tuyère est située à une distance non nulle de ladite électrode (4),

   caractérisée en ce que ledit bloc (11) porte-tuyère est mobile axialement par l'intermédiaire d'au moins un carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142) formant palier de coulissement pour ledit bloc (11) porte-tuyère,

- le carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142) comprenant une première chambre de pression (18) et une deuxième chambre (19) de pression, lesdites première et deuxième chambres (18, 19) de pression étant à volumes internes variables et étant séparées l'une de l'autre par au moins une cloison (5) intermédiaire,

- le carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142), le bloc (11) porte-tuyère et ladite cloison intermédiaire (5) étant agencés de manière à maintenir les deux chambres de pression (18, 19) sans communication fluidique l'une avec l'autre et à assurer un coulissement axial étanche du bloc (11) porte-tuyère par l'intermédiaire du carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142) pour faire varier les volumes internes desdites première et deuxième chambres (18, 19) de pression,

- au moins un premier passage (10) d'alimentation en fluide débouche dans la première chambre (18) de pression pour permettre une alimentation en fluide sous pression de ladite première chambre (18) de pression, et

- au moins un deuxième passage (9) d'alimentation en fluide débouche dans la deuxième chambre (19) de pression pour permettre une alimentation en fluide sous pression de ladite deuxième chambre (19) de pression.

2. Torche selon la revendication 1, caractérisée en ce que les première et deuxième chambres (18, 19) de pression sont séparées l'une de l'autre par au moins une cloison (5) intermédiaire mobile axialement et portée solidairement par le bloc (11) porte-tuyère, ladite cloison (5) formant tête de piston à actionnement fluidique, de préférence ladite cloison (5) mobile constitue un épaulement ou un renflement radial venant du bloc (11) porte-tuyère.

3. Torche selon la revendication 1, caractérisée en ce que :

- les première et deuxième chambres (18, 19) de pression sont séparées l'une de l'autre par au moins une cloison intermédiaire (5) fixe et solidaire de la partie fixe (5, 8, 38, 81) du carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142) formée par au moins une partie du porte-électrode (3), et

- le bloc (11) porte-tuyère comprenant une première expansion (16) radiale formant paroi supérieure de la deuxième chambre (19) de pression et une deuxième expansion radiale inférieure (14) formant paroi de la première chambre (18) de pression, ledit bloc (11) porte-tuyère et lesdites première et deuxième expansions (16, 14) radiales internes étant mobiles solidairement et axialement.

4. Torche selon la revendication 3, caractérisée en ce que :

- la deuxième chambre (19) de pression est délimitée par la surface interne de la paroi latérale du carter, la surface interne de la paroi supérieure du carter, la surface externe de la paroi latérale du porte-électrode (3) et la surface supérieure de la cloison (5) fixe formant tête de piston solidaire du porte-électrode (3), et

- la première chambre (18) de pression est délimitée par la surface interne de la paroi latérale du carter, la surface interne de la paroi inférieure du carter, la surface externe de la paroi latérale du porte-électrode (3) et la surface inférieure de la cloison (5) fixe formant tête de piston solidaire du porte-électrode (3).

5. Torche selon la revendication 2, caractérisée en ce que :

- la deuxième chambre (19) de pression est délimitée par la surface interne de la paroi latérale du carter, la surface interne de la paroi supérieure du carter, la surface externe de la paroi latérale du bloc (11) porte-tuyère et la surface supérieure de la cloison (5) mobile formant tête de piston solidaire du bloc (11) porte-tuyère, et

- la première chambre (18) de pression est délimité par la surface interne de la paroi latérale du carter, la surface interne de la paroi inférieure du carter, la surface externe de la paroi latérale du bloc (11) porte-tuyère et la surface inférieure de la cloison (5) mobile formant tête de piston solidaire du bloc (11) porte-tuyère.

6. Torche selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que des moyens d'étanchéité (51, 52, 118, 161, 162) sont agencés entre le carter de guidage, le bloc (11) porte-tuyère et/ou le porte-électrode (3) et ladite cloison (5) intermédiaire de manière à permettre un coulissement axial étanche du bloc (11) porte-tuyère dans le carter de guidage et/ou sur au moins une partie du porte-électrode (3) pour maintenir les première et deuxième chambres (18, 19) de pression sans communication fluidique l'une avec l'autre, de préférence les moyens d'étanchéité comprennent des joints d'étanchéités.

7. Torche selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que

- le premier passage (10) d'alimentation en fluide sous pression permet d'acheminer un fluide sous pression, de préférence un gaz, jusque dans ladite première chambre (18) de pression par l'intermédiaire d'un premier orifice pratiqué dans une paroi du carter de guidage, et

- le deuxième passage (9) d'alimentation en fluide sous pression permet d'acheminer un fluide sous pression, de préférence un gaz, jusque dans ladite deuxième chambre (19) de pression par l'intermédiaire d'un deuxième orifice pratiqué dans la paroi du carter de guidage.

8. Torche selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le premier passage (10) d'alimentation en fluide sous pression traverse au moins une partie de ladite deuxième chambre (19) de pression, ladite cloison (5) intermédiaire et débouche dans ladite première chambre (18) de pression.

9. Torche selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, au moins une chambre de décompression (20) communiquant avec l'atmosphère ambiant par l'intermédiaire d'au moins un passage (83) de sortie de gaz.

10. Torche selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, une électrode (4) munie d'un insert émissif (41) en zirconium, hafnium ou tungstène, pur ou allié.

11. Torche selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que des moyens d'assemblage/désassemblage permettent d'associer et/ou de dissocier la tête de torche du corps de torche.

12. Torche selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'elle est de type mono flux ou double flux et/ou en ce qu'elle comporte des moyens de distribution de flux sur le mode axial ou sur le mode tourbillonnaire.

13. Installation automatique de travail à l'arc plasma comprenant une torche à plasma selon l'une des revendications 1 à 12, de préférence une torche (1) de coupage plasma, montée sur un bâti-support comportant au moins un axe de déplacement motorisé, des moyens de pilotage permettant de commander au moins la séquence d'amorçage de ladite torche en permettant et/ou interdisant l'introduction d'un fluide sous pression, de préférence de l'air, dans la première chambre (18) de pression ou dans la deuxième chambre (19) de pression de façon à faire varier la pression et/ou le volume internes desdites chambres (18, 19) et à provoquer ainsi un mouvement en approchement ou, à l'inverse, en éloignement d'au moins le bloc (11) porte-tuyère et de la tuyère (13) par rapport au porte-électrode (3) et à l'électrode (4) par coulissement axial d'au moins le bloc (11) porte-tuyère par l'intermédiaire du carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142), des moyens de gestion des séquences de travail et des moyens de programmation et de gestion des trajectoires de travail telle une commande numérique.

14. Procédé d'amorçage d'un arc pilote dans une torche à plasma comprenant une électrode (4) fixe et une tuyère (13) mobile portée solidairement par un bloc (11) porte-tuyère mobile axialement dans la torche (1), en particulier une torche (1) selon l'une des revendications 1, 3, 4 ou 6 à 12, dans lequel on opère un amorçage d'un arc pilote entre la tuyère (13) et l'électrode (4) en introduisant un fluide sous pression, de préférence un gaz, dans au moins une première chambre (18) de pression coopérant avec au moins le bloc porte-tuyère (11) de façon à faire varier la pression et/ou le volume interne de ladite chambre (18) de pression et à provoquer ainsi un mouvement en approchement d'au moins le bloc (11) porte-tuyère et de la tuyère (13) par rapport au porte-électrode (3) et à l'électrode (4) par coulissement axial d'au moins le bloc (11) porte-tuyère par l'intermédiaire d'un carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142) jusqu'à obtenir un contact entre la tuyère (13) et l'électrode (4) avec formation d'un arc électrique entre elles, et au moins une deuxième chambre (19) de pression coopérant avec au moins le bloc (11) porte-tuyère de manière à obtenir un mouvement en éloignement d'au moins le bloc (11) porte-tuyère et de la tuyère (13) par rapport au porte-électrode (3) et à l'électrode (4), lorsqu'on fait varier la pression et/ou le volume interne de ladite deuxième chambre (19) de pression, par coulissement axial d'au moins le bloc (11) porte-tuyère dans ledit carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142).

15. Procédé d'amorçage d'un arc pilote dans une torche à plasma comprenant une électrode (4) fixe et une tuyère (13) mobile portée solidairement par un bloc (11) porte-tuyère mobile axialement dans la torche (1), en particulier une torche (1) selon l'une des revendications 1, 2 ou 5 à 12, dans lequel on opère un amorçage d'un arc pilote entre la tuyère (13) et l'électrode (4) en introduisant un fluide sous pression, de préférence un gaz, dans au moins une deuxième chambre (19) de pression coopérant avec au moins le bloc (11) porte-tuyère de façon à faire varier la pression et/ou le volume interne de ladite deuxième chambre (19) de pression et à provoquer ainsi un mouvement en approchement d'au moins le bloc (11) porte-tuyère et de la tuyère (13) par rapport au porte-électrode (3) et à l'électrode (4) par coulissement axial d'au moins le bloc (11) porte-tuyère par l'intermédiaire d'un carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142) jusqu'à obtenir un contact entre la tuyère (13) et l'électrode (4) avec formation d'un arc électrique entre elles, et au moins une première chambre (18) de pression coopérant avec au moins le bloc (11) porte-tuyère de manière à obtenir un mouvement en éloignement d'au moins le bloc (11) porte-tuyère et de la tuyère (13) par rapport au porte-électrode (3) et à l'électrode (4), lorsqu'on fait varier la pression et/ou le volume interne de ladite première chambre (18) de pression, par coulissement axial d'au moins le bloc (11) porte-tuyère dans ledit carter de guidage (5, 8, 14, 16, 38, 81, 141, 142).

16. Procédé de coupage plasma d'une pièce, de préférence métallique, telle une tôle d'acier, d'acier inoxydable ou d'alliage d'aluminium, mettant en oeuvre un procédé d'amorçage d'un arc pilote selon la revendication 14 ou 15.

Dessins