La découpe plasma est une méthode d'usinage qui utilise la chaleur d'un arc plasma à haute température pour faire fondre et évaporer partiellement le métal au niveau de la coupe de la pièce, et avec l'élan du plasma à haute vitesse, le métal fondu est expulsé pour former une coupe. Comme il s'appuie sur la fusion plutôt que sur les réactions d'oxydation pour [...]
Le découpage au plasma est une méthode d'usinage qui utilise la chaleur d'un arc de plasma à haute température pour faire fondre et évaporer partiellement le métal au niveau de la coupe de la pièce, et avec l'élan du plasma à grande vitesse, le métal en fusion est expulsé pour former une coupe.
Comme il s'appuie sur des réactions de fusion plutôt que d'oxydation pour couper les matériaux, son champ d'application est beaucoup plus large que celui de l'oxycoupage. Il peut découper pratiquement tous les métaux, les non-métaux, les matériaux multicouches et les matériaux composites.
Les coupes sont étroites, avec une bonne qualité de surface, une vitesse de coupe rapide, et peuvent atteindre une épaisseur de 160 mm.
En outre, en raison de la température élevée et de la vitesse élevée de la arc plasmaIl n'y a pas de déformation lors de la découpe de plaques minces.
Une excellente qualité de coupe peut être obtenue, en particulier lors de la découpe d'acier inoxydable, d'alliages de titane et de matériaux métalliques non ferreux.
C'est pourquoi, découpe au plasma est largement utilisé dans des industries telles que l'automobile, les appareils à pression, les machines chimiques, l'industrie nucléaire, les machines générales, les machines de construction et les structures en acier.
A découpeur plasma ionise des gaz mélangés au moyen d'un arc électrique à haute fréquence, provoquant la "décomposition" ou l'ionisation de certains gaz en particules atomiques de base, générant ainsi du "plasma".
Lorsque l'arc saute sur la pièce, le gaz à haute pression projette le plasma hors de la buse de la torche à une vitesse de sortie de 800-1000 m/s (environ 3 Mach).
La température de la colonne d'arc plasma est extrêmement élevée, atteignant 10 000°C à 30 000°C, dépassant de loin la température de la colonne d'arc plasma. point de fusion de tous les matériaux métalliques ou non métalliques.
La pièce à découper fond alors rapidement et le métal en fusion est soufflé par le flux d'air à haute pression éjecté.
C'est pourquoi des équipements d'extraction des fumées et d'élimination des scories sont nécessaires. Le découpage au plasma, combiné à différents gaz de travail, permet de découper divers métaux difficiles à découper à l'aide d'une machine à plasma. oxycoupageLes métaux non ferreux (acier inoxydable, aluminium, cuivre, titane, nickel) ont de meilleurs effets de coupe.
Ses principaux avantages sont les suivants : lorsque découpage du métal Pour les matériaux dont l'épaisseur n'est pas trop importante, le découpage au plasma est rapide, en particulier lors du découpage de plaques minces en acier au carbone ordinaire, la vitesse peut atteindre 5 à 6 fois celle de l'oxycoupage avec une surface de coupe lisse, une déformation thermique minimale et une zone affectée par la chaleur pratiquement inexistante.
Avec le développement du découpage au plasma, le gaz de travail utilisé (le gaz de travail est le milieu conducteur de l'arc plasma, il est le vecteur de chaleur et expulse également le métal fondu de la coupe) a un effet significatif sur les caractéristiques de coupe de l'arc plasma ainsi que sur la qualité et la vitesse de la coupe.
Les gaz de travail de l'arc plasma couramment utilisés sont l'argon, l'hydrogène, l'azote, l'oxygène, l'air, la vapeur et certains gaz mixtes.
C'est l'une des caractéristiques les plus importantes pour évaluer la qualité du fonctionnement d'un découpeur et elle reflète le rayon minimum que le découpeur peut traiter. Il est mesuré à son point le plus large, la plupart des découpeurs plasma produisant un rayon d'environ 1,5 mètre. largeur du trait de scie entre 0,15 et 6,0 mm.
Les facteurs d'influence sont les suivants : a. Les traits de scie trop larges non seulement gaspillent de la matière, mais réduisent également la vitesse de coupe et augmentent la consommation d'énergie. b. La largeur du trait de scie est principalement liée à l'ouverture de la buse ; elle est généralement supérieure de 101 à 401 TTP3T. c.
Lorsque l'épaisseur de coupe augmente, une plus grande ouverture de la buse est souvent nécessaire, ce qui élargit le trait de scie. d. Une largeur de trait de scie accrue peut entraîner une plus grande déformation de la pièce à découper.
Il décrit l'aspect de la surface coupée et détermine si un traitement ultérieur est nécessaire après la coupe. Il s'agit également d'une mesure de la valeur Ra aux deux tiers de la profondeur de coupe.
La rugosité est principalement due aux vibrations longitudinales provoquées par le flux d'air de coupe dans la direction de la coupe, qui se traduisent par des ondulations de coupe.
L'exigence générale pour le rugosité de la surface après découpe oxyacétylénique est : Classe 1 Ra≤30μm, Classe 2 Ra≤50μm, Classe 3 Ra≤100μm.
L'oxycoupage plasma produit généralement une valeur Ra supérieure à celle de l'oxycoupage à la flamme, mais inférieure à celle de l'oxycoupage au laser (moins de 50μm).
Il s'agit d'un autre paramètre important qui reflète la qualité de la coupe et qui est lié au degré d'usinage supplémentaire nécessaire après la coupe. Cet indice est souvent représenté par la verticalité U ou la tolérance angulaire.
Pour le découpage à l'arc plasma, la valeur U est étroitement liée à l'épaisseur de la plaque et aux paramètres du processus, généralement U≤(1%~4%)δ (δ étant l'épaisseur de la plaque).
Cette mesure est cruciale pour les produits trempables ou soumis à un traitement thermique. aciers faiblement alliés ou les aciers alliés, car une large zone affectée thermiquement peut modifier de manière significative les propriétés à proximité de la coupe.
La largeur de la zone affectée par la chaleur est d'environ 0,3 mm pour le découpage à l'arc au plasma dans l'air, alors qu'elle peut être plus étroite pour le découpage à l'arc au plasma sous l'eau.
Il s'agit de la quantité de scories oxydées ou de matériaux recristallisés qui adhèrent au bord inférieur de la coupe après le découpage thermique. Le degré d'écume est généralement déterminé par une inspection visuelle, souvent décrite comme nulle, légère, modérée ou sévère.
En outre, des exigences spécifiques doivent être imposées en ce qui concerne la linéarité de la coupe, la fusion du bord supérieur et les encoches.
La qualité de la surface d'une découpe à l'arc plasma se situe généralement entre celle d'une découpe à l'oxyacétylène et celle d'une découpe à la scie à ruban.
Par rapport au découpage mécanique, le découpage à l'arc plasma offre une plus grande tolérance. Lorsque l'épaisseur de la tôle dépasse 100 mm, les vitesses de coupe plus lentes entraînent la fusion d'une plus grande quantité de métal, ce qui se traduit souvent par une coupe grossière.
Les critères d'une bonne coupe sont les suivants : largeur étroite, section rectangulaire, surface lisse, absence de scories ou de crasses, et la dureté de la surface de coupe ne doit pas gêner l'usinage ultérieur.
La largeur du trait de scie correspond à la distance au bord supérieur de la coupe entre les deux faces causées par la poutre de coupe. Dans le cas d'une fusion sur le bord supérieur de la coupe, il s'agit de la distance entre les deux faces de coupe juste en dessous de la couche de fusion.
L'arc plasma enlève souvent plus de métal dans la partie supérieure que dans la partie inférieure de la coupe, ce qui provoque une légère inclinaison de la face de coupe, le bord supérieur apparaissant généralement d'équerre, mais parfois légèrement en retrait par rapport au bord inférieur. ronde.
La largeur de trait de scie du découpage à l'arc plasma est de 1,5 à 2,0 fois supérieure à celle du découpage à l'acétylène, et la largeur de trait de scie augmente avec l'épaisseur de la tôle.
Pour l'acier inoxydable ou l'aluminium d'une épaisseur inférieure à 25 mm, il est possible d'utiliser le découpage à l'arc plasma à faible courant, ce qui permet d'obtenir des résultats plus élevés. rectitude de la coupe.
En particulier avec une épaisseur de coupe inférieure à 8 mm, il est possible de découper de petites arêtes et parfois de les souder directement sans autre traitement, ce qui est difficile à réaliser avec le découpage à l'arc plasma à courant élevé.
Cela permet de découper des courbes irrégulières et des trous non standard dans des plaques minces. La planéité de la surface de coupe correspond à la distance entre deux lignes parallèles tracées dans le sens de l'angle de la surface de coupe, à partir du point le plus haut et du point le plus bas de la surface de coupe.
La surface de la découpe à l'arc plasma présente une couche fondue d'une épaisseur de 0,25 à 3,80 mm, mais sa composition chimique reste inchangée.
Par exemple, lors de la découpe d'un alliage d'aluminium contenant 5% w(Mg), bien qu'il y ait une couche fondue de 0,25 mm d'épaisseur, la composition reste inchangée et aucun oxyde n'apparaît.
Si la surface de coupe est soudée directement, il est toujours possible d'obtenir une soudure dense. Lors du découpage de l'acier inoxydable, comme la zone affectée thermiquement passe rapidement la température critique de 649 ℃, le carbure de chrome ne précipite pas le long du joint de grain. Ainsi, le découpage à l'arc plasma de l'acier inoxydable n'affecte pas sa résistance à la corrosion.
Des entailles irrégulières de largeur, de profondeur et de forme différentes sur la surface de coupe interrompent l'uniformité de la coupe. Les scories d'oxyde de fer qui s'attachent au bord inférieur de la surface de coupe après la coupe sont connues sous le nom de scories suspendues.
Si l'on prend l'exemple de l'acier inoxydable, en raison de la mauvaise fluidité de l'acier inoxydable en fusion, il est difficile de souffler tout le métal en fusion de la coupe au cours du processus de coupe.
L'acier inoxydable a une mauvaise conductivité thermique et le fond de la coupe peut facilement surchauffer, laissant derrière lui du métal fondu qui n'a pas été soufflé.
Elles fusionnent avec le fond de la coupe et se solidifient en refroidissant pour former ce que l'on appelle des crasses ou des scories suspendues. L'acier inoxydable est résistant et ces scories sont très robustes, ce qui les rend difficiles à éliminer et pose des problèmes d'usinage importants.
C'est pourquoi l'élimination des crasses lors du découpage à l'arc plasma de l'acier inoxydable est une question cruciale.
Lors de la découpe du cuivre, de l'aluminium et de leurs alliages, en raison de leur bonne conductivité thermique, le fond de la découpe est moins susceptible de refondre avec le métal en fusion.
Bien que ces crasses "pendent" sous la coupe, elles sont faciles à éliminer. Lors du découpage à l'arc plasma, les mesures spécifiques pour éliminer les crasses sont les suivantes :
(1) Assurer la concentricité entre les tungstène l'électrode et la buse
Un mauvais alignement de l'électrode de tungstène et de la buse peut perturber la symétrie du gaz et de l'arc, empêchant l'arc de plasma d'être bien comprimé ou provoquant une déviation de l'arc.
Cela réduit la capacité de coupe, entraîne des coupes asymétriques, augmente l'apparition de morceaux de matière fondue et, dans les cas les plus graves, provoque des arcs doubles qui perturbent le processus de coupe.
(2) S'assurer que l'arc plasma a une puissance suffisante.
En augmentant la puissance de l'arc plasma, l'énergie de l'arc plasma augmente et la colonne d'arc s'allonge, ce qui accroît la température et la fluidité du métal en fusion pendant le processus de coupe.
Sous l'effet du flux d'air à grande vitesse, le métal fondu peut être facilement soufflé.
L'augmentation de la puissance de la colonne d'arc peut améliorer la vitesse de coupe et la stabilité du processus de coupe, permettant l'utilisation d'un plus grand débit d'air pour augmenter la force de soufflage, ce qui est très bénéfique pour éliminer les morceaux de matière fondue dans la coupe.
(3) Choisir le bon débit de gaz et la bonne vitesse de coupe
Un débit de gaz insuffisant peut facilement entraîner la formation de grumeaux de matière fondue. Toutes les autres conditions restant inchangées, plus le débit de gaz augmente, plus la qualité de la coupe s'améliore et plus il est possible d'obtenir une coupe exempte de grumeaux.
Cependant, un débit de gaz excessif raccourcit l'arc plasma, réduisant sa capacité de fusion sur la partie inférieure de la pièce, augmentant le retard derrière la coupe, faisant prendre à la coupe une forme en V, et facilitant par conséquent la formation de grumeaux de matière fondue.
L'apparition d'arcs doubles dans les arcs de plasma transférés est liée à des conditions de processus spécifiques. Lors du découpage à l'arc plasma, la présence d'arcs doubles entraîne inévitablement une usure rapide de la buse.
Une usure mineure modifie la forme géométrique du trou de la buse, déstabilisant l'arc et affectant la qualité de la coupe ; une usure importante peut provoquer une fuite de la buse, forçant l'arrêt du processus de coupe.
Par conséquent, comme pour les soudage à l'arc plasmaIl est donc essentiel de prendre en compte les facteurs affectant la formation des arcs doubles afin d'éviter qu'ils ne se produisent.
En production, le découpage à l'arc plasma permet désormais de découper des aciers inoxydables d'une épaisseur de 100 à 200 mm. Pour assurer la qualité de la découpe des tôles épaisses, il convient de prendre en compte les caractéristiques techniques suivantes :
(1) Lorsque l'épaisseur de coupe augmente, la quantité de métal à fondre augmente également, ce qui nécessite une puissance d'arc plasma plus importante. Lors de la découpe de plaques d'une épaisseur supérieure à 80 mm, la puissance de l'arc plasma est comprise entre 50 et 100 kW.
Pour réduire l'usure de la buse et de l'électrode de tungstène, il est conseillé d'augmenter la tension de coupe de l'arc plasma à puissance égale.
Par conséquent, la tension à vide de l'alimentation de coupe doit être supérieure à 220 V.
(2) L'arc de plasma doit être mince et rigide, la colonne d'arc devant maintenir une température élevée sur une longue distance.
En d'autres termes, le gradient de température axial doit être faible et la distribution de la température sur la colonne d'arc doit être uniforme. De cette manière, le fond de la coupe peut recevoir suffisamment de chaleur pour assurer la pénétration.
L'effet est encore meilleur si l'on utilise un mélange d'azote et d'hydrogène ayant une grande enthalpie thermique et une conductivité thermique élevée.
(3) Pendant le transfert de l'arc, en raison des fluctuations importantes du courant, une interruption de l'arc ou une brûlure de la buse se produit souvent, il est donc nécessaire que l'équipement utilise une méthode permettant d'augmenter progressivement le courant ou de transférer l'arc par étapes.
En général, une résistance de limitation du courant (environ 0,4 Ω) peut être insérée dans le circuit de coupe pour réduire la valeur du courant pendant le transfert de l'arc, puis la résistance est court-circuitée.
(4) Le préchauffage est nécessaire au début de la découpe et le temps de préchauffage est déterminé par les propriétés et l'épaisseur du matériau à découper.
Pour l'acier inoxydable, lorsque l'épaisseur de la pièce est de 200 mm, un préchauffage de 8 à 20 secondes est nécessaire ; lorsque l'épaisseur de la pièce est de 50 mm, un préchauffage de 2,5 à 3,5 secondes est nécessaire.
Après le début de la découpe d'une pièce épaisse, vous devez attendre qu'elle ait été découpée dans le sens de l'épaisseur avant de déplacer la torche de découpe pour obtenir une découpe continue, sinon la pièce ne sera pas complètement découpée.
L'arc ne doit être coupé que lorsque le travail est complètement séparé.
Mesures de contrôle de la qualité :
Pour éviter défauts de soudurePour éviter l'oxydation de la paroi interne de la coque soudée, une protection interne par remplissage d'argon a été adoptée.
(1) L'acier inoxydable martensitique durci par précipitation présente d'excellentes caractéristiques de résistance à la corrosion. soudabilité et peut être soudé dans n'importe quel état - traité par mise en solution, vieilli ou sur-vieilli - sans nécessiter de préchauffage ou de refroidissement lent après soudage.
Toutefois, si une résistance équivalente du joint soudé est requise, la même composition chimique que le matériau de base doit être utilisée pour le matériau d'apport, et un traitement de mise en solution après soudage et un traitement thermique de vieillissement doivent être effectués.
(2) Pour limiter le ramollissement et la ségrégation dans le joint, lors du soudage par fusion d'acier inoxydable martensitique durci par précipitation, l'apport d'énergie de ligne doit être strictement limité.
Soudage par faisceau d'électrons, soudage au laserLe soudage par résistance et le soudage au gaz inerte de tungstène pulsé sont des choix préférentiels. Lors de l'utilisation du soudage par résistance, des spécifications rigoureuses doivent être respectées.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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