Comment une machine peut-elle découper facilement un métal résistant ? Les machines de découpe au plasma exploitent la puissance du gaz ionisé à des températures incroyablement élevées pour découper les métaux. Cet article explique la science qui sous-tend les états plasma et comment ces machines utilisent des arcs électriques et des gaz à grande vitesse pour réaliser des coupes précises. Les lecteurs découvriront l'histoire, les principes et les applications de la technologie du découpage au plasma, ainsi que la résolution des problèmes les plus courants. Plongez dans ce sujet fascinant et découvrez comment la découpe au plasma façonne le monde qui nous entoure.
L'industrie moderne nécessite la transformation de métaux lourds et d'alliages, et la fabrication d'outils et de véhicules de transport nécessaires aux activités quotidiennes est indissociable des métaux.
Par exemple, les grues, les voitures, les gratte-ciel, les robots et les ponts suspendus sont tous constitués de composants métalliques usinés avec précision.
La raison en est simple : les matériaux métalliques sont très solides et durables. Pour la plupart des processus de fabrication, en particulier ceux qui impliquent des articles de grande taille et/ou robustes, matériaux métalliques sont un choix naturel.
Il est intéressant de noter que la résistance des matériaux métalliques est aussi leur inconvénient : comme les métaux ne s'abîment pas facilement, il est très difficile de leur donner des formes spécifiques. Lorsqu'il s'agit d'usiner un composant de la même taille et de la même résistance qu'une aile d'avion, comment peut-on obtenir une coupe et une mise en forme précises ?
Dans la grande majorité des cas, cela nécessite l'utilisation d'un découpe au plasma machine. Bien que cela puisse sembler sortir de la science-fiction, les machines de découpe au plasma sont en fait largement utilisées depuis la Seconde Guerre mondiale.
En théorie, le principe d'une machine de découpe au plasma est très simple. Il consiste à manipuler l'une des formes de matière les plus répandues dans l'univers connu.
Dans cet article, nous lèverons le voile mystérieux des machines de découpe au plasma et verrons comment cet outil magique façonne notre monde.
Pendant la Seconde Guerre mondiale, les usines américaines ont produit des blindés, des armes et des avions cinq fois plus vite que les puissances de l'Axe, grâce aux grandes innovations de l'industrie privée en matière de production de masse.
La manière de couper et d'assembler plus efficacement les composants d'un avion a donné lieu à des innovations technologiques.
De nombreuses usines produisant des avions militaires ont adopté une nouvelle méthode de soudage, qui implique l'utilisation de matériaux inertes. soudage sous protection gazeuse.
La découverte décisive réside dans le fait que le gaz électrolysé par le courant peut former une barrière près de la soudure pour empêcher l'oxydation. Cette nouvelle méthode permet d'obtenir des soudures plus nettes et une structure de connexion plus solide.
Au début des années 1960, des ingénieurs ont fait une autre découverte. Ils ont constaté que l'augmentation du débit d'air et la réduction de la taille des pores pouvaient contribuer à améliorer la qualité de l'air. température de soudage. Le nouveau système peut atteindre des températures plus élevées que n'importe quelle machine à souder commerciale.
En fait, à des températures aussi élevées, cet outil ne sert plus de dispositif de soudage. Il s'agit plutôt d'une scie qui coupe les métaux durs comme un couteau chaud dans du beurre.
L'introduction de l'arc plasma a révolutionné la vitesse, la précision et la variété de la production d'électricité. outils de coupeet peut être appliqué à différents métaux. Dans la section suivante, nous présenterons les principes scientifiques qui sous-tendent ce système.
La facilité avec laquelle une machine de découpe au plasma peut pénétrer dans le métal est due aux propriétés uniques de l'état du plasma. Qu'est-ce qu'un état plasmatique ?
Il existe quatre états de la matière dans le monde. La plupart des substances avec lesquelles nous sommes en contact dans notre vie quotidienne sont des solides, des liquides ou des gaz. L'état de la matière est déterminé par l'interaction entre les molécules. Prenons l'exemple de l'eau :
L'eau solide est la glace. La glace est un solide composé d'atomes électriquement neutres disposés dans un réseau hexagonal. L'interaction entre les molécules étant stable, elle conserve une forme fixe.
L'eau liquide est de l'eau potable.Les molécules exercent toujours des forces les unes sur les autres, mais elles se déplacent lentement. Les liquides ont un volume fixe mais pas une forme fixe. La forme du liquide change en fonction de la forme du récipient.
L'eau gazeuse est la vapeur d'eau. Dans la vapeur d'eau, les molécules se déplacent rapidement et il n'y a pas de lien entre elles. Comme il n'y a pas de force entre les molécules, les gaz n'ont pas de forme ou de volume fixe.
La quantité de chaleur (convertie en énergie) absorbée par les molécules d'eau détermine leurs propriétés et leur état. En d'autres termes, plus il y a de chaleur (plus il y a d'énergie), plus les molécules d'eau atteignent un état critique où les liaisons chimiques entre elles se brisent.
À basse température, les molécules sont étroitement liées entre elles et la substance est à l'état solide. L'absorption d'une plus grande quantité de chaleur affaiblit les interactions entre les molécules et la substance devient liquide.
En absorbant encore plus de chaleur, les interactions entre les molécules disparaissent presque totalement et la substance devient un gaz. Que se passe-t-il si nous continuons à chauffer le gaz ? Il entre alors dans le quatrième état, l'état de plasma.
Lorsqu'un gaz atteint des températures extrêmement élevées, il entre dans un état de plasma. L'énergie commence à séparer complètement les molécules les unes des autres et les atomes commencent à se diviser.
En règle générale, les atomes sont constitués de protons et de neutrons dans le noyau atomique (voir théorie atomique), ainsi que d'électrons entourant le noyau atomique.
À l'état de plasma, les électrons sont séparés des atomes. Une fois que l'énergie thermique fait sortir les électrons des atomes, ils commencent à se déplacer à grande vitesse. Les électrons portent une charge négative, tandis que les noyaux atomiques restants portent une charge positive. Ces noyaux atomiques chargés positivement sont appelés des ions.
Lorsque des électrons à grande vitesse entrent en collision avec d'autres électrons ou des ions, ils libèrent d'énormes quantités d'énergie. Ce sont précisément ces énergies qui confèrent au plasma ses propriétés particulières et ses incroyables capacités de coupe.
Connaissance commune de l'état du plasma :
Près de 99% de la matière de l'univers est à l'état de plasma. En raison de sa température extrêmement élevée, cet état n'est pas courant sur Terre, mais il est très répandu dans les corps célestes comme le Soleil. Sur Terre, cet état est visible dans les éclairs.
Les machines de découpe au plasma ne sont pas les seuls appareils à manipuler l'énergie du plasma. Des appareils tels que les néons, les lampes fluorescentes et les écrans plasma fonctionnent tous sur la base de l'état du plasma. Ces appareils utilisent l'état "froid" du plasma. Bien que le plasma froid ne puisse pas être utilisé pour découpage du métalmais elle a encore des applications considérables.
Les machines de découpe au plasma se présentent sous différentes formes et tailles. Il existe des machines de découpe au plasma géantes commandées par des bras robotisés pour une découpe précise, ainsi que des machines de découpe au plasma manuelles simplifiées utilisées dans les ateliers.
Quelle que soit leur taille, toutes les machines de découpe au plasma sont basées sur les mêmes principes et ont des conceptions structurelles similaires.
Lorsqu'une machine de découpe au plasma fonctionne, des gaz comprimés tels que l'azote, l'argon ou l'oxygène sont acheminés à travers un canal étroit. Une électrode négative est placée au milieu du canal. Lorsque l'électrode négative est alimentée et que la buse est en contact avec le métal, un circuit électrique conducteur se forme, générant des étincelles à haute énergie entre l'électrode et le métal.
Lorsque le gaz inerte s'écoule dans le canal, les étincelles le réchauffent jusqu'à ce qu'il atteigne le quatrième état de la matière. Cette réaction produit un flux de plasma dont la température peut atteindre environ 16 649 degrés Celsius et dont le débit peut atteindre 6 096 mètres par seconde, transformant rapidement le métal en scories.
Le plasma lui-même est traversé par un courant. Tant que l'électrode est alimentée en permanence et que le plasma est en contact avec le métal, le cycle de l'arc est continu.
Pour éviter l'oxydation et les dommages causés par les propriétés inconnues du plasma, le buse de découpeur plasma est équipé d'un autre ensemble de canaux qui libèrent en permanence un gaz protecteur pour protéger la zone de coupe. La pression du gaz protecteur permet de contrôler efficacement le rayon du plasma en colonne.
Les machines de découpe au plasma sont devenues un outil courant dans l'industrie moderne. Elles ont été largement utilisées dans les ateliers de fabrication de voitures personnalisées, ainsi que dans la fabrication de châssis et de carrosseries sur mesure par les constructeurs automobiles.
Les entreprises de construction utilisent des machines de découpe au plasma dans le cadre de projets de grande envergure pour découper et fabriquer des poutres et des plaques métalliques de grande taille. Les serruriers peuvent utiliser les machines à découper au plasma pour percer des trous dans les zones sécurisées lorsque les clients sont enfermés à l'extérieur.
En a CNC (Computer Numerical Control), vous n'avez pas besoin de toucher le matériau. Il suffit de dessiner la forme à découper sur l'ordinateur pour que le processus de découpe soit automatisé.
Le plasma est un gaz chauffé à des températures extrêmement élevées et fortement ionisé. La puissance de l'arc est transférée à la pièce, qui fond et est soufflée, créant ainsi un état de plasma. coupe à l'arc.
L'air comprimé pénètre dans la torche de découpe et est réparti en deux flux par la chambre à gaz, formant le gaz plasma et le gaz auxiliaire. L'arc de gaz plasma fait fondre le métal, tandis que le gaz auxiliaire refroidit les différentes parties de la torche de coupe et souffle le métal fondu.
L'alimentation de coupe comprend un circuit principal et un circuit de contrôle. Le schéma de principe électrique est illustré dans la figure :
Le circuit principal se compose d'un contacteur, d'un transformateur de puissance triphasé à haute résistance aux fuites, d'un pont redresseur triphasé, d'une bobine d'allumage à arc à haute fréquence et d'éléments de protection. Il présente une caractéristique externe abrupte due à la résistance de fuite élevée. Le circuit de commande effectue l'ensemble du processus de coupe par l'intermédiaire de l'interrupteur à bouton de la torche de coupe :
Alimentation en pré-gaz - Alimentation du circuit principal - Allumage de l'arc à haute fréquence - Processus de coupe - Arrêt de l'arc - Arrêt.
L'alimentation électrique du circuit principal est contrôlée par le contacteur ; le débit de gaz est contrôlé par l'électrovanne ; et l'oscillateur à haute fréquence allume l'arc et s'arrête de fonctionner une fois l'arc établi.
En outre, le circuit de commande possède les fonctions de verrouillage interne suivantes :
Action du commutateur de contrôle thermique, arrêt du fonctionnement.
(1) Ne pas couper à travers :
a : L'épaisseur de la plaque dépasse la plage applicable de l'équipement.
b : La vitesse de coupe est trop rapide.
c : L'inclinaison de la torche de coupe est trop importante.
d : La pression de l'air comprimé est trop élevée ou trop basse.
e : La tension du réseau est trop faible.
(2) Instabilité de l'arc plasma :
a : La torche de coupe se déplace trop lentement.
b : L'alimentation est assurée par deux phases et la tension de fonctionnement diminue.
c : La pression de l'air comprimé est trop élevée.
Lors de l'installation ou du remplacement des pièces de la torche de coupe, il convient de les démonter dans l'ordre suivant : capot de protection, buse conductrice, distributeur de gaz, corps de la torche de coupe avec la tête de la torche de coupe tournée vers le haut, et de les assembler dans l'ordre inverse.
Lors de l'installation de la buse, veillez à ce qu'elle soit concentrique avec l'électrode. Le couvercle de protection doit être serré et la buse doit être pressée fermement. En cas de relâchement, la découpe ne peut pas être effectuée.
Utiliser raisonnablement la torche de coupe. Mettez la buse en contact avec la pièce avant d'allumer l'arc. Lorsque la coupe est terminée, relâchez le bouton de la poignée pour arrêter l'arc, puis éloignez la torche de la surface de la pièce afin de prolonger la durée de vie des pièces. Lorsque le creux central de la buse affecte la qualité de la coupe, il doit être remplacé à temps.
Lorsque le centre de l'électrode est en retrait de plus de 2 millimètres ou ne parvient pas à allumer l'arc, l'électrode peut être installée à l'envers ou mise à jour.
Lorsque le couvercle de protection ou le distributeur de gaz est fissuré ou gravement endommagé, il doit être remplacé à temps.
Lorsque l'isolation du corps de la torche de coupe, la veste en cuir synthétique, l'isolation du câble ou le tuyau de gaz sont endommagés, ils doivent être réparés ou remplacés à temps.
Pour retirer la torche de coupe, rétracter la veste en cuir synthétique, démonter les fils de connexion de l'interrupteur, rétracter la poignée vers l'arrière, puis démonter les joints de connexion du corps de la torche de coupe.
Lors du remplacement d'un nouveau couvercle de protection en céramique, appliquez un peu d'huile de vaseline sur le joint torique du corps de la torche de coupe avant de le visser afin de prolonger la durée de vie du joint.
| Non. | Défauts | Causes | Solutions |
| 1 | Enclencher l'interrupteur d'alimentation, le voyant d'alimentation ne s'allume pas. | 1. Le fusible de l'interrupteur d'alimentation est cassé. | remplacer |
| 2. Le fusible situé derrière le boîtier électrique est cassé | Vérifier et remplacer | ||
| 3. Le transformateur de contrôle est défectueux | remplacer | ||
| 4. L'interrupteur d'alimentation est cassé | remplacer | ||
| 5. Le voyant lumineux est cassé | remplacer | ||
| 2 | Impossible de prérégler la pression du gaz de coupe | 1. La source d'air n'est pas connectée ou il n'y a pas d'air dans la source d'air. | Raccorder la source d'air |
| 2. L'interrupteur d'alimentation n'est pas en position "on". | Déclencheur | ||
| 3. Le réducteur de pression est endommagé | Réparer ou remplacer | ||
| 4. Mauvais câblage de l'électrovanne | Vérifier le câblage | ||
| 5. L'électrovanne est défectueuse | remplacer | ||
| 3 | Le fait d'appuyer sur le bouton de la torche de coupe pendant le fonctionnement entraîne l'absence de flux d'air. | 1. Fuite de pipeline | Réparer la fuite |
| 2. L'électrovanne est défectueuse | remplacer | ||
| 4 | Après le contact de la buse conductrice avec la pièce, appuyez sur le bouton de la torche de coupe et le voyant de travail s'allume, mais l'arc de coupe n'a pas été déclenché. | 1. KT1 est cassé | remplacer |
| 2. Le transformateur haute fréquence est défectueux | Vérifier ou remplacer | ||
| 3. Oxydation de la surface de la tige d'allumage ou distance d'écartement incorrecte | Polissage ou ajustement | ||
| 4. Court-circuit du condensateur haute fréquence C7 | remplacer | ||
| 5. La pression d'air est trop élevée | Abaissement | ||
| 6. La perte de la buse conductrice est trop courte | remplacer | ||
| 7. Pont redresseur élément redresseur circuit ouvert ou court-circuit | Vérifier et remplacer | ||
| 8. Mauvais contact ou circuit ouvert du câble de la torche de coupe | Réparer ou remplacer | ||
| 9. Le fil de terre de la pièce n'est pas connecté à la pièce. | Connecté à la pièce | ||
| 10. La surface de la pièce est recouverte d'une épaisse couche de peinture ou de saleté. | Dégager et rendre conducteur | ||
| 5 | Le voyant de coupe ne s'allume pas lorsque la buse conductrice entre en contact avec la pièce et que l'on appuie sur le bouton de la torche de coupe. | 1. Action du commutateur de contrôle thermique | Attendre le refroidissement ou recommencer à travailler |
| 2. L'interrupteur de la torche de coupe est endommagé | remplacer | ||
| 6 | Contrôler la rupture du fusible après le démarrage à haute fréquence | 1. Transformateur haute fréquence endommagé | Vérifier et remplacer |
| 2. Transformateur de contrôle endommagé | Vérifier et remplacer | ||
| 3. Court-circuit de la bobine du contacteur | remplacer | ||
| 7 | Le fusible de l'interrupteur principal est cassé | 1. Court-circuit de l'élément redresseur | Vérifier et remplacer |
| 2 Défaillance du transformateur principal | Vérifier et remplacer | ||
| 3. Court-circuit de la bobine du contacteur | Vérifier et remplacer | ||
| 8 | Fréquence élevée mais pas d'arc électrique | 1. Le composant redresseur est défectueux (il y a un bruit anormal à l'intérieur de la machine). | Vérifier et remplacer |
| 2. Le transformateur principal est endommagé | Vérifier et remplacer | ||
| 3. C1 à 7 vers le bas | Vérifier et remplacer | ||
| 9 | Interruption du travail à long terme et défaillance de l'arc électrique | 1. La température du transformateur principal est trop élevée et l'interrupteur de contrôle thermique agit | Attendre le refroidissement avant de travailler, faire attention à l'abaissement de la température. |
| Le ventilateur de température fonctionne-t-il et quelle est la direction du vent ? |
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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