Le fonctionnement du Plasma


​C'est quoi le plasma?

Pour mieux expliquer le fonctionnement du coupage Plasma,  il faut commencer par répondre à la question fondamentale « Qu’est-ce que le Plasma ? ».  En termes simples : le Plasma est le quatrième état de la matière.  Généralement, on pense à la matière comme ayant trois états : solide, liquide et gazéifié. La matière change son état lors de l’introduction de l’énergie, comme la chaleur. Par exemple, l’eau change son état solide (glace) vers l’état liquide lorsque une certaine quantité de chaleur y est introduite. Si le niveau de la chaleur augmente, l’état change à nouveau vers l’état gazeux (vapeur). Mais, si le niveau de la chaleur augmente à nouveau,  le gaz qui compose la vapeur deviendra ionisé et électriquement conducteur, devenant du Plasma. Le coupage Plasma fonctionne avec ce gaz électriquement conducteur pour transférer de l’énergie à partir d’une source de courant sur les matériaux conducteurs, ce qui entraîne un procédé plus propre et plus rapide par rapport au procédé oxycoupage.. 

La formation de l’arc plasma commence lorsqu’un gaz, tel que l’oxygène, l’azote,  l’argon ou l’air comprimé est poussé dans l’orifice de la buse de la torche. Un arc électrique généré par une source d’alimentation externe est ensuite introduit à ce flux de gaz sous haute pression, ce qui est communément appelé :  « jet de plasma ». Le Plasma atteint immédiatement des températures jusqu’à 22000ºC, perçant très rapidement les pièces (de travail) et soufflant le matériau fondu.

Les composants du système Plasma

  • Alimentation – Le générateur plasma convertit  la tension du courant AC monophasé ou triphasé en tension continue DC.   Cette tension DC est responsable du maintien de l’arc pendant la coupe, elle régule également  la sortie du courant exigé en fonction du type de matériau et de l’épaisseur à travailler.
  • Amorçage de l’Arc – Le circuit de l’ASC produit une tension de 5000VAC à 2 MHz environ. Cette tension génère un arc pilote dans la torche et va ainsi créer l’amorçage.
  • Torche Plasma – La fonction de la torche plasma est celle d’offrir l’ alignement et le refroidissement des consommables. Les pièces nécessaires à la création de l’arc plasma sont l’électrode, la tuyère et la buse.  Un corps de buse peut être utilisé pour améliorer la qualité du coupage.

La majorité des systèmes de coupage plasma sont regroupés dans deux catégories:  « conventionnel » ou de « précision ».

 

 Conventional Plasma Cutters 

 

 

Les systèmes de plasma « conventionnel » utilisent typiquement l’air comprimé comme gaz, la forme de l’arc est essentiellement définie par l’orifice de la buse. L’ampérage approximatif de ce type de coupage plasma est de 12-20K ampères par pouce carré. Tous les systèmes manuels sont de type « conventionnel », ils sont aussi utilisés dans certaines applications où les tolérances des pièces sont plus indulgentes.

Precision Plasma Cutting Systems

 

Les systèmes de plasma « précision » ( courant à haute densité) ont été conçus et fabriqués afin de produire et offrir des coupes plus précises et de plus haute qualité. La conception de la torche et des consommables sont plus complexes et des pièces supplémentaires y sont inclues pour focaliser et former davantage l’arc. L’ampérage approximatif de ce type de coupage plasma est de 40-50K ampères par pouce carré.

 

 

 

 

Opération manuelle "Conventionnel"

Dans le système manuel typique (Tomahawk®), l’électrode et la buse sont en contact dans la torche lorsque cette-ci est éteinte. Lorsque la gâchette est déclenchée, le générateur produit un courant pilote d’amorçage. Lorsque le gaz (air comprimé) accumulé est suffisant, l’électrode et la buse sont séparés, ce qui génère un arc  électrique qui convertit l’air en jet plasma. Le courant circule de l’électrode vers la buse, et de l’électrode vers la pièce de travail. Ce courant continue jusqu’au moment où la gâchette est relâchée. 

  Handheld Plasma Cutter

 


Opération automatique « précision »

L’électrode et la buse ne sont pas en contact à l’intérieur d’une torche plasma « précision », mais isolés entre eux par un « joint » lequel a des petits orifices d’aération qui transforme le gaz plasma dans un vortex tourbillonnant. Quand le générateur est sous tension, celui-ci va produire un courant et initie le pré débit du gaz à travers la torche. La buse est connectée temporairement au potentiel positif du générateur , l’arc pilote et l’électrode reste négative.

Le fonctionnement du Plasma 

 

 

Ensuite, une étincelle à haute fréquence est créée par l’ Arc pilote, le gaz plasma devient ionisé et électriquement conducteur, entraînant dans le courant de l’électrode jusqu’à la buse, ainsi l’arc pilote du plasma est généré.

 

How Plasma Works - Step 2 

 

Lorsque l’arc pilote entre en contact avec la pièce (laquelle est reliée à la terre par les lamelles de la table de coupage) le courant circule entre l’électrode et la pièce à découper, la haute fréquence s’éteint et le circuit de l’arc pilote s’ouvre.

 

How Plasma Works - Step 3 

 

 

Le générateur augmente la puissance du courant DC jusqu’à l’ampérage de coupage sélectionnée par l’opérateur et remplace le pré débit de gaz par le réglage du débit optimale pour ma matière à découper. Un deuxième gaz de protection est aussi utilisé, il circule à l’extérieur de la tuyère et de la protection de buse.

 

How Plasma Works - Step 4 

 

La forme de la buse de protection et le diamètre de la tuyère, oblige le gaz de protection à contracter l’arc plasma davantage, ce qui entraîne une coupe plus nette,  des dépouilles d’angles très faibles  et des traits de coupe plus fins..

 

How Plasma Works - Step 5 

 

 

How Plasma Works - Step 6