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5 facteurs qui influencent la qualité des coupes plasma

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ans cet article, nous passerons en revue les facteurs les plus critiques qui contribuent à la qualité du coupage plasma. 

Gaz moyen

Le gaz est utilisé pour le processus de coupe. Le procédé peut impliquer plus d'un gaz, par exemple, un gaz primaire et un second gaz. Actuellement, l'air est largement utilisé comme gaz moyen en raison de son coût relativement faible. Certains équipements nécessitent également du gaz d'amorçage d'arc. Le processus réel qui est sélectionné pour le travail dépend du matériau et de l'épaisseur de la pièce et de la méthode de coupe utilisée. 

Le gaz moyen est utilisé pour former le jet de plasma et éliminer le métal en fusion et l'oxyde générés lors du processus de coupe. Un débit de gaz excessif enlèvera plus de chaleur à l'arc, ce qui raccourcira la longueur du jet, ce qui réduira la capacité de coupe et l'instabilité de l'arc. Un débit de gaz trop faible entraînera une perte de rectitude et de force de coupe de l'arc plasma. Il fait une coupe moins profonde et est plus susceptible de produire des scories. Par conséquent, le débit de gaz doit être compatible avec le courant et la vitesse de coupe. Les machines de coupage à l'arc plasma reposent principalement sur la pression du gaz pour contrôler le débit, car lorsque l'ouverture de la torche est fixe, la pression du gaz contrôle également le débit. La pression de gaz utilisée pour couper une certaine épaisseur de matériau est généralement sélectionnée en fonction des spécifications des exigences du client. Pour certaines applications particulières, des essais doivent être effectués pour déterminer la pression du gaz. Les gaz les plus couramment utilisés sont l'argon, l'azote, l'oxygène, l'air, le H35 et le gaz mixte argon-azote.

R : L'air contient environ 78 % d'azote ; en volume, la découpe à l'air génère une sorte de laitier très proche de la découpe à l'azote. L'air contient également environ 21% d'oxygène. La présence d'oxygène peut accélérer le processus de coupe. La coupe de matériaux en acier à faible teneur en carbone peut également être effectuée à grande vitesse. De plus, l'air est une ressource très accessible à moindre coût. Ces faits font de l'air un gaz moyen largement adopté. Cependant, l'utilisation d'air seul pour la coupe présente des inconvénients. tels que les scories, l'oxydation des coupes et l'augmentation de l'azote. De plus, la durée de vie réduite de l'électrode et de la buse peut avoir un impact négatif sur la productivité et augmenter les coûts.

B. L'oxygène peut augmenter la vitesse de coupe des matériaux en acier doux. En ce sens, l'utilisation d'oxygène pour la découpe est très similaire à l'oxycoupage. L'arc plasma à haute température et haute énergie accélère le processus de coupe. Cependant, pour prolonger la durée de vie de l'électrode, ce procédé doit être réalisé avec une électrode qui résiste à l'oxydation à haute température, et qui est protégée contre les chocs lors de l'arc, .

C. L'hydrogène est généralement utilisé comme gaz auxiliaire à mélanger avec d'autres gaz. Par exemple, le gaz bien connu H35, mélange de 35% d'hydrogène et de 65% d'argon, fait partie des gaz à forte résistance au coupage plasma en raison de la présence d'hydrogène. L'hydrogène peut augmenter considérablement la tension de l'arc, de sorte que le jet de plasma d'hydrogène a une valeur d'enthalpie élevée. Lorsqu'il est mélangé avec de l'argon, sa force de coupe au jet de plasma est grandement améliorée. Généralement, pour les matériaux métalliques d'une épaisseur supérieure à 70 mm, l'argon + hydrogène est couramment utilisé comme gaz. Si un jet d'eau est utilisé pour comprimer davantage l'arc plasma argon + hydrogène, une efficacité de coupe plus élevée peut également être obtenue.

D. L'azote est un gaz couramment utilisé. Alimenté avec une tension plus élevée, l'arc plasma à l'azote a une meilleure stabilité et une énergie de jet plus élevée que l'argon, même lors de la coupe de métal liquide avec des matériaux à haute viscosité tels que l'acier inoxydable. Pour la coupe d'alliages à base de nickel, la quantité de scories apparaissant au bord inférieur de la coupe est également faible. L'azote peut être utilisé seul ou en mélange avec d'autres gaz. Par exemple, l'azote et l'air sont souvent utilisés comme gaz moyens dans les processus de découpe automatisés. Ces deux gaz sont devenus les options recommandées pour la découpe à grande vitesse de l'acier au carbone. Parfois, l'azote est également utilisé comme gaz d'amorçage pour le coupage à l'arc plasma oxygène.

E. Le gaz argon ne réagit pratiquement avec aucun métal à des températures élevées, et l'arc plasma argon est très stable. De plus, les buses et les électrodes utilisées ont une longue durée de vie. Cependant, la tension de l'arc plasma d'argon est faible, la valeur d'enthalpie n'est pas élevée et la force de coupe est limitée. Par rapport à la découpe à l'air, l'épaisseur de la coupe sera réduite d'environ 25 %. De plus, dans l'environnement de protection du gaz argon, la tension superficielle du métal en fusion est relativement importante, qui est d'environ 30% supérieure à celle de l'environnement d'azote, donc plus de scories seront générées. Même la coupe avec un mélange d'argon et d'autres gaz a une chance de produire des scories. Par conséquent, l'argon pur est rarement utilisé seul pour le coupage plasma. 

Vitesse de coupe

La vitesse de coupe est également une considération majeure lors de l'approvisionnement d'une machine de découpe au plasma. Chaque système de coupage plasma est livré avec une plage de vitesse conçue. Les utilisateurs peuvent régler la vitesse selon les instructions du produit ou en effectuant des tests. En général, la vitesse peut être déterminée en fonction de facteurs tels que l'épaisseur, le matériau, le point de fusion, la conductivité thermique et la tension superficielle après la fusion de la pièce.

Une augmentation modérée de la vitesse de coupe peut améliorer la qualité de la coupe. Cela rend la coupe légèrement plus étroite et la surface de coupe plus lisse, réduisant ainsi les risques de déformation.

Si la vitesse de coupe est trop élevée, l'énergie linéaire de la coupe peut être inférieure à l'énergie requise. Le jet dans la fente ne peut pas souffler rapidement la masse fondue immédiatement, de sorte qu'une grande quantité de traînée de fuite se forme.

Si la vitesse de coupe est trop faible, une surchauffe se produit. L'anode de l'arc plasma est l'endroit où la coupure se produit réellement. Par conséquent, afin de maintenir la stabilité de l'arc lui-même, le spot CNC se tourne inévitablement vers un courant de conduction près de la fente la plus proche de l'arc. De cette façon, le jet transmet plus de chaleur radialement. Dans ce cas, l'incision est élargie. Le matériau fondu des deux côtés de l'incision se rassemble et se solidifie le long du bord inférieur, formant un laitier difficile à nettoyer, et le bord supérieur de l'incision est chauffé et fondu pour former un coin arrondi.

Lorsque la vitesse est extrêmement faible, l'arc sera même éteint car l'incision est trop large. 

Courant

Le courant (ampérage) détermine l'épaisseur et la vitesse de coupe. Par conséquent, le courant est un facteur clé pour effectuer une coupe rapide de haute qualité. Plus précisément, le courant affecte ces aspects :

  • Avec un courant plus élevé, le système génère une énergie d'arc plus élevée, une force de coupe plus élevée et une vitesse de coupe plus élevée.
  • Avec un courant plus élevé, le système génère un arc de plus grand diamètre, produisant une coupe plus épaisse.
  • Un courant excessif, cependant, met une charge thermique anormale sur la buse. Cela donne à la buse une durée de vie plus courte et a un impact négatif sur la qualité de coupe.

L'alimentation électrique de votre système de coupage plasma doit correspondre à l'ampérage prévu pour le coupage. Un ampérage plus que suffisant entraîne des coûts inutiles. Cependant, un ampérage trop faible peut non seulement avoir un impact négatif sur les performances de coupe mais aussi endommager le système de coupe.

Hauteur de la buse

La hauteur de la buse fait référence à la distance entre la face frontale de la buse et la pièce, qui fait partie de la longueur totale de l'arc. La découpe à l'arc plasma utilise généralement une alimentation externe à courant constant ou à forte chute de tension. 

Effets d'une plus grande hauteur :

Lorsque la hauteur de la buse est augmentée, l'ampérage change peu. Cependant, l'augmentation de la longueur de l'arc entraîne une augmentation de la tension de l'arc et donc une augmentation de la puissance de l'arc. Dans le même temps, l'arc plus long se traduit par une plus grande exposition à l'environnement et donc plus de perte d'énergie. Cette perte d'énergie réduit inévitablement l'énergie de coupe effective, ce qui entraîne une réduction de la force de coupe. Dans ce cas, parce que la force de soufflage du jet de coupe est affaiblie, vous pouvez trouver plus de laitier résiduel au bord inférieur de l'incision, et le bord supérieur est trop fondu pour produire des coins arrondis. De plus, compte tenu de la forme du jet de plasma, le diamètre du jet se dilate vers l'extérieur après avoir quitté la bouche de la torche, et une augmentation de la hauteur de la buse entraîne inévitablement une augmentation de la largeur de coupe. Par conséquent, pour améliorer la vitesse de coupe et la qualité de coupe, les utilisateurs sélectionnent généralement une hauteur de buse aussi petite que possible. 

Effets d'une hauteur plus petite

Cependant, lorsque la hauteur de la buse est trop faible, cela peut provoquer un phénomène de double arc. À l'aide d'une buse extérieure en céramique, vous pouvez régler la hauteur de la buse sur zéro ; c'est-à-dire que la face d'extrémité de la buse entre directement en contact avec la pièce et produit une coupe de haute qualité. 

Puissance d'arc

Pour former un arc plasma hautement comprimé, la buse utilise une ouverture de buse plus petite et une longueur de trou plus longue et renforce l'effet de refroidissement. Cela peut augmenter le courant traversant la section efficace de la buse de sorte que la densité de puissance de l'arc augmente. Cependant, la compression plus élevée augmente également la perte de puissance de l'arc. Par conséquent, l'énergie effective utilisée pour la découpe est inférieure à la puissance de sortie de l'alimentation. Le taux de perte est généralement compris entre 25% et 50%. Avec certaines méthodes, telles que l'arc plasma à compression d'eau, le taux de perte d'énergie sera plus important. Vous devez également en tenir compte lors de la conception de votre processus de coupe et de la planification de vos coûts.

Dans la plupart des applications industrielles, la découpe plasma est utilisée pour découper des plaques métalliques d'une épaisseur inférieure à 50 mm. La découpe avec des arcs plasma conventionnels dans cette plage d'épaisseur entraîne souvent des écarts dans les tailles de coupe le long du bord supérieur de la coupe et augmente donc la quantité de traitement supplémentaire qui est nécessaire. Lors de l'utilisation d'arcs plasma à oxygène et à azote pour couper de l'acier au carbone, de l'aluminium et de l'acier inoxydable, si l'épaisseur de la plaque est comprise entre 10 et 25 mm, généralement plus le matériau est épais, meilleure est la perpendicularité du bord d'extrémité. La tolérance d'angle du tranchant est de 1 à 4 °. Si l'épaisseur de la plaque est inférieure à 1 mm, à mesure que l'épaisseur de la plaque diminue, l'écart d'angle d'incision augmente de 3 ° - 4 ° à 15 ° - 25 °.

On pense généralement que l'énergie de l'arc plasma est libérée davantage vers la partie supérieure de la coupe que vers la partie inférieure. Ce déséquilibre de la libération d'énergie est étroitement lié à de nombreux paramètres de processus, tels que le degré de compression de l'arc plasma, la vitesse de coupe et la distance entre la buse et la pièce. L'augmentation de la compression de l'arc peut étendre le jet de plasma à haute température pour former une zone à haute température plus uniforme et, en même temps, augmenter la vitesse du jet, ce qui peut réduire la différence de largeur entre les coupes supérieure et inférieure. Cependant, une compression excessive des buses conventionnelles entraîne souvent un double arc électrique, qui non seulement consomme des électrodes et des buses, rendant le processus impossible, mais entraîne également une diminution de la qualité de la coupe. De plus, une vitesse excessivement élevée et une hauteur de buse excessivement élevée augmenteront la différence entre les largeurs supérieure et inférieure de la coupe.

Source à partir de Stylecnc

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