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République algérienne démocratique et populaire Ministère de l'enseignement sup

République algérienne démocratique et populaire Ministère de l'enseignement supérieur et de la recherche scientifique Université Batna 2 faculté de technologie Département de génie mécanique La technologie du découpage plasma Réaliser par : ➢ MABROUK Abderrahmane Responsable : ➢ Professeur BENMOHAMED Brahim 2019/2020 1 Table des matières 1 Présentation du procède ................................................................................ 2 2 Historique des systèmes plasma .................................................................... 2 3 Performances et limite du plasma ................................................................. 5 3.1 Les avantage de découpe plasma : ............................................................ 5 3.2 8-Les risque de découpe plasma : ............................................................. 5 3.3 Opération manuelle "Conventionnel" : ..................................................... 6 3.4 Opération automatique « précision » : ...................................................... 7 3.4.1 Comparaison des bords ................................................................... 9 3.4.2 Découpe laser : sans contact, chaleur, précision ........................... 10 3.4.3 Découpe avec un cutter plasma ..................................................... 10 3.4.4 Le poinçonnage : un procédé mécanique ...................................... 10 3.4.5 La découpe au jet d'eau : un procédé à froid ................................. 10 4 Comparaison avec d'autre procèdes de découpe ......................................... 11 4.1 Avantage et inconvénients ...................................................................... 11 4.1.1 LE DÉCOUPAGE LASER. .......................................................... 11 4.1.2 LE DÉCOUPAGE JET D’EAU à Ultra Haute Pression (Abrasifs). 12 5 Présentation des machines ........................................................................... 13 5.1 Oxycoupage ............................................................................................ 13 5.2 Découpage jet d'eau ................................................................................ 14 5.3 Découpe laser .......................................................................................... 14 6 Le marché de découpe plasma .................................................................... 14 7 Conclusion ................................................................................................... 15 8 Bibliographie ............................................................................................... 15 2 1 Présentation du procède Le plasma est en train de devenir la technologie de coupe préférée dans le monde entier. La découpe plasma permet un procédé de coupe plus rapide que l'oxycoupage pour les petites épaisseurs et est utilisable avec tous les matériaux conducteurs, y compris l'acier doux, l'acier inoxydable et l'aluminium. Avec l'introduction des nouveaux systèmes plasma développés tels que le HiFocus et le HyDefinition de respectivement Kjellberg ® et Hypertherm® qui donne à l'arc de plasma plus de stabilité et d'énergie. Les résultats de coupe avec une qualité encore plus élevée sont désormais possibles. Les 14 sources plasma pour la machine V302 sont toutes équipées de la dernière technologie appelée plasma haute définition. La technologie haute définition donne à l'arc plasma une plus grande stabilité et énergie et ainsi une meilleure qualité de coupe est possible. Le plasma haut définition offre même des résultats de qualité similaires à ceux des découpes faites au laser en termes d’angularité et de bavure et même de meilleurs résultats avec des valeurs de rugosité. 2 Historique des systèmes plasma Le coupage au plasma a été développé au milieu des années 50 par un ingénieur de développement d’Union Carabidé nommé Bob Gage. Union Carabidé avait conçu une torche de soudage TIG hélium appelée Héli arc pour le soudage de l’acier inoxydable et d’alliages exotiques. Gage comprima l’arc de soudage avec une buse et augmenta le flux de gaz. En faisant cela, il créa assez d’élan pour le gaz et de chaleur pour que l’arc puisse couper au travers du matériau. Gage obtint alors un brevet pour le coupage à l’arc plasma en 1957. Au départ, le plasma était utilisé pour couper l’acier inoxydable, ce dernier ne pouvant être coupé à l’oxygaz. La qualité de coupe et la fiabilité des premiers systèmes plasma étaient médiocres de plus, à la fin des années 50 et début des années 60, ils ne répondaient qu’à un besoin très spécifique dans un marché relativement restreint. L’acier inoxydable n’était qu’une très petite partie de l’ensemble total de production d’acier dans le monde ; l’acier au carbone et les aciers spéciaux en constituaient plutôt la majeure partie. La plupart des clients donc n’achetaient de système de coupage plasma que par nécessité. À la fin des années 60, plusieurs compagnies effectuaient des recherches sur le coupage au plasma. L’acier inoxydable n’était pas la seule avenue pour le coupage plasma : il présentait aussi un avantage marqué en termes de vitesse de coupe par rapport à l’oxygaz sur l’acier au carbone. La qualité de coupe du plasma sur l’acier au carbone n’était pas fameuse, mais si le plasma pouvait 3 devenir une option viable pour la coupe de l’acier au carbone, le marché du plasma grandirait rapidement. Toutefois, les chercheurs se devaient de trouver une réponse à la question : pourquoi quelqu’un voudrait-il acheter un plasma à la place de l’oxygaz pour couper de l’acier au carbone ? La solution était donc de diriger les recherches sur l’amélioration de la qualité de coupe. Un perfectionnement suivait l’autre. L’addition d’un gaz écran améliora la durée de vie des pièces consommables. Changer par la suite le gaz écran par un écran d’eau permit une durée de vie encore meilleure. L’utilisation de l’eau traça la route pour le coupage plasma à injection d’eau : faire tourbillonner l’écran d’eau améliora la vitesse de coupe, la qualité de coupe et la durée de vie des consommables. Bien qu’il y eût encore des défis importants vis à vis la formation de scories, il devenait clair que le plasma deviendrait une alternative à l’oxygaz pour couper de l’acier au carbone. 11 Le défi suivant consistait à pouvoir faire, de manière systématique, des coupes de haute qualité à l’aide du plasma. Même jusque dans les années 70, les systèmes plasma étaient dispendieux, peu fiables et spécialisés en coupe d’acier inoxydable. Les consommables pouvant durer plus de 100 amorçages étaient rares. Les opérateurs n’étaient jamais certains de ce qui allait arriver au moment d’appuyer sur le bouton de mise en marche. Les différences de composition du métal affectaient grandement la qualité de coupe. Les fabricants de systèmes plasma avaient besoin de trouver une méthode de coupage qui fonctionnait bien sur toutes les variétés d’acier au carbone. La solution était le coupage au plasma oxygène, qui utilisait l’oxygène pour créer une réaction chimique additionnelle avec l’acier au carbone. La qualité de coupe s’améliora et les opérateurs étaient en mesure de faire des coupes ayant peu ou pas de scories. Il y avait toutefois un compromis à faire : l’oxygène produisait un arc plus chaud ce qui usait plus rapidement les consommables. Les acheteurs aimaient les vitesses de coupe plus rapides mais étaient frustrés par les pertes de temps de production causées les changements incessants de consommables. En 1983, ce problème fut réglé par l’injection d’eau qui refroidissait la buse et faisait durer les consommables plus longtemps. Depuis les années 80, il y a eu plusieurs avancées importantes en technologie de coupage au plasma. Les torches plasma manuelles qui utilisait l’air comme gaz de procédé rendait le plasma accessible aux ateliers qui n’avaient pas accès aux bouteilles de gaz. Peu 4 après, le mécanisme d’amorçage des systèmes plasma manuels a été redessiné, supprimant le besoin de hautes fréquences pour l’amorçage. La nouvelle conception d’amorçage par contact permettait d’avoir de plus petites pièces dans l’appareil. Réduire le format et le nombre de pièces des blocs d’alimentation fit une différence énorme en termes de poids. En comparaison, un bloc d’alimentation pour le coupage manuel en 1985 pesait près de 400 livres : aujourd’hui, il y a des systèmes manuels qui ne pèsent que 20 livres seulement ! Il y a 25 ans, quelques personnes croyaient qu’il n’y aurait plus d’améliorations majeures à apporter au procédé de coupage plasma. Maintenant, plus de 50 ans après sa conception initiale, nous savons que les fabricants de plasma ne sont pas près d’épuiser les capacités du plasma. Pendant qu’il n’y a eu aucun développement technologique notable dans le champ du coupage oxygaz depuis plusieurs années, le coupage plasma continue de poursuivre son envolée. Les dernières 10 années seulement ont été témoin d’avancées rapides dans la qualité de coupe, la durée de vie des consommables et la polyvalence du plasma. Le plasma est maintenant un procédé de coupage thermique fiable et rentable. Et, les recherches actuelles donnent à penser que les capacités du plasma s’amélioreront encore davantage [1] 5 3 Performances et limite du plasma 3.1 Les avantage de découpe plasma : La découpe au plasma peut convenir pour différents métaux durs sur de plus larges épaisseurs que le laser. Beaucoup plus rapide également, elle est néanmoins moins précise et offre une qualité de bordure moindre que les autres méthodes de découpe. Les équipements sont plutôt coûteux, et il ne faudra pas oublié d'investir en plus pour la sécurité (protections et locaux aménagés avec ventilation), mais la vitesse d'exécution et la productivité de la machine rentabilise très vite l'investissement. Comme la découpe laser, les réglages varient en fonction du matériau. Les installations PLASMA ont pour avantage de pouvoir découper des épaisseurs fines et des matériaux inoxydables, à la différence du procédé par oxycoupage. En effet, tous les matériaux conducteurs d’électricité pourront être utilisés par le PLASMA. Concernant les épaisseurs, il y a peu de contraintes de nos jours. Avec ce procédé, il est possible de couper jusqu’à environ 40 mm sur certaines installations. En considère que le plasma est une découpe électrique ce que ne nous donne pas de coupeaux. En pus Le procédé plasma ne demande pas trop de temps ce qui nous pousse à recourir à ce dernier. Pour les inconvenants de ce procède en peut résume que ce n’est pas uploads/Industriel/ decoupage-plasma-fini.pdf