Usure de l’électrode dans les systèmes plasma oxygène et air

How to tell good electrode wear from bad and improve system performance

Posté sur 29/01/2016
Posté par Hypertherm

Les électrodes destinées aux systèmes de coupage plasma à haute puissance sont des pièces consommables très techniques, avec une conception, des matériaux et une fonction similaire à une bougie d’allumage pour voiture. Comme les bougies d’allumage, les électrodes émettent une électricité à forte tension en présence de températures élevées. Les matériaux doivent résister aux émissions d’arc plasma de température très élevée, supporter des jets de gaz tourbillonnant à haute vitesse et doivent apporter un joint étanche pour les gaz et les fluides à haute pression. L’électrode, comme une bougie d’allumage, est la pièce la plus solide du système.

Un bon mécanicien peut deviner beaucoup sur la santé d’un moteur à combustion seulement en regardant les bougies. Un technicien spécialiste du plasma entraîné peut faire de même avec un système plasma s’il apprend à inspecter l’électrode, comprend les schémas d’usure classiques et sait comment repérer les signes de problèmes.

L’électrode transporte le courant courant continu de la source de courant plasma vers la plaque de métal. Elle est généralement composée d’un support en cuivre ou en composite cuivre et argent, contenant un élément émissif en hafnium, un métal dont le point de fusion est élevé et qui supporte un arc dans les environnements de coupe à l’air et à l’oxygène. L’élément émissif est doucement érodé par la chaleur de l’arc et grande vitesse du flux de gaz plasma. La majeure partie de l’usure est due au démarrage et à l’arrêt de la coupe, lorsque le hafnium fondu est rapidement chauffé ou refroidi, fondant puis se solidifiant à nouveau.

Dans des conditions normales d’usure, un petit cratère concave se forme progressivement à l’extrémité de la pièce, quelques millièmes de pouces à chaque fois, jusqu’à une profondeur de 0,040 po à 0,125 po, selon la torche, la conception des consommables et les matériaux. (Se reporter au tableau ci-dessous.) Lorsque le cratère est trop profond, l’arc s’attache au matériau du support et le fait fondre. L’électrode est « défaillante » lorsqu’elle ne s’amorce plus et ne maintient plus l’arc. Si du matériau fondu de l’électrode se dépose dans le trou de la buse, cela cause une « explosion », défaillance catastrophique de l’électrode et de la buse.

Système de coupage arc plasma (PAC) Électrodes en cuivre pouces d’usure Composites en argent et en cuivre pouces d’usure
Coupage arc plasma haute précision
(plasma à oxygène)
0,030 po – 0,050 po 0,060 po – 0,080 po
Coupage arc plasma à injection d’eau
(plasma à oxygène)
0,040 po  0,080 po 0,100 po – 0,140 po
Coupage arc plasma conventionnel à double gaz (plasma à oxygène) 0,040 po  0,080 po 0,100 po – 0,140 po
Coupage arc plasma conventionnel à double gaz 0,090 po – 0,120 po 0,100 po – 0,140 po

 

La durée de vie normale des pièces des systèmes plasma à oxygène de pointe est d’une à deux heures d’arc actif et de 200 à 300 perçages. Les systèmes à air atteignent généralement le double de durée, de 400 à 600 amorçages, car le composant d’azote de l’air le rend moins réactif avec les électrodes. Les systèmes plasma à oxygène avec des gaz d’amorçage inertes et une accélération progressive peuvent atteindre plus de 1000 amorçages avant qu’il ne soit nécessaire de changer l’électrode.

Nouvelle condition d’un consommable

Figure 1

 

Nouvelle condition

La figure 1 illustre une nouvelle électrode. Dans cet exemple, l’électrode est une conception composite cuivre et argent soudée, avec l’argent sur la partie avant de l’électrode et le cuivre sur la partie arrière. L’élément en hafnium non utilisé se trouve au centre de la pièce.

Usure normale d’un consommable

Figure 2

 

Usure normale

La figure 2 illustre une électrode normalement usée. Le cratère du hafnium est bien centré et de forme homogène, indiquant un bon alignement des consommables et une bonne diffusion du gaz plasma. La profondeur du cratère est d’environ 0,100 po. Les bords avants de la pièce sont vifs et précis et l’argent n’est pas décoloré. Les oxydations grises sur la surface à l’avant de la pièce sont normales.

Usure normale à la moitié de la vie d’un consommable

Figure 3

 

Usure normale à la moitié de la vie

La figure 3 illustre une électrode normalement usée qui a été retirée prématurément pour une autre raison. Torche chevauchant la plaque, collision de torche, modification de tension, modification de la qualité de coupe, etc. La profondeur du cratère est de 0,078 po. Bien que cette pièce semble utilisée, elle peut être servir pour 100 amorçages ou plus, et attendre que le cratère mesure 0,100 po voire 0,140 po avant d’être défaillante.

Exemple de consommable avec une brûlure excentrée

Figure 4

 

Brûlure excentrée

La figure 4 présente une brûlure excentrée. C’est un problème facile à repérer. Il indique généralement un sérieux problème de débit de gaz (comme un diffuseur cassé ou bloqué) ou un mauvais alignement des pièces de la torche (à cause d’erreur d’assemblage ou de problème d’adaptation). Si le changement de toutes les pièces de la torche ne résout pas le problème, il se peut que la torche soit endommagée.

Exemple de présence d’humidité lors de l’amorçage de l’arc

Figure 5

 

Humidité lors de l’amorçage

La figure 5 montre la présence d’humidité lors de l’amorçage de l’arc. Ces pièces comportent une grosse marque d’arc à partir des pans de clés jusqu’à la face de l’électrode. À cause de l’humidité dans le prégaz, la haute fréquence attaque l’argent. Les bords avants de la partie en argent ne sont pas nets, ils apparaissent comme « sablés » en surface. Inspecter le prégaz à la recherche d’humidité. Le test du papier toilette permet une vérification rapide. Maintenir un papier toilette sous la torche alors que le gaz circule dans le système (uniquement en mode TEST ou VÉRIFICATION DES GAZ). Il ne devrait y avoir aucun signe d’humidité ou de contamination.

Exemple de fuite de liquide de refroidissement sur un consommable

Figure 6

 

Fuites de liquide de refroidissement

Figure 6 : les fuites de liquide de refroidissement sont les problèmes les plus simples à repérer. Une importante brûlure d’arc sur la face et les côtés de l’électrode, caractérisée par des piqûres et des points sur la surface de l’électrode. La surface avant est rugueuse et noir, avec des points fondus et brillants du matériau du support. Ce problème vient souvent de joints toriques coupés, de manque de lubrifiant sur les joints, ou de pièces desserrées ou mal alignées.

Exemple de gaz insuffisant lors de l’allumage de l’arc

Figure 7

 

Prégaz faible

Figure 7 – Gaz insuffisant lors de l’allumage de l’arc engendrant un «amorçage paresseux» L’arc prend trop de temps pour aller du point d’amorçage (généralement un angle vif comme une clé plate) à l’élément émetteur. Ces pièces possèderont une bague relativement uniforme de matériau du support fondu autour du cratère. Des éclaboussures de soudage ou un bain de soudure se seront formés le long de l’avant de la pièce.

Exemple de l’explosion d’une électrode

Figure 8

 

Explosion

La figure 8 illustre une électrode ayant subi une défaillance désastreuse. L’électrode étant en amont, cela va endommager la buse lorsque le matériau fondu sera éjecté de l’extrémité de la pièce et déposé à l’intérieur de la buse. Si la torche fonctionne longtemps, toutes les pièces subiront le même sort.

Exemple de gaz plasma faible

Figure 9

 

Explosion

Figure 9 – Gaz plasma faible Si l’électrode possède des petites marques de piqûres sur toute l’extrémité de la pièce, et que l’intérieur de la buse est également endommagé, la cause est un débit de gaz trop faible. Un débit de gaz faible engendre un arc incontrôlable entre la buse et l’électrode. Vérifier les débits de gaz de la torche. La meilleure façon de les vérifier est d’utiliser un débitmètre (0 – 400 cfh) et un tuyau placé sur la sortie de la torche alors que le système est en mode Test. Si cela n’est pas possible, une vérification rapide consiste à sentir le débit de gaz à la sortie de la torche alors que seul le gaz plasma est activé. Vous devriez sentir un débit de gaz tourbillonnant avec également une force d’aspiration.

Exemple de débit de gaz élevé

Figure 10

 

Débit de gaz élevé

Figure 10 – Si la buse est en bon état mais que le cratère de l’électrode est profond et concentrique, il se peut que le débit du gaz plasma soit trop élevé. Si la diffusion du gaz plasma est trop importante, l’élément s’usera rapidement. Cela engendre une usure profonde rapide. Vérifier le débit d’écoulement volumétrique du gaz plasma.

Posté sur 29/01/2016
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