La découpe au plasma est un procédé permettant de couper l’acier, l’aluminium et d’autres métaux particulièrement résistants. Elle dépasse les capacités des autres méthodes de découpe telles que l’oxycoupage, la découpe laser ou la découpe par jet d’eau. En effet, la découpe au plasma permet d’obtenir des épaisseurs fines à partir de matériaux inoxydables, atteignant une précision de l’ordre de 0,2mm. Voyons ensemble comment elle fonctionne.
Qu’est-ce que le plasma ?
Pour comprendre comment fonctionne un decoupeur plasma, il faut s’intéresser aux états de la matière.
En physique, nous apprenons que chaque atome/molécule peut être dans l’un de ces 3 états : solide, liquide et gazeux. L’état de la matière dépend principalement des conditions de température et de pression. Ainsi, l’eau, à pression atmosphérique, est solide lorsque la température est inférieure à 0°C. Au-dessus de 100°C, elle passe de l’état liquide à l’état gazeux. Que se passe-t-il si l’on augmente fortement la température ? Nous atteignons le quatrième état de la matière : le plasma. Cependant, le plasma est très différent des états solides, liquides ou gazeux.
En effet, lorsqu’une molécule ou un atome atteint l’état de plasma, ses liaisons se cassent, libérant un amas d’ions et d’électrons. Pour le former, il faut placer un gaz dans un milieu où la pression et la température sont particulièrement élevées. Le gaz ionisé peut atteindre des températures comprises entre 15 000 et 30 000°C.
Comment former du plasma ?
Ainsi, la découpe au plasma est exécutée par un appareil capable de former du plasma, ou plutôt, capable de faire passer un gaz à l’état de plasma. Pour comprendre son fonctionnement, voyons ensemble les différents éléments qui composent un découpeur plasma :
- Le générateur. Il convertit la tension du courant monophasé ou triphasé en tension continue DC, permettant de maintenir l’arc électrique et de réguler la sortie du courant.
- L’électrode. Faites en tungstène ou en zirconium, elle sert à créer un arc électrique entre la torche de coupage et la pièce à découper.
- Le mélange plasmagène. Stocké dans un compartiment fermé, le mélange plasmagène est fait d’air comprimé, d’oxygène, d’azote, d’argon/hydrogène, argon/hélium ou d’argon/hydrogène/azote.
- La tuyère. Fabriquée en cuivre pur, elle emmène le plasma vers le diffuseur
- Le diffuseur. Le plasma est propulsé à grande vitesse à travers son orifice de faible diamètre pour former un arc de plasma.
- La buse. Elle gère la régulation de l’aire de refroidissement de l’appareil et reçoit les projections de métal.
Lorsque l’arc de plasma et l’arc électrique entrent en contact, on obtient un jet de plasma, dont la température atteint 18 000°C en moyenne. Son pouvoir calorifique permet alors de provoquer une fusion quasi instantanée du métal, se propageant dans toute l’épaisseur de la façade métallique.
On choisit le gaz à utiliser selon le type et l’épaisseur du matériau à découper. Les mélanges argon/hydrogène et argon/hélium sont plus appropriés à la découpe des aciers doux et des métaux réactifs (aluminium, zirconium, titane, etc.). On se tournera plutôt vers le mélange argon/hélium/azote pour la découpe de l’acier inoxydable.
Le voltage du découpeur plasma, quant à lui, influence l’épaisseur maximale de découpe, déterminée par la taille du jet de plasma. Avec un courant de 230V, l’épaisseur de coupe sera de 13mm, tandis qu’un courant de 400V permet d’atteindre les 40mm. Selon l’appareil, le jet de plasma peut s’étendre jusqu’à 160mm.
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