Comment les fabricants de métaux peuvent obtenir du plasma

Aug 05, 2023

Vos pièces découpées au plasma présentent-elles des scories excessives ou des trous ovalisés ? Les trous sont-ils déformés ? Vous avez du mal à souder ces bords en aval ? Ces conseils éprouvés peuvent aider les fabricants de métaux. Getty Images

Associez une alimentation plasma de haute qualité à la bonne table ou au bon système de découpe et il est possible de découper des pièces avec des bords lisses et peu ou pas angulaires. Pourtant, les fabricants sont tenus de rencontrer de temps en temps une qualité de coupe moins que satisfaisante. Voici un aperçu des problèmes de qualité de coupe les plus courants et des étapes nécessaires pour se remettre sur la bonne voie.

Le problème de qualité de coupe le plus courant auquel les fabricants sont confrontés est de loin les scories. Bien qu'il soit relativement facile d'enlever l'excès de métal qui se solidifie le long des bords supérieur et inférieur de la pièce, cela ajoute encore du travail. Lorsque quelqu'un doit effectuer une opération secondaire comme le meulage, le déchiquetage ou le ponçage, c'est souvent pour enlever les scories.

Les scories se produisent pour un certain nombre de raisons. La vitesse de coupe, qu'elle soit trop lente ou trop rapide, est un coupable commun, mais c'est loin d'être le seul. La distance entre la torche et le matériau à couper, ainsi que l'ampérage, la tension et l'état des consommables, affectent également les scories. Il y a aussi le problème du matériau à couper - son épaisseur et son type, sa qualité, sa composition chimique, son état de surface, sa planéité (ou son absence) et les changements de température lors de la coupe ont tous un impact sur le processus. Au total, plus d'une douzaine de facteurs sont en jeu, bien que, heureusement, seuls trois soient critiques : la vitesse de coupe, l'ampérage et la distance de sécurité.

Lorsque la vitesse de coupe est trop lente, l'arc plasma cherchera plus de matière à couper. Le diamètre de la colonne d'arc augmente, élargissant le trait de scie jusqu'à un point où la partie à grande vitesse du jet de plasma ne souffle plus le métal en fusion loin de la coupe. Au lieu de cela, ce métal s'accumule le long du bord inférieur de la plaque, formant des scories à faible vitesse. Couper à un ampérage trop élevé ou à une distance trop faible peut également provoquer des scories à basse vitesse, car ces deux changements entraînent plus d'énergie de l'arc plasma pour entrer en contact avec une zone donnée du métal.

La solution est alors évidente : couper plus vite. Malheureusement, cela apporte son lot de défis. Si la vitesse de coupe est trop rapide, l'arc ne peut pas suivre. Il tombe, ou traîne, derrière la torche, laissant une petite perle dure de matériau non coupé le long du bas de la plaque. À bien des égards, cette écume à grande vitesse est pire que son homologue à basse vitesse car elle est plus dure, nécessitant généralement un usinage important pour être éliminée.

À des vitesses extrêmement élevées, l'arc peut même devenir instable. Il commencera à vibrer de haut en bas, provoquant une queue de coq d'étincelles et de matière fondue. À ces vitesses, l'arc peut ne pas couper le métal et peut également s'arrêter. Un ampérage trop faible ou une distance trop élevée peuvent également provoquer des scories à grande vitesse, car les deux changements réduisent la quantité d'énergie de l'arc.

En plus des scories à basse et haute vitesse, il existe un troisième type appelé scories de projections supérieures. Cela se produit lorsque le métal resolidifié pulvérise le long de la partie supérieure de la pièce coupée. Il est généralement très facile à retirer. Une buse usée, une vitesse de coupe excessive ou un espacement élevé en sont généralement la cause. Il est causé par le flux tourbillonnant du jet de plasma qui, à un certain angle, projette le matériau fondu devant le trait de scie plutôt que vers le bas à travers celui-ci.

Entre les deux extrêmes des scories à basse et haute vitesse se trouve une fenêtre "juste", officiellement appelée la zone sans scories. Ceci est essentiel pour minimiser les opérations secondaires sur les pièces découpées au plasma. Votre fenêtre variera. Généralement, lorsque vous utilisez de l'azote ou de l'air comme gaz plasma sur de l'acier au carbone, vous constaterez que votre fenêtre sans scories est assez petite. Les fabricants coupant au plasma oxygène auront un peu plus de marge de manœuvre. Bien qu'il ne soit pas toujours facile de trouver cette vitesse de coupe optimale, vous pouvez faire plusieurs choses.

Effectuez plusieurs coupes à différentes vitesses de coupe et choisissez la vitesse qui produit la coupe la plus nette. Les lignes de décalage (petites crêtes à la surface de la coupe) sont un bon moyen d'évaluer votre vitesse de coupe. Si vous coupez trop lentement, vous verrez des lignes de décalage perpendiculaires au plan de la plaque. Si vous coupez trop vite, vous verrez des lignes de décalage inclinées en forme de S parallèles à la plaque le long du bord inférieur.

Observez également l'arc (en portant la bonne protection oculaire) pendant la coupe et modifiez dynamiquement la vitesse pour produire les caractéristiques optimales de l'arc. Pour ce faire, observez l'angle de l'arc lorsqu'il sort du bas de la pièce. Si vous coupez avec du plasma à air, l'arc doit être vertical lorsqu'il sort du bas de la coupe. Avec de l'azote ou de l'argon/hydrogène, un léger arc traînant est préférable, tandis qu'un léger arc avant est préférable avec de l'oxygène.

Figure 1 La distance entre la torche et la pièce est critique. Lorsque la torche est correctement positionnée (en haut), l'arc restera étroit. S'il est trop près (en bas) ou trop loin de la plaque, l'arc s'élargit, créant une pièce avec un angle exagéré.

Un dernier conseil concernant les scories : reportez-vous au manuel d'utilisation fourni avec votre système de coupe. Les ingénieurs en procédé plasma passent des mois dans un laboratoire à expérimenter divers paramètres pour créer des tableaux de coupe complets répertoriant les vitesses de coupe recommandées, les hauteurs de coupe et les ampérages pour de nombreux types et épaisseurs de matériaux. Commencez toujours par ces points de consigne et ajustez à partir de là par incréments de 10 %, à la fois vers le haut et vers le bas.

Découper des pièces avec le moins d'angle angulaire possible est un autre défi pour les fabricants. Cela se produit parce qu'un arc plasma n'est pas parfaitement droit. Cela signifie que tout métal coupé au plasma aura un certain degré d'angularité, mais il existe des moyens de le minimiser.

Une façon consiste à faire correspondre vos consommables et votre niveau de puissance à l'épaisseur du matériau que vous devez couper, en gardant à l'esprit que des niveaux d'ampérage plus faibles et des vitesses de coupe plus lentes vous donneront moins d'angularité. Inspectez également soigneusement vos consommables, en particulier la buse et la protection, pour tout dommage. Même une petite bosse ou une entaille peut affecter la qualité de la coupe. Enfin, assurez-vous que votre chalumeau est à la bonne distance de la plaque, après le perçage et tout au long de la coupe (voirFigure 1).

Voici quelques mesures que vous pouvez prendre pour éviter de vous retrouver avec des matériaux et des pièces déformés. Tout d'abord, programmez votre logiciel de FAO pour créer des chemins de coupe qui contrôlent l'apport de chaleur en permettant aux sections de refroidir avant de couper les pièces adjacentes. Ceci est particulièrement utile lors de la découpe de matériaux très fins.

Ensuite, utilisez l'ampérage le plus bas possible et les consommables correspondants à la vitesse de coupe la plus rapide possible pour l'épaisseur du matériau. Enfin, si vous disposez d'une nappe phréatique, maintenez l'eau en contact avec le matériau. Gardez simplement à l'esprit que sur de nombreux matériaux, l'eau peut affecter le lissé des bords et, dans certains cas, la dureté des bords.

Tout matériau coupé avec un arc plasma montrera des effets métallurgiques sur les bords. Après tout, vous introduisez une très grande quantité de chaleur dans le métal. Heureusement, vous pouvez atténuer ces effets grâce à la sélection de gaz.

Si vous coupez de l'acier au carbone, l'utilisation d'oxygène pour votre plasma et votre gaz de protection vous donnera la meilleure métallurgie de pointe. Un procédé oxygène/oxygène est particulièrement avantageux lors de la découpe de trous de moins de 2,5 pouces de diamètre. En fait, les effets de la métallurgie sont si mineurs que ce procédé convient souvent au taraudage.

De plus, les pièces découpées à l'oxygène sont 100% soudables et usinables, et elles se fissurent rarement lors des opérations de formage. Le plasma d'air ou d'azote provoque un durcissement et une nitruration des bords sur la plupart des aciers, ce qui peut rendre les bords cassants et créer de la porosité lors de certains processus de soudage. Heureusement, cette couche de nitrure est généralement mince, entre 0,006 et 0,010 pouce d'épaisseur, et facile à enlever.

Si vous devez couper de l'inox, un mélange de gaz est recommandé. Il est possible de couper de l'acier inoxydable de moins de 1/4 po d'épaisseur avec une arête très pure en utilisant un mélange de 5 % d'hydrogène et de 95 % d'azote pour le gaz plasmagène. Les sections en acier inoxydable plus épaisses donnent souvent de meilleurs résultats lorsqu'elles sont coupées à l'aide d'un mélange à 35 % d'hydrogène et à 65 % d'argon. Peu importe l'épaisseur, un gaz de protection à l'azote est recommandé. Une autre option consiste à couper l'acier inoxydable sous l'eau en utilisant de l'azote pour le plasma et le gaz de protection, éliminant ainsi la couche d'oxyde qui se forme lors de la coupe à l'air ambiant.

Pour récapituler, utilisez de l'oxygène, si votre système le supporte, pour la meilleure métallurgie des bords sur l'acier au carbone. Pour l'acier inoxydable, utilisez un mélange hydrogène/azote sur un matériau de moins de 1/4 po et un mélange hydrogène/argon sur un matériau plus épais que cela ; utilisez toujours de l'azote comme gaz de protection, quelle que soit son épaisseur.

Figure 2La découpe de trous peut nécessiter quelques essais et erreurs, car les opérateurs ont du mal à éviter les trous non ronds ou coniques ainsi que les trous avec un excès de métal le long du rayon intérieur.

Bien que les conseils précédents améliorent la qualité de coupe sur la plupart des pièces et des formes, la découpe de trous nécessitera un peu plus de travail. La règle générale est que le diamètre du trou ne doit pas être inférieur à l'épaisseur de la plaque, donc si vous coupez une plaque de 1/2 po d'épaisseur, vous voudrez couper des trous de 1/2 po de diamètre ou plus. Cependant, même en faisant cela, les opérateurs ont souvent du mal avec des trous non ronds ou coniques, dans lesquels le haut du trou est plus grand que le bas (voirFigure 2).

Le plasma d'air produira toujours un trou avec une conicité naturelle, bien que très faible, en raison de l'angle d'arc en retard du jet de plasma. Les systèmes plasma haute définition et définition X produiront une conicité presque inexistante.

En tant que meilleure pratique générale lors de la découpe au plasma de trous, percez la plaque à la hauteur de coupe recommandée et utilisez un délai de perçage. Le manuel du propriétaire de votre plasma vous indiquera généralement combien de temps un délai est nécessaire. Cela empêchera ou au moins diminuera le retour de métal en fusion sur votre bouclier et votre buse.

Une deuxième astuce consiste à jouer avec l'entrée de votre trou. Commencez votre introduction près du centre du trou plutôt que du rayon. Cela garantira que le divot qui se forme lors du perçage se produira dans le métal découpé plutôt que sur le bord de votre trou. Commencer au centre a un deuxième avantage en ce sens qu'il donne plus de temps à l'arc pour se stabiliser et donne au contrôle de la hauteur de la torche plus de temps pour indexer jusqu'à la hauteur de coupe avant d'atteindre le rayon. Bien que la plupart des machines puissent produire d'excellents trous lorsque les formes d'entrée sont droites et perpendiculaires au trou, les machines plus lentes bénéficieront de l'utilisation d'une entrée radiale ou incurvée (voirfigure 3).

Idéalement, vous voulez que l'arc s'arrête ou s'arrête au niveau ou au-delà du trait de coupe d'entrée de 360 ​​degrés. Certains logiciels peuvent éteindre l'arc plasma au croisement du trait d'entrée tout en gardant le mouvement actif, ce qui est le meilleur moyen de couper des trous car il permet une transition de fin de coupe plus douce et un très petit divot lorsque l'arc s'éteint.

La vitesse de coupe doit être d'environ 60 % de la vitesse utilisée pour couper le contour extérieur de la pièce. Ce réglage de la vitesse de coupe vous donnera des scories à basse vitesse, mais le compromis en vaut la peine car il minimisera la conicité du trou. Lors de la coupe de trous de moins de 11/4 po de diamètre, il est préférable de désactiver le contrôle de la tension de l'arc et la correction de la hauteur de la tension et d'activer à la place la hauteur de perçage et la fonction d'indexation à la hauteur de coupe. Ceci est recommandé car la vitesse plus lente utilisée pour percer les trous amènera le contrôle de la tension de l'arc à déplacer la torche trop près de la plaque.

Ces conseils sont un bon point de départ. Pourtant, comme mentionné précédemment, votre système spécifique affectera dans une large mesure vos résultats finaux. En effet, la capacité de traitement des fabricants de plasma et de tables varie considérablement. Les différences dans le type de contrôle de la hauteur de la torche, le logiciel CAM, ainsi que les capacités de mouvement et d'accélération de la table peuvent avoir un impact réel sur votre résultat final. Même ainsi, ces conseils et suggestions amélioreront à coup sûr la qualité de coupe et la forme des trous pour tous ceux qui utilisent le plasma, quel que soit le type (air, conventionnel, haute définition, définition X) ou la marque.

figure 3Bien qu'une entrée perpendiculaire (à gauche) fonctionne avec la plupart des machines, une entrée incurvée (à droite) est utile lors de l'utilisation d'une machine plus lente.