Découpage plasma

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Une machine de découpe plasma SATO LS4000 CNC en action. La source du plasma est le Kjellberg High Focus 160i (4-160A).

La découpe au plasma, un éclair domestiqué[modifier | modifier le code]

La découpe de métaux au plasma est une forme d’éclair domestiqué.  En nature la gaine de l’éclair se déplace très rapidement sur une grande distance, cet arc électrique naturel ionise l’air qu’il traverse et libère jusqu’à 40 000C et plus dans la gaine immédiate de l’éclair. Le principe de la découpe au plasma est semblable, l’arc électrique géant de l’éclair se déplaçant sur de grandes distances, des kilomètres parfois, devient fixe, de très petite taille, quelques millimètres et ce sont les gaz qu’on y frotte qui se déplacent à grande vitesse, environ la vitesse du son.

Le procédé physique libère de grandes quantités d’énergie[modifier | modifier le code]

Un atome de gaz comme nous le connaissons dans notre environnement est électriquement neutre, le noyau dispose d’un nombre équivalent de charges protons et d’électrons en rotation autour du noyau, qui sont prisonniers dans un nuage restreint.  Le fait de frotter un gaz sur cet arc électrique libère un ou plusieurs électrons du noyau.  Ce lien proton-électron libère une grande quantité d’énergie qui varie selon le gaz en question (azote, oxygène, hélium, argon, vapeur d’eau, mélanges de gaz, etc.). L’oxygène par exemple libère plus d’énergie que l’azote.

Très faible coût énergétique, un cadeau de la nature[modifier | modifier le code]

Il faut retenir ici que le procédé plasma libère beaucoup plus d’énergie que l’énergie électrique pour maintenir l’arc électrique.  Dans les faits maintenir un arc électrique, pour couper de la plaque d’acier doux d’un pouce (env. 25 mm) pendant un quart de travail de 8 heures, ne coûte guère plus que 3 $ d’électricité (au Québec).  Les procédés concurrents comme l’oxycoupage ou la découpe au laser sont énergivores.

En termes de coûts variables, en utilisant de l’air comprimé pour couper des aciers doux, l’électricité représente 5% des coûts variables, les gaz 5% et l’usure des consommables 90%[1].  Ensuite il faut ajouter la main d’œuvre, le financement de l’investissement dans le système de coupe, le coût du bâtiment attribuable à la surface occupée par le système de coupe.

Découpage plasma réalisé par un robot industriel.

Présentation générale[modifier | modifier le code]

Apparenté au soudage TIG (un arc électrique jaillit entre une électrode réfractaire et la pièce) par l’aspect de la torche, le découpage plasma diffère par les mélanges gazeux utilisés. Le jet de plasma est généré par l'arc électrique qui s’établit entre une électrode intérieure à la torche de coupage et la pièce. Le mélange gazeux ionisé à la sortie de la tuyère forme le plasma. Le pouvoir calorifique du jet (température d'environ 18 000 °C) provoque une fusion quasi instantanée qui se propage dans toute l’épaisseur de la pièce.

Le découpage plasma est principalement utilisé par les entreprises du secteur de la métallerie selon la dénomination française, au Canada ce sont les ateliers de charpente métallique et de métaux ouvrés. Il permet la découpe de tôles en métal sur des épaisseurs de 0 à 160 mm avec une précision de plus ou moins 0,2 mm.

Sur une machine de découpe plasma, la température extrêmement élevée fait fondre instantanément le métal tandis que le gaz sous pression chasse au fur et à mesure les gouttelettes de métal en fusion. L'usage de la torche de découpage au plasma doit se faire impérativement dans des locaux spécialement ventilés ou en plein air à cause de dégagement de gaz toxiques généré par les très hautes températures de travail. Certains systèmes de découpe au plasma comprennent un apport d'eau sous forme d'un jet calibré qui, jaillissant de la torche plasma, permet de refroidir le métal sitôt après sa découpe plasma, évitant également le dégagement de ces gaz toxiques.

Une protection adaptée de l'opérateur est indispensable.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Source, d'après un grand nombre de simulations de coûts de projets de découpe avec le «cost calculator» de Hypertherm