ARC PLASMA

NERTAMATIC 51
Installation
de soudage,
procédé
microplasma.
Applications
manuelles
et automatiques.
E
ARC PLASMA :
un phénomène
naturel
désormais
maîtrisé
pour devenir
un outil
performant.
1877-39
2264-09
n général le terme
PLASMA s’applique
aux milieux gazeux
où il régne des températures
supérieures à 3000 C°
à la pression atmosphérique.
Dans l’échelle
des températures,
on peut considérer
que c’est le quatrième état
de la matière après les états
solides, liquides et gazeux.
L’état PLASMA
se compose d’électrons,
d’ions et d’atomes
ou molécules excités.
Il est courant dans la nature,
par exemple la foudre
génère un plasma.
Depuis 1960 environ,
la signification du mot
PLASMA a légèrement
évolué pour définir l’état
d’énergie élevé provoqué
par la constriction d’un arc
électrique au moyen
d’un diaphragme ou tuyère.
Ce principe est maintenant
largement utilisé
en sidérurgie, en chimie,
en construction mécanique.
Consciente de tout l’intérêt que représente l’arc plasma
pour les technologies du soudage et du coupage,
la SAF en a fait un outil performant.
En ce qui concerne le soudage, on admet que le procédé PLASMA
constitue l'évolution technologique majeure de l'arc libre
sous gaz neutre (procédé TIG).
Le procédé TIG est très largement utilisé manuellement
ou sur les machines automatiques pour réaliser des assemblages
d'épaisseur ≥ 1mm.
La puissance électrique nécessaire est supérieure à 200-300 W
(20 à 30 A sous 10 V) en atmosphère d'argon
et peut atteindre 6 à 7000 W.
Par contre dès que la finesse de l'assemblage l'impose,
il devient difficile de diminuer la puissance sans se heurter
essentiellement à 3 difficultés :
• instabilité de l'arc TIG,
• zone fondue et thermiquement affectée de dimensions excessives,
• déformation des pièces souvent inadmissible.
2
ARC PLASMA :
un phénomène parfaitement stable
même à très faible puissance
Les arcs électriques libres
possèdent une caractéristique courant/tension
très particulière comparée à celle
d'un conducteur ohmique pour lequel
cette caractéristique est une droite.
Cette caractéristique d’arc présente en fait
3 zones principales :
une forte pente négative
pour les intensités faibles,
une partie quasi horizontale
pour les intensités moyennes,
une pente positive
pour les intensités élevées.
Tous les arcs libres (à pression atmosphérique)
présentent ce type de caractéristique
influençable toutefois en fonction
des gaz utilisés.
Aux très faibles intensités, nécessaires
dans le cas des assemblages de pièces de faibles
épaisseurs, cette caractéristique très tombante,
ne permet pas de définir des conditions
courant/tension stables correspondant
à une puissance régulée.
Cette instabilité de puissance s’accompagne,
de plus, d’instabilités directionnelles de l’arc
en fonction des conditions anodiques :
effet de pointe, points très chauds...
Arcs électriques libres
U (V)
80
0
15
100
200
300
I (A)
Arc plasma
U (V )
80
L'arc plasma
lié à la présence d'une tuyère énergiquement
refroidie au voisinage immédiat de la cathode
modifie complètement la caractéristique
qui présente alors une pente légèrement
tombante.
Celle-ci offre des points d'intersection
avec celles (verticales) de la source de courant
parfaitement définis et correspondant
à un fonctionnement stable pour des intensités
inférieures à 5 A.
0
3
10
20
30
40
I (A)
Arc plasma :
• des températures élevées,
• un faisceau concentré,
• une meilleur productivité.
G138
Arc libre (TIG)
Temp °K
4.000-10.000
10.000-16.000
TIG
I = 150 A
U = 14 V
• Il présente une forme conique
et dissipe à sa périphérie une part importante
de son énergie.
• De plus la zone de haute température,
trop proche de la cathode, est inutilisée.
Si l’on considère
maintenant la zone
des températures
comprises entre 4.000
et 10.000°K
on constate qu’elle est
étroite en PLASMA
et plus largement
épanouie en TIG.
Cette zone n’est pas
inutile :
elle réalise une fusion
(superficielle)
de profondeur
décroissante par rapport
au plan de joint
permettant ainsi
un raccordement
en douceur de la zone
soudée au métal de base.
Mais cette zone
est excessivement large
en TIG et l’excès limite
la performance.
Arc plasma
Temp °K
4.000-10.000
10.000-16.000
16.000-24.000
≥ 24.000
Il apparaît clairement
à partir des isothermes
présentés à gauche
que la distribution
d’énergie est fortement
modifiée dans l’arc
PLASMA :
• la zone
des températures
de 16000
à 24000°K
est hors de la tuyère,
• quant à celle
de 10.000
à 16.000°K
elle est entièrement
transférée
à la pièce,
alors qu’en
ARC LIBRE
la zone des hautes
températures est trop
proche de la cathode
pour être utilisable.
PLASMA
I = 150 A
U = 28 V
1877-39
• Il diverge peu hors de la tuyère
énergiquement refroidie.
• La zone de température 10.000-16.000° K
est transférée à la pièce
dans un faisceau concentré.
4
0608-31
Arc plasma :
un progrès décisif
dans la lutte contre les déformations
en soudage.
L'apport d'énergie d'un arc de soudage libère localement des contraintes
pré-existantes dans les pièces (générées par le formage, le laminage,
l'emboutissage etc...) et en développe d'autres dans l'environnement de la zone
fondue. Ces phénomènes conduisent à des déformations géométriques
et sont d'autant plus marqués que l'apport d'énergie à la pièce est élevé.
Par contre, la fusion juste nécessaire en profondeur et surtout en largeur
se réalisera rapidement avec un procédé à forte densité d'énergie.
L'arc PLASMA pour ces 2 critères : densité de puissance et apport d'énergie,
occupe une position privilégiée parmi les procédés et moyens d'assemblage
par fusion. C'est l'arc électrique le plus performant.
Par comparaison aux procédés plus énergétiques (bombardement électronique
sous vide et faisceau laser) sa facilité de mise en œuvre est remarquable.
L'arc MICRO PLASMA permet l'assemblage de pièces usinées sans reprise
après soudage.
Soudage microplasma :
applications.
La conception des produits évolue sans cesse en prenant en compte les critères
de réduction des masses, de diminution des coûts de fabrication
et ceux d'augmentation des performances (gains de vitesse, de pression,
de température de fonctionnement).
Ceci se fait par l'assemblage de parois de plus en plus minces en matériaux
de plus en plus performants.
Le PROCEDE
MICROPLASMA
constitue la solution
à la fois technique
et économique.
Le procédé MICROPLASMA
est utilisé avec succès
sur la plupart des métaux nobles,
excepté l'aluminium et ses alliages.
Le tableau ci-contre démontre,
à titre indicatif,
la grande diversité des métaux
et alliages susceptibles
d'être assemblés par soudage
microplasma.
Il renseigne également
sur les principales conditions
opératoires en fonction du produit
et de son épaisseur.
Assemblage
matériau
Equipement
de la torche
Gaz
utilisés (l/mn)
épaisseur Ø
Ø orifice
(mm)
élecrtrode tuyère
(mm)
(mm)
plasma
argon
Ar%
H2%
acier inox
0,06
1
0,8
0,15
95
5
constantan
0,10
1
0,8
0,15
95
5
fer/nickel
0,80
1,6
1,5
0,20
95
5
cupronickel
0,50
1,6
1,2
0,20
95
cuivre
maillechort
0,30
1,6
1,8
0,20
titane, tantale
zirconium
0,50
1,6
1,2
or
0,20
1
1
5
annulaire
He%
Intensité
Vitesse
soudage
l/min
A
cm/min
0
4/6
2
65
0
4/6
3
50
0
5/7
15
45
5
0
5/7
10
60
0
0
100
7
45
60
0,20
0
0
100
7
25
70
0,15
95
5
0
4/6
5
40
2264-03
SOUDAGE MICROPLASMA :
équipements.
3534-03
Dans tous les cas
une installation
de soudage comprend :
• une source
de courant :
NERTAMATIC 51,
• une torche
de soudage
manuelle
ou automatique
SP 45,
• un groupe
de refroidissement
REFRISAF 51,
• deux détendeurs.
Installation manuelle de soudage microplasma complète
prête à l’emploi : référence 9258-0326
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Ampli linéaire à hautes performances.
Fonctionne également en TIG.
Face avant conviviale.
Affichage multilingue.
Cycles de soudage entièrement programmables.
Mémorisation de 100 programmes.
Configuration adaptée aux besoins de l’utilisateur.
Réglable à distance.
Impression des programmes. Impression des paramètres en cours de soudage.
Contrôle de process intégré.
Dialogue avec micro ordinateur. Logiciel sous Window.
Liaison avec automate programmable.
Options :
• chariot de regroupement :
référence 9258-0329,
• double pédale de commande soudage (remplace la gachette de torche) :
référence 9258-0268,
• option protection gazeuse pour envers de soudure :
référence 9258-0731.
6
Secteurs d’activité concernés
Fabrication d’appareils
de mesure et de filtres
1794-11
1794-10
0608-44
Préfabrication d’éléments de tuyauterie
de faible diamètre
1794-17
Tube capillaire sur raccords
pour circuits d’analyse et de mesure.
1794-09
Soudure de membrane et jonction
de thermocouple.
1794-18
Soufflets compensateurs de dilatation.
Mini échangeur thermique.
Tube sur raccord inoxydable.
7
Soudure de treillis métalliques
(métal déployé).
0608-29
Containers et capsules
Chaudronnerie
fine
1794-12
Matériel
électrique
0608-32
0608-28
Joaillerie
Plasturgie
Mécanique
de précision
Relais
étanches.
1794-13
1794-19
Viroles (e ± 0,4 mm)
et flexible hydroformé.
0608-27
Maillons
de chainettes.
Circuit magnétique
feuilleté,
induits de moteur,
transformateurs...
Réparation et rechargement d’outillage
et moules.
Joints spéciaux.
8
Amplificateur linéaire à hautes performances.
• Alimentation primaire :
- tension (V)...........................................................
- cos ␾ .................................................................
- intensité primaire maxi (par phase).......................
• Courant secondaire :
- en PLASMA continu lisse et pulsé........................
- en TIG continu lisse et pulsé................................
- tension à vide.......................................................
- fréquence de pulsation..........................................
• Autres caractéristiques :
- programmation en façade......................................
- affichage...............................................................
- refroidissement....................................................
Source de courant
NERTAMATIC 51
- source HF ............................................................
- circuit gaz principal et annulaire...........................
- circuit gaz envers..................................................
- classe de protection..............................................
- masse....................................................................
- dimensions L x l x H............................................
Torche SP 45 pour soudage manuel
Réference 9258-0111
mini 0,08 A - maxi 50 A à 100%
mini 0,8 A - maxi 50 A à 60%
106 volts
1 Hz à 10 kHz
par touches et codeur
par affichage LCD
par liquide caloporteur par système
extérieur au générateur
intégrée
intégré
en option
IP23
95 kg
650 x 360 x 750 mm
Torche SP 45 pour soudage automatique
Réference 9258-0112
3534-05
3534-02
3534-04
Torches
de soudage
230-400-440 V. 50/60 Hz. Triphasé
0,91
6 A (sous 400 V)
Caractéristiques : refroidissement à l'eau, électrodes tungstène admissibles :
Ø 1 ou 1,6 m, longueur 75 ou 150 mm, faisceau de longueur 4 m.
Sur demande il peut être livré une torche SP 20 manuelle ou automatique,
de poids sensiblement plus faible et d'intensité maximum admissible 20 A à 100%.
3638-38
Groupe
de refroidissement
REFRISAF 51
Réf. 9258-0321
Pour le gaz plasma : Argon pur ou ARCAL 1.
Réf. 9258-0351
Double détendeur assurant une grande précision
dans le débit de gaz PLASMA.
Raccord d’entrée : NF-C.
Raccord de sortie : M16 x 150 D.
1794-07
Détendeursdébitmétres
9
Assure le refroidissement par liquide caloporteur
en circuit fermé de la torche SP 45
et de la source de courant NERTAMATIC 51 :
• alimentation 230 V /50-60 Hz,
• contenance : 6 litres,
• puissance calorifique : 2200 W à 20°C,
• poids : 30 kg,
• dimensions (L x l x H) : 720 x 360 x 340 mm
Pour le gaz de protection
annulaire en général* :
Argon + 5 % H2
(Noxal 3 ou ARCAL 11).
Réf. 0964-1070
Détendeur EUROSAF.
Raccord d’entrée : NF-E.
Raccord de sortie :
M16 x 150 G.
* valable aussi pour le gaz
de protection envers.
0327-66
Boîte de maintenance
de la torche SP 45
Réf. 9258-0113
0,1-11 tour min
± 0,02 mm
1950 Ncm
166 mm
500
320 mm
Ø 48 mm
Ø 20/32/42 mm
Ø 16 mm
SAF - 13, RUE D'EPLUCHES - SAINT-OUEN L'AUMÔNE
95315 CERGY-PONTOISE - CEDEX FRANCE
TEL. : 01 34 21 33 33 - FAX : 01 34 21 31 30
SAF OERLIKON SA - PARC INDUSTRIEL
19, AVENUE DU PROGRES - 4432 ALLEUR - BELGIQUE
TEL. : 42/63 38 30 - FAX : 42/63 37 20
E mail : [email protected]
CACHET DU DISTRIBUTEUR
© SAF 1515-4827
99 07 S 01 Ed. 1
QB : 1452
Photos SAF : G. Rocskay - S. Rosello
Hauteur
à la pointe
Distance maxi
entre pointe
Ø maxi
admissible
Alèsage de la broche
- avec mandrin 3 mors
- avec pinces de serrage
230 V 50 Hz
2264-09
Raccordement
au réseau
Vitesse
de rotation
Précision concentrique
de la broche
Couple
à la broche
2264-07
Tour de précision
pour soudage
microplasma.
La SAF se réserve le droit de modifier ses appareils sans préavis. Les illustrations, descriptions et caractéristiques sont données à titre indicatif et ne peuvent engager le constructeur.
2264-08
2264-08
Applications automatiques
du soudage microplasma NERTAMATIC 51.