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graphite
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copper
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DES
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tungsten
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Etre
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Est A
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Organism
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precis
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2522916A1
Family ID 2026971
Probable Assignee Mineral Tech Council
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
EN Title A thermal plasma-generating electrode having a water-cooled
inner electrode and a water-cooled jacket, which is kept at...
FR Title DISPOSITIF DE PROTECTION D'ELECTRODE DE TORCHE DE SOUDAGE PAR
PLASMA
Abstract
_________________________________________________________________
A thermal plasma-generating electrode having a water-cooled inner
electrode and a water-cooled jacket, which is kept at a distance from
the inner electrode by an annular channel, is provided with a device
for preventing stray arc formation and for preventing damage to the
jacket. An electrically conductive, high-melting-point layer,
preferably consisting of graphite or using graphite, is attached to at
least selected regions of the outer surface of the jacket. This
conductive layer is used to draw the stray arc onto itself and not
onto the jacket and to distribute both the thermal energy as well as
the electrical energy which is absorbed as a consequence of the
formation of the stray arc. The contact surface between the layer and
the jacket is preferably selected such that the heat which is to be
dissipated can be carried away through the water-cooled jacket.
L'INVENTION CONCERNE UN ENSEMBLE D'ELECTRODE DE GENERATION DE PLASMA
DU TYPE COMPRENANT UNE ELECTRODE INTERIEURE 1 REFROIDIE PAR water ET
UNE GAINE EXTERIEURE 2 EGALEMENT REFROIDIE PAR water.
POUR EVITER LA FORMATION D'ARCS DISPERSES ET L'ENDOMMAGEMENT DE LA
GAINE, UNE COUCHE FORMEE D'UN MATERIAU ELECTRIQUEMENT CONDUCTEUR ET DE
POINT DE FUSION ELEVE, DE PREFERENCE DE GRAPHITE, 6 EST FIXEE AU MOINS
SUR DES ZONES PRESELECTIONNEES DE LA SURFACE EXTERIEURE DE LA GAINE,
LA PARTIE CHOISIE POUR PERMETTRE UNE DISSIPATION DE LA CHALEUR
PRODUITE PAR LES ARCS DISPERSES AU MOYEN DE LA GAINE REFROIDIE PAR
water.
APPLICATION AU DOMAINE DES PISTOLETS DE SOUDAGE A L'ARC AVEC ELECTRODE
NON CONSOMMABLE.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne la protection d'ensembles d'electrodes
refroidies par water pour des dispositifs de generation de plasma
thermique, souvent appeles des " torches a plasma " ou des " pistolets
" du type general comprenant une electrode refroidie par water autour
de laquelle un passage de gazde section annulaire est defini par une
gaine exterieure refroidie par water.
Dans le type precite de dispositifs de generation de plasma (qui sont
essentiellement du type a electrode non consommable ), le profil
geometrique de la sortie de gaz definie entre l'extremite libre de
l'electrode et la gaine exterieure refroidie par water peut etre
determine en fonction des imperatifs existants. Cette propriete
resulte de la caracteristique non consommable de l'ensemble
d'electrode par opposition a une electrode de type consommable pour
laquelle le profil geometrique de sortie de gaz varie en concordance
avec l'allure de consommation de l'electrode, par exemple une
electrode creuse en graphite.
Un inconvenient de l'ensemble d'electrode refroidie par water et non
consommable du type defini ci-dessus consiste en ce que, lorsqu'elle
est utilisee pour engendrer des arcs transferes, elle est susceptible
d'etre endommagee par ce qu'on appelle souvent une " formation d'arc
disperse ". Une telle formation d'arc disperse resulte du fait qu'un
ecoulement de courant electrique est engendre le long d'un trajet
autre que la cathode refroidie par water qui est concue dans ce but.
En fait, des mesures ont montre que la tension entre la gaine et la
cathode indique que le potentiel de la gaine est proche de celui de la
cathode dans de nombreux cas.
Differentes tentatives ont ete faites pour supprimer cette " formation
d'arc disperse " et elles ont consiste a augmenter la resistance du
trajet entre la cathode et l'anode par l'intermediaire de la gaine.
Ces tentatives ont consiste a prevoir des revetements refractaires sur
la gaine mais ces revetements sont affectes par des chocs thermiques
et ils ne donnent par consequent pas completement satisfaction.
I1 en resulte que ce probleme reste pratiquement non resolu, avec pour
consequence que de telles gaines exterieures sont sujettes a la
formation de trous par brulage sous l'action des arcs disperses. La
formation de tels trous rend l'ensemble d'electrode inoperant et
vulnerable a l'echauffement environnant par suite de la diminution du
refroidissement. Il en resulte que la totalite de l'ensemble
d'electrode est usuellement endommagee sans possibilite de reparation
ou bien en necessitant des reparations substantielles.
L'invention a pour but de fournir une solution au probleme precite
sans necessiter l'isolation electrique de la gaine electriquement
conductrice et refroidie par 'water, ce qui n'avait pas eu beaucoup de
succes jusqu'a maintenant, comme indique ci-dessus.
Dans la presente description, l'expression " point de fusion eleve ",
lorsqu'elle est appliquee-a un materiau, est destinee a designer un
materiau qui ne fond ou ne se, sublime pas en dessous de 2000-. I1 est
a noter que cette expression s'etend a des materiaux qui peuvent
donner lieu a une sublimation a la place d'une fusion.
Selon la presente invention, il est prevu un ensemble d'electrode de
generation de plasma, comprenant une electrode refroidie par water qui
est logee dans, mais espacee d'une gaine metallique conductrice
refroidie par water, dans lequel un trajet d'ecoulement d'water est
defini entre la gaine et l'electrode et est pourvu d'une sortie a son
extremite libre, le pistolet a plasma etant caracterise en ce que la
gaine comporte, au moins sur une partie substantielle de sa surface
exterieure, une couche electriquement conductrice de point de fusion
eleve qui est agencee pour attirer un arc disperse au lieu que
celui-ci arrive directement sur la gaine exterieure, l'epaisseur de
matiere conductrice de point defusion eleve assurant une-dispersion de
l'energie thermique-engen- dree dans celle-ci par I'arcdisperse.
Selon d'autres particularites de l'invention, la couche conductrice de
point de fusion eleve est formee d'une matiere graphitique appropriee
et en particulier la couche est composee d'un manchon prefabrique,
eventuellement fendu longitudinalement et forme de graphite solide,-
en etant maintenu en contact electrique- avec la surface -exterieure
de' la gaine.
I1 est evident que la zone de contact necessaire entre la couche
exterieure et la gaine conductrice depend, dans une large mesure, des
circonstances et peut varier d'une application a l'autre. Ainsi, dans
de nombreux cas, il peut etre suffisant qu'un bon contact electrique
soit etabli seulement a une extremite, par exemple l'extremite
eloignee de l'extremite libre de l'ensemble de cathode de maniere a
dissiper l'energie electrique absorbee par la couche par suite de la
formation d'arc disperse. Dans un tel cas, on doit veiller a ce qu'un
arc- interieur etabli entre la couche proprement dite et la surface
exterieure de la gaine ne se produise pas dans des zones ou il
n'existe pas un contact direct entre la couche et la gaine.
L'invention se rapporte egalement a l'utilisation d'un manchon d'un
diametre interieur bien plus grand que le diametre exterieur de la
gaine avec lequel le manchon doit cooperer et la disposition d'une
couche intermediaire, compactee et eventuellement durcissable, de
matiere conductrice entre ladite gaine et ledit manchon. Cette matiere
pourrait egalement avoir une composition a base de graphite.
I1 peut s'averer, en cours d'usage, que le manchon ou la couche ait
tendance a se consommer et, dans un tel cas, il peut etre possible de
rendre le manchon ou la couche deplacable par rapport a la surface
exterieure de la gaine de facon qu'on puisse le faire descendre sur la
gaine exterieure ou bien regler sa position axiale en faisant ainsi en
sorte que l'extremite de travail de l'ensemble d'electrode soit
protegee de facon appropriee.
L'invention concerne egalement des elements prefabriques agences pour
definir, en combinaison avec un ensemble d'electrode de generation de
plasma non consommable, une structure telle que definie ci-dessus.
D'autres avantages et caracteristiques de l'invention seront mis en
evidence dans la suite de la description, donnee a titre d'exemple non
limitatif, en reference aux dessins annexes dans lesquels la fig. 1
est une vue en elevation et en coupe longitudinale d'un ensemble
d'electrode de generation de plasma protege conformement a la presente
invention, et la fig. 2 represente une forme d'un manchon en graphite
fendu longitudinalement conformement a la presente invention.
En considerant d'abord la fig. 1, on voit qu'un ensemble de cathode de
generation de plasma du type refroidi par water classique comprend une
cathode 1 refroidie par water, qui est logee concentriquement dans
mais espacee d'une gaine exterieure 2 refroidie par water. Le passage
de section annulaire 3 qui est defini entre la cathode et la gaine
etablit le trajet necessaire d'ecoulement de gaz et les extremites
libres 4 et 5 de la cathode et de la gaine peuvent chacune etre
profilees pour donner la geometrie necessaire au passage exterieur et
permettre par consequent l'etablissement de l'ecoulement necessaire de
gaz a partir du pistolet.
La cathode et la gaine refroidie par water sont toutes deux formees
d'une matiere metallique electriquement conductrice, de preference
respectivement de tungsten thorie et de copper ( ou bien de
combinaisons des deux materiaux ), comme cela est bien connu dans
l'art anterieur.
Pour eviter un risque d'endommagement de la gaine exterieure sous
l'effet d'une formation d'arc disperse, il est prevu un manchon 6 en
graphite solide, qui a ete usine pour s'emboiter sur la gaine. Dans ce
mcde particulier de realisation de l'invention, le manchon est realise
d'une seule piece par usinage d'une piece cylindrique massive en
graphite. Il est evident que les tolerances doivent etre telles qu'une
zone suffisamment grande du graphite scit en contact avec la surface
exterieure de la gaine de maniere que l'energie electrique et
thermique abscrbee par le manchon en graphite soit dissipee dans la
gaine dans une zone suffisamment grande pour eviter tout endommagement
de ladite gaine.
L'epaisseur du manchon en graphite est choisie en correspondance et,
bien qu'aucune optimisation ou autres calculs n'aient ete effectues
pour determiner l'epaisseur optimale ou minimale du manchon, il est
envisage qu'une epaisseur comprise de preference entre cinq et vingt
cinq millimetres ( ou plus ) permette d'obtenir les resultats desires,
des manchons encore plus epais etant utilises avec des ensembles
d'electrodes de generation de plasma de plus grandes dimensions.
Le manchon peut se terminer a courte distance de l'extremite de buse
essentiellement massive de la gaine comme indique, mais il peut
egalement s'etendre jusqu'a l'extremite de la surface exterieure de la
gaine, ou bien au-dela de cette extremite, comme indique par des
lignes en trait interrompu en 7. Il peut evidemment etre necessaire
que la face extreme ou bien une partie de celle-ci soit recouverte par
la matiere de manchon et un tel agencement, qui est represente en 8
par les lignes en trait interrompu, rentre egalement dans le cadre de
cette invention.
Dans un essai pratique qui a ete realise conformement a l'invention,
on a pourvu d'un manchon en graphite, du type defini ci-dessus, un
ensemble d'electrode de generation de plasma classique du type non
consommable et refroidi par water, comportant une gaine en copper
refroidie par water.
On a provoque la formation d'arc disperse au moyen d'une sonde
conductrice reliee a l'anode au moyen d'un cable flexible, ce qui a
permis de produire artificiellement un arc disperse. I1 n'en est
resulte absolument aucun dommage pour l'ensemble d'electrode, meme
lorsqu'on a etabli un court-circuit sur le cote du manchon.
I1 est evident que de nombreuses variantes peuvent etre envisagees
pour l'ensemble d'electrode specifique decrit ci-dessus en ce qui
concerne le manchon en graphite et en particulier il est envisage que
le manchon puisse etre fendu longitudinalement afin d'eliminer des
difficultes qui pourraient autrement etre rencontrees lors de
l'usinage precis d'une piece massive de graphite en vue de
l'etablissement du contact avec la surface exterieure d'une gaine
conductrice refroidie par water. Ainsi il est envisage de realiser un
manchon fendu longitudinalement, du type indique sur la fig. 2 ou deux
moities 9 comportent des bords 10 s'etendant longitudinalement et qui
sont degages de maniere a cooperer l'un avec l'autre et a creer un
joint etage en section droite.
De nombreuses autres possibilites rentrent dans le cadre de
l'invention, nctamment le depot de melanges durcissables de matieres
conductrices appropriees, en particulier du graphite et d'autres
matieres carbonees, sur la surface de la gaine conductrice refroidie
par water d'un ensemble d'electrode. Egalement il peut etre suffisant
de fixer une serie de bandes etroitement espacees, ayant une forme
rectiligne, circulaire ou helicoidale, d'un materiau conducteur de
point de fusion eleve sur la surface exterieure de la gaine. Dans ce
cas, l'espacement a evidemment une influence critique sur l'efficacite
des bandes.
L'invention concerne par consequent un procede et un moyen simples et
peu couteux pour empecher un endommagement de la gaine exterieure
d'ensembles d'electrodes-de generation de plasma refroidies par water
sous l'effet de la formation d'arcs disperses. En outre l'invention
prevoit la disposition d'une couche de faible conductivite thermique
sur la surface de la gaine, ce qui signifie que moins de chaleur
arrive en fait sur la surface de copper. I1 en resulte une diminution
du degre de refroidissement de la gaine.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1. Ensemble d'electrode de generation de plasma, comprenant une
electrode refroidie par water qui est logee dans, mais espacee d'une
gaine metallique conductrice refroidie par water, dans lequel un
trajet d'ecoulement d'water est defini entre la gaine et l'electrode
et est pourvu d'une sortie a son extremite libre, le pistolet a plasma
etant caracterise en ce que la gaine (2) comporte, au moins sur une
partie substantielle de sa surface exterieure, une couche
electriquement conductrice de point de fusion eleve qui est agencee
pour attirer un arc disperse au lieu que celui-ci arrive directement
sur la gaine exterieure, l'epaisseur de matiere conductrice de point
de fusion eleve assurant une dispersion de l'energie thermique
engendree dans celle-ci par l'arc disperse.Ensemble d'electrode de
generation de plasma selon la revendication 1, caracterise en ce que
la couche electriquement conductrice de point de fusion eleve est
formee d'une matiere graphitique appropriee.3. Ensemble d'electrode de
generation de plasma selon la revendication 2, caracterise en ce que
la couche est composee d'un manchon prefabrique (6) en graphite massif
qui est maintenu en contact electrique substantiel avec la surface
exterieure de la gaine (2).4. Ensemble d'electrode de generation de
plasma selon la revendication 3, caracterise en ce que le manchon (6)
est fendu longitudinalement (9, 10).5. Ensemble d'electrode de
generation de plasma selon l'une quelconque des revendications 1 a 4,
caracterise en ce que ladite couche electriquement conductrice s'etend
seulement sur les parties selectionnees de la surface de la gaine
(2).6. Ensemble d'electrode de generation de plasma selon l'une
quelconque des revendications 1 a 5, caracterise en ce que ladite
couche electriquement conductrice est composee, au moins en partie,
d'une matiere durcissable en contact avec la gaine.7. Ensemble
d'electrode de generation de plasma selon l'une quelconque des
revendications 1 a 6, caracterise en ce que ladite couche conductrice
est reglable axialement en position sur la gaine (2).
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