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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).
Le découpage plasma est un procédé de découpage par fusion localisée, dans lequel un jet de plasma fait fondre et chasse le métal[1].
Un arc électrique est créé par un courant continu entre une électrode infusible (la cathode, polarité -, à laquelle l'usage dans l'industrie préfère l'appellation "d'électrode"), et la pièce à découper qui fait office d'anode (polarité +[1]).
Un gaz dit plasmagène est injecté sous pression, transite devant l'électrode et traverse une tuyère de faible diamètre (environ 1 mm pour un courant de coupe de 100 A). L'arc électrique est donc constricté et forme un dard de plasma en sortie de torche[2].
La température du plasma générée par l'arc électrique peut atteindre en son coeur des températures allant jusqu'à 30 000 °C. Cette température décroît jusqu'à la température ambiante sur quelques mm. La densité énergétique du dard de plasma est suffisamment importante pour assurer la fusion du métal (plusieurs kW/mm²). Par ailleurs, la majeure partie de la quantité de mouvement et donc du débit est fournie par le gaz froid en périphérie du coeur de l'arc[3], qui permet donc de chasser le métal en fusion.
Le terme plasma désigne le quatrième état de la matière. Une partie des molécules est alors dissociée en atomes dont une partie est elle-même ionisée. Au coeur d'un arc de découpe, les taux de dissociations et d'ionisations peuvent atteindre 100%.
Apparenté au soudage TIG (un arc électrique jaillit entre une électroderéfractaire et la pièce) par l’aspect de la torche, le découpage plasma implique des débits gazeux beaucoup plus importants et la nature des gaz utilisés peut différer. 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 gaz ionisé à la sortie de la tuyère forme le plasma. L'énergie thermique du jet provoque la fusion du métal.
Le découpage plasma est surtout 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 160mm avec une précision de plus ou moins 0,2 mm.
L'usage de la torche de au plasma doit se faire impérativement dans des locaux spécialement ventilés ou en plein air à cause du dégagement de gaz toxiques (NOx notamment). La découpe plasma est également très bruyante et génère des rayonnements nocifs pour les yeux[3].
Dans certains cas, la découpe peut se faire sous l'eau, réduisant les nuisances suscitées.
En l'absence d'équipements de protection collectives adaptées (confinement, rideaux de soudage, ventilation), le port d'équipement de protection individuelle est indispensable pour l'opérateur et les personnes dans l'environnement de la machine.
Notes et références
↑ a et bA.B Vannes et J.F chaussier, La découpe par procédés "haute énergie" : laser, jet d'eau, plasma, électro-érosion, Senlis (France), CETIM, (ISBN978-2-85400-356-7)
