La découpe au plasma, qu’est-ce que c’est ?

Le découpage des métaux se compose de deux méthodes : mécanique et thermique. Le découpage au plasma appartient au domaine thermique, qui utilise un gaz ionisé pour traiter le métal. C’est l’une des techniques les plus courantes pour découper des tôles épaisses. Toutefois, avant de nous plonger dans les avantages et les possibilités du découpage au plasma, nous devons répondre à une autre question.

Qu’est-ce que le plasma, et comment fonctionne la découpe au plasma?

Vous avez sans doute déjà entendu parler des trois principaux états de la matière : solide, liquide et gazeux. Cependant, il existe un quatrième état de la matière. Oui, il s’agit du plasma. Il existe dans la nature, mais principalement dans les couches supérieures de l’atmosphère terrestre. Les célèbres aurores boréales sont le résultat du vent solaire qui en est constitué. La lumière et les feux à haute température en contiennent également. Il en va de même dans notre corps. Au total, il constitue environ 99 % de l’univers visible. Dans la vie de tous les jours, nous le retrouvons dans les téléviseurs, les lampes fluorescentes et les néons, ainsi que dans les découpeurs de plasma. Le plasma est une substance ionisée, conductrice d’électricité, semblable à un gaz. Cette similitude est due au fait que, dans ce cas, les atomes ne sont pas en contact permanent les uns avec les autres. En même temps, le plasma se comporte comme un liquide en termes de capacité à s’écouler sous l’influence de champs électriques et magnétiques. Les gaz peuvent être transformés en plasma par un chauffage intense. C’est pourquoi on parle souvent de gaz ionisé.

Comment fonctionne un découpeur au plasma?

La mécanique générale du système est toujours la même. Les découpeurs plasma utilisent de l’air comprimé ou d’autres gaz, comme l’azote. Le gaz comprimé entre en contact avec les électrodes et s’ionise, créant ainsi une pression plus élevée. Lorsqu’elle augmente, le jet de plasma est poussé vers la tête de coupe. La pointe de coupe restreint le flux, créant ainsi un jet de plasma. Le plasma étant un conducteur électrique, la pièce est mise à la terre par la table de coupe. Lorsque l’arc plasma entre en contact avec le métal, sa température élevée le fait fondre. Dans le même temps, un gaz à grande vitesse souffle les fragments de métal fondu.

Machine à plasma – comment la régler et choisir la vitesse de découpe au plasma?

En ce qui concerne la machine elle-même, les points les plus critiques sont l’espace et la sécurité. Contrairement à de nombreux systèmes CNC de loisir, un découpeur plasma nécessite beaucoup d’espace dans une pièce bien ventilée pour être utilisé en toute sécurité. Il ne s’agit pas d’une machine qui peut être rangée en toute sécurité dans un coin comme une imprimante 3D. L’espace autour de l’appareil est nécessaire comme tampon pour se protéger de toute étincelle parasite. De même, les sols doivent être en béton ou en d’autres matériaux résistants au feu. Les gaz ou les compresseurs et les systèmes informatiques ont également besoin d’espace. L’arc plasma peut interférer avec les systèmes électroniques, d’où la nécessité d’une mise à la terre adéquate. L’ordinateur doit être connecté à un système d’alimentation sans coupure (UPS), ce qui garantit une alimentation constante et fiable pendant le fonctionnement du découpeur. Si vous envisagez d’installer votre propre découpeur plasma CNC, assurez-vous que l’atelier dispose d’une alimentation électrique adéquate (conformément aux spécifications).

Types de gaz

Le découpage au plasma utilise différents gaz en fonction de la qualité de la coupe et du type de matériau :

L’oxygène peut être utilisé pour l’acier doux jusqu’à 1 1/4 pouce d’épaisseur et pour dégrossir l’acier inoxydable et l’aluminium.
Un mélange d’argon et d’hydrogène est préférable pour la découpe lisse de l’acier inoxydable et de l’aluminium, car il permet d’obtenir une coupe de haute qualité.
Dans les petits ateliers, l’air comprimé est le gaz le plus couramment utilisé. Il est idéal pour les applications à faible courant qui permettent de découper des métaux d’une épaisseur maximale de 2,5 cm.
Les autres gaz utilisés dans le découpage au plasma CNC sont l’azote et le méthane, qui sont le plus souvent utilisés pour le découpage d’acier inoxydable fin.

Torche à plasma manuelle CNC

Les torches à plasma manuelles sont moins coûteuses mais plus difficiles à installer sur une table CNC. Les alimentations des torches plasma conçues pour une utilisation manuelle sont généralement beaucoup moins chères que celles vendues pour la découpe mécanisée. Les meilleures torches manuelles de découpe plasma CNC sont les variantes IPT-40 et IPT-60. Elles fonctionnent bien avec une faible fréquence de démarrage et des consommables peu coûteux, en utilisant un connecteur central Euro, et peuvent être mises à niveau vers des torches crayon à l’avenir.

Méthodologie du processus de coupe

Tous les systèmes ne fonctionnent pas de la même manière. Tout d’abord, il existe une version à petit budget, communément appelée High Touch. Cette méthode ne convient pas aux découpeurs plasma CNC, car les hautes fréquences peuvent interférer avec les équipements modernes et causer des problèmes. Cette méthode utilise une étincelle à la fois de haute tension et de haute fréquence. L’étincelle est créée lorsque la torche à plasma touche le métal, fermant le circuit et créant ainsi le plasma. Une autre option est la méthode d’allumage à l’arc. Un circuit à haute tension et faible courant crée une étincelle à l’intérieur de la torche. Cela crée un arc pilote, qui est une petite quantité de plasma. Lorsqu’il entre en contact avec la pièce, un arc de coupe est formé et l’opérateur peut commencer le processus de coupe. La troisième méthode consiste à utiliser une tête de torche à plasma à ressort. En la pressant contre la pièce, on crée un court-circuit qui fait circuler le courant. Le relâchement de la pression crée un arc pilote. Le reste de la séquence est identique à celle de la méthode précédente. Cela signifie que l’arc entre en contact avec la pièce.

Cycle de travail

La plupart des petits découpeurs plasma, notamment ceux conçus pour le découpage manuel, ne peuvent pas fonctionner en continu à l’intensité maximale. Le facteur de marche désigne la durée pendant laquelle un appareil peut fonctionner en continu ou par intermittence sur dix minutes. Par exemple, un découpeur plasma avec un cycle d’utilisation de 70 % à 50 ampères peut fonctionner pendant 7 minutes sur 10, mais nécessite au moins 3 minutes de pause pour maintenir une température de fonctionnement sûre. Si l’utilisateur essaie de couper plus longtemps que le cycle de fonctionnement nominal, le découpeur plasma peut réduire la puissance ou s’arrêter complètement. Pour le découpage plasma mécanisé, l’idéal est de disposer d’un appareil offrant un cycle de fonctionnement de 100 % à l’ampérage souhaité, afin de ne pas avoir à s’inquiéter des retards lors de la programmation des déplacements. Cependant, la plupart des découpeurs plasma bon marché ont un cycle de fonctionnement d’environ 40 à 60 % à la puissance nominale maximale, et l’utilisateur doit veiller à ne pas couper trop longtemps. En général, il est possible d’obtenir des cycles d’utilisation plus élevés avec une puissance moindre (courant plus faible). Si vous voulez couper à 40 A (jusqu’à un matériau de 3/8 de pouce), il est recommandé d’acheter un découpeur plasma 55 A pour obtenir des cycles de travail plus élevés à 40 A.

Puissance et air requis

L’épaisseur maximale du matériau que vous prévoyez de couper déterminera l’ampérage requis par le découpeur plasma. En règle générale, un appareil de 20 A peut découper une épaisseur de 3,1 mm (1/8 de pouce), chaque 10 A supplémentaire ajoutant 1/8 de pouce de capacité. Par exemple, 30A traverseront 1/4″, 40A traverseront 3/8″, etc. Un métal plus épais est plus lourd. Vous pouvez vouloir être capable de couper un matériau de 1″ d’épaisseur (~25,4 mm), mais votre table peut-elle supporter le poids de ce matériau ? Si oui, avez-vous les bons outils pour charger et décharger les pièces lourdes (comme des crics) ? Si vous décidez d’opter pour un découpeur plasma à courant élevé, votre bâtiment dispose-t-il d’une prise de courant capable de fournir suffisamment d’énergie sans déclencher un disjoncteur ? Si la réponse est „non”, vous devrez utiliser un câblage électrique de section appropriée, voire installer un panneau d’alimentation supplémentaire. Un découpeur plasma consomme non seulement de l’électricité, mais aussi de l’air comprimé. L’air comprimé provenant de la buse du découpeur plasma est utilisé pour souffler le matériau en fusion pendant le processus de découpe. Il permet également de maintenir la torche froide et de diriger le jet de plasma dans une colonne serrée pour une découpe précise. Un compresseur d’air inadéquat donnera de mauvais résultats de découpe. Les besoins en énergie et en air d’un découpeur plasma sont parmi les plus grands obstacles à surmonter pour les amateurs de CNC. Ils deviennent moins contraignants si vous vous en tenez à la découpe de matériaux fins.

Avantages et inconvénients du découpage au plasma

Avantages

Capacité à traiter tous les matériaux conducteurs. L’oxycoupage convient également aux métaux épais, mais il est limité aux métaux ferreux.
Excellente qualité jusqu’à des épaisseurs de 50 mm à 150 mm.
Les coupes d’épaisseur moyenne sont relativement peu coûteuses.
Le meilleur moyen de découper de l’acier inoxydable et de l’aluminium de moyenne à forte épaisseur.
Les machines CNC offrent une précision et une répétabilité élevées.
La possibilité de couper dans l’eau réduit la zone affectée par la chaleur et le niveau de bruit.
L’arête de coupe est plus petite que celle de l’oxycoupage.
La vitesse de coupe est plus rapide que celle de l’oxycoupage.
La même machine peut également être utilisée pour le soudage au plasma en manipulant les paramètres.

Inconvénients

La zone à risque* est plus grande que pour la découpe au laser.
Les tôles découpées ne sont pas d’aussi bonne qualité, et la tolérance pourrait être plus précise avec la découpe laser.
N’atteint pas l’épaisseur de la découpe à la flamme ou au jet d’eau.
Bords plus larges qu’avec la découpe au laser.
*La zone affectée par la chaleur (ZAC) est une zone de métal non fondu dont les propriétés matérielles ont été modifiées par l’exposition à des températures élevées. Ces modifications des propriétés du matériau sont généralement le résultat d’un soudage ou d’un découpage à haute température. La ZAC est la zone située entre la soudure ou la coupe et le métal de base sous-jacent (intact).

Des paramètres de coupe appropriés, une sélection optimale du gaz plasma et un débit optimal sont nécessaires pour un bon fonctionnement du découpeur plasma. Nous espérons que vous trouverez les réponses à ces questions après avoir lu ce qui précède.