NERTAMATIC 51. Installation de soudage, procédé microplasma. Applications manuelles et automatiques.

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1 NERTAMATIC 51 Installation de soudage, procédé microplasma. Applications manuelles et automatiques.

2 En 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. ARC PLASMA : un phénomène naturel désormais maîtrisé pour devenir un outil performant 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 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

3 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... 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. U (V) Arcs électriques libres I (A) U (V) Arc plasma I (A) 3

4 Arc plasma : des températures élevées, un faisceau concentré, une meilleur productivité. Temp K Temp K 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 Il diverge peu hors de la tuyère énergiquement refroidie. La zone de température K est transférée à la pièce dans un faisceau concentré. Arc libre (TIG) Arc plasma PLASMA I = 150 A U = 28 V G138 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 à K est hors de la tuyère, quant à celle de à 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. Si l on considère maintenant la zone des températures comprises entre et 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. 4

5 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 Equipement Gaz Intensité Vitesse de la torche utilisés (l/mn) soudage matériau épaisseur Ø Ø orifice plasma annulaire (mm) élecrtrode tuyère argon Ar% H2% He% l/min A cm/min (mm) (mm) acier inox 0,06 1 0,8 0, / constantan 0,10 1 0,8 0, / fer/nickel 0,80 1,6 1,5 0, / cupronickel 0,50 1,6 1,2 0, / cuivre maillechort 0,30 1,6 1,8 0, titane, tantale zirconium 0,50 1,6 1,2 0, or 0, , /

6 SOUDAGE MICROPLASMA : équipements 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 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 , double pédale de commande soudage (remplace la gachette de torche) : référence , option protection gazeuse pour envers de soudure : référence

7 Secteurs d activité concernés Préfabrication d éléments de tuyauterie de faible diamètre Fabrication d appareils de mesure et de filtres Tube capillaire sur raccords pour circuits d analyse et de mesure. Soufflets compensateurs de dilatation. Soudure de membrane et jonction de thermocouple Mini échangeur thermique. Tube sur raccord inoxydable. Soudure de treillis métalliques (métal déployé). 7

8 Containers et capsules Joaillerie Chaudronnerie fine Matériel électrique Maillons de chainettes. Viroles (e ± 0,4 mm) et flexible hydroformé. Relais étanches. Plasturgie Mécanique de précision Circuit magnétique feuilleté, induits de moteur, transformateurs... Réparation et rechargement d outillage et moules. Joints spéciaux. 8

9 Source de courant NERTAMATIC 51 Amplificateur linéaire à hautes performances. Alimentation primaire : - tension (V) V. 50/60 Hz. Triphasé - cos... 0,91 - intensité primaire maxi (par phase)... 6 A (sous 400 V) Courant secondaire : - en PLASMA continu lisse et pulsé... mini 0,08 A - maxi 50 A à 100% - en TIG continu lisse et pulsé... mini 0,8 A - maxi 50 A à 60% - tension à vide volts - fréquence de pulsation... 1 Hz à 10 khz Autres caractéristiques : - programmation en façade... par touches et codeur - affichage... par affichage LCD - refroidissement... par liquide caloporteur par système extérieur au générateur - source HF... intégrée - circuit gaz principal et annulaire... intégré - circuit gaz envers... en option - classe de protection... IP23 - masse kg - dimensions L x l x H x 360 x 750 mm Torches de soudage Torche SP 45 pour soudage manuel Réference Torche SP 45 pour soudage automatique Réference Boîte de maintenance de la torche SP 45 Réf 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%. Groupe de refroidissement REFRISAF 51 Réf 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 Détendeursdébitmétres Pour le gaz plasma : Argon pur ou ARCAL 1. Réf Double détendeur assurant une grande précision dans le débit de gaz PLASMA. Raccord d entrée : NF-C. Raccord de sortie : M16 x 150 D Pour le gaz de protection annulaire en général* : Argon + 5 % H2 (Noxal 3 ou ARCAL 11). Réf Détendeur EUROSAF. Raccord d entrée : NF-E. Raccord de sortie : M16 x 150 G. * valable aussi pour le gaz de protection envers

10 Applications automatiques du soudage microplasma NERTAMATIC Tour de précision pour soudage microplasma. Raccordement au réseau 230 V 50 Hz Vitesse de rotation 0,1-11 tour min Précision concentrique de la broche ± 0,02 mm Couple à la broche 1950 Ncm Hauteur à la pointe 166 mm Distance maxi entre pointe 500 Ø maxi admissible 320 mm Alèsage de la broche Ø 48 mm - avec mandrin 3 mors Ø 20/32/42 mm - avec pinces de serrage Ø 16 mm SAF - 13, RUE D'EPLUCHES - SAINT-OUEN L'AUMÔNE CERGY-PONTOISE - CEDEX FRANCE TEL. : FAX : SAF OERLIKON SA - PARC INDUSTRIEL 19, AVENUE DU PROGRES ALLEUR - BELGIQUE TEL. : 42/ FAX : 42/ E mail : info.saf@airliquide.com CACHET DU DISTRIBUTEUR 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. SAF S 01 Ed. 1 QB : 1452 Photos SAF : G. Rocskay - S. Rosello