De nombreux ateliers passent beaucoup de temps et d’argent à meuler, écorner ou sabler les pièces coupées sur la machine plasma afin de retirer les scories. Alors qu’autant de variables sont à prendre en compte pour la qualité de coupe, comment un opérateur de torche plasma peut résoudre un problème lié aux scories? En contrôlant attentivement les variables essentielles au procédé, l’opérateur peut minimiser ou éliminer les problèmes liés aux scories, ainsi que les coûts liés aux opérations secondaires.
Les scories sont du métal fondu oxydé et resolidifé qui n’est pas totalement éjecté de la saignée lors de la coupe. Elles représentent le problème le plus courant de qualité de coupe pour le coupage plasma. Les scories peuvent former une accumulation épaisse avec des bulles le long du bord inférieur de la plaque (scories de vitesse faible), un petit filet dur de matériau non coupé (scories de vitesse élevée) ou un revêtement fin sur la surface supérieure de la plaque (projections vers le haut).
La formation de scories dépend de nombreuses variables du procédé, dont la vitesse de déplacement de la torche, la distance torche-pièce, l’intensité, la tension et l’état des consommables. Elle est également affectée par les variables liées au matériau, comme l’épaisseur ou le type du matériau, la classe, la composition chimique, l’état de la surface, la planéité et même les changements de température durant la coupe du matériau. Cependant, les trois variables les plus importantes à prendre en compte lors de la formation de scories sont la vitesse de coupe, l’intensité et la distance torche-pièce.
Scories de vitesse faible
Si la vitesse de coupe est trop faible, le jet plasma commence à chercher du matériau à couper. Le diamètre de la colonne d’arc augmente, élargissant la saignée à un point tel que la partie à haute vitesse du jet plasma n’éjecte plus le matériau fondu de la coupe. Ce matériau fondu commence alors à s’accumuler le long du bord inférieur de la plaque sous forme épaisse et ronde. Ce sont des scories de vitesse faible. À des vitesses extrêmement faibles, l’arc s’éteint car le métal permettant un transfert d’arc est insuffisant. Le fait d’augmenter l’intensité ou de diminuer la distance entre la torche et la pièce (en conservant l’épaisseur du matériau et la vitesse) ont le même effet sur la coupe que la diminution de la vitesse de coupe. Ces deux modifications génèrent plus d’énergie de la part du jet plasma afin d’entrer en contact avec une zone de matériau dans une période donnée. Une intensité excessive ou une distance torche-pièce faible créent aussi des scories de vitesse faible. (Il est normal de constater la présence de scories de vitesse faible dans les coins d’une coupe plasma car la vitesse n’est pas constante lors de virage prononcé.)
Pour éliminer les scories de vitesse faible :
- Augmenter la vitesse de coupe par incréments de 5 po/min
- Augmenter la distance torche-pièce par incréments de 1/16 ou de 5 volts
- Diminuer l’intensité par incréments de 10 A
- Si aucune de ces actions n’améliore la coupe, pensez à utiliser une buse plus petite.
Scories de vitesse élevée
Si la vitesse de coupe est trop élevée, l’arc sera en retard dans la saignée, laissant un filet dur de matériau non coupé ou de scories retournées le long du bord inférieur de la plaque. Ces scories sont très tenaces et nécessitent généralement beaucoup d’usinage pour les retirer. À des vitesses extrêmement élevées, l’arc devient instable et commence à osciller vers le haut et vers le bas dans la saignée, provoquant une crête d’étincelles et de matériau fondu. Il est possible qu’à de telles vitesses l’arc ne parvienne pas à pénétrer le métal et s’éteigne.
Une distance torche-pièce élevée ou une intensité faible (pour une épaisseur du matériau et une vitesse de coupe données) peuvent également provoquer des scories de vitesse élevée car ces deux modifications engendrent une baisse d’énergie du jet plasma.
Pour éliminer les scories de vitesse élevée :
- Inspecter la buse à la recherche de signes d’usure (gougeage, orifice trop gros ou de forme elliptique)
- Réduire la vitesse de coupe par incréments de 5 po/min
- Réduire la distance torche-pièce par incréments de 1/16 ou de 5 volts
- Augmenter l’intensité (sans dépasser 95 % de la puissance nominale de l’orifice de la buse)
Scories de projection sur la partie supérieure
Les projections vers le haut sont une accumulation de métal resolidifié qui est pulvérisée le long de la partie supérieure de la pièce coupée. Elles sont généralement faciles à retirer. Les causes peuvent être une buse usée, une vitesse de coupe trop élevée ou une distance torche-pièce trop grande. Elles sont provoquées par le débit tourbillonnant du jet plasma, qui, à un certain angle d’attaque, jette le matériau fondu vers l’avant de la saignée plutôt que vers le bas.
Pour éliminer les scories de projection sur la partie supérieure :
- Inspecter la buse à la recherche d’usure
- Réduire la vitesse de coupe par incréments de 5 po/min
- Réduire la distance torche-pièce par incréments de 1/16 ou de 5 volts
Comment la vitesse de coupe a une incidence sur la qualité de coupe
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La vitesse de coupe est correcte.
La vitesse de coupe est trop rapide.
La vitesse de coupe est trop faible. |
Fenêtre sans scories
Il existe entre les extrêmes de scories de vitesse élevée ou faible une fenêtre de coupe sans scories ou avec un minimum de scories. Il est important de trouver cette fenêtre afin de minimiser les opérations secondaires sur les pièces coupées au plasma.
Cette fenêtre varie en fonction du gaz plasma utilisé : Par exemple, les gaz plasma azote et air possèdent une fenêtre relativement étroite de coupe sans scories sur les aciers au carbone, alors que le plasma à oxygène dispose d’une fenêtre plus large. (Le gaz plasma à oxygène réagit avec l’acier au carbone en produisant une fine pulvérisation d’étincelles de métal fondu, chaque gouttelette possédant une tension de surface basse. Cette pulvérisation est plus facilement éjectée de la saignée.)
La fenêtre sans scories dépend également du type de matériau. Par exemple, la coupe d’acier laminé à froid est plus propre que celle de l’acier laminé à chaud ; la coupe d’aciers décapés est plus propre que celle d’aciers non décapés.
Afin d’évaluer la vitesse de coupe optimale :
- Méthode 1 : Effectuer une série de coupes de test à des vitesses de coupe différentes et choisir la vitesse produisant la coupe la plus propre. Les lignes décalées (petites stries à la surface de la coupe) sont une bonne indication de la vitesse de coupe. Des vitesses de coupe lentes produisent des lignes décalées verticales qui sont perpendiculaires au plan de la plaque. Des vitesses de coupe élevées produisent des lignes décalées inclinées en forme de S, parallèles à la plaque, le long du bord inférieur. En examinant les lignes décalées, l’opérateur peut déterminer s’il est nécessaire d’augmenter ou de réduire la vitesse afin de trouver la fenêtre sans scories. Beaucoup d’opérateurs ont tendance à réduire la vitesse à la première scorie, alors que souvent une augmentation est nécessaire.
- Méthode 2 : Regarder l’arc (avec la fenêtre de soudage adaptée) durant la coupe et modifier dynamiquement la vitesse afin de produire les caractéristiques d’arc optimales. Pour cela, observer l’angle de l’arc lors de sa sortie au bas de la pièce à couper. En cas de coupe avec un gaz plasma à air, l’arc devrait être vertical lorsqu’il sort en bas de la coupe. Avec l’azote ou l’argon-hydrogène, un arc légèrement fuyant est le mieux. Avec un gaz plasma à oxygène, la meilleure vitesse de coupe est celle produisant un arc légèrement en avant.