Torche à plasma - Plasma torch
Une torche à plasma (aussi connu comme un arc plasma , canon à plasma , coupeur de plasma ou plasmatron ) est un dispositif destiné à générer un écoulement dirigé de plasma .
Le jet de plasma peut être utilisé pour des applications telles que la découpe au plasma , le soudage à l'arc plasma , la pulvérisation au plasma et la gazéification au plasma pour l'élimination des déchets.
Types de torches à plasma thermique
Les plasmas thermiques sont générés dans les torches à plasma par courant continu (CC), courant alternatif (CA), radiofréquence (RF) et autres décharges. Les torches à courant continu sont les plus couramment utilisées et étudiées, car par rapport au courant alternatif : « il y a moins de génération de scintillement et de bruit, un fonctionnement plus stable, un meilleur contrôle, un minimum de deux électrodes, une consommation d'électrodes plus faible, une usure [chaleur] légèrement inférieure et une consommation d'énergie réduite".
Torches à plasma thermique DC, arc non transféré, à base de cathode chaude
Dans une torche à courant continu, l' arc électrique est formé entre les électrodes (qui peuvent être en cuivre, en tungstène , en graphite , en argent, etc.), et le plasma thermique est formé à partir de l'entrée continue de gaz porteur/de travail, se projetant vers l'extérieur comme un jet/flamme de plasma (comme on peut le voir sur l'image adjacente). Dans les torches à courant continu, le gaz porteur peut être, par exemple, soit de l'oxygène, de l'azote, de l'argon, de l'hélium, de l'air ou de l'hydrogène ; et bien qu'il soit appelé ainsi, il ne doit pas nécessairement s'agir d'un gaz (ainsi, mieux appelé un fluide porteur).
Par exemple, une torche à plasma de recherche à l'Institut de physique des plasmas (IPP) de Prague, en République tchèque, fonctionne avec un vortex H 2 O (ainsi qu'une petite addition d'argon pour allumer l'arc), et produit une température élevée/ flamme de plasma de vitesse. En fait, les premières études sur la stabilisation de l'arc utilisaient un vortex d'eau. Dans l'ensemble, les matériaux des électrodes et les fluides porteurs doivent être spécifiquement adaptés pour éviter une corrosion ou une oxydation excessive des électrodes (et une contamination des matériaux à traiter), tout en maintenant une puissance et une fonction suffisantes.
De plus, le débit du gaz porteur peut être augmenté pour favoriser un jet de plasma plus gros et plus saillant, à condition que le courant d'arc soit suffisamment augmenté ; et vice versa.
La flamme à plasma d'une vraie torche à plasma mesure au maximum quelques centimètres ; il doit être distingué des armes à plasma fictives à longue portée .
Transféré vs non transféré
Il existe deux types de torches DC : non transférées et transférées. Dans les torches à courant continu non transféré, les électrodes sont à l'intérieur du corps/boîtier de la torche elle-même (créant l'arc à cet endroit). Alors que dans une torche transférée, une électrode est à l'extérieur (et est généralement le matériau conducteur à traiter), permettant à l'arc de se former à l'extérieur de la torche sur une plus grande distance.
Un avantage des torches DC transférées est que l'arc plasma est formé à l'extérieur du corps refroidi à l'eau, empêchant les pertes de chaleur, comme c'est le cas avec les torches non transférées, où leur efficacité électrique-thermique peut être aussi faible que 50%, mais l'eau chaude elle-même peut être utilisée. De plus, les torches à courant continu transférées peuvent être utilisées dans une configuration à deux torches, où une torche est cathodique et l'autre anodique , ce qui présente l'avantage antérieur d'un système à torche unique transféré régulier, mais permet leur utilisation avec des matériaux non conducteurs , comme il n'est pas nécessaire qu'elle forme l'autre électrode. Cependant, ces types de configurations sont rares car la plupart des matériaux non conducteurs courants ne nécessitent pas la capacité de coupe précise d'une torche à plasma. De plus, la décharge générée par cette configuration particulière de source de plasma est caractérisée par une forme complexe et une dynamique des fluides qui nécessitent une description 3D pour être prédite, ce qui rend les performances instables. Les électrodes des torches non transférées sont plus grosses, car elles subissent plus d'usure par l'arc plasma.
La qualité du plasma produit est fonction de la densité (pression), de la température et de la puissance de la torche (la plus grande est la meilleure). En ce qui concerne l'efficacité de la torche elle-même, cela peut varier selon les fabricants et la technologie de la torche ; bien que, par exemple, Leal-Quirós rapporte que pour les torches Westinghouse Plasma Corp. « une efficacité thermique de 90 % est facilement possible ; l'efficacité représente le pourcentage de puissance d'arc qui sort de la torche et entre dans le processus ».
Gros plan sur une torche à plasma Hypertherm HyPerformance coupant le métal
Champ sectoriel torche ICP-MS
Champ sectoriel torche ICP-MS
