CA2370462C - Cartouche pour torche a plasma et torche a plasma equipee - Google Patents

Abstract

Une torche à plasma comprend une cartouche (100) interchangeable composée de six pièces seulement: d'une tuyère anode en cuivre électrolytique (1) d'un support cathode en cuivre électrolytique (2) d'une cathode en tungstène dopé (3) d'un diffuseur centreur cathode en matière plastique (4) d'un assembleur en matière plastique 5 -d'un insert céramique (6). Ces pièces sont assemblées à la presse et l'assemblage des pièces constitue des volumes (71), (72), (73) constituant le circuit de refroidissement de l'anode (1) et d'autres organes de la torche, ainsi que des conduits et raccords d'arrivée de gaz plasmagène.
Les arrivées et départs de fluide sont assurés par une structure de raccordement et de maintien prévue pour un montage simple de la cartouche (100).

Description

WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCTIFROO/00919 CARTOUCHE POUR TORCHE A PLASMA ET TORCHE A PLASMA
EQUIPEE
DESCRIPTION
Domaine de l'invention L'invention se situe dans le domaine des torches à plasma.

Etat de la technique antérieure Les plasmas d'arc font partie de la famille des plasmas thermiques. Ce sont des milieux gazeux partiel-lement ionisés, conducteurs de l'électricité mais globalement électriquement neutres, à des pressions de l'ordre de la pression atmosphérique. On les génère au moyen d'une torche à plasma, en faisant passer un ou plusieurs gaz plasmagène(s) au travers d'un arc élec-trique que l'on entretient entre deux électrodes.
Pour porter des gaz à haute température et enthalpie massique élevée, on utilise des torches à arc soufflé. C'est-à-dire que l'arc est confiné à l'inté-rieur de la torche qui contient les deux électrodes et c'est le jet à grande vitesse de gaz à haute tempéra-ture (le plasma) que l'on utilise dans le procédé.
La figure 1, illustre de façon très schématique le principe d'une telle torche. Une telle torche comprend deux électrodes, une anode 1 et une cathode 3, concentriques l'une de l'autre et ménageant entre elles un canal 7 de circulation de gaz.
Les deux électrodes 1,3 sont reliées à un géné-rateur haute tension, haute fréquence, (HT-HF) et à un générateur de courant continu. Elles doivent impérati-WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919

2 vement être énergétiquement refroidies (par circulation d'eau) pour éviter leur fusion.
Initialement et grâce au générateur HT-HF, un arc 8 électrique jaillit entre les deux électrodes (cathode et anode) ionisant le gaz introduit et rendant l'espace inter électrode conducteur. Le générateur de courant continu peut alors débiter dans cet espace et entretenir l'arc.
La puissance fournie à la torche est égale au produit de l'intensité débitée (qui peut être régulée) par la tension qui s'établit entre l'anode et la cathode. Cette tension dépend de plusieurs paramètres tels que la nature et le débit de gaz utilisé, mais aussi de l'usure des électrodes pour une part non négligeable. La puissance du plasma 9 est égale à la puissance fournie à la torche diminuée des pertes dans l'eau de refroidissement. L'usure des électrodes est donc fortement pénalisante. Elle dépend de leur géomé-trie, de l'efficacité de leur refroidissement, de leur coaxialité, de la nature et de la pureté des gaz.
Des équipements permettant de générer un plasma 9 d'arc 8 sont utilisés pour la projection thermique (traitement de surface), le chauffage de gaz ou la syn-thèse chimique. L'énergie fournie au(x) gaz par l'arc électrique permet de les échauffer à des températures supérieures à 10.000 K.
Le choix du ou des gaz plasmagènes est quasi illimité. Il est fonction des exigences du procédé
(oxydation, nitruration, haute température en milieu réducteur, ....). L'éventail de puissance est très étendu, il va de quelques kilowatt à plusieurs méga-watt. Très souvent, le choix de la nature et du débit WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919

3 des gaz plasmagènes dicte la gamme de fonctionnement possible.
Une torche est donc souvent conçue pour une application donnée car sa technologie doit être compa-tible avec le choix du gaz plasmagène et la puissance de travail souhaitée.
Sa taille, sa forme et sa simplicité peuvent également prendre de l'importance s'il s'agit de travailler en milieu exigu ou hostile.
Les torches actuellement existantes sont des ensembles complexes, comprenant au moins une dizaine de pièces (joints d'étanchéité, visserie et raccords en fluides exceptés). La coaxialité des électrodes dépend de l'empilement de pièces usinées avec des tolérances acceptables pour les joints d'étanchéité.
Le remplacement d'une ou des deux électrodes est une opération qui doit intervenir régulièrement (dans la plupart des cas après quelques dizaines d'heu-res de fonctionnement). Cette opération nécessite toujours le démontage/remontage de sous-ensembles et le changement des joints d'étanchéité.
A titre d'illustration trois exemples de torches à plasma connues sont ci-après commentés brièvement.
Une première torche connue fonctionne avec un mélange d'air/argon ou oxygène/argon, sa puissance est d'environ 100 kW. Elle est constituée de 15 pièces usinées, 21 joints, 22 vis et 6 raccords fluides. Les pièces d'usure régulière sont la cathode et l'anode, une bague isolante et une buse d'injection. Un minimum de maintenance (changement de l'anode) est nécessaire à
moins de 100 heures de fonctionnement dans les meilleures conditions d'utilisation.

4 Une seconde torche connue a été développée pour l'hydropyrolyse d'hydrocarbures lourds. Les gaz plasmagènes sont de l'argon et de l'hydrogène qui sont mélangés à du méthane en sortie de torche. Cette torche s'apparente à une torche de projection thermique. On p trouve, excepté les raccords d'alimentation en fluide et la visserie, 10 pièces usinées et 7 joints toriques.
Comme troisième exemple, il est cité l'une des torches les plus simples commercialisée par la société
10. SULZER METCO. C'est la torche de projection thermique F4-MB. Ce type de torche fonctionne classiquement avec de l'argon, de l'hélium et de l'azote seul ou en=
mélange. L'ajout d'hydrogène est souvent utilisé pour gagner de la puissance (augmentation de.la...te-nsïon d' arc ). On dénombre tout de même 8 pièces usiné-es,.-.1-4-joints toriques, 12 -éléments de visserie et 3 raicco'rds fluides.
La demande de brevet japonais JP 04-249 096 décrit une torche à plasma dans laquelle, afin de réduire la probabilité de création d'un arc entre l'anode et la cathode, les gaz plasmagènes suivent une voie qui leur permet de tourbillonner. A cette fin, un centreur l0a qui est une pièce placée entre l'anode et la cathode a une ouverture 106 qui va de la face sommet du centreur à une face latérale. Un autre conduit 102 situé entré l'anode et la pièce de centrage 10 permet de guider les gaz en provenance du conduit 106 vers le bas de l'anode.
Des conduits 107 joignent l'extérieur du centreur 10 à une cavité centrale 105 de celui-ci.
Cette particularité permet de créer un jet B 13170.3 GB FEUILLE MODIFI E

tourbillonnant de gaz plasmagène. On obtient ainsi une usure plus régulière de la cathode.
Le document EP-0 002 623 A décrit une torche dans laquelle la cathode 13 est monté sur un support

5 23, mobile par rotation d'un écrou 26 dans une direction axiale. I1 est ainsi possible de régler finement la valeur de l'enfer entre la cathode 13 et l'anode 14.
L'invention décrite dans ce document porte essentiellement sur des moyens pour imprimer à l'arc élëctrique entre anode et cathode =une rotation régulière de façon à éviter l'usure rapide de l''éléctrode par accrochage trop =long de- l'arc en des "'pdints donnés. Dans -1'exemplé: représenté figure 1 ôu ~=!
-15 s'agit d'un aimant , générant un châinp magnétique B( figure 4) pàrâ~llèle à la direction axiale de la torche. -Selon une configuration (figure 8), il s'agit d'une arrivée tangentielle de gaz 32' dans une chambre de régulation d'écoulement 15.
Selon une configuration représentée (figure 11), le moyen est constitué par un volet hélicoïdal 40 placé sur le passage des gaz entre la chambre 15 et la tuyère 38.
Le refroidissement est assuré par de l'eau =
circulant dans des conduits 20-21 (figures 1, 8, 11).

Brève description de l'invention La torche, selon l'invention, vise à simplifier au maximum le montage de la torche elle-même et, d'autre part, le remplacement périodique des pièces d'usure. Elle a été développée en particulier pour une B 13170.3 GB FEUILLE MODIFI E

,. . t , 23-05-2001 CA 02370462 200i-i0-ii FR 000000919

6 application de chauffage de gaz dans un réacteur de postcombustion de gaz de pyrolyse de déchets radioactifs chlorés, fortement contaminés en émetteurs a. Ce réacteur est destiné à fonctionner dans une boîte à gant.
En milieu hostile (radioactif, avec obligation de travailler en boîte à gants ou au télémanipulateur), le travail doit' être simplifié au maximum. L'échange standard de sous-ensembles est souvent préférable au démontage et ''àti remontage de pièces isolée's 'dans un ensemble compléxe. Le temps d'intervention: est plus court, la fiabilité d'un sous-ensemble neuf, et contrôlë
est bien mëiTleûre que celle d' un ensemblë : compl'exe démonté *et rêinonté.
A- --céttë f in, la torche à piâsina - = se=lon l' invention'% ést= conçue en deux parties, une.~r-cartouche interchangeable jetable constituant un -générateur=de plasma destiné à s'insérer dans une structure de raccordement et maintien de la cartouche. Cette structure de raccordement et maintien de la cartouche a pour but de raccorder la cartouche à ses alimentations en gaz plasmagène, en fluide de refroidissement et en courants électriques. Cette structure comporte à cette fin des premiers moyens de raccordement de la cartouche.
Ces premiers moyens servent d'intermédiaires pour les alimentations en courants électriques, en eau et en gaz. Ces alimentations sont donc complètement désolidarisées de la cartouche plasma.
La structure comporte des second moyens coopérant ou non avec des moyens de fixation de la cartouche pour maintenir la cartouche mécaniquement B 13170.3 GB FEUILLE MODIFI E

23-05-2001 ' FR 000000919 6bis raccordée aux premiers moyens d'alimentation en courants électriques eau et gaz.
L'invention est relative à une cartouche génératrice de plasma pour une torche à plasma, ayant les caractéristiques figurant dans la revendication 1.
De la sorte le montage mécanique est réalisé
avec une seule pièce d'assemblage auxiliaire, l'assembleur, par de simples opérations effectuées à la presse pour pousser selon une direction axiale les 1.0 parties saillantes dans les parties creuses. I1 sera vu plus loin qu'avec un outillage adapté une seule opération à la presse est nécessaire.
Dans . le mode préféré de réalisation, les.
parties saillantes -comporte une première et/ou -une:ï:
. ï' 15 seconde couronné : annûlaire, cette première =. et/=ou _-: ',=
seconde couronne annulair.e,:,venant s'emmancher dans une.;.~
première et/ou une seconde gorge annulaire. Du fait de -.=
cette forme offrant une symétrie de révolution le montage se trouve simplifié puisqu'il suffit de 20 positionner coaxialement les pièces à assembler avec l'assembleur, l'anode et/ou le support de cathode, pour réaliser l'emmanchement sans qu'il soit nécessaire de les indexer angulairement.

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7 Selon une caractéristique avantageuse de ce mode préféré, un volume annulaire de refroidissement ménagé entre l'assembleur et l'anode reçoit un fluide de refroidissement au travers d'un conduit menant le fluide d'une surface extérieure de la cartouche mais préférentiellement de l'anode à ce volume annulaire.
L'étanchéité du volume annulaire est obtenu par le fait que le diamètre extérieur de la couronne saillante a une valeur légèrement supérieure à celle de la gorge dans laquelle elle est emmanchée. De la sorte la cartouche selon l'invention ne nécessite pour l'alimentation en eau aucun joint ou conduit autre que ceux réalisés par perçage ou usinage ou moulage dans les pièces nécessaires au fonctionnement de la torche.
Dans le mode préféré de réalisation qui sera décrit ci-après l'assembleur est une pièce en matériau électriquement isolant comportant une couronne inférieure et une couronne supérieure coaxiales. La couronne inférieure est emmanchée dans une gorge du support, la couronne supérieure est emmanchée dans une gorge de l'anode. Cette gorge de l'anode est périphérique d'une couronne de l'anode. Cette couronne de l'anode loge la cavité centrale de l' anode . Dans ce mode de réalisation les dimensions radiales intérieures de l'assembleur sont supérieures sur au moins une partie axialement centrale à celle de la couronne de l'anode logeant la cavité centrale. Un volume annulaire pour la circulation d'un fluide de refroidissement de l'anode est ainsi ménagé entre cette couronne de l'anode et l'assembleur. Ce volume est en communication avec des conduits d'amenée et d'évacuation du fluide de refroidissement, par l'intermédiaire de conduits percés dans l'anode, l'assembleur, ou encore le support.

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8 De façon préférentielle également la cartouche assemblée selon l'invention comporte un volume annulaire de distribution de gaz recevant des conduits de gaz plasmagènes et distribuant le gaz reçu, autour de la cathode, par l'intermédiaire de trous débouchant soit sur des lumières ou une gorge terminale de distribution de gaz. L'étanchéité au gaz est obtenue par le fait que l'espace inter électrode comporte une pièce de révolution en matériau isolant emmanchée en assemblage serré autour de la cathode, d'une part et à
l'intérieur de la cavité de l'anode d'autre part. Le volume annulaire de distribution est constituée par une gorge radiale qui peut être située soit sur l'anode, soit sur la pièce isolante de révolution soit encore à
la fois sur l'anode et sur la pièce isolante de révolution. De la sorte la cartouche selon l'invention ne nécessite pour l'alimentation en gaz aucun joint ou conduit, autre que ceux réalisés par perçage ou usinage ou moulage, dans les pièces nécessaires au fonctionnement de la torche.
D'autres avantages et intérêts de l'invention apparaîtront lors de la description d'un mode préféré
et de variantes de réalisation qui vont être fait ci-après en regard des dessins annexés.
Brève description des dessins - la figure 1, déjà commentée illustre le principe d'une torche à plasma ;
- la figure 2 représente une coupe axiale d'une cartouche assemblée selon l'invention ;
- la figure 3 représente une coupe axiale d'un support de cathode et d'une partie inférieure d'un assembleur assemblé avec ce support ;

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9 - la figure 4 représente une vue de dessus du support représenté figure 3 ;
- la figure 5 représente une coupe axiale d'un centreur de cathode et une cathode assemblée avec ce centreur ;
- la figure 6 représente une vue de dessus du centreur et de la cathode représentés figure 5;
- la figure 7 représente une vue de dessus d'une variante du centreur et de la cathode représentés figure 5 ;
- la figure 8 représente une coupe axiale d'une anode, d'un insert assemblé sur cette anode et d'une partie supérieure d'un assembleur assemblé avec cette anode ;
- la figure 9 représente une vue de dessus de l'anode et de l'insert représentés figure 8;
- la figure 10 représente une coupe axiale d'un assembleur ;
- la figure 11 représente une coupe axiale d'une structure de raccordement et maintien d'une cartouche selon l'invention assemblé avec une dite cartouche représentée schématiquement ;
- la figure 12 est une coupe axiale selon un plan perpendiculaire au plan de la figure 13 ; et - la figure 13 est une vue de face de la structure 80 assemblée avec la cartouche 100, avec une coupe axiale partielle dans le coin supérieur droit.
Description d'un mode préféré de réalisation Un exemple de cartouche 100 selon l'invention, sera maintenant décrit en liaison avec la figure 2.
Dans cet exemple de réalisation, la cartouche 100 et les pièces qui la composent, présentent des formes WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919 ayant une symétrie de révolution autour d'un axe AA' constituant l'axe de la cartouche.
Les pièces, qui assemblées, constituent ensemble une cartouche 100 selon l'invention, sont au 5 nombre de 6. Il s'agit :
-d'une tuyère anode en cuivre électrolytique 1 -d'un support cathode en cuivre électrolytique 2 -d'une cathode en tungstène dopé 3 - d'un diffuseur centreur cathode en matière plastique 4

10 -d'un assembleur en matière plastique 5 -d'un insert céramique 6.
Lorsqu'elles sont assemblées, les pièces 1 à 6 ménagent entre elles de façon connue et représentée figure 1, un canal de circulation de gaz 7, un espace inter électrode où peut se créer un arc 8. Le plasma 9 (non représenté sur la figure 2) est éjecté par une tuyère 13 de l'anode 1.
Chacune de ces pièces ainsi que leur mode d'assemblage seront maintenant décrits.
Le support de cathode 2 décrit ci-après, en liaison avec les figures 3 et 4, est une pièce de forme cylindrique ayant une symétrie de révolution autour de l'axe AA'. Il comporte une base ou surface inférieure 21 de forme circulaire située dans un plan perpendiculaire à l'axe AA'. Le côté opposé à la base 21 comporte, du centre vers la périphérie, un alésage central 23, avec une surface latérale 34 et un fond 35, une gorge 24 circulaire de révolution autour de AA', ayant deux bords latéraux 25, 26, un bord interne 25 et un bord externe 26, ainsi qu'un fond 27. Un ou plusieurs trou(s) traversant(s) 28 joint (joignent) le fond 27 de la gorge 24 à la base 21. Entre la gorge 24 et l'alésage 23, le support 2 comporte une couronne 29, WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919

11 ayant une surface supérieure 30 située dans un plan parallèle à la base 21. Les bords latéraux de cette couronne sont constitués par le bord latéral interne 25 de la gorge 24 et la face latérale 34 de l'alésage 23.
Dans une variante de réalisation où le gaz plasmagène est introduit au travers du support 2, le support comporte un ou plusieurs conduits traversants 75, joignant au travers de la couronne annulaire 29 jouxtant l'alésage central 23, la surface inférieure 21 à la surface supérieure 30 de cette couronne 29. Un tel conduit 75 est représenté en pointillés figure 3.
Enfin, le support 2 comporte une couronne périphérique 22 ayant une face latérale externe 36 de diamètre égal à celui de la base 21 et une face supérieure 37. Les bords latéraux de la couronne 22 sont constitués par la face latérale externe 36 du support 2 et par la face latérale externe 26 de la gorge 24.
Du point de vue des dimensions, le diamètre de l'alésage 23 est suffisant pour recevoir en ajustage serrant la cathode 3 qui sera décrite plus loin.
L'ajustage est suffisamment serrant pour assurer un bon contact électrique entre le support de cathode 2 et la cathode 3. La surface de contact entre la cathode et l'anode doit être aussi grande que possible pour assurer le passage d'un courant de plusieurs centaines d'ampères pratiquement sans pertes. La largeur de la gorge 24, c'est-à-dire la différence entre les rayons des bords externe 26 et interne 25 est supérieure à la largeur (c'est-à-dire la différence entre le rayon externe et le rayon interne de la couronne) d'une première couronne 51 de l'assembleur 5. Par contre, le diamètre de la paroi externe 26 de la gorge 24 est inférieur au diamètre externe de cette couronne 51 de WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919

12 l'assembleur 5 en sorte que cette couronne 51 de l'assembleur 5 puisse être emmanchée serrée dans la gorge 24. L'assembleur 5 dont la couronne 51 d'assemblage est représentée figure 3 sont décrits plus loin.
La cathode 3 et le centreur 4 seront maintenant décrits en référence aux figures 5 et 6 dans lesquelles ces pièces apparaissent en position assemblée.
La cathode 3 est de forme cylindrique à base circulaire plate 31 et à tête conique 32. Elle est incluse dans un centreur 4 de cathode, représenté
figures 5 et 6 en position autour de la cathode 3.
Le centreur 4 a aussi une forme circulaire de révolution autour de AA'. Il comporte une partie cylindrique basique 41, prolongée par une partie cylindrique 42 de diamètre extérieur plus faible. Le diamètre intérieur du centreur 4 est constant sur toute la hauteur du centreur à l'exception, dans une première variante de réalisation, du diamètre d'une partie terminale supérieure 43 situé du côté opposé à la base 41, dont le diamètre est légèrement supérieur au diamètre intérieur de la base 41 et de la prolongation cylindrique 42. Le centreur 4 comporte des trous traversants. Dans le mode préféré de réalisation ces trous joignent la face extérieure 50 à la surface supérieure 49 du centreur 4, sur laquelle ils débouchent au niveau de lumières 95 représentées figure 7. Dans ce mode de réalisation préféré les axes des trous sont inclinés sur l'axe AA', mais non compris dans un plan contenant l'axe AA', de manière à
provoquer une injection tangentielle des gaz, induisant un tourbillon appelé vortex qui va forcer le pied d'arc à tourner dans l'anode de façon à ne pas rester

13 accroché en un point préférentiel. Dans la variante avec gorge annulaire axiale 45, ces trous traversant 44 sont percés dans la partie 43 du centreur 4, à une hauteur axiale se situant de préférence à la jonction avec la partie 42. Il sera vu plus loin que ces trous 44 sont destinés à ménager un passage de gaz plasmagène vers l'espace inter électrode. Lorsque le ou les points d'arrivée de gaz se situent sur le support 2, il est avantageux de prévoir des passages de gaz menant de la surface inférieure du centreur 4 aux moyens de répartition du gaz plasmagène, ces moyens étant comme il sera vu plus tard soit une gorge axiale 45 soit les lumières 95. Ces passages peuvent être constitués soit par des conduits axiaux 74 soit par des gorges axiales extérieures 64 ou intérieures 68, ou encore par des combinaisons de conduits 74, gorges intérieures 68 ou gorges extérieures 64.
Les surfaces planes du centreur 4 perpendiculaires à l'axe AA', sont constituées par les surfaces inférieure 46 et supérieure 47 de la partie basique 41 du centreur 4. La surface inférieure 46 de la base 41 est délimitée par deux cercles concentriques, le diamètre du cercle interne étant égal au diamètre interne du centreur 4, le diamètre externe de cette surface inférieure 46 étant égal au diamètre externe de la partie basique 41. Lorsque le gaz plasmagène est introduit au travers du support 2, la surface inférieure 46 du centreur 4 peut comporter une gorge dans laquelle débouchent les passages 64, 68 ou 74. En position assemblé, cette gorge est en communication avec les conduits 75 du support 2. La surface supérieure 47 de la partie basique 41 du centreur 4 est délimitée par deux cercles

14 concentriques, le diamètre du cercle externe est égal au diamètre extérieur de la partie basique 41 et le diamètre du cercle intérieur est égal au diamètre extérieur de la prolongation 42 du centreur 4. Les surfaces planes du centreur 4 perpendiculaires à l'axe AA' sont également constituées, dans l'une des variantes du centreur 4 par le fond 48 d'une gorge 45 et enfin par la surface supérieure 49 du centreur 4.
Le fond de gorge 45 est délimité par un cercle extérieur dont le diamètre est égal au diamètre intérieur de la partie terminale 43 et dont le diamètre intérieur est égal au diamètre externe de la cathode 3.
Enfin, la surface intérieure axiale du centreur 4 est constituée par deux surfaces cylindriques, une surface inférieure 39 correspondant aux parties 41 et 42 dont le diamètre est légèrement inférieur au diamètre de la cathode 3, et dans la variante avec gorge 45, par une surface supérieure 40, correspondant à la partie 43 dont le diamètre est supérieur au diamètre de la cathode 3. Les surfaces latérales extérieures du centreur 4 sont au nombre de 2, une surface latérale inférieure 38 correspondant à la base 41 et une surface latérale supérieure 50 correspondant aux parties 42, 43.
Du point de vue des dimensions, le diamètre intérieur du centreur 4 est, comme indiqué ci-dessus légèrement inférieur au diamètre extérieur de la cathode 3, en sorte que cette cathode 3 puisse être emmanchée en serrage dans le centreur 4. Dans le mode de réalisation préféré, le diamètre de la surface latérale inférieure 38 est égal aux diamètres de la surface 25 du support 2 et d'une surface latérale 125 d'une partie de l'anode 1, dont il sera parlé plus loin. Ces trois surface 25, 38 et 125 sont ainsi dans le même alignement une fois l'assemblage réalisé. Dans la variante comportant une gorge supérieure 45, le diamètre intérieur de la partie terminale 43 est 5 supérieur au diamètre de la cathode 3, en sorte que la cathode 3 et la partie terminale 43 forment ensemble la gorge 45. Il sera vu plus loin, que cette gorge 45 reçoit par l'intermédiaire des trous traversants 44, un gaz plasmagène.
10 Des variantes de ce centreur 4 seront maintenant décrites en liaison avec les figures 5 et 7.
Le centreur 4 a pour fonction de centrer et d'isoler électriquement la cathode 3 par rapport à l'anode 1.
Cette fonction est assurée par la surface latérale

15 extérieure 50 de la partie supérieure 42, qui comme cela sera vu plus tard lors de la description de la cartouche 100 assemblée, vient en appui en assemblage serré sur un alésage de l'anode. Les variantes qui vont être décrites ci-après sont relatives à une autre fonction du centreur qui est une fonction de distribution du gaz plasmagène de façon bien répartie dans le volume annulaire entre l'anode 1 et la cathode 3. Dans le mode décrit ci-dessus le gaz plasmagène est amené aux trous 44 par un ou plusieurs conduit(s) 127 de l'anode 1 débouchant face aux trous 44 ou préférentiellement dans une gorge radiale 135 de l'anode 1 située face aux trous 44.
Selon une première variante de réalisation, l'introduction du gaz plasmagène peut être réalisée différemment.
Dans cette première variante représentée en vue de dessus figure 7, le diamètre intérieur du centreur 4 est constant, de la surface inférieure 46 à la surface WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919

16 supérieure 49. La répartition du gaz plasmagène en provenance de conduits 127 de l'anode 1 est assurée par une gorge annulaire radiale 148 du centreur 4 représentée en pointillés figure 5. Une gorge est dite radiale lorsqu'elle est creusée à partir d'une surface parallèle à l'axe AA'. La gorge est dite axiale si elle est creusée à partir d'une surface perpendiculaire à
l'axe. Selon cette variante, le centreur 4 a plusieurs trous 144 non nécessairement traversants. Ces trous sont percés à partir de la gorge 148. Ils débouchent chacun sur une lumière axiale 95', joignant dans cette variante la surface supérieure 49 du centreur 4 aux trous 144.
Selon une seconde variante les gorges 148 et 45 sont présentes, les lumières 95 ne sont pas nécessaires. Les trous 144 sont traversants et joignent les gorges 148 et 45.
Enfin selon une troisième variante les trous 144 sont percés directement à partir de la surface latérale 50 de la partie supérieure 42 du centreur 4.11 sera vu plus loin que les trous 144 débouchent au niveau d'une gorge 135 annulaire radiale de l'anode 1 recevant un ou plusieurs conduits de gaz plasmagène. A
l'autre extrémité les trous 144 débouchent soit sur des lumières 95 comme dans la première variante ou sur la gorge axiale 45. Les gorges 135 de l'anode et 148 du centreur 4 peuvent être présentes simultanément.
Si comme vu plus haut le gaz plasmagène est introduit au travers du centreur la jonction avec les moyens de répartition du gaz, 45, 95,se fait par des conduits axiaux 74 ou encore par des gorges axiales extérieures 64 ou intérieures 68. L'étanchéité est obtenue par le fait que le centreur est emmanché

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17 suffisamment serré dans la cavité annulaire 10 de l'anode 1, ou que la cathode 3 est emmanchée suffisamment serrée dans le centreur.
L'anode 1 et son insert céramique 6 seront maintenant décrits en liaison avec les figures 8 et 9.
L'anode 1 est également une pièce de révolution autour de l'axe AA' . Elle comporte une cavité centrale d'axe AA'. Cette cavité est traversante et s'étend axialement d'une face supérieure 11 de l'anode à une 10 partie 134 d'une face inférieure 12 de l'anode 1. La face inférieure 12 de l'anode 1 se situe à l'opposé de la face supérieure 11 et se compose de plusieurs parties situées axialement à différents niveaux. De la face supérieure 11 à la partie 134 de la face inférieure 12, la cavité 10 comporte une partie cylindrique supérieure 13 dont le diamètre est représenté sur les figures 8 et 9 sensiblement égal au diamètre de la cathode 3. Cette disposition n'est nullement obligatoire. Le diamètre et la longueur de la partie 13 doivent, de façon connue, être adaptés à la nature et au débit du gaz plasmagène utilisé, à la puissance de travail, et aux vitesses de gaz souhaitées en sortie de tuyère. Vient ensuite une partie tronconique 14. le diamètre de la partie supérieure de la partie 14 est égal au diamètre de la partie 13. Le diamètre de la partie inférieure de la partie tronconique 14 est supérieur à celui de la partie 13.
Enfin, vient une partie inférieure 15 cylindrique s'étendant axialement de la base inférieure 16 de la partie tronconique 14 à la partie 134 de la face inférieure 12 de l'anode 1. Le diamètre de cette partie 15 de la cavité 10 est supérieur au plus grand diamètre de la partie tronconique 14. Les parties tronconique 14 WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919

18 et cylindrique 15 sont reliées par un méplat 17.
L'insert céramique 6 est logé dans la cavité 10, dans le haut de la partie 15. Cette pièce simple sera maintenant décrite avant de continuer la description de l'anode 1. L'insert 6 est une bague en forme de tore, engendré par un rectangle en rotation autour de l'axe AA'. La largeur du rectangle est égale à la largeur du méplat 17. Cette largeur du méplat 17 résulte elle-même de la différence entre le rayon de la partie inférieure 15 et le rayon de la base inférieure 16 de la partie tronconique 14.
Cet insert 6 est inséré en ajustage serré de telle sorte que sa surface supérieure 61 vienne en appui sur le méplat 17, de l'anode 1. La surface latérale extérieure 62 de l'insert est en appui sur la surface latérale 18 de la partie 15 de la cavité 10 de l'anode 1.
L'extérieur de l'anode 1, comprend la face supérieure 11 délimitée par deux cercles. Le diamètre du cercle extérieur est de préférence égal au diamètre extérieur du support 2, le diamètre du cercle intérieur de la surface supérieure 11 est égal au diamètre de la partie supérieure 13 de la cavité 10. L'extérieur de l'anode 1 comprend également une face extérieure cylindrique 19. La face inférieure 12 comprend plusieurs parties situées axialement à des niveaux différents. De l'extérieur vers l'axe AA', on trouve successivement une première couronne 121. Le diamètre extérieur de cette couronne 121 est égal au diamètre du cylindre périphérique 19. Le diamètre intérieur de cette couronne 121 est de préférence égal au diamètre extérieur de la paroi extérieure 26 de la gorge 24 du support 2. la surface inférieure 133 de cette couronne WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919

19 est une surface plane perpendiculaire à l'axe AA'. La surface inférieure 133 est une partie de la surface inférieure 12 de l'anode 1.
On trouve ensuite une gorge 122. Cette gorge a une surface de fond de gorge 124, perpendiculaire à
l'axe AA'. Cette surface 124 est une partie de la surface inférieure 12 de l'anode 1. Cette gorge 122 a une paroi cylindrique extérieure 126 dont le diamètre est égal au diamètre intérieur de la première couronne 121. Ce diamètre est de préférence égal au diamètre de la paroi extérieure 26 de la gorge 24 du support 2. Le diamètre intérieur de la gorge axiale 122 est de préférence égal au diamètre de la paroi cylindrique intérieure 25 de la gorge 24 du support 2.
On trouve enfin une seconde couronne 123. Cette couronne 123 a une surface inférieure 134, perpendiculaire à l'axe AA'. Cette surface inférieure 134 est une partie de la surface inférieure 12 de l'anode 1. La couronne 123 a une paroi cylindrique extérieure 125 dont une partie constitue la paroi cylindrique intérieure de la gorge 122.
La paroi cylindrique 125 a un diamètre de préférence égal au diamètre intérieur de la paroi 25 de la gorge 24 du support 2.
Un ou plusieurs premier(s) conduit(s) 127 ayant chacun deux extrémités 128, 129 percé(s) dans l'anode 1 permet(tent) un passage de fluide de l'une des parois extérieures 11, 19 de l'anode 1, vers la paroi intérieure 18 de la cavité 10. Dans l'exemple représenté en liaison avec les figures 8 et 9, le conduit 127 mène de sa première extrémité 128, au niveau de la surface supérieure 11 à sa seconde extrémité 129 située au niveau de la paroi 18 de la WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919 partie inférieure 15 de la cavité 10. il débouche dans cette cavité 10 à un niveau axial situé sous l'insert 6. Ce ou ces premiers conduits 127 sont prévus pour la distribution du gaz plasmagène. Selon une variante 5 évoquée plus haut en liaison avec la description du centreur 4 et de ses variantes, ce ou ces conduits peuvent alternativement déboucher dans une gorge radiale annulaire 135 creusée à partir de la surface latérale 18 de la cavité 10 de l'anode 1, au lieu de 10 déboucher directement sur cette surface 18. Dans le mode de réalisation préféré représenté figures 8 et 9 le ou les conduit(s) 127 sont parallèles à l'axe AA', ils se situent dans la couronne 123 recelant la cavité
centrale 10, et ils débouchent dans la gorge 135.
15 Il convient de noter que selon des variantes l'extrémité extérieure 128, des premiers conduits 127 ou au moins d'une partie d'entre elles peut se situer sur une paroi extérieure de la cartouche 100 sans que cette paroi soit une paroi de l'anode 1. Ce pourrait

20 être par exemple un conduit (non représenté) parallèle à l'axe AA' remontant de la base du support 2 au travers de ce support et du centreur 4. Selon une variante de ce mode de réalisation une partie du ou des conduits 127, pourraient être constitués par des gorges axiales du centreur 4 parallèles à l'axe AA'.
Un ou plusieurs second conduit(s) 130 ayant chacun deux extrémités 131, 132, mène(nt) de l'une des parois extérieures 11, 19 de l'anode 1, vers la gorge 122. Dans l'exemple représenté en liaison avec les figures 8 et 9, le conduit 130 a sa première extrémité
131 au niveau du cylindre périphérique 19 et sa seconde extrémité 132 débouche dans la gorge 122 au niveau du fond 124 de cette gorge.

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21 Il convient de noter que selon des variantes l'extrémité extérieure 131 des seconds conduits ou au moins d'une partie d'entre elles peut se situer sur une paroi extérieure de la cartouche 100 sans que cette paroi soit une paroi de l'anode 1. Ce pourrait être par exemple une paroi extérieure de l'assembleur 5 ou du support 2.
Le mode d'assemblage et l'assemblage des pièces 1-6, constituant ensemble une cartouche 100 pour torche plasma selon l'invention, seront maintenant décrits en liaison avec les figures 2, 3, 5 et 8.
Tout d'abord, l'assembleur 5 sera décrit en liaison avec les figures 3, 8 et 10.
Sur les figures 3 et 8 les parties inférieure et supérieure de l'assembleur 5 ont été représentées afin de montrer cet assembleur 5 en position par rapport au support 2(figure 3) et à l'anode 1(figure 8) respectivement.
L'assembleur 5 est représenté en coupe axiale figure 10.
L'assembleur 5 comporte une couronne cylindrique inférieure 51. Le diamètre de la surface cylindrique extérieure 52 de cette couronne 51 est légèrement supérieur au diamètre de la paroi 26 de la gorge 24 du support 2, de façon que cette couronne 51 puisse être emmanchée en assemblage serré dans cette gorge 24. Le diamètre de la paroi intérieure 53 de cette couronne 51 est supérieur, au moins pour la partie qui, en position assemblée, est emmanchée dans cette gorge 24, au diamètre de la paroi intérieure 25 de la gorge 24 du support 2. De la sorte un volume 77 annulaire axial est ménagé entre ces deux parois 25, 53. La couronne 51 a une surface inférieure 59 WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919

22 perpendiculaire à l'axe AA'. En position assemblée cette surface 59 n'est pas au contact de la surface 27 du fond de la gorge 24. De la sorte un volume annulaire 73 est ménagé entre ces deux surfaces.
Cette couronne 51 est prolongée par une partie centrale 54 également en forme de couronne. Le diamètre de la paroi intérieure 55 de cette couronne 54 est supérieur au diamètre de la paroi cylindrique 125 de l'anode 1. De la sorte un volume annulaire axial 72 est ménagé entre ces deux parois 55, 125. Il est rappelé
que la paroi 125 s'étend axialement du fond 124 de la gorge 122 de l'anode 1 à la surface inférieure 134 de la seconde couronne 123 de l'anode 1. Cette surface inférieure 134 constitue la surface la plus inférieure de l'anode 1.
La partie supérieure de l'assembleur 5 représentée en position assemblée, figure 8, est également en forme d'une couronne 56. Le diamètre de la paroi extérieure 57 de cette couronne est supérieur au diamètre extérieur de la paroi extérieure 126 de la gorge 122, de l'anode 1. La différence de dimension entre le diamètre de la paroi extérieure 57 de la couronne 56 et le diamètre de la paroi 126 est telle que cette couronne 56 peut être emmanchée en assemblage serré dans la gorge 122.
Le diamètre de la paroi intérieure 58 de la couronne 56 est supérieur au diamètre de la paroi 125 de l'anode 1. De la sorte un volume 76 annulaire axial est ménagé entre ces deux parois 58, 125. Il est rappelé que cette paroi 125 de l'anode 1 s'étend axialement du fond 124 de la gorge 122 à la partie 134 de la surface inférieure 12 de l'anode 1, qui se trouve au plus bas niveau de l'anode. La couronne 56 a une WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919

23 surface supérieure 60. En position assemblée cette surface 60 n'est pas au contact de la surface 124 du fond de la gorge 122. De la sorte un volume annulaire 71 est ménagé entre ces deux surfaces.
La partie centrale de l'assembleur 5 a une surface supérieure 65, une surface inférieure 66 toutes deux perpendiculaires à l'axe AA', et une surface latérale extérieure 67.
La surface supérieure 65 de la partie centrale 54 de l'assembleur 5 est délimitée par un cercle ayant pour diamètre le diamètre extérieur de la couronne 56 et un cercle ayant pour diamètre le diamètre de la surface latérale extérieure 67 de la partie centrale 54.
De même, la surface inférieure 66 de la partie centrale 54 de l'assembleur 5 est délimitée par un cercle ayant pour diamètre le diamètre extérieur de la couronne inférieure 51 et un cercle ayant pour diamètre le diamètre de la surface latérale extérieure 67.
Les cercles de délimitation des surfaces supérieure 65 et inférieure 66 sont concentriques. Dans l'exemple représenté sur les figures le diamètre intérieur de la cavité centrale axiale 69 est constant en sorte que les surfaces intérieures axiales 58, 55, 53 de cette cavité ne forment qu'une seule et même surface. Cette caractéristique simplifie la fabrication mais elle n'est nullement obligatoire.
En résumé l'assembleur 5 se présente comme une pièce de révolution ayant une cavité centrale axiale 69 traversante. Il comporte une partie centrale 54 d'où
jaillissent vers le haut et vers le bas des parties cylindriques 56, 51 respectivement de diamètre extérieur plus petit que le diamètre extérieur de la

24 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919 partie centrale 54. Il sera vu plus tard que, dans un premier exemple de réalisation de la structure de maintien, l'épaulement formant la partie centrale 54 est utilisé pour loger des trous traversants et des trous taraudés. Dans ce mode de réalisation ces trous forment une partie des moyens de fixation de la cartouche 100 à la structure de maintien et raccordement. L'autre partie de ces moyens est constituée par des trous taraudés ou non de la structure de maintien et raccordement et de vis ou boulons ou écrous. Dans ce mode de réalisation la partie centrale 54 assure une autre fonction. L'une des surfaces supérieure 65 ou inférieure 66 sert de butée d'assemblage. Dans l'exemple représenté figure 2, la surface inférieure 133 de la couronne 121 de l'anode 1 vient en butée sur la surface supérieure 65 de la partie centrale 54. Par contre un jeu fonctionnel est ménagé entre la surface supérieure 37 de la couronne 22 du support 2 de la cathode 3 et la surface inférieure 66 de la partie centrale 54. Grâces à cette butée 65 et à un dimensionnement adapté des gorges 122 et 24 et des longueurs axiales des couronnes 56, 51 on est sûr de ménager les espaces annulaires 71 et 73. La même fonction de butée pourrait être obtenu en donnant aux fonds de gorge 122 ou 24 une forme arrondie ou conique, la largeur au fond de la gorge diminuant avec la profondeur de pénétration. Le jeu fonctionnel permet également d'assurer le contact entre les surfaces 30 du support 2 et 46 du centreur 4, de même qu'entre les surfaces 134 de l'anode 1 et 47 du centreur 4.
Selon une variante de réalisation, l'assembleur 5 peut être constitué par un cylindre droit ayant une cavité centrale axiale les diamètres intérieur et WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919 extérieur de l'assembleur étant constants de la surface inférieure 59 à la surface supérieure 60.

L'assemblage de la torche sera maintenant 5 décrit.
L'insert 6 est placé en position comme décrit plus haut dans l'anode 1. La cathode 3 est insérée dans l'alésage 23 du support 2, la face inférieure 31 de la cathode venant au contact du fond 35 de l'alésage 23, 10 la face latérale de la cathode étant au contact grâce à
un assemblage serré de la surface latérale 34 de l'alésage 23. De la sorte un contact électrique entre la cathode 3 et le support 2 est assuré sur toutes les surfaces en regard du support 2 et de la cathode 3. Le 15 centreur 4 est placé autour de la cathode 3 comme décrit plus haut. La face inférieure 46 du centreur 4 se trouve au contact de la face supérieure 30 de la couronne 29. L'assembleur 5 est alors mis en position sous presse, la gorge 122 de l'anode 1 recevant la 20 couronne 56 de l'assembleur 5. La partie supérieure de la couronne 56 et/ou les bords de la gorge 122 peuvent être biseautés ou chanfreinés pour faciliter l'introduction. Lorsque l'assembleur 5 est en place la surface inférieure 133 de la couronne 121 de l'anode 1

25 est en butée contre la surface supérieure 65 de la partie centrale 54 de l'assembleur 5. La surface supérieure 60 de l'assembleur 5 n'est pas au fond de la gorge 122 ce qui fait qu'un volume annulaire 71 est, comme déjà signalé plus haut, ménagé entre la surface inférieure 124 de la gorge 122 de l'anode 1 et la surface supérieure 60 de la couronne 56. L'anode 1 et son insert 6 ainsi assemblé avec l'assembleur 5 est alors assemblé avec l'ensemble support 2, cathode 3 et WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919

26 centreur 4, la couronne 51 venant s'insérer à la presse dans la gorge 24 du support 2. Pour faciliter l' insertion, le bas de la couronne 51 et le haut de la gorge 24 peuvent être biseautés ou chanfreinés. Lorsque l'opération d'emmanchement est terminée, un jeu fonctionnel subsiste comme représenté de façon exagérée figure 2, entre la surface inférieure 66 de la partie centrale 54 de l'assembleur 5 et la face supérieure 37 de la couronne 22 du support 2. La surface inférieure 59 de la couronne 51 de l'assembleur 5 n'est pas au contact du fond de gorge 27 de la gorge 24, un volume annulaire 73 se trouve donc, comme déjà signalé plus haut, ménagé entre les surfaces inférieures 59 de la couronne 51 et 27 du support 2. Il sera vu ultérieurement que ce volume annulaire 73 ménagé entre ces deux surfaces est destiné à recueillir l'eau de refroidissement.
Le fonctionnement de la torche sera maintenant explicité.
En tant que torche, le fonctionnement est le fonctionnement habituel d'une torche, par contre le circuit d'arrivée d'eau de refroidissement et le circuit de gaz plasmagène seront maintenant commentés.
Il est tout d'abord rappelé, que dans l'exemple représenté les parois intérieures 53 de la couronne inférieure 51, 55 de la partie centrale 54 et 58 de la couronne supérieure 56 de l'assembleur 5 sont alignées.
Il est rappelé également que le diamètre intérieur de l'assembleur 5 est supérieur au diamètre extérieur de la couronne 123 de l'anode 1, au diamètre de la surface latérale extérieure 38 du centreur 4 et au diamètre de la paroi intérieure de la gorge 24 du support 2 en sorte qu'un volume annulaire 72 est ménagé. Ce volume WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919

27 annulaire 72 s'étend axialement de la partie supérieure 60 de la couronne 56 à la partie inférieure 59 de la couronne 51 de l'assembleur 5. Dans le cas le plus général ce volume annulaire est formé des volumes annulaires 76, 72 et 77 et d'éventuels volumes annulaires de raccordement entre ces différentes parties de volume. L'eau est amenée par l'ouverture 131, et au travers du conduit 130 sur la surface extérieure de l'anode 1, l'extrémité intérieure 132 du conduit 130 débouche dans le volume annulaire 71 ménagé
entre les surfaces 124 et 60 de la gorge 122 et de la couronne 56 respectivement. Cette eau peut s'écouler le long de la paroi intérieure 125 de l'anode 1 au travers du ou des volumes annulaires 72 jusqu'au volume annulaire 73 ménagé entre le bas de la couronne annulaire 51 et le fond 27 de la gorge 24. Cette eau s'écoule par le ou les conduit(s) 28 ménagé(s) dans le bas de la gorge annulaire 24. On voit ainsi, que le circuit d'eau est assuré sans joint d'étanchéité
interne à la torche, grâce à l'assemblage serré des couronnes 51 et 56 dans les gorges 24 et 122 respectivement. Naturellement les arrivées et départs d'eau pourraient être placés différemment l'essentiel étant qu'une circulation d'eau refroidisse une couronne de l'anode 1.
De même, l'arrivée de gaz plasmagène par l'ouverture 128 de l'anode 1 se fait sans joint d'étanchéité, le gaz débouchant par les conduits 44 ou 144 dans les ouvertures 95 disposées autour de la cathode 3 sur le centreur 4, ou dans la gorge 45, selon les variantes de réalisation. La torche assemblée selon l'invention ne comprend donc que six pièces, l'anode 1, le support 2, la cathode 3, le centreur 4, l'assembleur WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919

28 et l'insert 6. L'assemblage de cette torche peut être effectué avec moins d'opérations à la presse si l'on dispose d'outillage spécialisé de maintien latéral des pièces à assembler.
5 Du point de vue des fonctions des différentes pièces composant la cartouche 100 assemblée on observera que si la cathode 3 est suffisamment serrée dans l'alésage 23 du support 2, le support 2 la cathode 3 le centreur 4 dont la partie 42 est serrée dans la cavité 10 de l'anode 1, et l'anode 1 forment un ensemble assemblé. Dans ces conditions l'assembleur 5 en coopération avec les gorges 24 du support 2 et 122 de l'anode peut n'être considéré que comme une partie du circuit d'eau. Il sera vu aussi plus tard que l'assemblage de la cartouche 100 peut être consolidé
par le montage de la cartouche 100 en position dans la structure de maintien et raccordement.
On observera aussi que si la cartouche 100 est aussi simple, cela tient à l'architecture globale de la cartouche. Ainsi le circuit de gaz plasmagène se trouve entièrement dans une partie centrale de la cartouche 100 assemblée. Il peut s'agir d'une partie centrale de l'anode 1, en forme de couronne 123, cette couronne jouxtant immédiatement la cavité centrale 10 de l'anode. Il peut s'agir aussi de conduits 75 traversants le support 2 pour être en communication avec les passages 64, 68, 74 du centreur. Le circuit d'eau se trouve lui à la périphérie de cette même couronne 123 jouxtant la cavité centrale 10 en sorte qu'il n'y a pas de croisement des circuits d'eau et de gaz.
Il convient de remarquer que l'assembleur a été
présenté comme une pièce distincte du support. Ceci est WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919

29 dû au fait que l'assembleur qui joint le support réalisé dans un matériau conducteur au contact de la cathode est au contact de l'anode. Il est donc réalisé
dans un matériau isolant électriquement pour éviter un court circuit entre l'anode et la cathode. Il est évidemment possible de réaliser le support dans un matériau isolant comportant des traversées conductrices pour connecter la cathode. Dans ce cas on peut considérer que l'assembleur est constitué par les parties en matériau isolant et le support par les parties en matériau conducteur.
Quelques indications relative aux matériaux des composants de la cartouche 100 seront maintenant apportées.
L'anode 1, et le support de cathode 2 qui dans l'exemple de réalisation sont en cuivre électrolytique pourraient être réalisés dans tout matériau, par exemple métallique, conducteur de l'électricité et permettant l'évacuation de flux thermiques très élevés.
Le tungstène dopé de la cathode 3 pourrait être usiné dans tout matériau métallique présentant un faible potentiel d'extraction des électrons.
Le diffuseur centreur 4 peut être usiné dans tout matériau plastique pour les besoins d'assemblage, et présentant une bonne tenue au gonflement à l'eau, un fort caractère diélectrique et une bonne tenue mécanique au rayonnement et à la température.
Le corps assembleur 5 peut-être usiné dans un matériau plastique pour les besoins d'assemblage par simple pression plastique.
L'insert isolant 6 peut être usiné dans un matériau céramique présentant une bonne tenue aux chocs WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919 thermiques, au rayonnement et doté d'un fort caractère diélectrique, par exemple du nitrure de bore.
Il a été vu que les assemblages sont du type emmanchement serré réalisé sous presse, ce qui sous-5 entend un couple de matériau adapté : Dans le cas de la torche présenté, les assemblages sont constitués par des couples plastique - alliage de cuivre ou alliage de tungstène - alliage de cuivre.
D'autres couples de matériaux peuvent être 10 envisagés, en particulier des matériaux céramiques pourrait remplacer les matériaux plastiques, si l'on interposait, de façon en elle-même connue, entre la poupée de pression et le vérin de presse d'assemblage un vibreur.
15 Deux exemples de structure de raccordement et de maintien de la cartouche 100 seront maintenant succinctement décrites en liaison avec les figures 11, 12, et 13. Une première structure de raccordement et de maintien 80 représentée figure 11 selon une coupe 20 axiale, comporte deux parties toutes deux de révolution autour de l'axe AA'. Une partie inférieure 81 recèle un alésage 83 dont le diamètre intérieur est égal au diamètre extérieure du support 2, en sorte que ce support 2 puisse facilement être introduit dans cette 25 partie 81. L'exemple représenté figure 11 correspond à
l'une des variantes de réalisation de la cartouche 100 dans laquelle l'évacuation du fluide de refroidissement se fait par le ou les conduits 28 du support 2. C'est pourquoi dans cet exemple la partie inférieure 81

30 comporte une évacuation d'eau et une arrivée de courant représentés en 84. Un ou plusieurs joint(s) torique(s) permettent de façon connue d'assurer l'étanchéité.

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31 Une partie supérieure 82 de la structure de maintien et de raccordement recèle un alésage 85 dont le diamètre intérieur est égal au diamètre extérieur de l'anode 1, en sorte que cette anode 1 puisse facilement être introduit dans cette partie 82. Cette structure 82 comporte un trou central axial 91 à bords évasées permettant le passage du plasma. L'exemple représenté
figure 11 correspond à l'une des variantes de réalisation de la cartouche 100 dans laquelle l'arrivée du fluide de refroidissement et du gaz plasmagène se font par le ou les conduits 130 et 127 de l'anode 1 pour l'arrivée d'eau et de gaz respectivement. C'est pourquoi dans cet exemple la partie supérieure 82 comporte une arrivée d'eau 86 et une arrivée de gaz 87.
Un ou plusieurs joint(s) torique(s) permettent de façon connue d'assurer l'étanchéité. L'arrivée d'eau 86 débouche face au conduit 130 de l'anode 1. Lorsqu'il y a plusieurs conduits 130 une gorge radiale 88 recevant l'arrivée d'eau 86 permet la distribution aux divers conduits. De même pour l'arrivée de gaz, lorsqu'il y a plusieurs conduits 127 une gorge axiale non représentée recevant l'arrivée de gaz 87 permet la distribution aux divers conduits 127.
L'intérêt principal de cette structure 80 est de pouvoir procéder rapidement à l'échange de la cartouche 100. Pour le montage la partie supérieure de la cartouche, c'est à dire celle correspondant à
l'anode 1 est introduite dans la partie supérieure 82 de la structure 80. Pour faciliter un positionnement radial permettant de bien faire correspondre les arrivées d'eau et de gaz avec les orifices 128, 131 de l'anode on peut prévoir des détrompeurs sur la partie supérieure 82 et sur l'anode 1.Lorsqu'elle est en place WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919

32 la cartouche 100 est vissée sur la partie supérieure 82 au moyens de vis 89 passant au travers de trous de l'assembleur 5 et se vissant dans des trous taraudés de la partie supérieure 82. On met ensuite en place la partie inférieure 81 en introduisant le support 2 dans l'alésage 83. On peut également prévoir des moyens pour faciliter un positionnement radial correct. Des vis 90 permettent de fixer la partie inférieure 81 à
l'assembleur. Ces vis passent au travers de trous de l'assembleur 5 et se vissent dans des trous taraudés de la partie inférieure 81.
Un mode actuellement préféré de réalisation de la structure 80 sera maintenant effectué en liaison avec les figures 12 et 13. La figure 13 est une vue de face de la structure 80 assemblée avec la cartouche 100, avec une coupe axiale partielle dans le coin supérieur droit. La figure 12 est une coupe axiale selon un plan perpendiculaire au plan de la figure 13.
Selon ce mode de réalisation les flasques inférieur 81 et supérieur 82 et la cartouche 100 sont maintenus assemblés au moyen d'un étrier 92. Cet étrier 92 a une forme en U. Deux bras parallèles du U sont rotativement fixées au moyen de vis 96 perpendiculaires à l'axe AA' au flasque supérieur 82. Des manchons et rondelles isolantes sont prévus de façon connue pour éviter les contacts électriques entre l'étrier et le flasque 82. Le flasque inférieure 81 est muni sur sa face inférieure d'une empreinte centrale 93. En position assemblée une vis 94 montée dans la partie horizontale du U de l'étrier 92 bloque la rotation de l'étrier 92 autour des vis 96 et exerce une pression au niveau de l'empreinte 93.empéchant le mouvement des flasques 82 et 81 dans la direction axiale. L'isolation WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919

33 électrique du flasque 81 et de l'étrier est obtenue au moyen d'un manchon isolant 95 et de rondelles isolantes. Il est prévu un contre-écrou de blocage 97.
La distance entre le bras horizontal de l'étrier 92 et la face inférieure du flasque 81 est suffisante pour permettre le désengagement de la cartouche 100 des alésages 83 et 85 des flasques 81 et 82 respectivement.
Le fonctionnement est le suivant :
Pour le démontage de la cartouche 100 le contre-écrou 97 est débloqué et la vis 94 dévissée jusqu'à ce que la cartouche 100 puisse être extraite de l'un des flasques 81 ou 82. Dans cette position le flasque 82 est toujours solidaire de l'étrier 92 et le flasque 81 est maintenu, la vis 94 toujours à
l'intérieur de l'empreinte 93. Dans cette position des flasques la cartouche 100 peut être extraite de l'autre flasque par une légère rotation de l'étrier 92 autour de l'axe formé par les vis 96. Cette rotation libère le passage de la cartouche 100. Pour le remontage on procède inversement.
Ce mode d'assemblage est intéressant du point de vue mécanique car il permet d'exercer une pression d'assemblage des flasques 81, 82 et de la cartouche 100 qui est automatiquement axiale. Il n'y a pas de risque de pressions dissymétriques créant une contrainte de déformation latérale. Il est également intéressant car il permet le montage et le démontage de la cartouche 100 au moyen d'une seule vis sans nécessité de maintien des flasques 81, 82, ce qui est particulièrement intéressant lorsqu'on travaille en boîte à gants.
Naturellement d'autres moyens mécaniques de fixation de la cartouche 100 à la structure 80 sont à
la portée de l'homme du métier.

WO 00/64224 CA 02370462 200i-i0-ii PCT/FROO/00919

34 Les étanchéités sont assurées par des joints et par le fait que la cartouche 100 est ajustée dans les alésages 83, 85.
Les adaptations nécessaires de la structure 80 pour la rendre compatible avec les variantes décrites en rapport avec la cartouche 100 relativement aux lieux d'arrivée ou départ d'eau ou de gaz sont à la portée de l'homme du métier et ne seront pas commentées.

Claims (20)

REVENDICATIONS

1. Cartouche (100) génératrice de plasma pour une torche à plasma, ayant, centrés sur un axe AA', une anode (1) annulaire comportant une cavité centrale (10) formée à l'intérieur d'une couronne centrale (123) de l'anode (1), ladite cavité centrale (10) recevant une cathode (3) centrée sur l'axe AA', des moyens (2, 23, 4) pour positionner la cathode (3), l'anode (1) et la cathode (3) ménageant entre elles un espace annulaire pour la production d'un arc, des moyens de distribution d'un gaz plasmagène, le gaz distribué circulant dans l'espace annulaire entre la cathode (3) et l'anode (1), des moyens de refroidissement de l'anode (1), comportant des conduits pour un fluide de refroidissement de l'anode (1), lesdits conduits ayant une entrée et une sortie, des moyens d'assemblage comportant notamment un support (2) de cathode (3), la cartouche étant caractérisée en ce que ledit support (2) de cathode a une partie conductrice pour amener des courants électriques nécessaires au fonctionnement de la torche d'une entrée de courant à la cathode (3), et en ce que les moyens d'assemblage comportent en outre un assembleur (5) interposé
axialement entre l'anode annulaire et le support (2) de cathode (3) pour assembler ladite anode avec ledit support, l'assembleur (5) et l'anode (1) annulaire comportant des parties creuses (24, 122) et des parties saillantes (51, 56) toutes axées parallèlement à l'axe AA', les parties saillantes (51, 56) étant emmanchées serrées dans les parties creuses (24, 122).

2. La cartouche (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins une des parties creuses (24, 122) est constituée par des gorges annulaires (24, 122) et en ce qu'au moins une des parties saillantes (51, 56) est constituées par des couronnes annulaires (51, 56), le diamètre extérieur des couronnes (51, 56) étant supérieur au diamètre extérieur des gorges (24, 122) en sorte qu'au moins une des couronnes annulaires (51, 56) est emmanchées serrées dans au moins une des gorges annulaires (24, 122).

3. La cartouche (100) selon la revendication 2, caractérisée en ce que une partie saillante (51) de l'assembleur (5) est constituée par une couronne annulaire (51) inférieure d'axe AA' ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface inférieure, en ce que une partie creuse (24) du support (2) de cathode (3) est constituée par une gorge annulaire (24) centrée sur l'axe AA', la gorge (24) ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface (27) de fond de gorge (24), et en ce que le diamètre extérieur de la couronne annulaire (51) inférieure de l'assembleur (5) est légèrement supérieur au diamètre extérieur de la gorge annulaire (24) du support (2) de cathode (3) en sorte que la couronne annulaire (51) inférieure de l'assembleur (5) est emmanchée serrée dans la gorge annulaire (24) du support (2) de cathode (3).

4. La cartouche (100) selon la revendication 3, caractérisée en ce que une partie saillante (56) de l'assembleur (5) est constituée par une couronne annulaire (56) supérieure d'axe AA' ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface supérieure, en ce que une partie creuse (122) de l'anode (1) annulaire est constituée par une gorge annulaire (122) centrée sur l'axe AA', la gorge (122) ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface de fond de gorge (124), et en ce que le diamètre extérieur de la couronne annulaire (56) supérieure de l'assembleur (5) est légèrement supérieur au diamètre extérieur de la gorge annulaire (122) de l'anode (1) en sorte que la couronne annulaire (56) supérieure de l'assembleur (5) est emmanchée serrée dans la gorge annulaire (122) de l'anode (1).

5. La cartouche (100) selon la revendication 2, caractérisée en ce que une première partie saillante (51) de l'assembleur (5) est constituée par une couronne annulaire (51) inférieure d'axe AA' ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface inférieure (59), en ce que une partie creuse (24) du support (2) de cathode (3) est constituée par une gorge annulaire (24) centrée sur l'axe AA', la gorge (24) ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface (27) de fond de gorge, et en ce que le diamètre extérieur de la première couronne annulaire (51) de l'assembleur (5) est légèrement supérieur au diamètre extérieur de la gorge annulaire (24) du support (2) de cathode (3) en sorte que la couronne annulaire (51) inférieure de l'assembleur (5) est emmanchée serrée dans la gorge annulaire (24) du support (2) de cathode (3) et en ce que une seconde partie saillante (56) de l'assembleur (5) est constituée par une couronne annulaire (56) supérieure d'axe AA' ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface supérieure (60), en ce que une partie creuse (122) de l'anode (1) annulaire est constituée par une gorge annulaire (122) centrée sur l'axe AA', la gorge ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface de fond de gorge (124), et en ce que le diamètre extérieur de la seconde couronne annulaire (56) de l'assembleur (5) est légèrement supérieur au diamètre extérieur de la gorge annulaire (122) de l'anode (1) en sorte que la couronne annulaire (56) supérieure de l'assembleur (5) est emmanchée serrée dans la gorge annulaire (122) de l'anode (1).

6. La cartouche (100) selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'assembleur (5) comporte une partie centrale creuse (69) joignant les couronnes (51, 56) inférieures et supérieures, cette partie centrale (69) ayant un diamètre intérieur, en ce que la gorge (122) de l'anode (1) recevant la couronne (56) supérieure de l'assembleur (5) est périphérique de la couronne centrale (123) de l'anode (1) formant la cavité centrale (10) de l'anode (1), le diamètre intérieur d'une partie au moins de l'assembleur (5) étant supérieur au diamètre extérieur de la couronne centrale (123) de l'anode (1) en sorte qu'un premier volume annulaire (72) se trouve ménagé entre l'assembleur (5) et la couronne centrale (123) de l'anode (1), ce volume (72) étant en communication avec l'extérieur de la cartouche (100) au travers d'au moins deux conduits (130, 28), un conduit (130) d'amené d'un fluide de refroidissement et un conduit (28) d'évacuation d'un fluide de refroidissement.

7. La cartouche (100) selon la revendication 6, caractérisée en ce que en position assemblé la surface (60) supérieure de la couronne supérieure de l'assembleur (5) n'abute pas le fond de la gorge (124) de l'anode (1), en sorte qu'un second volume annulaire (71) se trouve ménagé entre cette surface supérieure (60) et le fond de gorge (124), l'un (130) des conduits de communication avec l'extérieur débouchant dans ce volume (71).

8. La cartouche (100) selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que en position assemblé la surface (59) inférieure de la couronne inférieure (51) de l'assembleur (5) n'abute pas le fond (27) de la gorge (24) du support (2), en sorte qu'un troisième volume annulaire (73) se trouve ménagé entre cette surface inférieure (59) et le fond (27) de gorge (24), l'un des conduits (28) de communication avec l'extérieur débouchant dans ce volume (73).

9. La cartouche (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte un centreur (4) ayant une cavité axiale centrée sur la cathode (3), une surface inférieure (46), une surface (38, 50) extérieure latérale, une surface (39) latérale intérieure, une surface supérieure (48, 49) au moins une partie (42) supérieure du centreur (4) étant ajustée à
l'intérieur de la cavité centrale (10) de l'anode (1), un ou plusieurs passage(s) (44, 144, 95, 45, 64, 68, 74) mettant en communication la surface (50, 46) extérieure latérale ou inférieure avec la surface supérieure (48, 49) de la partie (42) supérieure du centreur (4).

10. La cartouche (100) selon la revendication 9, caractérisée en ce que des passages (44, 144) sont constitués par des conduits (44, 144) joignant la surface extérieure latérale (50) du centreur (4) soit à une gorge (45) annulaire axiale du centreur (4) formée entre le centreur (4) et la cathode (3) par un décrochement de la surface (39) latérale intérieure du centreur (4), soit à
des lumières (95) formées à la surface supérieure (49) du centreur (4).

11. La cartouche (100) selon la revendication 10, caractérisée en ce que des conduits (44, 144) ont une ligne axiale non contenue dans un plan axial du centreur (4) .

12. La cartouche (100) selon l'une quelconque des revendication 10 et 11, caractérisée en ce que des conduits (44, 144) ont une extrémité débouchant dans une gorge (148) radiale formée sur la surface (50) latérale extérieure du centreur (4).

13. La cartouche (100) selon l'une quelconque des revendication 10 et il, caractérisée en ce que les conduits (44, 144) ont une extrémité débouchant dans une gorge (135) intérieure radiale de la cavité intérieure (10) de l'anode (1).

14. La cartouche (100) selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisée en ce que l'anode (1) est muni de un ou plusieurs conduits (127) passant axialement au travers d'une couronne centrale (123) de l'anode (1) entourant la cavité centrale (10) de l'anode (1) et débouchant face à une extrémité des passages (44, 144) du centreur (4).

15. La cartouche (100) selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisée en ce que le support (2) est muni de un ou plusieurs conduits (75) passant au travers du support (2) et communiquant avec des passages (64,68, 74) du centreur (4).

16. La cartouche (100) selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisée en ce que le support (2) est muni d'un alésage (23) central, cet alésage (23) logeant une partie inférieure de la cathode (3).

17. La cartouche (100) selon la revendication 16, caractérisée en ce que le support (2) est muni d'une couronne (29) centrale formée autour de l'alésage (23) logeant la partie inférieure de la cathode (3), une surface (30) supérieure de cette couronne (29) étant au contact de la surface inférieure (46) du centreur (4).

18. La cartouche (100) selon la revendication 17, caractérisée en ce que le centreur (4) est muni d'un épaulement (41) inférieur ayant une surface (46) inférieure et une surface (47) supérieure, la surface inférieure de cet épaulement constituant la surface (46) inférieure du centreur (4), et la surface (47) supérieure de cet épaulement (41) étant au contact d'une surface (134) inférieure de la couronne centrale (123) de l'anode (1).

19. Torche à plasma, caractérisée en ce qu'elle comporte une structure (80) de raccordement et de maintien d'une cartouche (100) selon l'une des revendications 1 à 18, cette structure logeant ladite cartouche (100) et ayant à cet effet une partie supérieure (82) comportant un alésage (85) de réception de l'anode (1) de la cartouche, un trou (91) axial central dont le diamètre est au moins égal ou supérieur au diamètre de la partie (13) supérieure de la cavité
(10) centrale de l'anode (1), et une partie inférieure (81) comportant un alésage (83) de réception du support (2) de la cartouche, la structure ayant des moyens (89, 90, 92, 96, 97) de fixation à la cartouche (100) et portant des arrivées (86, 87) d'un fluide de refroidissement, de gaz plasmagène, et des moyens (84) d'évacuation du fluide de refroidissement ces moyens venant, au montage de la cartouche (100) dans la structure (80), se positionner face aux conduits (127, 130, 75) correspondants de la cartouche (100).

20. La torche à plasma selon la revendication 19, caractérisée en ce que les moyens de fixation à la cartouche (100) de la structure de fixation et de maintien (80) comporte un étrier (92) rotativement fixé à
la partie supérieure (82) de la structure (80) comportant l'alésage (85) de réception de l'anode (1) de la cartouche, une vis (94) montée dans l'étrier (92) venant en appui sur la partie inférieure (81) de la structure (80) comportant l'alésage (83) de réception du support (2) de la cartouche (100).