La soutenance de thèse de Sébastien CHABERT, intitulée « Etude d’une torche de découpe par plasma d’air – Expérimentations de qualité de coupe et d’usure, étude numérique », aura lieu le mardi 23 avril à 9h30, salle de conférence du 3R4 (FERMI).
Les travaux de thèse ont été réalisés sous la direction de Jean-Jacques GONZALEZ et Pierre FRETON au sein du groupe de recherche AEPPT.
Jury de thèse :
- Mme Marie-Pierre PLANCHE – Université de Technologie Belfort-Montbéliard – Rapporteur
- M Jean-Marc BAUCHIRE – Université d’Orléans – Rapporteur
- M Vandad-Julien ROHANI – Mines Paris Sophia Antipolis – Examinateur
- M Yann CRESSAULT – Université Paul Sabatier – Examinateur
- M Jean-Jacques GONZALEZ – Université Paul Sabatier – Directeur de thèse
- M Pierre FRETON – Université Paul Sabatier – Directeur de thèse
Résumé :
Ces travaux s’intéressent à une solution de découpe par plasma d’air comprimé, en particulier à la torche. En vue de permettre à la société Gys de concevoir une nouvelle torche, nous avons caractérisé le système pour comprendre le rôle et le dimensionnement de chaque circuit pneumatique : air plasmagène, air de protection et air rétroinjecté. Ceux-ci sont à la base du refroidissement, de l’amorçage et de la découpe.
Par ailleurs, deux aspects du procédé de découpe ont été étudiés expérimentalement : la qualité et de coupe et l’endurance des électrodes.
Nous avons porté un intérêt particulier à l’asymétrie droite/gauche des saignées via de nombreux essais paramétriques analysés à l’aide d’une méthode Taguchi sans toutefois pouvoir déterminer son origine. Nous proposons aussi un réglage d’air de protection pour affiner la qualité.
Quant à l’endurance des électrodes nous avons exploré les mécanismes d’usure et le lien entre durée de vie des électrodes et formes des cratères qui s’y creusent au cours du fonctionnement. Nous en tirons des explications aux mécanismes de destruction.
L’étude expérimentale de ces trois axes (caractérisation & conception, qualité de coupe et endurance) est complétée par une étude numérique à l’aide d’un modèle physique 2D axisymétrique. Le modèle a servi à conduire des études paramétriques qui ont précisé les phénomènes dans la torche.
Enfin, nous proposons trois critères de base, basés sur les performances avérées du système réel, la bibliographie et les résultats du modèle et calculables numériquement pour un dimensionnement de torche.
Abstract :
This research focuses on a compressed air plasma cutting solution, particularly on the torch. In order to enable the company Gys to design a new torch, we characterized the system to understand the role and sizing of each pneumatic circuit: plasma air, shielding gas, and backflow air. These are fundamental to cooling, ignition, and cutting.
Furthermore, two aspects of the cutting process were experimentally studied: the quality of the cut and the endurance of the electrodes. We paid particular attention to the right/left asymmetry of the cuts through numerous parametric tests analyzed using a Taguchi method, although we were unable to determine its origin. We also propose a shielding gas adjustment to refine quality.
Regarding electrode endurance, we explored wear mechanisms and the link between electrode lifespan and the shapes of the craters that form during operation. We provide explanations for the destruction mechanisms.
The experimental study of these three axes (characterization & design, cut quality, and endurance) is complemented by a numerical study using a 2D axisymmetric physical model. The model was used to conduct parametric studies that clarified phenomena in the torch.
Finally, we propose three basic criteria, based on the proven performance of the real system, the literature, and the model results, which can be numerically calculated for torch sizing.
