Procedimiento de generación de un flujo de plasma.

Procedimiento de generación de un flujo de plasma por medio de un dispositivo generador de un flujo de plasma incluyendo una caja (1) eléctricamente conductora de forma tubular que forma un canal central (2) atravesado por un gas turbulento (3),

un electrodo central (5) dispuesto coaxialmente en dicho canal (2) y una fuente de energía eléctrica (7) destinada a aplicar una tensión eléctrica V entre el electrodo central (5) y la caja (1), incluyendo dicho procedimiento las siguientes etapas:

a) aplicación de la tensión eléctrica V entre el electrodo central (5) y la caja (1) de tal forma que produzca un arco eléctrico (12) entre el electrodo central (5) y una zona (9) de la pared interna de la caja (1) que rodea dicho electrodo (5);

b) mantenimiento de dicha tensión eléctrica V de forma que desarrolle dicho arco eléctrico (12) por medio de gas turbulento (3) hasta una zona de extremidad (13) del canal central (2);

c) medida en continuo de la tensión eléctrica real Vr entre el electrodo central (5) y la caja (1) y corte de la tensión V desde que la tensión Vr es sensiblemente igual a un valor Vcmax correspondiente al momento donde el arco eléctrico (12) alcanza dicha zona de extremidad (13);

d) reanudación de las etapas anteriores a), b), y c).

Procedimiento de generación de un flujo de plasma

Dominio técnico.

El presente invento concierne a un procedimiento de generación de un flujo de plasma que posee una baja temperatura y una potencia relativamente importante.

Estado de la técnica.

En el dominio del tratamiento de superficies, se conoce utilizar un flujo de plasma, principalmente, para soldar superficies o recortar superficies. Dichas aplicaciones de un flujo de plasma han sido principalmente descritas en la patente US 3 515 839. Sin embargo, en este estado de la técnica, el flujo de plasma creado presenta una temperatura muy elevada. Este flujo de plasma no es conveniente por tanto para el tratamiento de superficies sensibles al calor como el plástico por ejemplo. También se conoce utilizar un flujo de plasma para tratar superficies plásticas de forma que aumente su mojabilidad. Dicha aplicación ha sido principalmente descrita en el artículo “Surface Treatment of Plastics by Plasmajet”, publicado en el Journal of Adhesion Society of Japan, Volume 6, No.4, el 2 de agosto de 1968. En este documento, el flujo de plasma es generado aplicando una tensión entre un cátodo formado por una barra de tungsteno y torio y un ánodo que forma el cuerpo de la tobera de plasma. Además, un flujo de gas argón circula en el espacio libre separando el ánodo y el cátodo de manera que desarrolle el arco eléctrico formado entre estos dos electrodos hasta una abertura de salida de la tobera. Sin embargo, en este documento, la temperatura media del chorro de plasma es de alrededor de 5500 °K lo que es todavía demasiado elevado para las aplicaciones de tratamiento de superficies previstas en el presente invento. US 2003/0047540 describe un método de deposición por plasma mediante alimentación pulsada. US3914573, WO9604098, EP0342388 describen unas antorchas para tratamiento de superficies que tienen una tobera alargada.

Divulgación del invento.

El presente invento tiene como objetivo proponer un dispositivo y un procedimiento que permita generar un flujo de plasma cuya temperatura es baja aún teniendo una potencia relativamente importante.

A este efecto, se propone un dispositivo generador de un flujo de plasma que incluye una caja eléctricamente conductora de forma tubular formando un canal central atravesado por un gas turbulento, un electrodo central dispuesto coaxialmente en dicho canal y una fuente de energía eléctrica destinada a aplicar una tensión eléctrica V entre el electrodo y la caja, caracterizado por qué el diámetro medio del canal formado por la caja disminuye progresivamente desde una zona situada sensiblemente a nivel de la extremidad libre del electrodo hasta una zona de extremidad de dicha caja, dicha zona de extremidad está configurada de tal forma que la tensión eléctrica mínima Vcmin (0) a aplicar para desarrollar un arco eléctrico entre dicho electrodo y dicha zona de extremidad sea estrictamente superior a dicha tensión V.

Con esta configuración, el dispositivo permite limitar el desarrollo de un arco eléctrico en el interior de una caja conductora a una zona de extremidad posicionada justo antes de la apertura de la caja destinada a suministrar el flujo de plasma sobre la pieza a tratar. En efecto, la zona de extremidad está configurada de tal forma que desarrolle un arco eléctrico con el electrodo central únicamente a partir de una determinada tensión mínima. Por ello, aplicando una tensión inferior a dicha tensión mínima, el arco eléctrico se desarrolla por el interior del canal central de la caja hasta aproximarse, incluso alcanzar, dicha zona de extremidad, y se retracta bruscamente en dirección del electrodo central. A continuación, retoma su desarrollo por el interior del canal en la dirección de dicha zona de extremidad hasta que se retracta de nuevo. Esta sucesión de desarrollo y de retractación del arco eléctrico genera un flujo de plasma relativamente potente pero cuya temperatura es suficientemente baja para permitir su utilización en numerosas aplicaciones de tratamiento de superficies.

El invento concierne un procedimiento de generación de un flujo de plasma tal y como se define en las reivindicaciones 1 y 2.

Con esta configuración, el procedimiento según el invento permite crear una sucesión de fases de desarrollo y de fases de retractación de un arco eléctrico por el interior del canal central de una tobera de plasma convencional de manera que genere al final un flujo de plasma que posee a una baja temperatura y una potencia relativamente importante.

Breve descripción de los dibujos.

Se comprenderán mejor otras ventajas y características del presente invento con la lectura de un modo particular de realización del invento haciendo referencia a los dibujos en los que:

-la Figura 1 representa una vista esquemática, lateral y en sección de un dispositivo generador de un flujo de plasma;

-la Figura 2a representa una vista esquemática, lateral y en sección de una primera variante de una zona de extremidad utilizable en el dispositivo representado en la Figura 1;

-la Figura 2b representa una vista frontal de la zona de extremidad representada en la Figura 2a;

-la Figura 3a representa una vista esquemática, lateral y en sección de una segunda variante de una zona de extremidad utilizable en el dispositivo representado en la Figura 1;

-la Figura 3b representa una vista en planta de la zona de extremidad representada en la Figura 3a;

-la Figura 3c representa una vista en planta de la zona de extremidad representada en la Figura 3a, en su posición de utilización;

-la Figura 4 representa una vista esquemática, lateral y en sección de una tercera variante de una zona de extremidad utilizable en el dispositivo representado en la Figura 1;

Descripción detallada de un modo de ejecución del invento.

El dispositivo 10, representado en la Figura 1, tiene una caja 1 conductora eléctricamente de forma tubular, conectada a tierra, incluyendo una cavidad interna que une sus dos extremidades, dicha cavidad constituye un canal central 2 alargado por el interior del cual circula un gas turbulento 3. El gas 3, por ejemplo aire, es introducido en el canal central 2 a partir de una abertura 4 practicada en la pared lateral de la caja 1. El gas 3 es llevado a arremolinarse por medio de un dispositivo de torbellino (no representado) de manera que el gas 3 pase por el interior del canal 2 formando un vórtice sensiblemente helicoidal alrededor del eje longitudinal del canal 2, que se confunde con el eje longitudinal de la caja 1. En una de las extremidades de la caja 1 está montado un soporte aislante 6 sobre el que está fijado un electrodo central 5 con forma de varilla, que penetra coaxialmente en el canal central 2. Una fuente de alta tensión eléctrica 7, que puede suministrar según el caso una tensión continua, una tensión alterna o una tensión pulsada, está conectada al electrodo 5 y a la tierra. Además, un dispositivo 8 de medida y de regulación de la corriente y de la tensión eléctrica conectado entre la fuente de tensión 7 y el electrodo 5 permite controlar la tensión real aplicada entre el electrodo 5 y la caja 1. Por ello, en la configuración representada, la caja 1, formada por un metal y conectada a la misma tierra, sirve de contra-electrodo de manera que pueda ser provocada una descarga eléctrica entre el electrodo 5 y la caja 1. Esta descarga eléctrica se produce inicialmente en una zona de ignición 9, que se sitúa en el espacio libre que rodea el electrodo 5 y está delimitada por la pared interna de la caja 1. La zona de ignición 9 se posicionará generalmente en la proximidad de la extremidad libre del electrodo 5 y aguas debajo de la abertura 4 de manera que permita al gas 5 desplazar a lo largo del eje de la caja 1 los microarcos eléctricos 11 formados en cada descarga. Por ello, los micro-arcos 11 se alargan con el tiempo en toda la longitud del canal 2 y, con motivo de una estabilización mediante torbellino del flujo de gas en la dirección del eje de la caja 1, forman un arco cableado 12 casi estable que alcanza el electrodo 5 en una zona de extremidad 13 de la caja 1. Esta zona de extremidad 13 puede parecerse por ejemplo a un canal de extremidad orientado según el eje longitudinal de la caja 1, desembocando dicho canal de extremidad en una extremidad abierta por la que sale el flujo de plasma. Puede igualmente poseer una forma más compleja como veremos más ampliamente a continuación haciendo referencia a las Figuras 2 a 4. Una vez el arco 12 formado, los micro-arcos 11 se forman entre este arco 12 y las paredes internas de la caja 1.

La estructura de base del dispositivo 10 tal y como ha sido descrita anteriormente no permite sin embargo la generación... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de generación de un flujo de plasma por medio de un dispositivo generador de un flujo de

plasma incluyendo una caja (1) eléctricamente conductora de forma tubular que forma un canal central (2)

atravesado por un gas turbulento (3) , un electrodo central (5) dispuesto coaxialmente en dicho canal (2) y una

5 fuente de energía eléctrica (7) destinada a aplicar una tensión eléctrica V entre el electrodo central (5) y la caja

(1) , incluyendo dicho procedimiento las siguientes etapas:

a) aplicación de la tensión eléctrica V entre el electrodo central (5) y la caja (1) de tal forma que produzca un

arco eléctrico (12) entre el electrodo central (5) y una zona (9) de la pared interna de la caja (1) que rodea

dicho electrodo (5) ;

10 b) mantenimiento de dicha tensión eléctrica V de forma que desarrolle dicho arco eléctrico (12) por medio de

gas turbulento (3) hasta una zona de extremidad (13) del canal central (2) ;

c) medida en continuo de la tensión eléctrica real Vr entre el electrodo central (5) y la caja (1) y corte de la

tensión V desde que la tensión Vr es sensiblemente igual a un valor Vcmax correspondiente al momento

donde el arco eléctrico (12) alcanza dicha zona de extremidad (13) ;

15 d) reanudación de las etapas anteriores a) , b) , y c) .

2. procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por qué, en la etapa c) , el corte se efectúa por medio de

un medio de interrupción de la fuente de energía eléctrica (7) .