專利名稱：帶有暴露式排放通道的噴嘴的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及等離子弧切割焊炬及其操作方法的領域。更具體而言，本發(fā)明涉 及改進后的噴嘴及其相關的操作方法。
背景技術：
在強電流氧氣焊炬中，與低電流加工過程相比，電極壽命和噴嘴壽命可能非常短。 由于過大的熱負荷被施加至噴嘴頭，從而會縮短在強電流焊炬中的噴嘴壽命。降低在噴嘴 上的熱負荷和增大噴嘴壽命的方法之一是從噴嘴孔前方排放一部分等離子氣體。例如，參 照提交于 1992 年 1 月 14 日的題為"Nozzle and Method of Operation for a Plasma Arc Torch (用于等離子弧焊炬的噴嘴及其操作方法)”的美國專利第5317126號，該申請以引用 方式完整地包含于此。進一步排放有助于通過收聚電弧和冷卻噴嘴來限制電弧。排放等離 子過程可獲得更高程度受限的電弧，這種更高程度受限的電弧可在延長噴嘴壽命的同時提 高切割性能。在噴嘴出口孔處對噴嘴壁進行冷卻會產生冷卻氣體的薄邊界層，這種邊界層 可保護噴嘴和收聚電弧(例如，通過來自電弧邊界的這種能量消耗來使電弧收縮)冷卻同 樣也能幫助控制雙重弧焊和挖鑿噴嘴孔(例如，當電弧與壁面接觸時)。電極壽命可通過增加鉿輻射體的冷卻來延長，例如，使用海別得(Hypertherm)公 司的冷卻芯設計。例如，參照提交于1998年7月20日的題為“Electrode for a Plasma Arc Torch Having an Improved InsertConfiguration(用于等離子弧輝炬的具有改進后 的插入結構的電極)”的美國專利第6130399號，該申請以引用方式完整地包含于此。然而， 電極壽命可能依然很短，尤其是當?shù)入x子氣體渦流注入位置遠離電極表面的上游(例如， 由于很大的等離子增壓室引起的)時更是如此。當渦流注入位置移動到靠近電極表面時， 可延長電極壽命。等離子弧焊炬可具有接近于電極表面的渦流注入位置(例如，導致增壓 室縮減)。舉例而言，HT4400 400A 02等離子過程具有包括“更近的”渦流注入位置的渦流 環(huán)設計。使渦流注入位置更接近電極表面可增加在強電流焊炬中的電極壽命，這是由于其 在焊炬的操作過程中減少了輻射體損耗量。長的渦流環(huán)可用于實現(xiàn)渦流注入位置與電極表 面接近，從而延長電極壽命。

發(fā)明內容
利用現(xiàn)有技術的排放式噴嘴(例如，比如說在美國專利第5317126號中的噴嘴) 可通過噴嘴的襯墊來限制用于渦流環(huán)的可利用空間。雖然現(xiàn)有技術的排放式噴嘴延長了噴 嘴壽命，但現(xiàn)有技術的排放式噴嘴會引起渦流環(huán)注入位置設置成遠離電極表面(例如，渦 流環(huán)注入位置與電極表面之間的長距離)，從而導致電極壽命變差。將渦流環(huán)注入位置構成為接近于電極表面且同時用排放后的氣體冷卻噴嘴可增 加噴嘴壽命和電極壽命。在一些方面，本發(fā)明可構成噴嘴外殼/主體，該噴嘴外殼/主體的 尺寸做成可收納噴嘴襯墊和至少一部分渦流環(huán)。噴嘴可構成允許渦流環(huán)被深深地插入噴 嘴，能在適應排放式噴嘴使用的同時使渦流環(huán)注入位置接近于電極。等離子氣體可朝電極的端面注入，減少焊炬操作過程中輻射體損耗量(例如，引起氣流的渦流控制的改進從而 在電極操作過程中減少熔融鉿輻射/噴射)。排放式噴嘴可包括形成于噴嘴中的等離子氣 體排放通道。在一些方面，本發(fā)明可構成排放式噴嘴，其中排放通道距孔的距離可被定位得 足夠遠，以避免熔融金屬引入排放通道，從而引起焊炬損傷。細長且漸縮的(例如，尖的) 消耗品可使消耗品在斜面上很有用。在一方面，本發(fā)明的特征在于，一種用于等離子焊炬的噴嘴可包括主體，該主體具 有內表面、外表面、近端以及在遠端上的出口孔。噴嘴可包括被主體的內表面圍繞的襯墊， 該襯墊包括近端；以及出口孔，該出口孔在與主體的出口孔相鄰的遠端上。噴嘴還可包括 形成于主體中的至少一個排放通道。該至少一個排放通道可包括入口，該入口形成于主體 的內表面中；以及出口，該出口形成于主體的外表面中。該至少一個排放通道可設置在主體 的近端和襯墊的近端之間。在另一方面，本發(fā)明的特征在于，一種用于等離子焊炬的噴嘴可包括主體，該主體 具有內表面、外表面和由主體的內表面限定的空間。噴嘴可包括襯墊，該襯墊完全設置在空 間的第一部分內并且與主體的內表面相鄰。噴嘴還包括至少一個等離子氣體排放孔，該等 離子氣體排放孔從主體的內表面延伸至主體的外表面。該至少一個等離子氣體排放孔可直 接暴露于空間的第二部分。在還一方面，本發(fā)明的特征在于，一種用于等離子焊炬的噴嘴。該噴嘴可包括主 體，該主體具有近端、遠端和設置在遠端上的出口孔。噴嘴還可包括襯墊，該襯墊具有近端、 遠端和設置在襯墊的遠端上且與主體的出口孔相鄰的出口孔。噴嘴還可包括等離子氣體排 放管道，該等離子氣體排放管道可至少部分地由主體的一部分和襯墊限定。至少一個等離 子氣體排放孔可形成于主體中。噴嘴還可包括腔體，該腔體具有第一端，該第一端與主體 的近端對應；以及第二端，該第二端與襯墊的結構對應。腔體的第一端到腔體的第二端的長 度可為主體的近端到主體的出口孔的進口的長度的至少1/3。另一方面，本發(fā)明的特征在于，一種用于等離子弧焊炬的渦流環(huán)，該等離子弧焊炬 包括等離子室，該等離子室由噴嘴和電極限定。渦流環(huán)可包括主體，該主體具有近端、遠端、 外表面以及內表面。渦流環(huán)可包括內部氣體室，該內部氣體室形成在主體內，并且至少部分 地由主體的內表面限定。近端進氣口可將氣體供給至內部氣體室，至少一個遠端出氣口可 將氣體從內部氣體室供給至等離子室并且在等離子室中產生充分渦旋的氣流。在還一方面，本發(fā)明的特征在于，一種用于等離子焊炬的渦流環(huán)，構成為與排放式 噴嘴的一部分配合。渦流環(huán)可包括主體，其中，主體的內表面限定至少一部分內部氣體室。 渦流環(huán)還可包括至少一個出氣口，該出氣口與內部氣體室流體連通。該至少一個出氣口可 在焊炬的操作過程中通過至少一個出氣口供給渦旋的等離子氣體。該渦流環(huán)還可包括主體 的外表面，該主體的外表面限定在焊炬的操作過程中用于排放后的等離子氣體的排放通道 的一部分。在還一方面，本發(fā)明的特征在于，一種等離子弧焊炬可包括電極，該電極具有遠端 面、近端面和外表面。該焊炬可包括噴嘴，該噴嘴具有外部部件；內部部件，該內部部件設 置在外部部件內；以及至少一個等離子氣體排放通道，該等離子氣體排放通道形成于外部 部件中。焊炬還可包括等離子室，該等離子室至少部分地由電極的遠端面和噴嘴限定。焊炬 的渦流環(huán)可具有外表面、內表面和至少一個在遠端上且與等離子室流體連通的渦流孔。內部氣體室可至少部分地由渦流環(huán)的內表面和電極的外表面限定。焊炬還可包括排放管道， 該排放管道將等離子氣體引入噴嘴的至少一個等離子氣體排放通道。排放管道的第一部分 可至少部分地由噴嘴的外部組件的內表面相對于渦流環(huán)的外表面來限定。排放管道的第二 部分可至少部分地由噴嘴的外部組件的內表面和噴嘴的內部組件的外表面來限定。
在還一方面，本發(fā)明的特征在于，一種在等離子弧焊炬的渦流環(huán)內形成氣體室的 方法。該方法可包括提供電極，該電極具有帶外表面的主體；以及將該電極插入渦流環(huán)的 主體內，渦流環(huán)主體限定內表面，從而在渦流環(huán)內形成氣體室，該氣體室至少部分地由渦流 環(huán)的內表面和電極的外表面限定。在其它例子中，如上所述的任何一方面，或在此所示的任何設備或方法可包括一 個或多個下述特征。在一些實施例中，噴嘴包括至少部分地由主體的內表面和至少部分地由噴嘴的襯 墊限定的腔體。該腔體可從主體的近端延伸至襯墊的結構。在一些實施例中，該結構是從 襯墊的內表面突出的肩部。在一些實施例中，該腔體與形成于主體中的至少一個排放通道 的入口相鄰。該腔體的尺寸做成可收納用于等離子弧焊炬的渦流環(huán)的至少一部分。噴嘴還可包括氣體排放管道，該氣體排放管道將排放氣體引導到至少一個排放通 道。在一些實施例中，噴嘴的襯墊相對于噴嘴的主體限定氣體排放管道的第一部分，渦流環(huán) 相對于噴嘴的主體限定氣體排放管道的第二部分。在一些實施例中，該至少一個排放通道 是排放孔。噴嘴的該腔體可具有第一端，該第一端與主體的近端對應；以及第二端，該第二 端與襯墊的結構對應，其中，腔體的第二端更靠近主體的出口孔而不是主體的近端。在一些 實施例中，襯墊的結構可以是從襯墊的內表面突出的肩部。該腔體的尺寸做成可收納用于 等離子弧焊炬的渦流環(huán)的至少一部分。在一些實施例中，至少一個等離子腔體排放孔設置在噴嘴的主體的近端與噴嘴的 襯墊的近端之間。渦流環(huán)可具有帶內表面的主體，該內表面具有環(huán)狀形狀。渦流環(huán)可具有主體，該主 體的尺寸做成可收納具有外表面的電極。主體的內表面的突出部分的尺寸做成可收納電 極。電極的外表面可與主體的內表面一起(至少部分地)形成內部氣體室的一部分。主體 的外表面可至少部分地形成排放等離子氣體管道的一部分。渦流環(huán)可具有近端進氣口，該 近端進氣口從主體的外表面延伸至內部氣體室。在一些實施例中，渦流環(huán)的主體可包括肩部，該肩部的尺寸做成可配合等離子弧 焊炬的相鄰消耗品(例如，在此所述的噴嘴)。該渦流環(huán)的主體還可包括直徑縮減部分，該 直徑縮減部分至少部分地限定在焊炬的操作過程中用于排放后的等離子氣體的排放管道 的一部分。在一些實施例中，渦流環(huán)的外表面與形成于用于等離子弧焊炬的噴嘴中的至少 一個排放通道相鄰。排放通道可將等離子氣體從等離子電弧中排出。在一些實施例中，渦 流環(huán)的內部氣體室中的等離子氣體和排放通道中的排放后的等離子氣體在焊炬的操作過 程中沿基本相反的方向流動。在一些實施例中，用于等離子弧焊炬的渦流環(huán)可包括近端進 氣口和遠端出氣口，該近端進氣口將氣體供給至渦流環(huán)的內部氣體室，該遠端出氣口產生 渦旋氣體。在一些實施例中，電極的兩個密封位置中的第一密封位置在兩個密封位置中的第二密封位置的近端側。第一密封位置可提供流體密封，而第二密封位置可將電極密封至相 鄰的渦流環(huán)。密封位置中的至少一個可包括0形環(huán)或其尺寸做成可收納0形環(huán)。在一些實施例中，電極的近端外部密封位置或遠端外部密封位置包括0形環(huán)或其 尺寸做成可收納0形環(huán)。電極和渦流環(huán)可一起限定內部氣體室。電極的遠端外部密封位置 可設置在內部氣體室與電極的端面之間。焊炬可包括噴嘴，該噴嘴具有近端和在遠端上的孔。渦流環(huán)的遠端可設置成更靠 近噴嘴的遠端而不是噴嘴的近端。渦流環(huán)的第一內部密封表面和第二內部密封表面可設置 在渦流環(huán)與電極的外表面之間。第一內部密封表面和第二內部密封表面可至少部分地限定 內部氣體室。在一些實施例中，等離子弧焊炬的噴嘴的至少一個等離子氣體排放通道與排 放管道相鄰。至少一個渦流孔可將渦旋的氣體朝向電極的遠端面引導。本發(fā)明的其余方面和優(yōu)點將在下述附圖和描述中顯而易見，其均僅以示例的方式 來說明本發(fā)明的原理。


結合附圖參照以下說明書，以便更好地理解本發(fā)明的上述優(yōu)點和其他優(yōu)點。這些 圖不一定按比例繪制，而重點通常放在示出本發(fā)明的原理上。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一說明性實施例的等離子弧焊炬的消耗品的層疊結構。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一說明性實施例的等離子氣體流動路徑。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一說明性實施例的等離子弧焊炬的排放式噴嘴。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明另一說明性實施例的等離子弧焊炬的排放式噴嘴。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一說明性實施例的等離子弧焊炬的渦流環(huán)。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一說明性實施例的等離子弧焊炬的電極。圖7示出了用于等離子弧焊炬的消耗品壽命的測試結果。
具體實施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一說明性實施例的等離子弧焊炬的消耗品的層疊結構。等 離子弧焊炬可包括噴嘴100、渦流環(huán)105和電極110。噴嘴100包括主體115 ；襯墊120， 該襯墊120設置在主體115內；以及至少一個排放通道125 (例如，等離子氣體排放通道)， 該排放通道125形成于主體115中。噴嘴100的尺寸做成可收納渦流環(huán)105，該渦流環(huán)105 的尺寸做成可收納電極110。焊炬可具有增壓室130，該增壓室至少部分地由渦流環(huán)105、電 極110和噴嘴100限定。噴嘴100可構造成與渦流環(huán)105匹配，從而使渦流環(huán)105的氣體 口 135 (例如，渦流注入位置)可接近于電極表面140。這種構造允許使用排放式噴嘴來增 加噴嘴壽命，也允許同時具有接近于電極表面140(例如，導致增壓室130縮減)的渦流孔 (例如，氣體口 135、渦流注入位置)來增加電極壽命。在一些實施例中，等離子弧焊炬包括噴嘴100，該噴嘴100具有外部部件(例如， 主體115)；內部部件(例如，襯墊120)，該內部部件設置在外部部件內；以及至少一個等離 子氣體排放通道125，該等離子氣體排放通道125形成于外部部件中。焊炬可包括電極110， 該電極110具有遠端面140、近端145以及外表面150。焊炬可包括等離子室(例如，增壓室 130)，該等離子室至少部分地由電極的遠端面140和噴嘴100限定。在一些實施例中，焊炬包括渦流環(huán)105，該渦流環(huán)105具有外表面155 ；內表面160 ；以及至少一個渦流孔(例如，氣 體口 135)，該渦流孔在遠端170上且與等離子室流體連通。至少一個渦流孔可將渦旋的氣 體朝向電極的遠端面140引導。渦流環(huán)的內表面160和電極的外表面150可至少部分地限 定內氣體室175。焊炬還可包括排放管道180A、180B，該排放管道180A、180B將等離子氣體 引入噴嘴100的至少一個等離子氣體排放通道125。噴嘴100的等離子氣體通道125可設 置成與排放管道180A、180B相鄰。排放管道的第一部分180B可至少部分地由噴嘴100的 外部部件的內表面185相對于渦流環(huán)的外表面155限定。排放管道的第二部分180A可至 少部分地由噴嘴100的外部部件的內表面185和噴嘴100的內部部件的外表面190限定。 在一些實施例中，噴嘴100長且漸縮(例如，長且“尖”的排放式噴嘴)，這種噴嘴 可在斜面應用中非常有利。長且漸縮的噴嘴構造還是可取的，從而形成于噴嘴主體115的 至少一個排放通道125 (例如，等離子氣體排放通道)與較短的噴嘴設計相比，能設置成進 一步遠離孔195。在較短的噴嘴構造中，排放通道可更接近于孔，一旦遇到災難性故障，熔融 銅就可能進入排放通道和焊炬排放線，引起焊炬故障(例如，電極脫開)。噴嘴100的主體 115可具有近端200和在遠端205上的出口孔195。襯墊120可包括近端210和在與主體 115的出口孔195相鄰的遠端220上的出口孔215。噴嘴中的至少一個排放通道125可具 有入口 225，該入口 225形成于主體的內表面185中；以及出口 230，該出口 230形成于主 體的外表面270中。至少一個排放通道125可設置在主體的近端200和襯墊的近端210之 間。在一些實施例，排放通道125是排放孔。渦流環(huán)105可包括主體，該主體的內表面160可限定內部氣體室175。在一些實施 例中，渦流環(huán)的內表面160可以是環(huán)形的，而內表面160可具有突出部分160’，該突出部分 160’的尺寸做成可收納電極110。電極110的外表面150可與渦流環(huán)的主體的內表面160 一起(至少部分地)形成內部氣體室175的一部分。在一些實施例中，在等離子弧焊炬的渦流環(huán)105內限定氣體室175的方法包括提 供具有帶外表面150的主體的電極110，以及將該電極110插入渦流環(huán)105的主體，渦流環(huán) 主體形成內表面160，因而在渦流環(huán)105內形成氣體室175，該氣體室175至少部分地由渦 流環(huán)105的內表面160和電極110的外表面150限定。渦流環(huán)105還可包括近端進氣口 235，該近端進氣口 235將氣體供給到內部氣體 室175。近端進氣口 235可從渦流105的主體的外表面155延伸到內部氣體室175。渦流 環(huán)105還包括至少一個遠端出氣口 135 (例如，渦流注入口、渦流孔等)，該遠端出氣口與內 部氣體室175流體連通，將氣體從內部氣體室175提供到等離子室(例如，增壓室130)，且 在等離子室中產生充分渦旋的氣流。在一些實施例中，渦流環(huán)的遠端170更靠近噴嘴的遠 端205而不是噴嘴的近端200。在一些實施例中，第一內密封表面240A和第二內密封表面 240B設置在渦流環(huán)105和電極的外表面150之間。第一內密封位置240A和第二內密封位置240B可至少部分地限定內部氣體室175。 第一內密封位置240A或第二內密封位置240B可設置在電極110主體與渦流環(huán)105內徑之 間，以避免等離子氣體在渦流環(huán)內徑與電極主體之間泄漏。在一些實施例中，渦流環(huán)105可 包括肩部部分241和直徑縮減部分242。肩部241的尺寸做成可配合等離子弧焊炬的相鄰 消耗品(例如，噴嘴100)。渦流環(huán)105的直徑縮減部分242可至少部分地限定排放管道的 一部分180B，用于在焊炬操作過程中排放等離子氣體。
在一些實施例中，排放管道180A、180B是將排放氣體引導到噴嘴中的至少一個排 放通道125的氣體排放管道。在一些實施例中，噴嘴的襯墊120可相對于噴嘴的主體115 限定氣體排放管道的第一部分180A，渦流環(huán)105可相對于噴嘴的主體115限定氣體排放管 道的第二部分180B。渦流環(huán)的主體的外表面155可至少部分地形成等離子氣體排放管道的 一部分180B。渦流環(huán)的外表面155可與形成于噴嘴100中的至少一個排放通道125相鄰。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一說明性實施例的等離子氣體流動路徑。等離子氣體從 焊炬通過渦流環(huán)105的至少一個近端進氣口 235 (例如，計量或分配孔)流入內部氣體室 175。等離子氣體被引導到至少一個遠端出氣口 135(例如，渦流注入位置、渦流孔、軸向渦 流注入孔等)，該遠端出氣口 135將氣體從內部氣體室175供給至等離子室(例如，增壓室 130)。這至少一個遠端出氣口 135可位于電極表面140附近，這可通過防止熔融鉿在焊炬 操作過程中被噴射以減少來自電極110的輻射體損耗，從而增加電極壽命。遠端出氣口 135 可在等離子室中產生充分渦旋的氣流。等離子氣體的一部分可被排放，引導通過排放管道 180A、180B，冷卻噴嘴100，并引導到噴嘴100中的至少一個排放氣體通道125。如圖2的流 動線181所示，渦流環(huán)的外表面(例如，渦流環(huán)的主體的外表面155)可對排放后的等離子 氣體進行導向(例如，經由排放等離子氣體管道180B)。排放流可被排放管道180A或襯墊120與噴嘴的主體115之間的區(qū)域最先引導。排 放流可被引導至渦流環(huán)105的外徑與噴嘴主體115的內徑之間。在一些實施例中，排放后的 氣體可被引導通過排放管道180A、180B，通過在襯墊120與噴嘴主體115 (例如，噴嘴外殼) 之間的多個槽245。排放后的等離子氣體可退出槽，且穿過在渦流環(huán)105的外徑與噴嘴主體 115 (例如，殼體)的內徑之間的環(huán)狀間隙250 (例如，限定排放管道的一部分180B)。接著， 排放后的氣體可穿過至少一個氣體排放通道125 (例如，計量孔、排放孔等)到達焊炬排放 氣體管路，并排出到環(huán)境氛圍。渦流環(huán)105可構成為與排放噴嘴100的一部分匹配。渦流環(huán)105在焊炬的操作過 程中可同時具有等離子氣體和排放后的等離子氣體，上述等離子氣體沿渦流環(huán)主體的內表 面160流動，而上述排放后的等離子氣體沿渦流環(huán)主體的外表面155流動。渦流環(huán)105具 有主體，且該主體的內表面160可限定與至少一個渦流孔(例如，在圖1、圖2中的遠端氣體 口 135)流體連通的內部氣體室175的一部分，其中，上述渦流孔在焊炬操作過程中提供渦 旋的等離子氣體。渦流環(huán)105的主體的外表面155可限定在焊炬操作過程中用于排放后的 等離子氣體的排放管道的一部分180B。如圖1所示，主體115和噴嘴的襯墊120可限定排 放管道的另一部分180A。排放管道180A、180B將等離子氣體從等離子電弧排出。在焊炬操 作過程中，在內部氣體室175中的等離子氣體和在排放管道180A、180B中的排放后的等離 子氣體可在基本相反的方向上流動。等離子弧焊炬內的渦流環(huán)的設計和定位可涉及復雜的技術，且會影響焊炬操作特 征。渦流環(huán)的設計和定位也會影響消耗品部件(例如，噴嘴、電極等)的預期壽命。如在此 (例如，圖1 圖4)所述的渦流環(huán)的定位會引起氣體渦流控制的改進、消耗品壽命的延長 (例如，比如說通過降低輻射體損耗來延長電極壽命)。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一說明性實施例的等離子弧焊炬的排放式噴嘴。噴嘴包 括主體115 ；襯墊120，該襯墊120設于主體115 ；排放通道125，該排放通道125形成于 主體中；以及等離子氣體排放管道180A。噴嘴還可包括腔體255，該腔體225的尺寸做成
10可收納至少一部分用于等離子弧焊炬的渦流環(huán)(例如，如圖1和圖2所示的渦流環(huán)105)。 與主體的長度265相比，通過減少襯墊的長度260，從而可使形成于主體115中的排放通道 125(例如，排放計量孔)暴露(例如，沒有被襯墊120覆蓋)。與襯墊覆蓋或延伸超過排放 通道的設計相比，這種構造允許渦流環(huán)105更長地延伸至噴嘴100內。通過允許渦流環(huán)105 更長地延伸至噴嘴100內，排放噴嘴可用于增強噴嘴壽命，同時允許渦流注入位置(例如， 如圖1和圖2所示的遠端氣體口 135)設置成靠近電極表面(例如，導致增壓室縮減)來增 加電極壽命。噴嘴主體115可包括內表面185 ；外表面270 ；近端200 ；以及在遠端205上的出 口孔195。噴嘴100還可包括被主體的內表面185環(huán)繞的襯墊120。襯墊120可包括近端 210和在襯墊的遠端220的出口孔275。襯墊的出口孔275可與主體的出口孔195相鄰。在一些實施例中，至少一個形成于主體115中的排放通道125可具有入口 225， 該入口 225形成于主體的內表面185中；以及出口 230，該出口 230形成于主體的外表面270 中。排放通道125可形成于噴嘴115的主體中，但設于主體的近端200與襯墊的近端210 之間限定的區(qū)域。噴嘴100可包括等離子氣體排放管道180A，該等離子氣體排放管道180A 可至少部分地由一部分主體115和襯墊120限定。等離子氣體排放管道180A可與至少一 個形成于噴嘴的主體115中的排放通道125流體連通和/或相鄰。在一些實施例，排放通 道125是排放孔。腔體255可至少部分地由主體的內表面185限定，并且至少部分地由噴嘴的襯墊 120的一部分限定。在一些實施例中，襯墊120包括結構277(例如，襯墊120的主體的任 意部分，從襯墊的內表面278突出的結構，舉例來說，形成于襯墊120的輪廓、肩部、凸緣、錐 形表面或臺階)，從而允許襯墊120與渦流環(huán)的至少一部分(例如，如圖1和圖2所示的渦 流環(huán)105)配合。內表面278可形成渦流環(huán)的縱向對準，從而固定其距噴嘴出口孔195的距 離。腔體255可從主體的近端200延伸至襯墊120的結構277 (例如，突出結構)。在一些 實施例中，腔體255與形成于主體115中的至少一個排放通道125的入口 225相鄰。腔體 255還可具有第一端280，該第一端280與主體的近端200對應；以及第二端285，該第二 端285與襯墊的結構277對應。腔體的長度290 (例如，從腔體的第一端280到腔體的第二 端285的距離)可為主體的長度265 (例如，從主體的近端200到主體的出口孔195的進口 279的距離)的至少1/3。在一些實施例中，腔體的第二端285更靠近主體的出口孔195而 不是主體的近端200。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明另一說明性實施例的等離子弧焊炬的排放式噴嘴100’。噴 嘴100包括主體115 ；襯墊120，該襯墊120設于主體115中；排放通道125，該排放通道 125形成于主體115中；以及等離子氣體排放管道180A。噴嘴100’還可包括空間295 (例 如，包括空間的第一部分295A和空間的第二部分295B)，該空間295由主體115限定，空間 295的尺寸做成可收納襯墊120和至少一部分用于等離子弧焊炬的渦流環(huán)(例如，圖1和圖 2所示的渦流環(huán)105)。噴嘴主體115可包括內表面185和外表面270，在其中，空間295由主體115的內 表面185限定。襯墊120可完全設置在空間的第一部分295A內，并且與主體的內表面185 相鄰。噴嘴100’還可包括至少一個等離子氣體排放孔(例如，等離子氣體排放通道125)， 該等離子氣體排放孔從主體的內表面185延伸至主體的外表面270，在其中，至少一個等離子氣體排放孔直接暴露于空間的第二部分295B。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一說明性實施例的等離子弧焊炬的渦流環(huán)105。渦流環(huán)可 限定等離子室，該等離子室由噴嘴(例如，如上述圖1和圖2所示的噴嘴100)和電極(例 如，如圖1和圖2所示的電極110)來限定。渦流環(huán)105可包括主體300，該主體300具有 近端305、遠端310、外表面155以及內表面160。渦流環(huán)還可包括內部氣體室(未完全示 出)，該內部氣體室形成在主體300內，并且至少部分地由主體的內表面160限定。近端進 氣口 235可將氣體供給至內部氣體室。至少一個遠端出氣口 135可將氣體從內部氣體室供 給至等離子室，并且在等離子室中產生充分渦旋的氣流。近端進氣口 235可從渦流環(huán)的主 體的外表面155延伸到至少部分地由內表面160限定的內部氣體室。渦流環(huán)105的外表面 155可構成為將等離子排放氣體引導至密封組件311A與密封組件311B之間(例如，可包括 0形環(huán)或尺寸做成可收納0形環(huán)等)。密封組件311A、311B可具有不同的尺寸。在一些實 施例中，密封組件311A可包括比密封組件31B大(例如，直徑更大)的0形環(huán)。在一些實 施例中，密封組件311A、311B的尺寸做成密封組件311A、311B僅配合短的配合距離，有助于 渦流環(huán)105相對于噴嘴(例如，圖1 圖4的噴嘴100)安裝的便利性。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一說明性實施例的等離子弧焊炬的電極110。電極110可包 括細長主體315，該細長主體315具有近端145和遠端316。電極110可包括在遠端面140 上的放射性元素320。在一些實施例中，電極110包括在近端325上的開口。電極110還可 包括細長主體的外表面150，該外表面150具有兩個密封位置330A、330B，該密封位置330A、 330B限定至少一部分相對于渦流環(huán)(例如，如上述圖1、圖2和圖5所示的渦流環(huán)105)的 內部氣體室。內部氣體室(例如，如圖1、圖2所示的內部氣體室175)可與渦流環(huán)的至少一 個氣體渦流孔(例如，如上述圖1、圖2和圖5所示的遠端氣體口 135)流體連通。由密封 位置330A、330B限定的電極110的外表面331的一部分可相對于渦流環(huán)(例如，如上述圖 1、圖2和圖5所示的渦流環(huán)105)限定內部氣體室(例如，如圖1和圖2所示的內部氣體室 175)，并且構成為將等離子氣體供給至出氣口(例如，如圖1、圖2和圖5所示的遠端氣體口 135)。在一些實施例中，兩個密封位置中的第一位置330A在第二密封位置330B(例如， 遠端外部密封位置)的近端側(例如，近端外部密封位置)。第一密封位置330A可提供流 體密封，第二密封位置330B可將電極110密封到相鄰的渦流環(huán)(例如，如上述圖1、圖2和 圖5所示的渦流環(huán)105)。密封位置330A、330B中的至少一個可包括0形環(huán)或其尺寸做成可 收納0形環(huán)。第二密封位置330B可構成為引導等離子氣體通過渦流環(huán)的至少一個渦流孔 (例如，如上所述的遠端氣體口 135)并朝向電極的端面140。在一些實施例中，電極110與 渦流環(huán)(例如，如上所述的渦流環(huán)105) —起限定內部氣體室(例如，如上所述的內部氣體 室175)，并且遠端外部密封位置330B設置在內部氣體室與電極的端面140之間。圖7示出了用于等離子弧焊炬的消耗品壽命的測試結果。該圖示出了用于具有長 增壓室335的等離子弧焊炬和用于具有縮減增壓室340的等離子弧焊炬的60秒切割的結 果。具有長增壓室335的等離子弧焊炬產生大約90弧分。具有縮減增壓室340的等離子 弧焊炬產生大約170弧分。因此，發(fā)現(xiàn)在排放后的等離子過程中具有縮減的增壓室一軸向 渦流注入設計的等離子弧焊炬產生最多的弧分。還希望形成長且漸縮的噴嘴(例如，尖噴 嘴)來滿足錐形需求。增長從噴嘴的出口孔到在排放式噴嘴中的排放通道的距離實質上減少了熔融金屬進入排放通道而引起焊炬故障的可能性。 在此(例如，圖3和圖4中)所述的術語“腔體”和“空間”為了清楚描述實施例， 可與在此使用且已經使用的進行互換。盡管已參照其特定說明性實施例具體示出和描述了 本發(fā)明，但應當理解，可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內對形式和細節(jié)方面進行各種改變。
權利要求
一種用于等離子焊炬的噴嘴，包括主體，該主體具有內表面、外表面、近端和在遠端上的出口孔；襯墊，該襯墊被所述主體的所述內表面圍繞，該襯墊包括近端和出口孔，該出口孔在與所述主體的所述出口孔相鄰的遠端上；以及至少一個排放通道，所述至少一個排放通道形成于所述主體中，具有形成于所述主體的所述內表面中的入口和形成于所述主體的所述外表面中的出口，所述至少一個排放通道設置在所述主體的所述近端與所述襯墊的所述近端之間。
2.如權利要求1所述的噴嘴，其特征在于，還包括腔體，該腔體至少部分地由所述主體 的所述內表面限定，并且從所述主體的所述近端延伸至所述襯墊的結構。
3.如權利要求2所述的噴嘴，其特征在于，所述襯墊的所述結構是從所述襯墊的內表 面突出的肩部。
4.如權利要求2所述的噴嘴，其特征在于，所述腔體與形成于所述主體中的所述至少 一個排放通道的所述入口相鄰。
5.如權利要求2所述的噴嘴，其特征在于，所述腔體的尺寸做成可接納用于等離子弧 焊炬的渦流環(huán)的至少一部分。
6.如權利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述至少一個排放通道是排放孔。
7.如權利要求1所述的噴嘴，其特征在于，還包括氣體排放管道，該氣體排放管道將排 放氣體引導到所述至少一個排放通道，其中，所述噴嘴的所述襯墊相對于所述噴嘴的所述 主體限定所述氣體排放管道的第一部分，而渦流環(huán)相對于所述噴嘴的所述主體限定所述氣 體排放管道的第二部分。
8.一種用于等離子焊炬的噴嘴，包括主體，該主體具有內表面、外表面和由所述主體的所述內表面限定的空間；襯墊，該襯墊完全設置在所述空間的第一部分內并且與所述主體的所述內表面相鄰；以及至少一個等離子氣體排放孔，所述至少一個等離子氣體排放孔從所述主體的所述內表 面延伸至所述主體的所述外表面，其中，所述至少一個等離子氣體排放孔直接暴露于所述 空間的第二部分。
9.一種用于等離子焊炬的噴嘴，包括主體，該主體具有近端、遠端和設置在所述遠端上的出口孔；襯墊，該襯墊具有近端、遠端和設置在所述襯墊的所述遠端上且與所述主體的所述出 口孔相鄰的出口孔；等離子氣體排放管道，該等離子氣體排放管道至少部分地由所述主體的一部分和所述 襯墊限定；形成于所述主體中的至少一個等離子氣體排放孔；以及腔體，該腔體具有第一端和第二端，所述第一端與所述主體的所述近端對應，而所述第 二端與所述襯墊的結構對應，其中，從所述腔體的所述第一端至所述腔體的所述第二端的 長度是從所述主體的所述近端至所述主體的所述出口孔的進口的長度的至少1/3。
10.如權利要求9所述的噴嘴，其特征在于，所述襯墊的所述結構是從所述襯墊的內表 面突出的肩部。
11.如權利要求9所述的噴嘴，其特征在于，所述腔體的所述第二端更靠近所述主體的 所述出口孔而不是所述主體的所述近端。
12.如權利要求9所述的噴嘴，其特征在于，所述至少一個等離子腔體排放孔設置在所 述主體的所述近端與所述襯墊的所述近端之間。
13.如權利要求9所述的噴嘴，其特征在于，所述腔體的尺寸做成可收納用于等離子弧 焊炬的渦流環(huán)的至少一部分。
14.一種用于等離子焊炬的渦流環(huán)，所述等離子焊炬包括由噴嘴和電極限定的等離子 室，所述渦流環(huán)包括主體，該主體具有近端、遠端、外表面和內表面；內部氣體室，該內部氣體室形成在所述主體內，并且至少部分地由所述主體的所述內 表面限定；近端進氣口，該近端進氣口將氣體供給至所述內部氣體室；以及至少一個遠端出氣口，這至少一個遠端出氣口將氣體從所述內部氣體室供給至所述等 離子室，并且在所述等離子室中產生充分渦旋的氣流。
15.如權利要求14所述的渦流環(huán)，其特征在于，所述主體的所述內表面形成為環(huán)狀。
16.如權利要求14所述的渦流環(huán)，其特征在于，所述主體的所述內表面的突出部分的 尺寸做成可收納電極，所述電極的外表面與所述主體的所述內表面組合起來而至少部分地 形成所述內部氣體室的一部分。
17.如權利要求14所述的渦流環(huán)，其特征在于，所述主體的所述外表面至少部分地形 成排放等離子氣體管道的一部分。
18.如權利要求14所述的渦流環(huán)，其特征在于，所述近端進氣口從所述主體的外表面 延伸至所述內部氣體室。
19.一種用于等離子焊炬的渦流環(huán)，所述渦流環(huán)構造成與排放式噴嘴的一部分配合，所 述渦流環(huán)包括主體；所述主體的內表面，該內表面限定內部氣體室的至少一部分；至少一個出氣口，所述至少一個出氣口與所述內部氣體室流體連通，其中所述至少一 個出氣口在所述焊炬的操作過程中供給渦旋的等離子氣體；以及所述主體的外表面，該外表面限定在所述焊炬的操作過程中用于排放后的等離子氣體 的排放通道的一部分。
20.如權利要求19所述的渦流環(huán)，其特征在于，所述主體具有肩部部分，該肩部部分配 合所述等離子弧焊炬的相鄰消耗品。
21.如權利要求20所述的渦流環(huán)，其特征在于，所述主體具有直徑縮減部分，該直徑縮 減部分至少部分地限定在所述焊炬的操作過程中用于排放后的等離子氣體的排放管道的 一部分。
22.如權利要求19所述的渦流環(huán)，其特征在于，所述渦流環(huán)的所述外表面與形成于用 于等離子弧焊炬的噴嘴中的至少一個排放通道相鄰。
23.如權利要求19所述的渦流環(huán)，其特征在于，所述排放通道將等離子氣體從等離子 電弧中排出。
24.如權利要求19所述的渦流環(huán)，其特征在于，所述內部氣體室中的所述等離子氣體 和所述排放通道中的所述排放后的等離子氣體在焊炬的操作過程中沿基本相反的方向流動。
25.如權利要求19所述的渦流環(huán)，其特征在于，還包括近端進氣口，該近端進氣口將氣體供給至所述內部氣體室；以及遠端出氣口，該遠端出氣口產生渦旋氣體。
26.一種等離子弧焊炬，包括電極，該電極具有遠端面、近端和外表面；噴嘴，該噴嘴具有外部部件、設置在所述外部部件內的內部部件和形成于所述外部部 件中的至少一個等離子氣體排放通道；等離子室，該等離子室至少部分地由所述電極的所述遠端面和所述噴嘴限定；渦流環(huán)，該渦流環(huán)具有外表面、內表面和至少一個在遠端上且與所述等離子室流體連 通的渦流孔；內部氣體室，該內部氣體室至少部分地由所述渦流環(huán)的所述內表面和所述電極的所述 外表面限定；以及排放管道，該排放管道將等離子氣體引導到所述噴嘴的所述至少一個等離子氣體排放 通道，所述排放管道的第一部分至少部分地由所述噴嘴的所述外部部件的內表面相對于所 述渦流環(huán)的所述外表面來限定，而所述排放管道的第二部分至少部分地由所述噴嘴的所述 外部部件的所述內表面和所述噴嘴的所述內部部件的外表面來限定。
27.如權利要求26所述的焊炬，其特征在于，所述噴嘴具有近端和在遠端上的孔，所述 渦流環(huán)的所述遠端更靠近所述噴嘴的所述遠端而不是所述噴嘴的所述近端。
28.如權利要求26所述的焊炬，其特征在于，第一內部密封表面和第二內部密封表面 設置在所述渦流環(huán)和所述電極的外表面之間，并且至少部分地限定所述內部氣體室。
29.如權利要求26所述焊炬，其特征在于，所述噴嘴的所述至少一個等離子氣體排放 通道與所述排放管道相鄰。
30.如權利要求26所述的焊炬，其特征在于，所述至少一個渦流孔將渦旋氣體朝向所 述電極的遠端面引導。
31.一種在等離子弧焊炬的渦流環(huán)內形成氣體室的方法，包括提供電極，該電極具有帶外表面的主體；以及將所述電極插入所述渦流環(huán)的主體內，所述渦流環(huán)主體限定內表面，從而在所述渦流 環(huán)內形成所述氣體室，所述氣體室至少部分地由所述渦流環(huán)的所述內表面和所述電極的所 述外表面限定。
全文摘要
一種用于等離子弧焊炬的噴嘴，可包括主體，該主體具有內表面、外表面、近端和在遠端上的出口孔。所述噴嘴還可包括被所述主體的所述內表面環(huán)繞的襯墊。所述襯墊可包括近端和在與所述主體的所述出口孔相鄰的遠端上的出口孔。噴嘴可包括形成于所述主體中的至少一個排放通道。所述排放通道可包括入口，該入口形成于所述主體的所述內表面中；以及出口，該出口形成于所述主體的所述外表面中。所述排放通道可設置在所述主體的所述近端和所述襯墊的所述近端之間。所述等離子弧焊炬可包括一結構，該結構允許提高用于排放式強電流等離子過程中的電極壽命和噴嘴壽命。
文檔編號H05H1/28GK101878677SQ200980101202
公開日2010年11月3日 申請日期2009年6月25日 優(yōu)先權日2008年9月30日
發(fā)明者B·J·柯里爾, S·M·利伯德 申請人:海別得公司