專利名稱：液冷式等離子焊炬用噴嘴、具有噴嘴蓋的液冷式等離子焊炬裝置以及包括該裝置的液冷 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于液冷式等離子焊炬用噴嘴、具有噴嘴蓋的液冷式等離子焊炬裝置以 及包括該裝置的液冷式等離子焊炬。
背景技術(shù)：
等離子體是指由正負(fù)離子、電子、受激原子、中性原子和加熱至高溫的分子所構(gòu)成 的導(dǎo)電氣體。有多種氣體被當(dāng)成等離子氣體使用，例如，單原子氬和/或雙原子氣體氫、氮、氧 或空氣。電弧能量將這些氣體離子化并分解。噴嘴將電弧縮緊，接著成為等離子噴射物。噴嘴和電極的設(shè)計(jì)可以對(duì)等離子噴射物的參數(shù)產(chǎn)生大幅影響。舉例而言，噴射物 直徑、溫度、能量密度和氣體流動(dòng)率都可以是等離子噴射物的參數(shù)。舉例而言，在等離子切割中，等離子受到噴嘴的壓縮，而我們可以用氣體或水來冷 卻噴嘴。以此方法，能夠取得最高達(dá)2X106W/cm2的能量密度。等離子噴射物中的能量高達(dá) 攝氏30，000度，其中結(jié)合了高流率的氣體，使其能夠在原料上達(dá)到超高的切割速度。等離子焊炬可為直接或間接運(yùn)作式。在直接運(yùn)作模式中，來自氣流源的氣流穿過 等離子焊炬的電極和由電弧產(chǎn)生并受噴嘴壓縮的等離子噴射物，直接經(jīng)由工作部件回到氣 流源。直接運(yùn)作模式可用來切割導(dǎo)電性原料。在間接運(yùn)作模式中，來自氣流源的氣流穿過等離子焊炬的電極以及由電弧產(chǎn)生并 受噴嘴壓縮的等離子噴射物，然后經(jīng)由噴嘴回到氣流源。在工序中，支配噴嘴的負(fù)載量甚至 大于直接等離子切割中的負(fù)載量，因?yàn)槠洳粌H壓縮等離子噴射物，也為電弧建立附著點(diǎn)。不 管是導(dǎo)電或非導(dǎo)電性原料，皆可利用間接運(yùn)作模式進(jìn)行切割。因?yàn)閲娮焐嫌懈邿釅毫Γǔ?huì)以金屬原料制作噴嘴，優(yōu)選原料為銅，因?yàn)殂~具有 高導(dǎo)電性和高導(dǎo)熱性的優(yōu)勢(shì)。電極支架(electrode holder)亦是如此，雖然其通常以銀制 成。接著將噴嘴插入等離子焊炬中，等離子焊炬的主要組件有等離子焊炬頭、噴嘴蓋、等離 子氣導(dǎo)引構(gòu)件、噴嘴、噴嘴支架、電極羽管、具有電極插入物的電極支架，而在現(xiàn)代式等離子 焊炬中，會(huì)有供噴嘴防護(hù)蓋使用的托架和噴嘴防護(hù)蓋。電極支架固定以鎢制成的尖形電極 插入物，這種做法適合以無氧化性氣體作為等離子氣體的情況，像是氬氣和氫氣混合物。具 有用鉿制成的電極插入物的平頭(flat-tip)電極同樣適合用于以氧化性氣體作為等離子 氣體的情況，像是空氣或氧氣。為了使噴嘴具有長(zhǎng)的使用壽命，在本案例中，使用液體進(jìn)行 冷卻，例如，水。冷卻劑通過供水線路被傳送至噴嘴，經(jīng)由回返線路離開噴嘴，并在工序中穿 過冷卻劑室，而噴嘴和噴嘴蓋界定出該室的范圍。第DD 36014B1號(hào)案描述了噴嘴。噴嘴由具有良好的傳導(dǎo)性的原料(例如，銅)構(gòu) 成，并具有和相關(guān)等離子焊炬類型有關(guān)的幾何外形，例如，具有圓筒狀噴嘴出口的圓錐形排 放空間。噴嘴的外形設(shè)計(jì)成圓錐，由厚度大約一致的壁形成，其尺寸足以使噴嘴具有良好的 穩(wěn)定性，并確保具有可將熱度傳至冷卻劑的良好的傳導(dǎo)性。噴嘴位于噴嘴支架中。噴嘴支架由抗腐蝕原料構(gòu)成，例如，黃銅，且內(nèi)側(cè)具有供噴嘴使用的中心底座以及供橡膠密封墊使 用的溝槽，其密封住排放空間以防冷卻劑滲出。在噴嘴支架里，另外有偏移180度(offset by 180° )的鉆孔，供冷卻劑供應(yīng)及回返線路使用。在噴嘴支架的外徑上，有供0型環(huán)使 用的溝槽，以密封住冷卻劑室以防空氣滲入，并有螺紋(thread)和供噴嘴蓋使用的中央底 座。噴嘴蓋同樣以抗腐蝕原料制成，例如，黃銅，其外形具有尖角并有經(jīng)設(shè)計(jì)的壁厚度，使其 適于消除冷卻劑承受的輻射熱。最小的內(nèi)徑由0型環(huán)構(gòu)成。針對(duì)冷卻劑，最簡(jiǎn)單的方法就 是用水。此裝置的目的在于幫助制造噴嘴，在使用少量原料的同時(shí)，也讓快速更換噴嘴的動(dòng) 作具有可能性，并因其尖角外形而可轉(zhuǎn)動(dòng)等離子焊炬，使焊炬與工作部件相對(duì)應(yīng)，因此得以 進(jìn)行傾斜切割。在第DE-OS 1565638號(hào)公告專利申請(qǐng)案中，描述了等離子焊炬，最好為供切割原 料的等離子電弧以及焊接邊緣預(yù)備工作使用。特別使用尖角切割噴嘴來構(gòu)成焊炬頭(torch head)的細(xì)長(zhǎng)外形，該焊炬頭的內(nèi)角與外角彼此完全相同，也和噴嘴蓋的內(nèi)角和外角相同。 在噴嘴蓋和切割噴嘴之間有供冷卻劑使用而形成的室，在該室中，噴嘴蓋具有軸環(huán)，構(gòu)造出 具有切割噴嘴的金屬密封墊，所以得以通過這種方式，形成作為冷卻劑室使用的均勻環(huán)狀 間隙。冷卻劑(通常是水)的供應(yīng)和去除方式是經(jīng)由噴嘴支架中的兩道隙縫，所述隙縫設(shè) 置成彼此偏移180度。在第DE 2525939號(hào)專利案中，描述了等離子電弧焊炬，尤其是供切割或焊接使用 的等離子電弧焊炬，其中，電極支架和噴嘴體構(gòu)成可替換組件。而外冷卻劑供應(yīng)大致上是由 環(huán)繞噴嘴體的結(jié)合蓋所形成的。冷卻劑流過管道，進(jìn)入噴嘴體和結(jié)合蓋所形成的環(huán)狀空間。第DE 69233071T2號(hào)專利案有關(guān)于電弧等離子切割設(shè)備。該案描述了供由傳導(dǎo)原 料構(gòu)成的等離子電弧切割焊炬使用的噴嘴實(shí)施例，其具有使等離子氣噴出的開放出口，并 有經(jīng)設(shè)計(jì)的凹體部位，是以其具有大致呈圓錐狀、朝著開放出口傾斜的薄壁式結(jié)構(gòu)以及和 主體部分一體地形成的加大頭部分，除了中央管道以外，頭部分為固體，中央管道與開放出 口呈一直線，并具有大致呈圓錐狀的外表面，外表面同樣朝開放開口傾斜，并具有鄰接直徑 超過主體的鄰體部分的直徑，以形成降減凹處。電弧等離子切割設(shè)備具有第二氣蓋。此外， 噴嘴和第二氣蓋之間設(shè)有水冷蓋，以形成供噴嘴外表面使用的水冷室，以求高效冷卻。噴嘴 的特征在于大頭部，該頭部環(huán)繞等離子噴射物的開放開口，并相對(duì)于圓錐體呈明顯低下或 凹下狀態(tài)。在上述等離子焊炬中，通過供應(yīng)管道將冷卻劑供應(yīng)給噴嘴，并經(jīng)由返水管道使水 離開噴嘴。這些管道通常彼此呈180度偏移，而在從供應(yīng)管道至返水管道的過程中，冷卻劑 應(yīng)該盡可能均勻地環(huán)繞噴嘴流動(dòng)。然而，在噴嘴管道鄰近處，反復(fù)出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。焊炬使用不同的冷卻劑流，最好是等離子焊炬，尤其是供等離子焊接、等離子切 割、等離子熔解和等離子噴霧使用的焊炬，其可在噴嘴中承受高熱載，而第DD 83890B1號(hào) 專利案中針對(duì)陰極有所說明。在此案例中，為了冷卻噴嘴，具有可輕易將冷卻媒介物引導(dǎo)環(huán) 插入和取出的噴嘴支撐部件，該部件具有圓周形溝槽，以限制冷卻媒介物沿著外噴嘴壁流 向不超過3mm厚的薄層。冷卻劑線路不止一道，最好是對(duì)應(yīng)于成形溝槽設(shè)置二至四道呈星 狀的冷卻劑線路，以噴嘴軸為中心，呈放射和對(duì)稱狀態(tài)，并以星狀排列對(duì)應(yīng)于溝槽，設(shè)置角 度介于0至90度之間，以如此方式引導(dǎo)冷卻劑進(jìn)入成形溝槽，每道線路皆具有兩個(gè)緊臨線 路的冷卻媒介物出口，而每個(gè)冷卻媒介物出口具有兩個(gè)緊鄰其的冷卻媒介物入口。
這種部件設(shè)置方式的不利之處在于，如欲冷卻則需更加努力，因?yàn)槭褂昧烁郊咏M 件冷卻媒介物引導(dǎo)環(huán)。此外，也會(huì)造成整個(gè)設(shè)置更為龐大。所以，本發(fā)明以避免噴嘴管道或噴嘴孔鄰近處過熱問題的簡(jiǎn)易方法為基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，可利用液冷式等離子焊炬用噴嘴來解決此問題，噴嘴包括位于噴嘴 頂端處、作為等離子氣噴射出口的噴嘴孔以及第一部分，除了從噴嘴頂端方向看至少有以 另一角度β 、β 2延伸成錐狀的偏斜部分外，從噴嘴頂端方向看，噴嘴外表面以α角度逐 漸尖細(xì)成錐狀。至少在一個(gè)具體實(shí)施例中，從噴嘴頂端方向看的偏斜部分位于噴嘴孔最窄 部分或最窄區(qū)域的前方。在此背景下，可考慮將α角度的范圍設(shè)置在20度至120度之間。優(yōu)選地，角度范 圍介于30度至90度的范圍之間。若β 、β 2角度范圍在20度至120度之間，則有很大幫助。優(yōu)選地，角度范圍介 于30度至90度之間。根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)施例，可具備多個(gè)偏斜部分，而偏斜部分可以以同樣的 β 或β 2角度呈錐形延伸。另一方面，亦可想象具有一個(gè)以上的偏斜部分，而其中至少有兩個(gè)偏斜部分是以 不同的β 1、β 2角度呈錐形延伸。α角度和β 1或β 2角度值不同時(shí)是有利的，角度最大差值為30度。另一方面，亦可想象α角度和β 1或β 2角度值相同。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，可假設(shè)存在Y角，其由逐漸尖細(xì)成錐狀的第一部分的 外表面、以及延伸成錐形的偏斜部分或其中一個(gè)偏斜部分的外表面所構(gòu)成，角度介于60度 至160度之間。較佳的狀況是，角度范圍介于100度至150度之間。此外，可方便假設(shè)存在δ角，由朝向偏斜部分或其中一個(gè)偏斜部分的噴嘴頂端的 前邊緣和噴嘴的中心軸所構(gòu)成，角度范圍介于75度至105度之間。特別地，δ角最好為90度。偏斜部分的長(zhǎng)度和噴嘴中心軸呈平行、范圍介于Imm至3mm之間時(shí)是有利的。特別地，若平行于噴嘴中心軸的偏斜部分長(zhǎng)度為相同尺寸的情況。根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)施例，可假設(shè)和噴嘴中心軸垂直的偏斜部分長(zhǎng)度范圍介 于Imm至4mm之間。尤其是可以假設(shè)和噴嘴中心軸垂直的偏斜部分長(zhǎng)度尺寸相同。如噴嘴具有可容納于焊炬底座托架中的圓筒形外表面的第二部分，則是有利的。如噴嘴具有第三部分而其外表面大致呈圓筒形，并正好位于相應(yīng)于噴嘴中心軸的 噴嘴孔前，則是有利的。若噴嘴具有第三部分而其外表面大致呈圓筒形，并位于至少部分相對(duì)于與噴嘴中 心軸相應(yīng)的噴嘴孔的位置，則是有利的。此外，0型環(huán)用溝槽可以位于噴嘴頂端附近處。此外，通過噴嘴和噴嘴蓋的裝置來解決本問題，噴嘴蓋和噴嘴在冷卻劑供應(yīng)線路 和回返線路的液體連通管道中形成冷卻劑室，而噴嘴蓋至少位于噴嘴第一部分的范圍中，
6具有從噴嘴頂端方向看逐漸尖細(xì)成錐狀的內(nèi)表面。從噴嘴頂端方向看，沿著噴嘴的中心軸，冷卻劑室圓環(huán)表面范圍至少比偏斜部分 前的位置更快降減1. 5至8倍時(shí)是有利的。此外，從噴嘴頂端的方向看，沿著噴嘴中心軸，冷卻劑室的圓環(huán)表面區(qū)域正好在至 少一個(gè)偏斜部分后方、大于偏斜部分最小區(qū)域1. 5至8倍。此外，可想象從噴嘴頂端的方向看，沿著噴嘴中心軸，冷卻劑室的圓環(huán)表面正好在 至少一個(gè)偏斜部分后方至少跳升至正好在偏斜部分前方的值。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，冷卻劑供應(yīng)線路和冷卻劑回返線路彼此偏移180度。根據(jù)進(jìn)一步觀點(diǎn)，本問題可使用包括冷卻劑供應(yīng)線路和冷卻劑回返線路并具有所 述裝置的液冷式等離子焊炬來解決。在具體實(shí)施例中，等離子焊炬不僅只有一道等離子氣體供應(yīng)線路，還有第二等離 子氣體供應(yīng)線路以及噴嘴護(hù)套(nozzle cover guard)。本發(fā)明根據(jù)通過提供至少一個(gè)偏斜部分的奇特實(shí)現(xiàn)方案而成，以截至目前為止使 冷卻劑更均勻流繞噴嘴的一種簡(jiǎn)單的方法來將冷卻劑供應(yīng)給噴嘴，其亦代表冷卻劑到達(dá)更 大范圍的噴嘴孔周遭區(qū)域，且/或提高了噴嘴孔周遭區(qū)域的冷卻劑流率。無需為了改善冷 卻效果、增加噴嘴使用壽命而使用額外組件。再者，可通過等離子焊炬的小型結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)來 達(dá)到此作用。而且，可使用此方法簡(jiǎn)單且快速地更換噴嘴。另外，等離子焊炬可充分維持尖 銳角度。


附帶權(quán)利要求和下列說明將進(jìn)一步闡明本發(fā)明的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，其中將詳細(xì)圖解并 連同參考標(biāo)號(hào)說明本發(fā)明的若干特定實(shí)施例。圖Ia示出根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例的穿過包括具有噴嘴的等離子和第二氣體供 應(yīng)線路的等離子焊炬頭的縱剖面圖；圖Ib連同尺寸和標(biāo)號(hào)剖面示出圖Ia的縱剖面圖；圖Ic示出各式剖面圖中的冷卻劑室區(qū)域圖解；圖2以縱剖面示出圖Ia的噴嘴的另一圖解；圖3a示出根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)施例的穿過包括具有噴嘴的等離子和第二氣 體供應(yīng)線路的等離子焊炬頭的縱剖面圖；圖3b連同尺寸和標(biāo)號(hào)剖面示出圖3a的縱剖面；圖3c示出各式剖面圖中的冷卻劑室區(qū)域圖解；圖3d以縱剖面示出圖3a的噴嘴的另一圖解；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)施例的穿過包括具有噴嘴的等離子和第二氣 體供應(yīng)線路的等離子焊炬頭的縱剖面圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)施例的穿過包括具有噴嘴的等離子和第二氣 體供應(yīng)線路的等離子焊炬頭的縱剖面圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)施例的穿過包括具有噴嘴的等離子和第二氣 體供應(yīng)線路的等離子焊炬頭的縱剖面圖；圖6a以縱剖面示出圖5的噴嘴的另一圖解；
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)施例的穿過僅包括具有噴嘴的等離子氣體供 應(yīng)線路的等離子焊炬頭的縱剖面圖，該等離子焊炬頭可執(zhí)行間接運(yùn)作；圖8以縱剖面示出圖7的噴嘴的另一圖解；圖9示出根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)施例的穿過僅包括具有噴嘴的等離子氣體供 應(yīng)線路的等離子焊炬頭的縱剖面圖，該等離子焊炬頭可執(zhí)行間接運(yùn)作；圖10以縱剖面示出圖9的噴嘴的另一圖解；圖11示出根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)施例的穿過僅包括具有噴嘴的等離子氣體供 應(yīng)線路的等離子焊炬頭的縱剖面圖，該等離子焊炬頭可執(zhí)行間接運(yùn)作；圖12示出根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)施例的穿過僅包括具有噴嘴的等離子氣體供 應(yīng)線路的等離子焊炬頭的縱剖面圖；以及圖13示出根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)施例的穿過僅包括具有噴嘴的等離子氣體供 應(yīng)線路的等離子焊炬頭的縱剖面圖。
具體實(shí)施例方式圖la、圖Ib和圖2所示出的等離子焊炬頭1具有電極羽管6，電極羽管6通過電 極插入物7. 1支撐電極7，在本例中為通過螺紋(未示出)。電極7被設(shè)計(jì)成具有以鎢制成 的尖形電極插入物7. 1的電極支架。舉例而言，針對(duì)等離子焊炬，可使用氬氣/氫氣混合物 作為等離子氣體。圓筒狀噴嘴托架5支撐噴嘴4。通過螺紋附著在等離子焊炬頭1上的噴 嘴蓋2固定噴嘴4并與其形成冷卻劑室10。通過0型環(huán)4. 16將冷卻劑室10密封在噴嘴4 和噴嘴蓋2之間，密封墊位于噴嘴4中的溝槽內(nèi)。噴嘴4具有第一部分4. 17，除了從噴嘴頂 端的方向看以β = β = β 2的角度延伸成錐狀的兩個(gè)偏斜部分4. 21和4. 22外，從噴嘴 頂端的方向看，第一部分4. 17的外表面4. 2以α角度逐漸尖細(xì)成錐狀。噴嘴蓋2包括鄰 接第一部分4. 17的部分2. 1，部分2. 1的內(nèi)表面2. 2大體上亦逐漸尖細(xì)成錐狀。冷卻劑(例如，水或加了抗凍劑的水)從冷卻劑供應(yīng)線路WV流經(jīng)冷卻劑室10，到 達(dá)冷卻劑回返線路WR，供應(yīng)線路WV和回返線路WR設(shè)置成彼此偏移180度。在先前技術(shù)的 等離子焊炬中，反復(fù)發(fā)現(xiàn)噴嘴孔4. 10區(qū)域中的噴嘴有過熱現(xiàn)象。從經(jīng)過短時(shí)間的運(yùn)作后噴 嘴的銅變色即可看出這一點(diǎn)。在間接運(yùn)作液冷式等離子焊炬時(shí)，特別可看出此影響。遇此 情況，即使是40Α的液流，在僅有短時(shí)間(5分鐘)運(yùn)作之后也已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重變色現(xiàn)象。同 樣地，噴嘴和噴嘴蓋之間的密封點(diǎn)負(fù)荷過重，造成0型環(huán)4. 16損傷，并因此泄漏而使冷卻劑 流出。研究已顯示，這種影響尤其會(huì)發(fā)生在噴嘴面對(duì)冷卻劑回返線路WR的一側(cè)。料想冷卻 劑并未充分冷卻受到最高熱負(fù)載的區(qū)域(主要為噴嘴4的噴嘴孔4. 10)，因?yàn)槔鋮s劑未適當(dāng) 流經(jīng)冷卻劑室10最靠近噴嘴孔的部件10. 20且/或完全未觸及，尤其是在面對(duì)冷卻劑回返 線路WR的一側(cè)上。噴嘴4和噴嘴蓋2在冷卻劑室10中劃定出區(qū)域10. 1和10. 2的建立， 引導(dǎo)冷卻劑在流入環(huán)繞噴嘴孔4. 10的冷卻劑室10的區(qū)域10. 20之前，流向從噴嘴蓋方向 看為向外的方向，大大改善冷卻效果。由于區(qū)域10. 1和10. 2的建立，即使在經(jīng)歷超過一小 時(shí)的運(yùn)作后，噴嘴孔4. 10區(qū)域里的噴嘴亦未發(fā)生變色現(xiàn)象。噴嘴4和噴嘴蓋2之間也不再 有任何泄漏發(fā)生，而0型環(huán)4. 16并未過熱。據(jù)信當(dāng)流向噴嘴頂端的冷卻劑穿過冷卻劑10 中的區(qū)域10. 1和10.2時(shí)，冷卻劑流偏向噴嘴蓋2，而噴嘴4和噴嘴蓋2之間的間隙縮減， 造成冷卻劑更加盤旋，增加冷卻劑的流率。此外，可以看出在冷卻劑通過噴嘴孔4. 10周圍
8的冷卻劑室較大部分10. 20前，不使冷卻劑流回，所以能更有效地轉(zhuǎn)移噴嘴4和冷卻劑之間 的熱度。由于區(qū)域10. 2形成了冷卻劑影響邊緣，所以利用噴嘴4和噴嘴蓋2之間、從區(qū)域 10. 20至冷卻劑室10的變窄區(qū)域10. 2的間隙的突然急遽縮減來防止冷卻劑過早從冷卻劑 室10的區(qū)域10. 20流回。圖Ib和圖Ic示出冷卻劑室10自AlOa至AlOg表面的位置、范圍F和圓環(huán)形狀。 從這些數(shù)據(jù)清楚可見，所述第一部分4. 17內(nèi)圓環(huán)的范圍F在以每Imm為37mm2的速率驟降 為90mm2之前，先以每Imm為8mm2的速率沿著噴嘴的中心軸M由183mm2(AlOa)直線下降至 146mm2 (AlOd)。之后，范圍F驟增至166mm2 (A10e2)，并達(dá)到比其在區(qū)域10. 1 (AlOd)中發(fā)生 降減前的尺寸更大的尺寸。同樣情況亦適用于區(qū)域10. 2。此外，該等離子焊炬頭配有噴嘴護(hù)蓋托架8，以及噴嘴護(hù)蓋9。環(huán)繞等離子噴射物 的第二氣體SG流經(jīng)此區(qū)域。第二氣體SG流經(jīng)第二氣體線路9. 1，第二氣體線路9. 1可以使 氣體旋轉(zhuǎn)。圖2以另一縱剖面圖解的方式示出圖Ia和圖Ib的噴嘴4 ；噴嘴4具有帶圓筒狀 外表面4. 1的第二部分，以便容納在噴嘴托架5中。此外，其擁有具有外表面4. 2的第一部 分，從噴嘴頂端方向看，該外表面4. 2大體上以α角度逐漸尖細(xì)成錐狀，并具有大體為圓筒 狀外表面4. 3的第三部分。該外表面4. 2具有兩個(gè)偏斜部分4. 21和4. 22，以相對(duì)于逐漸尖 細(xì)為錐狀的該外表面4. 2的方向延伸成錐狀。此外，噴嘴4具有供0型環(huán)4. 16使用的溝槽 4. 15。噴嘴4的主要尺寸如下D = 22mmal = 1. 5mma2 = 1. 5mmbl = 1. 9mmb2 = 1. 8mmα = 50°β 1 = β 2 = 50°y = 130°δ = 90°dll = 14. 7mmdl2 = 10. 9mmdl3 = d21 = Ilmmd22 = 11. 8mmd23 = 12mmd51 = 7mm.在本實(shí)施例中，α角和β 角及β 2角皆相等；同樣地，al尺寸和a2尺寸亦相等。圖3a和圖3d示出根據(jù)本發(fā)明的另一特別實(shí)施例的包括具有噴嘴的等離子和第二 氣體供應(yīng)線路的等離子焊炬頭。等離子焊炬頭1具有電極羽管6，電極羽管6支撐具有電極 插入物7. 1的電極7(在本例中通過螺紋(未出示))。電極7被設(shè)計(jì)成具有由鎢制成的尖 狀電極插入物7. 1的電極支架。舉例而言，針對(duì)等離子焊炬，可使用氬氣/氫氣混合物作為等離子氣體。圓筒狀噴嘴托架5支撐噴嘴4。通過螺紋附著在等離子焊炬頭1上的噴嘴蓋 2固定噴嘴4并和噴嘴4 一起形成冷卻劑室10。介于銅制噴嘴4和黃銅噴嘴蓋2之間的金 屬密封墊密封冷卻劑室10。在本例中，金屬密封墊僅代表介于噴嘴和焊炬區(qū)域前的噴嘴蓋 之間的密封墊，并非以0型環(huán)所制成，而是將兩個(gè)金屬壓擠組件壓擠在一起而制成。噴嘴4 具有第一部分4. 17，除了從噴嘴頂端4. 11的方向看以β = β 1 = β 2角度逐漸延伸成錐 狀的三個(gè)偏斜部分4. 21,4. 22和4. 23以外，從噴嘴頂端4. 11的方向看，第一部分4. 17的 外表面以α角度逐漸尖細(xì)成錐狀。噴嘴蓋2包括鄰接第一部分4. 17的部分2.1，部分2.1 的內(nèi)表面2. 2大致上亦逐漸尖細(xì)成錐狀。冷卻劑(例如，水或加了抗凍劑的水)從冷卻劑 供應(yīng)線路WV流經(jīng)冷卻劑室10，到達(dá)冷卻劑回返線路WR，供應(yīng)線路WV和回返線路WR被設(shè)置 成彼此偏斜180度。圖3b和圖3c示出冷卻劑室10圓環(huán)表面AlOa至AlOi的位置、區(qū)域F和形狀。從 圖解可以看出，圓錐區(qū)域中的圓環(huán)區(qū)域F先從258mm2 (AlOa)呈直線降減至218mm2 (AlOc)， 再沿著區(qū)域10. 1中的焊炬軸M降至158mm2 (AlOdl)。之后，范圍F驟增至252mm2 (A10d2)， 并達(dá)到比其在區(qū)域10. I(AlOc)中降減前的尺寸還要大的尺寸。同樣情況適用于區(qū)域10. 2 和 10. 3。此外，等離子焊炬頭1配有噴嘴護(hù)蓋托架8和噴嘴護(hù)蓋9。環(huán)繞等離子噴射物的第 二氣體SG流經(jīng)此區(qū)域。圖3d示出圖3a的噴嘴4，但是在另一圖解中。其具有帶圓筒形外表面4. 1的第二 部分，以便容納在噴嘴托架5中，從噴嘴頂端4. 11的方向看，第一部分具有逐漸尖細(xì)成錐狀 的外表面4. 2，而第三部分具有環(huán)繞噴嘴孔4. 10、大致呈圓筒狀的外表面4. 3。外表面4. 2 具有三個(gè)偏斜部分4. 21,4. 22和4. 23，從相對(duì)于外表面4. 2的方向看，這些偏斜部分延伸成 錐狀，整體逐漸尖細(xì)成為錐狀。噴嘴的主要尺寸為D =22mm
al ==3. 4mm
a2 ==a3 = 1. 7mm
bl ==3. 4mm
b2 ==b3 = 1. 7mm
a =33°
β 1=β 2 = β 3 = 33°
Y ==147°
δ ==90°
dll=19. 2mm
dl2=19. 7mm
dl3=d21 = 16. 3mm
d22=17, 7mm
d23=d31 = 14. 3mm
d32=15. 7mm
d33=12mm
d50=10:5mm.
圖4示出具有不同于圖Ia的噴嘴的等離子焊炬。噴嘴4和噴嘴蓋2在冷卻劑室 10中界定出區(qū)域10. 1，從噴嘴頂端4. 11的方向看，區(qū)域10. 1呈錐狀，引導(dǎo)冷卻劑流在流入 環(huán)繞噴嘴孔4. 10的冷卻劑室10的區(qū)域10. 20之前先流向從噴嘴蓋2方向看為向外的方向， 大大改善冷卻效果。此外，噴嘴4的圓周耳柄在此將區(qū)域10. 20縮窄并分為兩個(gè)區(qū)域。同 時(shí)，將熱度傳出的噴嘴孔4. 10周圍的噴嘴4表面以這種方式擴(kuò)增，達(dá)到進(jìn)一步改善冷卻效
果 ο圖5示出類似于圖Ia的本發(fā)明的另一等離子焊炬的具體實(shí)施例。在本例中，等離 子焊炬具有供以含氧氣體或氮?dú)庾鳛榈入x子氣體使用的平頭電極7。冷卻劑室10具有與圖 Ia的冷卻劑室相同的特點(diǎn)。圖6亦示出根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例的供以含氧氣體或氮?dú)庾鳛榈入x子氣體使 用的等離子焊炬。等離子焊炬和噴嘴4的角度不如圖Ia中的角度尖銳，但冷卻劑室具有和 圖5的冷卻劑室相同的特點(diǎn)。圖6中有相關(guān)噴嘴4的詳細(xì)圖解。圖7至圖11圖示出根據(jù)本發(fā)明的等離子焊炬的另外的具體實(shí)施例，但是供以氬氣 /氫氣混合物作為等離子氣體的間接運(yùn)作使用，且不具有護(hù)蓋托架和噴嘴護(hù)蓋。間接運(yùn)作 模式用噴嘴和直接運(yùn)作模式用噴嘴不同，其中，噴嘴孔4. 10的錐狀延伸部分位于噴嘴頂端 4. 11，比直接運(yùn)作噴嘴中的同等物要長(zhǎng)許多。冷卻劑室10也具有發(fā)明的特點(diǎn)。在圖9和圖 11中，噴嘴4和噴嘴蓋2在冷卻劑室10中界定出區(qū)域10. 1，從噴嘴頂端4. 11的方向看， 區(qū)域10. 1呈錐狀，區(qū)域10. 1引導(dǎo)冷卻劑，使冷卻劑在流入環(huán)繞噴嘴孔4. 10的冷卻劑室10 的區(qū)域10. 20之前先流向從噴嘴蓋2的方向看向外的方向。圖7示出具有該區(qū)域10. 1至 10. 4的設(shè)置。圖12示出以含氧氣體或氫氣作為等離子氣體的等離子焊炬。冷卻劑室10中具有 兩個(gè)區(qū)域，分別為區(qū)域10. 1和10. 2，由噴嘴4和噴嘴蓋2界定而出，從噴嘴頂端4. 11的方 向看呈錐狀，并引導(dǎo)冷卻劑，使冷卻劑在流入環(huán)繞噴嘴孔4. 10的冷卻劑室10的區(qū)域10. 20 之前先流向從噴嘴蓋2的方向看向外的方向，大大改善冷卻效果。圖13示出穿過僅具有等離子氣體供應(yīng)線路的等離子焊炬頭的縱剖面圖，S卩，該實(shí) 施例并無噴嘴護(hù)蓋托架和噴嘴護(hù)蓋，僅具有一條線路進(jìn)入圖3d中同樣設(shè)置的噴嘴。本說明、圖和權(quán)利要求中所披露的發(fā)明特征，是為在各種單獨(dú)或結(jié)合式實(shí)施例中 執(zhí)行發(fā)明的本質(zhì)要點(diǎn)。主要標(biāo)號(hào)說明
1等離子焊炬頭
2噴嘴蓋
2.1噴嘴蓋2的部分
2.2部分2. 1的內(nèi)表面
3等離子氣體線路
4噴嘴
4.1噴嘴4的圓筒狀外表
4.2噴嘴4的圓錐狀外表
4.3噴嘴4的圓筒狀外表
4.10噴嘴孔0124]4. 11
0125]4. 15
0126]4. 16
0127]4. 17
0128]4. 21,4. 22,4. 23,4. 24
0129]5
0130]6
0131]7
0132]7. 1
0133]8
0134]9
0135]9. 1
0136]10
0137]10. 1,10. 2,10. 3,10. 4
0138]10. 20
0139]AlOa to AlOi
0140]D
0141]dllto
0142]dl2to
0143]dl3to
0144]d51
0145]F
0146]M
0147]PG
0148]SG
0149]WV
0150]WR
0151]α
0152]β 1 至 β4
0153]al 至 a4
噴嘴頂端 溝槽 0型環(huán)
噴嘴4的第一部分 偏斜部分 噴嘴托架 電極羽管 電極支架 電極插入物 噴嘴護(hù)蓋托架 噴嘴護(hù)蓋 第二氣體線路 冷卻劑室 冷卻劑室10的縮窄部分 冷卻劑室10的部件 冷卻劑室10的圓環(huán)表面 噴嘴4的直徑 噴嘴4的直徑 噴嘴4的直徑 噴嘴4的直徑 噴嘴4的直徑 范圍
噴嘴4或等離子焊炬頭1的中心軸 等離子氣體 第二氣體 冷卻劑供應(yīng)線路 冷卻劑回返線路 噴嘴4的外表面4. 2的角度 偏斜部分4. 21至4. 24的角度 偏斜部分4. 21至4. 24的長(zhǎng)度
d41 d42 d43
1權(quán)利要求
1.一種液冷式等離子焊炬用噴嘴(4)，包括供等離子噴射物在噴嘴頂端(4. 11)處射出 的噴嘴孔(4. 10)以及第一部分(4. 17)，除了從噴嘴頂端(4. 11)的方向看以角度β 1、β 2 延伸成錐狀的至少一個(gè)偏斜部分(4. 21 ；4. 22 ；4. 23 ；4. 24)外，從噴嘴頂端(4. 11)的方向 看，該第一部分的外表面(4.2)以α角度逐漸尖細(xì)成錐狀。
2.如權(quán)利要求1所述的噴嘴(4)，其特征在于，α角度的范圍介于20度至120度之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的噴嘴(4)，其特征在于，β 、β2角度的范圍介于20度至 120度之間。
4.如權(quán)利要求1至3中的任何一項(xiàng)所述的噴嘴，其特征在于，所述噴嘴具有多個(gè)偏斜部 分(4. 21、4. 22、4. 23、4. 24)，而該偏斜部分(4. 21、4. 22、4. 23、4. 24)以相同角度 β 1或 β2 延伸成為錐狀。
5.如權(quán)利要求1至3中的任何一項(xiàng)所述的噴嘴，其特征在于，所述噴嘴具有多個(gè)偏斜部 分(4. 21、4. 22、4. 23、4. 24)，而偏斜部分(4· 21、4· 22、4· 23、4· 24)中至少有兩個(gè)以不同角 度β 1、β 2延伸成為錐狀。
6.如權(quán)利要求1至5中的任何一項(xiàng)所述的噴嘴(4)，其特征在于，α角和β1角或β 2 角最大差幅為30度。
7.如權(quán)利要求1至5中的任何一項(xiàng)所述的噴嘴(4)，其特征在于，α角與β1或β 2角大小相等。
8.如權(quán)利要求1至7中的任何一項(xiàng)所述的噴嘴(4)，其特征在于，由該第一部分(4.17) 的外表面(4.2)所構(gòu)成的Y角逐漸尖細(xì)成錐狀，而偏斜部分或其中一個(gè)偏斜部分(4.21、 4. 22,4. 23,4. 24)的外表面延伸成錐狀，角度范圍介于60度至160度之間。
9.如權(quán)利要求1至8中的任何一項(xiàng)所述的噴嘴(4)，其特征在于，由朝向偏斜部分或其 中一個(gè)偏斜部分(4.2、4.22、4.23、4.24)的噴嘴頂端的前邊緣和噴嘴的中心軸形成δ角， 角度范圍介于75度至105度之間。
10.如權(quán)利要求9所述的噴嘴(4)，其特征在于，該δ角的角度為90度。
11.如權(quán)利要求1至10中的任何一項(xiàng)所述的噴嘴(4)，其特征在于，和噴嘴(4)的中心 軸(M)平行的偏斜部分(4. 21,4. 22)的長(zhǎng)度(al、a2...)范圍介于Imm至3mm之間。
12.如權(quán)利要求11所述的噴嘴(4)，其特征在于，和噴嘴(4)的中心軸(M)平行的偏斜 部分(4. 21,4. 22)的長(zhǎng)度(al、a2...)尺寸相等。
13.如權(quán)利要求1至12中的任何一項(xiàng)所述的噴嘴(4)，其特征在于，和噴嘴(4)的中心 軸(M)呈直角的偏斜部分(4.21、4.22)的長(zhǎng)度(bl、b2)范圍介于Imm至4mm之間。
14.如權(quán)利要求13所述的噴嘴(4)，其特征在于，和噴嘴(4)的中心軸(M)呈直角的偏 斜部分(4.21、4.22)的長(zhǎng)度(bl、b2)尺寸相等。
15.如權(quán)利要求1至14中的任何一項(xiàng)所述的噴嘴(4)，其特征在于，噴嘴(4)具有帶圓 筒形外表面(4. 1)的第二部分，該第二部分容納在噴嘴托架(5)中。
16.如權(quán)利要求1至15中的任何一項(xiàng)所述的噴嘴(4)，其特征在于，噴嘴(4)具有帶大 致呈圓筒狀外表面(4.3)的第三部分，該第三部分正好位于與噴嘴(4)的中心軸(M)相應(yīng) 的噴嘴孔(4. 10)之前。
17.如權(quán)利要求1至15中的任何一項(xiàng)所述的噴嘴(4)，其特征在于，噴嘴(4)具有帶大 致呈圓筒狀外表面(4.3)的第三部分，該第三部分位于至少部分與相應(yīng)于噴嘴(4)的中心軸(M)的噴嘴孔(4. 10)相對(duì)之處。
18.如權(quán)利要求1至17中的任何一項(xiàng)所述的噴嘴(4)，其特征在于，供0型環(huán)使用的溝 槽位于噴嘴頂端(4. 11)附近。
19.包括權(quán)利要求1至18中的任何一項(xiàng)所述的噴嘴(4)和噴嘴蓋(2)的裝置，其中， 該噴嘴蓋(2)和噴嘴(4)形成冷卻劑室(10)，該冷卻劑室(10)與冷卻劑供應(yīng)線路(WV)和 冷卻劑回返線路(WR)液體連通，其中，至少在噴嘴(4)的第一部分的區(qū)域里，該噴嘴蓋(2) 具有從噴嘴頂端(4. 11)方向看逐漸尖細(xì)成錐狀的內(nèi)表面。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，從噴嘴頂端(4.11)的方向看，該冷卻劑室 (10)圓環(huán)表面(AlOa)的范圍(F)沿著噴嘴⑷的中心軸(M)在至少一個(gè)偏斜部分(10. 1) 中快速降減到至少是在偏斜部分之前的位置的1. 5至8倍。
21.如權(quán)利要求19或20所述的的裝置，其特征在于，從噴嘴(4.11)的方向看，冷卻劑 室(10)圓環(huán)表面(A10a、A10b)的范圍(F)沿著噴嘴(4)的中心軸(M)正好位于至少一個(gè) 偏斜部分(4. 21 ；4. 22 ；4. 23 ；4. 24)之后，比偏斜部分(10. 1)的最小范圍(F)大1. 5至8 倍。
22.如權(quán)利要求19至21中的任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，從噴嘴頂端(4.11) 的方向看，冷卻劑室(10)圓環(huán)表面(AlOa、AlOb、…)的范圍(F)沿著噴嘴(4)的中心軸 (M)正好位于至少一個(gè)偏斜部分(4. 21 ；4. 22 ；4. 23 ；4. 24)之后，冷卻劑室(10)圓環(huán)表面 (AlOa、AlOb、...)值至少跳升到其正好位于偏斜部分前方的值。
23.如權(quán)利要求19至22中的任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，冷卻劑供應(yīng)線路和冷 卻劑回返線路被設(shè)置成彼此偏移180度。
24.具有冷卻劑供應(yīng)線路、冷卻劑回返線路、以及如權(quán)利要求19至23中的任何一項(xiàng)所 述的裝置的液冷式等離子焊炬。
25.如權(quán)利要求24所述的等離子焊炬，其特征在于，該等離子焊炬不僅具有一道等離 子氣體供應(yīng)線路，還具有一道第二氣體供應(yīng)線路和噴嘴護(hù)蓋(9)。
全文摘要
本發(fā)明有關(guān)一種液冷式等離子焊炬，包括使等離子噴射物在噴嘴頂端處出泄的噴嘴孔，除了從噴嘴頂端方向的β角度看呈錐狀延伸的至少一個(gè)偏斜部分外，還有從噴嘴頂端方向的α角度看外表面逐漸尖細(xì)成錐狀的第一部分。本發(fā)明還有關(guān)于一種具有噴嘴蓋的液冷式等離子焊炬裝置，并有關(guān)于包括該裝置的一種等離子焊炬。
文檔編號(hào)H05H1/34GK102007821SQ200980112829
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2009年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者佛克·克林克, 拉夫-彼得·瑞因克, 提摩·葛倫克, 法蘭克·勞里施 申請(qǐng)人:謝爾貝格芬斯特瓦爾德電漿及電機(jī)制造有限公司