[发明专利]用于对齐等离子体电弧切割器的诸零件的方法和设备

说明书

本申请是申请人为人工发热机有限公司、国际申请号为PCT/US2004/011072、国际申请日为2004年4月9日、进入国家阶段日为2005年10月10日、题为“用于储存和驱动诸搅拌器罐的模块化橱柜”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及等离子体电弧切割器(torch)系统和加工工艺的领域。尤其是，本发明涉及用在一等离子体电弧切割器中的液体冷却的电极和冷却剂管。

背景技术

例如等离子体电弧切割器和激光器的材料加工设备广泛地应用于金属材料的切割加工中。等离子电弧切割器通常包括一切割器本体、安装在该本体内的一电极、带有一中心出口孔的一喷嘴、诸电接头，用于冷却的和电弧和控制流体的诸通道、用于控制流体流动图形的一涡旋环以及一电源。在切割器内使用的气体可以是不反应的(例如氩或氮)或反应的(例如氧或空气)。该切割器产生等离子体电弧，该电弧是带有高温和高动量的-等离子气体的-受限的电离化射流。

等离子体电弧切割器产生具有通常在20,000至40,000安培/英寸²的范围内的电流密度的传送的等离子体电弧。高度限定的切割器的特征在于具有通常约为60,000安培/英寸²的较高电流密度的较窄的射流。高度限定的切割器产生窄的切割口和正方形切割角。这些切割器具有较细的热作用区，并在产生无毛刺切割和吹去熔化的金属方面较有效。

类似地，以激光为基础的设备通常包括将气流和激光束引入其中的一喷嘴。一透镜聚焦激光束，然后激光束加热工件。激光束和气流通过一小孔离开该喷嘴，然后撞击工件的一目标区域。所造成的工件加热和在气体与工件材料之间的任何反应相结合依据激光束的焦点和能量强度用于对工件的所选区域的加热、流化或蒸发。这作用允许操作者切割或者修改工件。

材料加工设备的某些零件随着使用时间的增加而恶化。在等离子体电弧切割器的情况下这些“可损耗的”零件包括电极、涡旋环、喷嘴以及护罩，理想地，这些零件在现场可易于调换。然而，为了确保合理的可损耗的使用寿命以及在自动的等离子体电弧切割系统中是很重要的等离子体电弧位置的精度和可重复性，在切割器内对齐这些零件是很关键的。

某些等离子体电弧切割器包括一液体冷却的电极。在Hypertherm公司的美国专利5,756,959中叙述了这一电极。该电极具有带一敞开端和一封闭端的中空细长本体。该电极由铜形成，并包括高热离子发射率材料(例如铪或锆)的一圆柱形插入物，该插入物被压配进入电极的底端内的一孔中。该插入物的暴露的端面形成一发射表面。通常发射表面最初是平面。但是，发射表面最初可以被形成在插入物中形成一凹入部分，如在Hypertherm公司的美国专利5464,962中叙述的那样，在任一情况下，插入物延伸进入电极的底端中的孔内，到达电极的中空内部中设置的冷却液体的一循环流。电极可以被“中空铣削”，其中在围绕插入物的底端的内部中形成一环形凹部。具有形成延伸通过本体的一圆筒形通道的一中空的、薄壁圆筒形本体的冷却剂入口管位于电极本体的中空的内表面附近。该管以分开关系延伸进入该凹入部分内，以提供在电极的内表面上的冷却剂的高流动速度。

在许多等离子体电弧切割器中和在许多操作状态(例如高安培数切割)下，该管必须通过提供充分的冷却从电极去除热量，以得到可接受的电极使用寿命。已经凭经验明确了如果冷却剂管的出口与电极的内表面不对齐(沿纵向和/或径向)，该管就不能充分地冷却插入物。具有与电极不对齐的冷却剂管的切割器的反复使用会引起插入物材料较迅速的损耗。为了实现所需的冷却剂流动特性，通常将该管固定在相对于电极的一固定位置，以实现适当的对齐。电极损耗通常造成低质量的切割。例如，随着电极损耗增加切口宽度尺寸可能加大，或者切割角度可能移动失去正方形。这要求经常调换电极，以实现适合的切割质量。

与安装电极和冷却剂管的传统方向相关联的误差对于使用这些切割器的诸系统更难产生高度一致的、紧密公差的诸零件，同时不要求经常调换电极，这是由于在相对于冷却剂管定位电极时固有的误差的缘故。

发明内容

因此，本发明的一目的是提供用于一液体冷却的等离子体电弧切割器的电极和冷却剂管，通过使不对齐的影响最小从而有助于保持电极使用寿命和/或减少电极损耗。