[发明专利]带有暴露式排放通道的喷嘴

说明书

技术领域

本发明总的涉及等离子弧切割焊炬及其操作方法的领域。更具体而言，本发明涉及改进后的喷嘴及其相关的操作方法。

背景技术

在强电流氧气焊炬中，与低电流加工过程相比，电极寿命和喷嘴寿命可能非常短。由于过大的热负荷被施加至喷嘴头，从而会缩短在强电流焊炬中的喷嘴寿命。降低在喷嘴上的热负荷和增大喷嘴寿命的方法之一是从喷嘴孔前方排放一部分等离子气体。例如，参照提交于1992年1月14日的题为“Nozzle and Method of Operation for a Plasma Arc Torch(用于等离子弧焊炬的喷嘴及其操作方法)”的美国专利第5317126号，该申请以引用方式完整地包含于此。进一步排放有助于通过收聚电弧和冷却喷嘴来限制电弧。排放等离子过程可获得更高程度受限的电弧，这种更高程度受限的电弧可在延长喷嘴寿命的同时提高切割性能。在喷嘴出口孔处对喷嘴壁进行冷却会产生冷却气体的薄边界层，这种边界层可保护喷嘴和收聚电弧(例如，通过来自电弧边界的这种能量消耗来使电弧收缩)冷却同样也能帮助控制双重弧焊和挖凿喷嘴孔(例如，当电弧与壁面接触时)。

电极寿命可通过增加铪辐射体的冷却来延长，例如，使用海别得(Hypertherm)公司的冷却芯设计。例如，参照提交于1998年7月20日的题为“Electrode for a Plasma Arc Torch Having an Improved InsertConfiguration(用于等离子弧焊炬的具有改进后的插入结构的电极)”的美国专利第6130399号，该申请以引用方式完整地包含于此。然而，电极寿命可能依然很短，尤其是当等离子气体涡流注入位置远离电极表面的上游(例如，由于很大的等离子增压室引起的)时更是如此。当涡流注入位置移动到靠近电极表面时，可延长电极寿命。等离子弧焊炬可具有接近于电极表面的涡流注入位置(例如，导致增压室缩减)。举例而言，HT4400 400A 02等离子过程具有包括“更近的”涡流注入位置的涡流环设计。使涡流注入位置更接近电极表面可增加在强电流焊炬中的电极寿命，这是由于其在焊炬的操作过程中减少了辐射体损耗量。长的涡流环可用于实现涡流注入位置与电极表面接近，从而延长电极寿命。

发明内容

利用现有技术的排放式喷嘴(例如，比如说在美国专利第5317126号中的喷嘴)可通过喷嘴的衬垫来限制用于涡流环的可利用空间。虽然现有技术的排放式喷嘴延长了喷嘴寿命，但现有技术的排放式喷嘴会引起涡流环注入位置设置成远离电极表面(例如，涡流环注入位置与电极表面之间的长距离)，从而导致电极寿命变差。

将涡流环注入位置构成为接近于电极表面且同时用排放后的气体冷却喷嘴可增加喷嘴寿命和电极寿命。在一些方面，本发明可构成喷嘴外壳/主体，该喷嘴外壳/主体的尺寸做成可收纳喷嘴衬垫和至少一部分涡流环。喷嘴可构成允许涡流环被深深地插入喷嘴，能在适应排放式喷嘴使用的同时使涡流环注入位置接近于电极。等离子气体可朝电极的端面注入，减少焊炬操作过程中辐射体损耗量(例如，引起气流的涡流控制的改进从而在电极操作过程中减少熔融铪辐射/喷射)。排放式喷嘴可包括形成于喷嘴中的等离子气体排放通道。在一些方面，本发明可构成排放式喷嘴，其中排放通道距孔的距离可被定位得足够远，以避免熔融金属引入排放通道，从而引起焊炬损伤。细长且渐缩的(例如，尖的)消耗品可使消耗品在斜面上很有用。

在一方面，本发明的特征在于，一种用于等离子焊炬的喷嘴可包括主体，该主体具有内表面、外表面、近端以及在远端上的出口孔。喷嘴可包括被主体的内表面围绕的衬垫，该衬垫包括：近端；以及出口孔，该出口孔在与主体的出口孔相邻的远端上。喷嘴还可包括形成于主体中的至少一个排放通道。该至少一个排放通道可包括：入口，该入口形成于主体的内表面中；以及出口，该出口形成于主体的外表面中。该至少一个排放通道可设置在主体的近端和衬垫的近端之间。

在另一方面，本发明的特征在于，一种用于等离子焊炬的喷嘴可包括主体，该主体具有内表面、外表面和由主体的内表面限定的空间。喷嘴可包括衬垫，该衬垫完全设置在空间的第一部分内并且与主体的内表面相邻。喷嘴还包括至少一个等离子气体排放孔，该等离子气体排放孔从主体的内表面延伸至主体的外表面。该至少一个等离子气体排放孔可直接暴露于空间的第二部分。