[发明专利]用于液体冷却防护罩以改进刺穿性能的装置和方法

说明书

本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2008/078074，国际申请日为2008年09月29日，进入中国国家阶段的申请号为200880128026.7，名称为“用于液体冷却防护罩以改进刺穿性能的装置和方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总地涉及等离子弧焊枪。更具体地说，本发明涉及用于防护等离子弧焊枪的可消耗部件的防护罩。

背景技术

现有的等离子弧焊枪的基本部件包括：焊枪本体、电极（例如，阴极）、喷嘴以及相关联的电连接件和用于冷却、弧控制的流体的通路，其中，电极安装在本体内，喷嘴具有中心孔并产生引导电弧以使电极在合适的气流（例如，氮或氧）中生成等离子弧。

在使用等离子弧焊枪刺穿金属的过程中，重要的设计考虑的是，从切缝中喷射的熔融金属返回到焊枪，这会损坏喷嘴。这种破坏存在两种基本模式。第一，从切缝中喷射的熔融金属可干扰等离子柱，使其擦伤喷嘴。第二，熔融金属可固化并附连到喷嘴的正面，这最终会产生在喷嘴和工件之间的电桥。这会产生“两次飞弧”，而“两次飞弧”会彻底缩短喷嘴的寿命。

已有若干方法以解决由喷射熔融金属所产生的擦伤和两次飞弧的问题。在高电流（例如，200安培及以上）等离子切割焊枪中，已有的解决方案是使用具有水喷射冷却功能的组合式喷嘴。此类的典型的喷嘴由海别得公司制造，与海别得的产品HT400和PAC500相关联，此类喷嘴的正面由陶瓷制成。此种布置控制擦伤和两次飞弧，这是因为（1）陶瓷喷嘴表面是绝缘的，因此将不会产生两次飞弧，以及（2）喷嘴由陶瓷屏障所保护。此外水的优秀的冷却性能（通过冷却陶瓷喷嘴件以及通过水蒸气冷却刺穿过程中喷射的熔融金属）阻止熔融金属粘接或熔融到陶瓷元件或在极端情形中，阻止熔融金属冲击陶瓷。一种高电流、组合式喷嘴的变型类似于由海别得作为其产品PAC500售卖的喷嘴是包括径向水喷射的陶瓷喷嘴件，然而陶瓷喷嘴件由铜制正面部件所代替。绝缘元件将喷嘴部件隔开，从而喷嘴的正面是电浮动的。铜比陶瓷更有效地被冷却，且铜能显著更好地经受滥用，因此具有更长的寿命。

在一些情形中，将陶瓷绝缘外壳附连于喷嘴的外侧以试图保护喷嘴。这是所谓的“防护帽”。其主要目的是防止喷嘴与工件接触。操作者可在工件上触碰或拉拽焊枪，而不会产生两次飞弧。然而，此种陶瓷外壳在刺穿过程中无法提供对于熔融金属飞溅物以及伴随的擦伤和两次飞弧问题的防护。此外，陶瓷防护罩（1）容易碎并损坏，且（2）不具有水冷却的防护，受到从切缝喷射的熔融金属的冲击。

利用冷却液（例如，水）冷却等离子弧焊枪的可消耗部件（例如，防护罩）可具有安全性益处。在没有液体冷却的情况下，可消耗部件在使用过程中可达到非常高的温度，这会引起安全问题。无损耗的冷却系统能使用干燥等离子和干燥切割台。由于可减小质量和免除处理已用/污染的水（可被认为是有害废物）的需要，干燥工作台是理想的。

发明内容

本发明可通过使用气体和/或液体冷却防护罩来解决这些问题，该气体和/或液体冷却防护罩作用在于在刺穿过程中降低温度和阻碍熔渣在防护罩的暴露表面上形成，因此延长防护罩的使用寿命并提高等离子弧焊枪的切割质量。例如，熔渣在防护罩上的形成/生成可影响焊枪的限定初始高度，此初始高度可影响等离子弧焊枪的切割质量。熔渣在防护罩上的形成还可堵塞防护罩的排出口和/或孔，这会同时影响切割质量和防护罩的寿命（例如，通过影响防护罩的冷却能力）。熔渣在防护罩上形成可在某些情形下使防护罩熔化。在一些实施例中，借助示例，如果等离子弧焊枪用于切割钢且防护罩由铜制成，则由于钢的熔点比铜高，因而熔渣可使防护罩熔化。熔渣生产还使防护罩生热直到防护罩的氧化温度（例如，如果防护罩由铜制成，则从熔渣产生的热量可产生致使铜氧化的高的铜温度），因此使防护罩劣化（例如，在孔的边缘处）。

一方面，本发明的特征是：一种用于等离子弧焊枪的防护罩，该等离子弧焊枪刺穿并切割金属工件并产生指向焊枪的飞溅的熔融金属，防护罩保护等离子弧焊枪的可消耗部件不受飞溅熔融金属影响。防护罩可包括本体、本体的第一表面、本体的第二表面，其中，本体的第一表面构造成由气流接触冷却，本体的第二表面构造成由液流接触冷却。防护罩还可包括密封组件，其中，密封组件构造成固定于本体且相对于第二表面设置，以构造成使液流保持接触冷却第二表面。