[实用新型]用于液体冷却式等离子体电弧喷枪的等离子气体回旋环

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年4月11日提交的美国临时专利申请No. 62/320,935的优先权，该申请为本申请的受让人所有且通过引用而整体地结合在本文中。

技术领域

本实用新型大体涉及等离子体电弧切割系统和过程的领域。更特别地，本实用新型涉及改进的耗材构件(例如，回旋环)和用于控制等离子体电弧喷枪中的等离子气体流的运行方法。

背景技术

等离子体电弧喷枪广泛地用于对材料进行高温加工(例如，加热、切割、熔刮和刻印)。等离子体电弧喷枪大体包括喷枪头、安装在喷枪头内的电极、设置在电极的膛孔内的发射性插件、具有安装在喷枪头内的中心出口孔口的喷嘴、护罩、电连接件、用于冷却的通路、用于电弧控制流体(例如，等离子气体)的通路和功率供应。回旋环可用来控制形成于电极和喷嘴之间的等离子腔室中的流体流型式。在一些喷枪中，固持帽用来将喷嘴和/或回旋环保持在等离子体电弧喷枪中。在运行中，喷枪产生等离子体电弧，等离子体电弧是离子化气体的射流，它温度高且具有充分的动量来协助移除熔融金属。喷枪中使用的气体可为非反应性的(例如，氩气或氮气)，或反应性的(例如，氧或空气)。

等离子电弧喷枪存在某些有冲突的要求。一个是使喷枪直径保持较小，使得它可轻易地具有各种各样的形状，诸如工字梁通道。另一个要求是提高喷枪设计的控制量和灵活性，以适应不同的过程。例如，300安培过程，130安培过程和80安培过程的耗材叠堆可能看上去彼此很不一样。这可能是因为过程在喷嘴中需要不同量的铜来适应热负载，诸如较高电流喷嘴需要较多铜。另外，较低电流过程可能需要径向回旋喷射流，而较高电流过程可能需要沿轴向喷射的回旋流。径向喷射回旋具有沿切向和径向方向进入等离子腔室的初始速度分量。在这个构造中，平行于由喷嘴膛孔限定的圆柱形轴线的轴向流方向大约为零。轴向回旋喷射具有沿切向和轴向方向的初始速度分量。在这个构造中，初始径向分量大约为零。除了初始气体速度的性质之外，进入等离子腔室中的气体喷射点的位置是重要的，而且可基本在不同的设计叠堆之间改变。因而，需要一种可适应不同的运行电流的不同的流控制需求和其它复杂性的喷枪设计，诸如提供具有可适应这些需求和复杂性的灵活特征的单个耗材构件。

实用新型内容

为了在适应更灵活的设计和广泛范围的电流的同时还使喷枪的直径保持较小，本实用新型从喷枪本体中去除一些流控制和复杂性，并且将流控制和复杂性放到耗材中，诸如放到回旋环中。因而本实用新型的回旋环设计容许对不同的运行电流有定制化流型式。

一方面，提供一种用于液体冷却式等离子体电弧喷枪的等离子气体回旋环。回旋环包括基本空心本体，基本空心本体具有远侧端、近侧端、由内表面限定的内部区域和外表面。本体的远侧端和近侧端限定延伸通过其中的纵向轴线。本体的内部区域构造成接收等离子体电弧喷枪的电极。回旋环还包括设置在本体的近侧端的一部分内的第一开口。第一开口构造成提供从本体的内部区域到外表面的流体连通。回旋环另外包括围绕本体的中心部分设置的第二开口。第二开口构造成提供从本体的外表面到内部区域的流体连通。回旋环进一步包括第三开口，第三开口包括设置在本体的远侧端的一部分内的至少一个回旋端口。第三开口将本体的内部区域流通地连接到外部区域，并且第三开口构造成围绕电极在本体的远侧端处提供等离子气体的回旋流。

在一些实施例中，第一开口定向成基本垂直于纵向轴线。在一些实施例中，第二开口定向成基本垂直于纵向轴线。第二开口可包括至少一个测定端口。在一些实施例中，第三开口定向成基本平行于纵向轴线。

在一些实施例中，内表面的至少一部分限定在第三开口的近侧且与开口处于流体连通的回旋气体腔室的一部分。回旋气体腔室可进一步由电极的外表面限定。在一些实施例中，第二开口包括通往回旋气体腔室的入口，并且第三开口包括离开回旋气体腔室的出口。

在一些实施例中，回旋环进一步包括在回旋环的内表面和电极的外表面之间的第一密封部件。第一密封部件沿轴向位于第一开口和第二开口之间。在一些实施例中，回旋环进一步包括在回旋环的内表面和电极的外表面之间的第二密封部件。第二密封部件沿轴向位于第二开口和第三开口之间。在一些实施例中，回旋环进一步包括在本体的近侧端附近的环形供应通路。环形供应通路由回旋环的内表面和电极的外表面限定，并且构造成将气体流传导到回旋环的内部区域中。