[发明专利]改进的等离子弧切割系统、消耗品和操作方法

说明书

本发明的特征在于用于液体冷却等离子弧割炬的方法和设备。提供一种电极，所述电极包括主体，主体具有纵向轴线，限定第一端、第二端和中间部分。电极包括：第一密封元件，第一密封元件在第一端附近设置在主体的外部上；第二密封元件，第二密封元件设置在主体的外部上，定位在中间部分中，第二密封元件被配置成向旋流气体腔室提供第一气体密封并且限定旋流气体腔室的一部分；以及第三密封元件，第三密封元件设置在主体的外部上，第三密封元件定位在第二密封元件和第二端之间，第三密封元件被配置成向旋流气体腔室提供第二气体密封并且限定旋流气体腔室的一部分。

相关申请

本申请要求享有2016年6月9日提交的名称为“防护罩旋流器中的计量孔（Metering Holes in the Shield Swirler）”的美国临时专利申请No. 62/347,856的权益。本申请还要求享有2016年4月11日提交的名称为“用于等离子弧割炬的消耗品（Consumables for Plasma Arc Torch）”的美国临时专利申请No. 62/320,935的权益。本申请还要求享有2016年3月28日提交的名称为“防护罩旋流器中的计量孔（Metering Holesin the Shield Swirler）”的美国临时专利申请No. 62/314,097的权益。这些申请的全部内容通过引用被并入本文。

技术领域

本发明一般地涉及等离子弧切割系统和过程的领域。更具体地，本发明涉及用于冷却等离子弧割炬的改进的消耗性部件（例如，电极）以及操作方法。

背景技术

等离子弧割炬（torch）广泛用于材料的切割和标记。等离子弧割炬通常包括安装在割炬主体内的具有中心出口孔口的喷嘴和电极、电连接、用于冷却的路径以及用于弧控制流体（例如，等离子气体）的路径。割炬产生等离子弧，即具有高温和高动量的气体的压缩电离射流。割炬中所使用的气体可以是非反应性的（例如，氩气或氮气）或是反应性的（例如，氧气或空气）。在操作期间，首先在电极（阴极）和喷嘴（阳极）之间产生维弧（pilotarc）。维弧的产生可借助于联接到直流功率源和割炬的高频、高电压信号或者借助于各种启动方法中的任何一种。

当前的等离子弧割炬利用具有一个或两个密封构件（例如，O形环）的电极以便在操作期间提供割炬内的流体密封，例如，用以防止液体和/或气体进入割炬的某些区域。此类配置的一个示例存在于美国专利No. 8,338,740中。在大多数现有技术割炬中，等离子气体与电极主体的第一接触在旋流环（swirl ring）的下游，因此等离子气体在进行此第一接触时已经产生旋流。一种如下的电极将会是有益的，所述电极允许一些具有复杂性的气流被移动成更靠近电极主体，从而允许在现代复杂的割炬中使用较短的电极主体。

发明内容

本发明涉及用于等离子弧割炬的改进的消耗品（例如电极）的系统和方法以及在等离子弧割炬中引导流体流动和使消耗品冷却的相关方法。在一方面中，本发明的特征在于用于液体冷却式等离子弧割炬的电极。所述电极包括主体，主体具有纵向轴线，限定第一端、第二端以及第一和第二端之间的中间部分。电极包括第一密封元件，第一密封元件在第一端附近设置在主体的外部上。电极包括第二密封元件，第二密封元件设置在主体的外部上，第二密封元件沿着纵向轴线定位在第一密封元件和第二端之间的中间部分中，第二密封元件被配置成向旋流气体腔室提供第一气体密封。第二密封元件限定旋流气体腔室的一部分。电极包括第三密封元件，第三密封元件设置在主体的外部上。第三密封元件沿着纵向轴线定位在第二密封元件和第二端之间。第三密封元件被配置成向旋流气体腔室提供第二气体密封。第三密封元件限定旋流气体腔室的一部分。本发明的电极允许一些具有复杂性的气流被移动成更靠近电极。这允许将更多的气流复杂性添加到割炬而不需要更长的割炬电极。而且，在某些实施例中，本发明的割炬可具有轴向旋流和/或轴向流动。将复杂性设于电极和旋流环之间的界面中允许在割炬中使用改进的旋流设计。