[发明专利]用于等离子弧切割系统的消耗筒

说明书

本发明提供了一种用于可替换整体式消耗筒的框架，该可替换整体式消耗筒配置为安装到等离子弧焊炬中。所述框架包括适于接收可平移的接触启动电极的中空本体。所述本体具有内表面和外表面，并且包括：大体上圆柱形的金属芯；电绝缘包覆成型塑料壳体，所述电绝缘包覆成型塑料壳体至少大体上包围所述大体上圆柱形的金属芯的远端的圆周；以及一组流道，所述流道流体连接所述中空本体的所述外表面和所述中空本体的所述内表面，所述流道偏移以向通过其的等离子气体赋予涡流流体流动型态。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年11月7日提交的标题为“Plasma Torch Cartridge（等离子焊炬筒）”的美国临时专利申请第62/756,996号的权益和优先权，该申请的全部内容都通过引用全部并入本文。

技术领域

本发明通常涉及等离子弧切割系统和过程的领域。更具体地，本发明涉及用于通过使用改进的消耗筒简化、优化和减少切割时间和成本的方法和设备。

背景技术

等离子弧焊炬被广泛用于材料的切割和标记。等离子焊炬通常包括弧发射器（例如电极）、具有安装在焊炬本体内的中心出口孔的弧收缩器或收缩构件（例如喷嘴）、电连接、用于冷却的通道以及用于弧控制流体（例如等离子气体）的通道。焊炬产生具有高温和高动量的气体的收缩离子化射流。在焊炬中所使用的气体可以是非反应性的（例如氩气或氮气）或反应性的（例如氧气或空气）。在操作期间，首先在弧发射器（阴极）和弧收缩器（阳极）之间生成导引弧。可以借助于联接至DC电源和焊炬的高频、高电压信号或借助于各种接触启动方法中的任何一种生成导引弧。

已知的消耗品在切割操作之前和期间遭受许多缺点。在切割操作之前，为了特定的切割任务选择和安装正确的一组消耗品可能是繁重和耗时的。在操作期间，当前的消耗品遇到了性能问题，诸如未能有效地从焊炬耗散和传导热量和未能保持适当的消耗品对准和间距。此外，当前的消耗品包括大量昂贵的材料，诸如铜和/或Vespel^TM，这导致了巨大的制造成本并且抑制了其广泛的商业化、生产和采用。需要的是新的和改进的消耗品平台，该平台减少了制造成本，提高了系统性能（例如热传导、部件对准、切割质量、消耗品寿命、可变性/通用性等），并且使最终用户容易安装和使用消耗品。

发明内容

本发明提供了一个或多个具有成本效益的筒设计，这些设计降低了制造成本，促进筒商业化和生产，改进了最终用户的安装和易用性，并且提高了系统性能。在一些实施例中，许多传统的消耗部件（例如涡流环、喷嘴、护罩、保持帽和电极部件）被重新设计。在一些实施例中，新的部件（例如电极套筒、锁环和/或接口绝缘体）被创建。在一些实施例中，传统的涡流环用焊炬本体内的不同特征替换，该特征向焊炬本体内的气流赋予旋涡（例如涡流特征具有直接内置到喷嘴的本体中的流孔）。在一些实施例中，喷嘴护罩与喷嘴电隔离（例如通过使用阳极化铝和/或塑料）。

在一些实施例中，每个筒都包括以下消耗部件中的一个或多个：具有一个或多个部段的框架或本体、弧发射器（例如电极）、弧收缩器或弧收缩构件（例如喷嘴）、用于向等离子焊炬内的气体赋予旋涡的特征（例如内置在喷嘴中的涡流特征、涡流环或另一个涡流特征）、护罩（例如通过使用铝、阳极化铝和/或塑料材料电隔离的喷嘴护罩）、发射元件（例如铪发射器）和/或端帽。在一些实施例中，筒包括大体上铜的部分（例如铜内芯）和大体上非铜的部分（例如内芯外部的非铜部分）。在一些实施例中，筒可以在手持式等离子切割系统和/或机械化等离子切割系统上使用。

在一些实施例中，筒具有弹性元件，诸如弹簧电极或附于电极、直接集成到筒中或被设计为不与筒分离或拆卸的弹簧启动机构。弹性元件可以与框架物理连通和/或可以配置为将导频电流从框架传递到弧发射器。弹性元件可以在沿弹性元件的轴线的方向上偏压弧发射器，例如通过赋予分离力。在一些实施例中，分离力的量级小于将筒保持在一起的联接力的量级。