[发明专利]接触起动等离子切割设备

说明书

本发明涉及等离子切割，尤其是涉及用于一种接触起动等离子切割过程的方法和设备。

起燃等离子电弧放电以及起动电弧等离子割炬(用于等离子切割)有好几种已知的方法。最好的包括：高频或者高电压放电，接触起动，以及带有一根爆炸线。在每种方法中电弧都在一个正极和一个负极之间引起，向一种可电离气体被引导到电弧周围的气流之中，形成等离子喷射气流。

起燃等离子电弧的高频放电或者说高电压火花放电法使用已经很长时间了曾在一个时期中得到广泛应用。该方法需要使用高电压来击穿正负极之间的间隙，从而产生建立电流通道的载体，所述电流通道是起动电弧所必需的。R·科希(R.Couch，Jr.).等人的美国专利No.3,641,308就披露了这样一种方法。如同R·科希等人所披露的那样，给阴极提供的瞬时高电压脉冲起燃一个越过从阴极到接地工件间隙的电弧放电。

然而，这种高频电弧起动法能对附近的电子设备产生电磁干扰，因此高频电子装置需要屏蔽或者放在远处。此外，产生高频放电所需的设备可能十分昂贵。

在“爆炸线”(exploding wire)工艺中有一个导电器从阴极伸到工件。当电流起燃时，导电器汽化，在其位置上留下电弧。显然，这种爆炸线工艺实际上不能用在起动和停止类型的等离子切割过程之中。

接触起动的等离子电弧需要正负极接触，因而需用相对较小的电流和电压，而且不再需要高频设备(从而也消除了相关的高成本和电磁干扰)。在较老的接触起动法中，手动放置阴极，使它与工件相连，并且电流从阴极流往工件。并手动回撤阴极使其离开工件，以便维持住电弧。通常，所述阴极是电极，而喷嘴(等离子射流通过它喷出)用作使电极与工件连通的导电器。喷嘴相对于电极滑动，当喷嘴压靠工件时与电极接触。因此，当电流被引进时，电极、喷嘴和工件起到电串联的作用。当电极手动回撤离开工件时，允许喷嘴离开电极回到正常位置。

这种接触起动系统的一个缺点是：当喷嘴压靠在工件上时，通常放置在喷嘴端部的脆性陶瓷元件有损坏的危险。此外，在将喷嘴压靠在工件上的同时起燃切割实际上是困难的。该起动方法的另一个问题在于：油漆之类的非导电涂层使得利用工件的电接触起动难以进行。其结果是，甚至当可提供接触起动时，也可能需要前导电弧线路。

一个较新类型的接触起动割炬在内部具有最初接触的一个阴极和一个阳极。这种接触形成一个电流通道。然后阴极随着割炬内部形成气压而自动移动，与阳极分离。在分离之前从阴极流往阳极的电流形成一个前导电弧，该前导电弧在阴极和阳极分离时越过间隙。

N·桑德斯(N·Sanders)等人的美国专利4,791,268就披露过这种割炬，它具有一个用作阴极的可移动电极以及一个用作阳极的固定喷嘴。当割炬内没有气体流动时，一个弹簧迫使电极与喷嘴接触。在这一位置电极关断喷嘴口。在电流开始从电极流往喷嘴之后，将气体送入喷嘴。该气体给活塞部分施加一个与弹簧力作用相反的力，当此力足够大时就使电极移动，离开喷嘴。于是断开了在电极和喷嘴之间的电接触，并形成前导电弧。而且在电极离开喷嘴时还打开喷嘴口，其结果是割炬生成一个等离子喷射流。

现在新汉普郡的汉浩威人工发热治疗机股份有限公司(Hyper-therm，Ine.，Hanover，New Hampshire)销售的一种割炬是一种接触起动割炬。该割炬包括一个内部接触机构，所述机构具有一个电极与喷嘴的短路位置和一个开启位置。电极由弹簧加载进入短路位置，并可借助于压缩空气施加的力移动到开启位置。在短路时该接触机构提供一个可靠的前导电流通路，而当所述接触机构移到开启位置时建立起一个电弧。在短路和开始位置之间有一个预先确定的传送距离。

切割过程由位于喷嘴和电极之间的前导电弧点燃。位于前导电流通路内的一个电感器储存来自前导电流的感应能量。所述短路由一个施加的空气流强行开启。当短路开启时，所述电感器造成通过电极和喷嘴之间开启间隙的放电。放电能量电离所述间隙内的空气，降低间隙阻力，从而提供用来持续前导电流(现在是电弧)的通道。

将一部分来自电极的前导电流通过被切割金属传送到电源的正极末端，切割金属就开始了。当已有电弧传送时电源内的电子装置能感知到，从而在传送发生之后供应数量较大的切割电流。而且，割炬喷嘴断电，中断了前导电流通道。因此，该流被用来切割工件，并沿着一条包括正极末端、工件和电极的通道行进。