用于接触启动式等离子弧焊炬的电极及使用该电极的接触启动式等离子弧焊炬制造技术

提供了一种用于接触启动式等离子弧焊炬的部件。所述部件包括中空本体，所述中空本体界定出具有纵向轴线的通道。所述通道能够沿所述纵向轴线可滑动地容纳电极本体。所述部件包括设于所述中空本体内的接触元件，并且包括第一表面和第二表面。当以转移电弧模式操作所述等离子弧焊炬时，所述第一表面适于促进与电源的电连通，并且所述第二表面适于与所述电极本体的表面形成物理接触。此外，当以引导电弧模式操作所述焊炬时，所述第二表面与所述电极本体的表面之间不形成物理接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于接触启动式等离子弧焊炬的电极及使用该电极的接触启动式等离子弧焊炬相关申请的交叉引用本申请为申请于2007年2月20日并且要求申请于2006年2月17日的第60/774,451号美国专利申请的优先权权益的第11/709,315号美国专利申请的部分接续案，本申请的申请人同时享有上述两份申请，并且提供整体引用的方式将其合并在此。
本专利技术主要涉及等离子弧焊炬，尤其是应用于接触启动式等离子弧焊炬的电极和焊炬。
技术介绍
被称为工件的金属材料的切割和标记中，广泛使用等离子弧焊炬和激光器之类的材料处理装置。等离子弧焊炬通常包括焊炬本体，安装在本体内的电极，具有中心排出孔的喷嘴，电连接件，用于冷却和弧控制流体的通路，用以对流体流动模式进行控制的涡流环，以及电源。焊炬内使用的气体可以是惰性气体(例如氩气或氮气)，或活性气体(例如氧气或空气)。焊炬产生等离子弧，而等离子弧是高温且高动量的等离子气体的收缩离子化射流。用于在等离子弧焊炬中产生等离子弧的一种方法是接触启动方法。接触启动方法包括形成电极和喷嘴之间的物理接触和电连通来产生其间的电流通路。电极和喷嘴可配合以在焊炬本体内产生等离子腔。将电流提供至电极和喷嘴，并且将气体引入等离子腔。增大气体压力直到该压力足以使得电极和喷嘴分离。该分离使得在等离子腔内电极和喷嘴之间形成电弧。该电弧使得引入的气体离子化，从而产生可转移到工件以进行材料处理的等离子射流。在某些应用中，电源适于在电弧产生过程中提供称为引导电流的第一电流，并在等离子射流已转移到工件时提供称为转移电弧电流的第二电流。有多种能够产生电弧的构造。例如，电极可在焊炬本体内沿离开静止喷嘴的方向移动。这种构造称为“倒流(blow-back)”接触启动方法，因为气压使电极沿离开工件的方向移动。在另一构造中，喷嘴可沿离开相对静止的电极的方向移动。这种构造称为“前流(blow-forward)”接触启动方法，因为气压使得喷嘴沿朝向工件的方向移动。在又一构造中，其它焊炬部件(例如涡流环)可在静止电极和喷嘴之间移动。材料处理装置的某些部件在使用一段时间后会损坏。在所述材料处理装置为等离子弧焊炬的情况下，这些“消耗”部件包括电极，涡流环，喷嘴，和屏蔽件。此外，在使用接触启动方法启动焊炬的过程中，各种消耗部件变得不对齐，由此缩短了部件的使用寿命并降低等离子射流定位的精确性和可重复性。理想的是，这些部件易于在现场进行更换。但是，更换消耗部件会造成停机并降低生产率。在接触启动式等离子弧焊炬的倒流方法中，电极沿离开喷嘴的方向移动以引发电极和喷嘴之间的引导电弧。电极的近端(例如，远离工件的一端)与形成为一部分焊炬本体的电源接触件接合。电极沿离开喷嘴方向的移动还会使得电源接触件移动。焊炬的反复使用会导致电源接触件和电极发生磨损。等离子弧焊炬操作中，更换电极是例行操作，并且例行进行该处理。然而，更换电源接触件包括拆卸焊炬本体并且耗时久，成本高，因为电源接触件并未设计成消耗部件。某些倒流焊炬涉及相对于相对静止的焊炬本体移动电源接触件。此类电源接触件的移动和焊炬的有效性会受到将电源接触件连接到电源之电缆的强度或刚度的影响。例如，图1是已知的接触启动式等离子弧焊炬的剖视图。系统100包括电源(未示出)，其与通过载流电缆104与向焊炬112提供电流的电源接触件108电连通。焊炬112包括与电源接触件108电绝缘并围绕电源接触件108设置的阴极块116。电源接触件108接靠导电电极124的近端120。设置在阴极块116内的弹簧128反作用于阴极块116的表面132以将电源接触件108和电极124朝向导电喷嘴136推压。在引发用于处理工件(未示出)的电弧之前，通过弹簧推压电极124以使之与喷嘴136接触。在电缆104到电源接触件108，电极124，和喷嘴136之间形成电流通路。电流可沿该电流通路通过。电极124与喷嘴136配合以形成等离子腔140的一部分。可将等离子气体供应到等离子腔140来增加等离子腔140内的压力并克服由弹簧128提供的力。这一压力迫使电极124和电源接触件108沿离开喷嘴136的方向移动。随着电极124和喷嘴136之间的间隙144增大，电极124(例如阴极)和喷嘴136(例如阳极)之间形成电势差。电弧(未示出)将气体微粒离子化并横跨间隙144引发以用于处理工件。系统100的一个缺点是当电极124移动以引发电弧时，电源接触件108也需要移动。当电缆104的电流承载能力增加时，电缆104的尺寸增加，但电缆104的挠性降低。电缆104的挠性降低会降低焊炬112的通用性和操控性。此外，电源接触件108和阴极块116需要相对紧的公差(例如，电源接触件108和阴极块116之间的相对小的间隙)。相对紧的公差在电源接触件108的移动过程中(例如，在引导电弧引发过程中)对电源接触件108进行定位和导向。
技术实现思路
业界需要一种优化焊炬操作而不提早出现故障的用于接触启动式等离子弧焊炬的电极。此外，需要一种采用本专利技术的概念来尽可能延长现有焊炬设计的部件寿命的接触启动式焊炬。因此，本专利技术的一个目的为提供一种更持久的电极以及在等离子弧焊炬中与电极一起使用的部件。另一目的为提供一种构造，其可减少焊炬的未设计成消耗件之部件的磨损。再一目的为提供焊炬操作过程中(例如，引导电弧和转移电弧模式)相对于焊炬部件的对准结构。一方面，提供了一种用于接触启动式等离子弧焊炬的部件。所述部件包括中空本体，所述中空本体界定出具有纵向轴线的通道。所述通道能够沿所述纵向轴线可滑动地容纳电极本体。所述部件还包括所述中空本体内的接触元件。所述接触元件包括第一表面和第二表面。当以转移电弧模式操作所述等离子弧焊炬时，所述第一表面促进与电源的电连通，并且所述第二表面能够与所述电极本体的表面形成物理接触。所述第二表面的特征在于，当以引导电弧模式操作所述焊炬时，所述第二表面与所述电极本体的表面之间不形成物理接触。一些实施例中，所述部件包括涡流环部分，所述涡流环部分界定出外部部分，内部部分，和从所述外部部分通过至所述内部部分的一或多个孔，以使得流体进行涡流运动。所述涡流环部分与所述中空本体一体形成。一些实施例中，所述中空本体包括涡流环部分。一些实施例中，所述部件包括弹性元件，当所述电极本体插入所述通道时，所述弹性元件接触所述电极本体。所述弹性元件构造为向所述电极本体施加分离力。一些实施例中，所述弹性元件通过径向过盈配合固定至所述通道。所述弹性元件连接至所述接触元件。一些实施例中，所述部件包括电源接触件，其与所述电源和所述接触元件的第一表面电连通。一些实施例中，所述接触元件固定不动。一些实施例中，所述通道包括用于限制所述接触元件的纵向移动的肩部。一些实施例中，所述通道的内表面包括绝缘材料。另一方面，提供了一种操作接触启动式等离子弧焊炬的方法。所述方法包括沿纵向轴线将电极本体可滑动地容纳在通道中。所述通道由所述等离子弧焊炬的部件的中空本体界定出。所述方法包括当以转移电弧模式操作所述等离子弧焊炬时，促进1)电源与设于所述通道中的接触元件的第一表面之间的电连通，和2)所述接触元件的第二表面与所述电极本体的表面之间的物理接触。所述方法还包括当以引导电弧模式操作所述焊炬时，保持所述接触元件的第二表面与所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于接触启动式等离子弧焊炬的部件，所述部件包括：中空本体，所述中空本体界定出具有纵向轴线的通道，所述通道能够沿所述纵向轴线可滑动地容纳电极本体；及接触元件，其设于所述中空本体内并且包括第一表面和第二表面，当以转移电弧模式操作所述等离子弧焊炬时，所述第一表面促进与电源的电连通，并且所述第二表面与所述电极本体的表面形成物理接触，其中所述第二表面的特征在于，当以引导电弧模式操作所述焊炬时，所述第二表面与所述电极本体的表面不形成物理接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.06 US 13/344,8601.一种用于接触启动式等离子弧焊炬的部件，所述部件包括：中空本体，所述中空本体界定出具有纵向轴线的通道，所述通道能够沿所述纵向轴线可滑动地容纳电极本体；第一接触元件，其设于所述中空本体内并且包括第一接触元件表面和第二接触元件表面，所述第一接触元件表面促进与电源的电连通；附加接触元件，其设置于所述中空体内并包括第一附加接触元件表面和第二附加接触元件表面，所述第二附加接触元件表面构造成当以转移电弧模式操作所述等离子弧焊炬时，所述第二附加接触元件表面物理接触所述电极本体的表面；以及一个或两个肩部，设置于所述通道中用于限制所述第一接触元件或附加接触元件中至少一个的纵向移动。2.如权利要求1所述的部件，还包括涡流环部分，所述涡流环部分界定出外部部分、内部部分、和从所述外部部分通过至所述内部部分的一或多个孔，以使得流体形成涡流运动。3.如权利要求2所述的部件，其中所述涡流环部分与所述中空本体一体形成。4.如权利要求1所述的部件，其中所述中空本体包括涡流环部分。5.如权利要求1所述的部件，还包括弹性元件，其设置在所述通道内所述第二接触元件表面和第一附加接触元件表面之间，其中所述弹性元件构造为向所述附加接触元件施加分离力。6.如权利要求5所述的部件，其中所述弹性元件通过径向过盈配合固定至所述通道。7.如权利要求5所述的部件，其中所述弹性元件连接至所述第一接触元件或所述附加接触元件中的至少一个。8.如权利要求1所述的部件，其中所述第一接触元件固定不动并且所述附加接触元件可相对于所述第一接触元件平移。9.如权利要求1所述的部件，其中所述肩部包括用于限制所述第一接触元件纵向移动的第一肩部和用于限制所述附加接触元件纵向移动的第二肩部。10.如权利要求1所述的部件，其中所述通道的内表面包括绝缘材料。11.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰森·P·马瑟，尼古拉斯·A·桑德斯，乔恩·W·琳赛，彼得·特沃罗格，E·迈克尔·施普斯基，段正，大卫·约翰森·库克，
申请(专利权)人：海别得公司，
类型：发明
国别省市：美国;US