用于等离子弧切割系统的高接入性耗材技术方案

本发明专利技术公开了用于等离子弧切割系统的高接入性耗材。提供了一种用于等离子弧焰炬的喷嘴。所述喷嘴包括基本中空的长型喷嘴本体，所述本体能够接收电极，所述本体限定纵轴、远端和近端。所述喷嘴还包括涡流套筒，其能够附接至所述喷嘴本体的内表面，所述涡流套筒配置成向被引入至所述喷嘴的气体施加涡流运动。所述喷嘴另外包括连接至所述喷嘴本体的所述近端的喷嘴尖端、喷嘴护罩和绝缘物，该绝缘物配置成连接所述喷嘴尖端与所述喷嘴护罩，以便使所述喷嘴护罩和所述喷嘴尖端彼此电绝缘，同时在所述喷嘴护罩与所述喷嘴尖端之间传递热能。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求2014年10月14日提交的美国临时专利申请No.62/063,703和2014年3月7日提交的美国临时专利申请No.61/949,609的权益和优先权。本申请是2015年1月30日提交的序列号为14/610,011的美国专利申请的部分接续案，序列号为14/610,011的美国专利申请是2014年10月14日提交的序列号为14/513,878的美国专利申请的部分接续案，序列号为14/513,878的美国专利申请是2012年8月9日提交的序列号为13/570,526的美国专利申请的部分接续案，序列号为13/570,526的美国专利申请是2012年7月19日提交的序列号为13/553,273的美国专利申请的部分接续案。本申请也是2011年9月9日提交的序列号为13/229,105的美国专利申请（‘105申请）（现在是美国专利8,981,253）的部分接续案，‘105申请是2010年9月9日提交的序列号为12/878,512的美国专利申请（现在是美国专利No.8,624,150）的部分接续案。‘105申请也是2011年6月27日提交的序列号为13/169,534的美国专利申请（现在是美国专利No. 8,153,927）的部分接续案，序列号为13/169,534的美国专利申请是2006年12月15日提交的序列号为11/611,625的美国专利申请（现在是美国专利No.7,989,727）的接续案，序列号为11/611,625的美国专利申请要求2006年9月13日提交的美国临时专利申请No.60/825,453的权益和优先权。‘105申请是2008年2月15日提交的序列号为12/032,630的美国专利申请（现在是美国专利No.8,089,025）的部分接续案，序列号为12/032,630的美国专利申请要求2007年2月16日提交的美国临时专利申请No.60/901,804的权益和优先权。本申请进一步要求2014年5月9日提交的序列号为61/991,114的美国专利申请的权益和优先权。所有这些申请的内容都归本申请的受让人所有，并且其整体通过引用结合在此。
本公开总体上涉及热切割焰炬（例如，等离子弧焰炬），并且更具体来说涉及等离子焰炬部件以及相关系统和方法。
技术介绍
诸如等离子弧焰炬之类的热处理焰炬广泛地用于对材料进行高温处理（例如，加热、切割、刨削和印记）。等离子弧焰炬总体上包含焰炬本体、安装在焰炬本体内的电极、安置在电极的钻孔内的发射插头、安装在焰炬本体内的设有中央出口孔口的喷嘴、护罩、电连接、冷却用的通路、弧控制流体（例如，等离子气体）用的通路、和电力供应器。可以使用涡流环来控制在电极与喷嘴之间形成的等离子室中的流体流的样式。在一些焰炬中，使用固定帽将喷嘴和/或涡流环保持在等离子弧焰炬中。在操作中，焰炬产生等离子弧，等离子弧是收紧的一股离子化气体，该离子化气体具有高温和充分的动量，足以帮助去除熔化的金属。焰炬中使用的气体可以是非反应性气体（例如，氩气或氮气）或者反应性气体（例如，氧气或空气）。在用等离子弧切割金属工件或给金属工件加印记的过程中，首先在焰炬内的电极（阴极）与喷嘴（阳极）之间产生导弧。当在这种导弧模式中操作时，电极可以从喷嘴分开，从而在电极与喷嘴之间形成弧，例如，如美国专利No.4,791,268中说明的，该专利的内容通过引用结合在此。在喷嘴与电极之间通过的气体被离子化以形成等离子，然后等离子从喷嘴的出口孔口中出来。可以使气体穿过涡流环，以在气体穿过焰炬时向气体施加切线运动，从而改善焰炬性能。当焰炬在工件附近移动时，弧接触工件，电流返回路径于是从喷嘴转移到工件。总体上，焰炬在这种转移等离子弧模式中操作，转移等离子弧模式的特征在于离子化的等离子气体从电极流动到工件，而电流返回路径是从工件回到电力供应器。如此产生的等离子可以用于切割、焊接、工件或给工件加印记。除了上文说明的后喷操作之外，备选的已知技术还包含前喷技术，其中，该喷嘴与固定喷嘴分开。例如，参照美国专利No.5,994,663，该专利的内容通过引用结合在此。焰炬的尺寸取决于上文所述的耗材（例如，电极、涡流环、喷嘴、和护罩）的大小和配置。这些耗材的设计非常有技术性，并且对焰炬寿命和性能的影响很大。电极总体上被涡流环、喷嘴包围，并且在一些配置中被护罩包围。所有这些部件及其设计和组合的方式都会影响到整个焰炬的尺寸、配置、重量、成本、和其他参数。另外，焰炬的耗材（例如，电极、喷嘴、涡流环、和护罩）都会暴露于高温。标准的焰炬在高百分比的占空比下运行时难免使焰炬部件熔化并在焰炬中导致其他温度相关问题。可以利用各种技术来冷却焰炬的耗材，诸如使用喷水冷却来冷却喷嘴和/或护罩，在电极中和/或喷嘴周围使用液体冷却，或者使用通风孔来冷却护罩，如美国专利No.5,132,512中所说明，该美国专利的内容整体结合在此。当等离子弧焰炬在高电流（例如，大于大约15安培）下运行时，和/或当等离子弧焰炬完全靠气体冷却时，等离子弧焰炬耗材甚至可能更难冷却。此外，现有的等离子切割系统包含许多种耗材，以供与不同的切割电流和/或操作模式一起使用。大量的耗材选择可能会让使用者感到困惑，并且增加了使用不正确的耗材的可能性。大量耗材选择还可能导致焰炬的设置时间冗长，并且使得对耗材布置有不同要求的切割工艺之间难以实现转变。等离子弧焰炬广泛地用于处理（例如，切割和印记）金属材料。等离子弧焰炬总体上包含焰炬本体、安装在本体内的电极、设有中央出口孔口的喷嘴、电连接、冷却和弧控制流体用的通路、用于控制流体流样式的涡流环、和电力供应器。焰炬产生等离子弧，等离子弧是具有高温和高动量的一股收紧的等离子气体。该气体可以是非反应性气体（例如，氮气或氩气），或者是反应性气体（例如，氧气或空气）。在用等离子弧切割金属工件或给金属工件加印记时，通常首先在电极（阴极）与喷嘴（阳极）之间产生导弧。导弧使穿过喷嘴出口孔口的气体离子化。在离子化的气体使电极与工件之间的电阻减小之后，然后弧从喷嘴转移到工件。焰炬在这个转移等离子弧模式中操作，其特征在于电子和导电离子化气体从电极流动到工件，以便切割工件或给工件加印记。
技术实现思路
提供一种用于等离子弧切割系统的盒装型复合喷嘴，该复合喷嘴包含喷嘴本体、涡流套筒、绝缘物、喷嘴尖端、和喷嘴护罩。所述复合喷嘴可以组合和/或消除现有的等离子焰炬耗材中使用的其他焰炬部件。例如，可以不再需要常规的涡流环，因为复合喷嘴可以向焰炬本体内的气流施加涡流。复合喷嘴的冷却能力可以增强，制造和材料成本可以降低，和/或再循环能力、耐用性和性能可以得到改进。复合喷嘴可以在手持式等离子切割系统和机械化等离子切割系统中操作。复合喷嘴在一个结构中提供多个耗用性部件，因而能够让组装时间明显减少（例如，减少到1/5-1/10）。这种集成设计还确保针对给定的切割任务正确地选择和取向（例如，对齐）相配零件，并且使得针对给定的切割任务更容易认出一套适当的耗用性部件。在一个方面中，本专利技术的特征是一种用于等离子弧切割焰炬的喷嘴。该喷嘴包含基本上中空的长型本体，该本体能够接收电极。该喷嘴本体限定一根纵轴，并且沿着该轴线从喷嘴本体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于等离子弧焰炬的喷嘴，所述喷嘴包括：基本中空的长型喷嘴本体，所述本体能够接收电极，所述本体限定纵轴、远端和近端；涡流套筒，其能够附接至所述喷嘴本体的内表面，所述涡流套筒配置成向被引入至所述喷嘴的气体施加涡流运动；喷嘴尖端，其连接至所述喷嘴本体的所述近端，所述喷嘴尖端包含用于将等离子弧引入至工件的喷嘴出口孔口；喷嘴护罩；以及绝缘物，其配置成连接所述喷嘴尖端与所述喷嘴护罩，以便使所述喷嘴护罩和所述喷嘴尖端彼此电绝缘，同时在所述喷嘴护罩与所述喷嘴尖端之间传递热能。

【技术特征摘要】
2014.10.14 US 62/063703;2015.01.30 US 14/610011;201.一种用于等离子弧焰炬的喷嘴，所述喷嘴包括：基本中空的长型喷嘴本体，所述本体能够接收电极，所述本体限定纵轴、远端和近端；涡流套筒，其能够附接至所述喷嘴本体的内表面，所述涡流套筒配置成向被引入至所述喷嘴的气体施加涡流运动；喷嘴尖端，其连接至所述喷嘴本体的所述近端，所述喷嘴尖端包含用于将等离子弧引入至工件的喷嘴出口孔口；喷嘴护罩；以及绝缘物，其配置成连接所述喷嘴尖端与所述喷嘴护罩，以便使所述喷嘴护罩和所述喷嘴尖端彼此电绝缘，同时在所述喷嘴护罩与所述喷嘴尖端之间传递热能。2.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述喷嘴本体、所述涡流套筒、所述喷嘴尖端、所述喷嘴护罩和所述绝缘物经由压配合连接。3.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述喷嘴包括等离子弧焰炬的单个耗用性部件。4.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述喷嘴本体、所述涡流套筒、所述喷嘴尖端或所述喷嘴护罩中的至少一个包括传导材料。5.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述喷嘴本体包括铝。6.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述喷嘴本体沿着所述纵轴具有大约2.5至3英寸的长度，并且具有大约0.4至大约0.5英寸的横截面宽度。7.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述涡流套筒能够滑动地从所述近端附接至所述喷嘴本体的所述内表面。8.根据权利要求7所述的喷嘴，其中，所述涡流套筒在台阶区处与所述喷嘴本体形成干涉配合，所述台阶区安置在所述喷嘴本体的所述内表面上。9.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述涡流套筒包括铜。10.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述涡流套筒沿着所述纵轴具有大约0.11至大约0.12英寸的长度。11.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述喷嘴尖端包括铜。12.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述喷嘴尖端占所述喷嘴本体沿着所述纵轴的长度的大约1/2、1/3或1/4。13.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述喷嘴尖端占所述喷嘴沿着所述纵轴的长度的大约20%、30%或40%。14.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述喷嘴尖端沿着所述纵轴具有大约0.9至大约1英寸的长度，并且具有大约0.37至大约0.4英寸的横截面宽度。15.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述绝缘物包括阳极化的铝或塑料中的至少一个。16.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述绝缘物沿着所述纵轴具有大约0.3至大约0.4英寸的长度，并且具有大约0.4至大约0.5英寸的最大横截面宽度。17.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述喷嘴护罩包括铜。18.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述喷嘴护...

【专利技术属性】
技术研发人员：EM施普尔斯基，NA桑德斯，J杰森，JP马瑟，PJ夸克，CG达罗，
申请(专利权)人：海别得公司，
类型：发明
国别省市：美国;US