控制等离子体电弧炬以及相关系统和方法技术方案

在一些方面中，用于保持安装于等离子体电弧炬中的等离子体电弧电极消耗品的可使用寿命的方法可包含测量正提供到所述炬以产生所述炬和待处理的工件之间的等离子体电弧的电信号的特性；在所述炬的操作期间在一时间段内监测所述特性；将所述特性与阈值进行比较；和响应于确定测量的特性符合和/或超过所述阈值，起始电弧熄灭序列以保持所述电极的所述寿命。

Control plasma arc torch and related system and method

In some respects, the method of maintaining the service life of the plasma arc electrode consumables installed in the plasma arc torch can include measuring the characteristics of electrical signals that are being provided to the plasma arc of the torch to produce the torch between the torch and the work to be treated; during the operation of the torch, it is in a period of time. The characteristics are monitored within; the characteristics are compared with the thresholds; and in response to the determination of the characteristics of the measurement conforms to and / or exceeds the threshold value, the starting arc extinguishes the sequence to maintain the described life of the electrode.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制等离子体电弧炬以及相关系统和方法相关申请案本申请案主张2015年10月6日申请的标题为“控制等离子体电弧炬以及相关系统和方法(ControllingPlasmaArcTorchesandRelatedSystemsandMethods)”的美国临时专利申请案第62/237,780号的权益，所述美国临时专利申请案的内容由此以全文引用的方式并入本文中。
本公开大体上涉及热切割炬(例如，等离子体电弧炬)，且更具体来说，涉及控制等离子体电弧炬以及相关系统和方法。
技术介绍
热处理炬(例如，等离子体电弧炬)广泛用于对材料加热、切割、刨削和标记中。等离子体电弧炬大体上包含电极、具有安装于炬主体内的中心出口孔的喷嘴、电连接件、用于冷却的通路以及用于电弧控制流体(例如，等离子气体)的通路。漩涡环可用以控制形成于电极与喷嘴之间的等离子室中的流体流动模式。在一些炬中，固持顶盖可用以维持炬主体中的喷嘴和/或漩涡环。在操作中，等离子体电弧炬产生等离子体电弧，其为具有高温和足以协助移除熔融金属的动量的离子化气体的收缩射流。用以操作等离子体电弧炬的电力可受等离子体操作系统的电力供应器组合件控制。所述电力供应器可包含被配置成控制和供应操作电流到等离子体电弧炬，控制提供到等离子体电弧炬的气流以及在一些情况下等离子体电弧炬的运动的多个电子组件。在切割序列期间，等离子体射流用以首先刺穿工件以形成初始导向孔。所述导向孔通常必须在炬可移动以形成切割之前形成。常规系统通常不能够确定等离子体射流完全刺穿工件实际上花费多长时间。因此，使用经验数据确定磨损的消耗品可完全执行刺穿操作的保守时间估计值。由于这些保守时间估计值，等离子体射流通常保持在原位比刺穿工件所需的时间更长的时间，这可造成处理时间损耗，不必要的电极磨损以及潜在的工件翘曲或损坏。一些系统被配置成基于在使用期间电弧的期望特性在启动或关断期间实施某些气体或电参数。举例来说，一些系统在等离子体电弧有意熄灭后即可提供用于关断的合乎需要的气体流或电流分布曲线组合。通常，在长期使用之后，消耗品(例如，电极)可物理上降级并且归因于热量和压力开始机械断裂。在一些情况下，电极可经历灾难性失效，可被称作完全灭弧，其中消耗品的熔融金属部分可回流到堵塞炬的通路中，可发生非预期组件电弧击穿，且/或电极可分裂并排出到炬中。此类行动可致使对炬的损坏。
技术实现思路
在一些方面中，用于保持安装于等离子体电弧炬中的等离子体电弧电极消耗品的可使用寿命的方法以及用于执行所述方法的相关系统和装置可包含测量正提供到所述炬以产生所述炬和待处理的工件之间的等离子体电弧的电信号的特性；在所述炬的操作期间在一时间段内监测所述特性；将所述特性与阈值进行比较；和响应于确定测量的特性符合和/或超过所述阈值，起始电弧熄灭序列以保持所述电极的所述寿命。实施例可以包含以下特征中的一个或多个。在一些实施例中，所述特性表示脉冲宽度调制占空比。在一些实施例中，所述阈值是大于约80％。在一些实施例中，所述方法另外包含将总线电压与传入电压进行比较以确定斩波器或脉冲宽度调制器中的至少一个的占空比百分比。在一些实施例中，所述特性包括脉冲宽度调制值。所述特性可包含脉冲宽度调制值的改变速率。在一些实施例中，所述电弧熄灭序列包括致使气室气体压力减小。在一些实施例中，所述电弧熄灭序列包括致使电弧电流减小。在一些实施例中，所述电弧熄灭序列在小于约70毫秒内完成。在一些实施例中，所述测量的特性符合或超过所述阈值指示所述等离子体电弧炬与所述等离子体电弧附接到所述工件所处的电弧附接点之间的距离增加。在一些情况下，所述距离增加指示所述炬已到达所述工件的边缘中的至少一个。在一些情况下，所述距离增加指示所述炬已到达锯口区。在一些实施例中，所述阈值针对特定切割过程预定义。在一些实施例中，所述比较所述特性包括参考特定切割过程的阈值的查找表。在一些方面中，操作等离子体电弧炬和在材料处理操作期间熄灭等离子体电弧以限制由非预期电弧消失造成的电极磨损的方法以及用于执行所述方法的相关系统和装置可包含起始所述等离子体电弧炬的电极和待用所述炬进行处理的工件之间的所述等离子体电弧；使所述炬沿着所述工件平移并且执行对所述工件的处理操作；使所述炬朝向由所述工件界定的空隙推进；响应于所述炬到达所述空隙，检测电弧附接点和所述炬之间的所述等离子体电弧的延长；和基于所述所检测的等离子体电弧延长，起始电弧熄灭序列以限制所述电极的磨损。实施例可以包含以下特征中的一个或多个。在一些实施例中，所述空隙包括所述工件的周边边缘。在一些实施例中，所述检测所述等离子体电弧的所述延长包括监测正提供到所述炬以产生所述等离子体电弧的电信号的特性并将所述特性与阈值进行比较。在一些情况下，所述特性包括测量总线电压。在一些情况下，所述方法另外包括将所述总线电压与传入电压进行比较以确定斩波器或脉冲宽度调制器中的至少一个的占空比百分比。在一些实施例中，所述特性包括脉冲宽度调制值。在一些实施例中，所述特性包括脉冲宽度调制值的改变速率。在一些实施例中，所述电弧熄灭序列包括致使气室气体压力减小。在一些实施例中，所述电弧熄灭序列包括致使电弧电流减小。在一些实施例中，所述电弧熄灭序列在小于约70毫秒内完成。在一些方面中，等离子体电弧材料处理系统可包含炬，其包含炬主体，所述炬主体被配置成接纳连接到所述炬主体的一组消耗品组件并且被配置成产生等离子体电弧；和电力供应器，其可操作地连接到所述炬，所述电力供应器包括：用于测量正提供到所述炬以产生所述炬和待处理的工件之间的所述等离子体电弧的电信号的特性的装置；用于在所述炬的操作期间在一时间段内监测所述特性的装置；用于将所述特性与阈值进行比较的装置；和用于响应于确定测量的特性符合和/或超过所述阈值，起始电弧熄灭序列以保持电极的寿命的装置。在一些方面中，用于限制由炬内的消耗品失效造成的对等离子体电弧炬主体的损坏的方法以及用于执行所述方法的相关系统和装置可包含确定待提供给所述等离子体电弧炬以用于材料处理操作的电流的规定传导率参数设定点；测量正提供到所述等离子体炬以执行所述材料处理操作的等离子体电弧电流的所检测的传导率参数；将所述规定传导率参数设定点与等离子体电弧电流的所述所检测的传导率参数进行比较并计算误差项信号；和基于确定所述误差项信号超过阈值量，起始等离子体电弧关断序列以熄灭所述等离子体电弧，从而限制对所述等离子体电弧炬主体的损坏。实施例可以包含以下特征中的一个或多个。在一些实施例中，待提供给所述等离子体电弧炬的电流的所述规定传导率参数设定点包括等离子体电弧电流设定点。在一些实施例中，待提供给所述等离子体电弧炬的电流的所述规定传导率参数设定点包括等离子体电弧电压设定点。在一些实施例中，所述误差项信号包括在材料处理操作期间的多个时间进行的所述规定电流设定点与所述所检测的等离子体电弧电流的多个比较的汇集。在一些情况下，所述多个时间包括预定时间间隔。在一些情况下，所述多个比较包括在连续等离子体电弧电流测量内检测到的多个误差项信号的滚动和。在一些情况下，所述多个误差项信号包括约5个误差项信号到约20个误差项信号。在一些实施例中，所述方法还包含参考实例误差项信号阈值量的查找表。在一些情况下，所述查找表包括多个实例误本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于保持安装于等离子体电弧炬中的等离子体电弧电极消耗品的可使用寿命的方法，所述方法包括：测量正提供到所述炬以产生所述炬和待处理的工件之间的等离子体电弧的电信号的特性；在所述炬的操作期间在一时间段内监测所述特性；将所述特性与阈值进行比较；和响应于确定测量的特性符合和/或超过所述阈值，起始电弧熄灭序列以保持所述电极的所述寿命。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.06 US 62/237,7801.一种用于保持安装于等离子体电弧炬中的等离子体电弧电极消耗品的可使用寿命的方法，所述方法包括：测量正提供到所述炬以产生所述炬和待处理的工件之间的等离子体电弧的电信号的特性；在所述炬的操作期间在一时间段内监测所述特性；将所述特性与阈值进行比较；和响应于确定测量的特性符合和/或超过所述阈值，起始电弧熄灭序列以保持所述电极的所述寿命。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述特性表示脉冲宽度调制占空比。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述阈值大于约80％。4.根据权利要求1所述的方法，其另外包括将总线电压与传入电压进行比较以确定斩波器或脉冲宽度调制器中的至少一个的占空比百分比。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述特性包括脉冲宽度调制值。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述特性包括脉冲宽度调制值的改变速率。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述电弧熄灭序列包括致使气室气体压力减小。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述电弧熄灭序列包括致使电弧电流减小。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述电弧熄灭序列在小于约70毫秒内完成。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量的特性符合或超过所述阈值指示所述等离子体电弧炬与所述等离子体电弧附接到所述工件所处的电弧附接点之间的距离增加。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述距离增加指示所述炬已到达所述工件的边缘中的至少一个。12.根据权利要求10所述的方法，其中所述距离增加指示所述炬已到达锯口区。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述阈值针对特定切割过程预定义。14.根据权利要求1所述的方法，其中所述比较所述特性包括参考特定切割过程的阈值的查找表。15.一种操作等离子体电弧炬和在材料处理操作期间熄灭等离子体电弧以限制由非预期电弧消失造成的电极磨损的方法，所述方法包括：起始所述等离子体电弧炬的电极和待用所述炬进行处理的工件之间的所述等离子体电弧；使所述炬沿着所述工件平移并且执行对所述工件的处理操作；使所述炬朝向由所述工件界定的空隙推进；响应于所述炬到达所述空隙，检测电弧附接点和所述炬之间的所述等离子体电弧的延长；和基于所述所检测的等离子体电弧延长，起始电弧熄灭序列以限制所述电极的磨损。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述空隙包括所述工件的周边边缘。17.根据权利要求15所述的方法，其中所述检测所述等离子体电弧的所述延长包括监测正提供到所述炬以产生所述等离子体电弧的电信号的特性并将所述特性与阈值进行比较。18.根据权利要求17所述的方法，其中所述特性包括测量总线电压。19.根据权利要求18所述的方法，其另外包括将所述总线电压与传入电压进行比较以确定斩波器或脉冲宽度调制器中的至少一个的占空比百分比。20.根据权利要求15所述的方法，其中所述特性包括脉冲宽度调制值。21.根据权利要求15所述的方法，其中所述特性包括脉冲宽度调制值的改变速率。22.根据权利要求15所述的方法，其中所述电弧熄灭序列包括致使气室气体压力减小。23.根据权利要求15所述的方法，其中所述电弧熄灭序列包括致使电弧电流减小。24.根据权利要求15所述的方法，其中所述电弧熄灭序列在小于约70毫秒内完成。25.一种等离子体电弧材料处理系统，其包括：炬，其包含炬主体，所述炬主体被配置成接纳连接到所述炬主体的一组消耗品组件并且被配置成产生等离子体电弧；和电力供应器，其可操作地连接到所述炬，所述电力供应器包括：用于测量正提供到所述炬以产生所述炬和待处理的工件之间的所述等离子体电弧的电信号的特性的装置；用于在所述炬的操作期间在一时间段内监测所述特性的装置；用于将所述特性与阈值进行比较的装置；和用于响应于确定测量的特性符合和/或超过所述阈值，起始电弧熄灭序列以保持电极的寿命的装置。26.一种用于限制由炬内的消耗品失效造成的对等离子体电弧炬主体的损坏的方法，所述方法包括：确定待提供给所述等离子体电弧炬以用于材料处理操作的电流的规定传导率参数设定点；测量正提供到所述等离子体炬以执行所述材料处理操作的等离子体电弧电流的所检测的传导率参数；将所述规定传导率参数设定点与等离子体电弧电流的所述所检测的传导率参数进行比较并计算误差项信号；和基于确定所述误差项信号超过阈值量，起始等离子体电弧关断序列以熄灭所述等离子体电弧，从而限制对所述等离子体电弧炬主体的损坏。27.根据权利要求26所述的方法，其中待提供给所述等离子体电弧炬的电流的所述规定传导率参数设定点包括等离子体电弧电流设定点。28.根据权利要求26所述的方法，其中待提供给所述等离子体电弧炬的电流的所述规定传导率参数设定点包括等离子体电弧电压设定点。29.根据权利要求27所述的方法，其中所述误差项信号包括在材料处理操作期间的多个时间进行的所述规定电流设定点与所述所检测的等离子体电弧电流的多个比较的汇集。30.根据权利要求29所述的方法，其中所述多个时间包括预定时间间隔。31.根据权利要求29所述的方法，其中所述多个比较包括在连续等离子体电弧电流测量内检测到的多个误差项信号的滚动和。32.根据权利要求31所述的方法，其中所述多个误差项信号包括约5个误差项信号到约20个误差项信号。33.根据权利要求27所述的方法，其另外包括参考实例误差项信号阈值量的查找表。34.根据权利要求33所述的方法，其中所述查找表包括多个实例误差项信号阈值量。35.根据权利要求34所述的方法，其中所述多个实例误差项信号阈值量中的每一个对应于不同的材料处理情境。36.根据权利要求27所述的方法，其中误差项增加指示所述等离子体炬中的所述消耗品的物理降级。37.根据权利要求27所述的方法，其中所述等离子体电弧关断序列包括致使气室气体压力减小。38.根据权利要求27所述的方法，其中所述等离子体电弧关断序列包括致使电弧电流减小。39.根据权利要求27所述的方法，其中所述等离子体电弧关断序列在小于约70毫秒内完成。40.一种操作等离子体电弧炬的方法，所述方法包括：起始所述等离子体电弧炬中的等离子体电弧并发送信号以在定义的操作电流下操作所述等离子体电弧；检测所述等离子体电弧的实际电流电平；确定所述定义的操作电流和所述实际电流电平之间的偏差；响应于确定所述偏差低于阈值误差水平，准许所述等离子体炬继续操作；在预定样本循环时间之后，重新检测所述等离子体电弧的实际电流电平以确定所述定义的操作电流与所述重新检测的实际电流电平之间的经更新偏差；和响应于确定所述经更新偏差符合或超过所述阈值误差水平，起始等离子体电弧熄灭序列以熄灭所述等离子体电弧，从而限制对所述等离子体炬主体的损坏。41.根据权利要求40所述的方法，其另外包括所述等离子体电弧的所述实际电流电平与所述定义的操作电流的第三或更多检测和比较序列。42.根据权利要求41所述的方法，其中所述经更新偏差包括在一组检测和比较序列期间确定的偏差的滚动和。43.根据权利要求42所述的方法，其中所述经更新偏差包括在一组约5到约20检测和比较序列期间确定的偏差的滚动和。44.根据权利要求43所述的方法，其中所述经更新偏差包括在一组约10检测和比较序列期间确定的偏差的滚动和。45.根据权利要求40所述的方法，其另外包括参考实例阈值误差水平的查找表。46.根据权利要求45所述的方法，其中所述查找表包括多个阈值误差水平。47.根据权利要求40所述的方法，其中所述电弧熄灭序列包括致使电弧电流减小。48.根据权利要求40所述的方法，其中所述电弧熄灭序列在小于约70毫秒内完成。49.一种等离子体电弧材料处理系统，其包括：等离子体电弧炬，其包含炬主体，所述炬主体被配置成接纳连接到所述炬主体的一组消耗品组件并且被配置成产生等离子体电弧；和电力供应器，其可操作地连接到所述炬，所述电力供应器包括：用于确定待提供给所述等离子体电弧炬以用于材料处理操作的电流的规定传导率参数设定点的装置；用于测量正提供到所述等离子体炬以执行所述材料处理操作...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·米特拉，S·M·利博尔德，J·埃姆斯，C·S·帕西奇，J·彼得斯，S·邓巴，
申请(专利权)人：海别得公司，
类型：发明
国别省市：美国,US