等离子割炬及系统的增强刺穿和操作技术方案

本发明专利技术的实施例包括具有等离子切割电源的等离子切割系统。所述等离子切割电源持续确定的持续时间地输出高于用于切割操作的炬的最大操作电流额定值的刺穿电流。在所述持续时间结束之后，使所述输出电流降低到切割电流水平。这些实施例允许相比已知系统切割更厚的材料。

Enhanced penetration and operation of plasma cutting torch and system

Embodiments of the invention include a plasma cutting system with a plasma cutting power source. The plasma cutting power supply continuously outputs a puncture current higher than the maximum operating current rating of the torch for cutting operation for a defined duration. After the end of the duration, the output current is reduced to the cutting current level. These embodiments allow materials to be cut more thicker than known systems.

【技术实现步骤摘要】
等离子割炬及系统的增强刺穿和操作
符合本专利技术的装置、系统以及方法涉及切割，并且更确切地涉及与等离子电弧割炬及其部件相关的装置、系统以及方法。
技术介绍
在许多切割、喷射以及焊接操作中，使用了等离子电弧炬。使用这些炬，等离子气体射流在高温下被发射到环境大气中。这些射流是从喷嘴发射的，并且当它们离开喷嘴时，这些射流是高度欠膨胀且非常集中的。然而，由于与经电离的等离子射流相关联的高电流负载和高温，炬的许多部件容易发生故障。这种故障可能显著干扰炬的操作并且在切割操作开始时阻止正确地引弧。由于这种趋势，许多切割操作例如在可以切割的材料的厚度方面受到限制。这种厚度限制通常取决于炬在最大安培额定值下的最大刺穿能力。例如，80安培额定值的炬只能切割厚度为3/4英寸或更小的低碳钢，因为这是在80安培额定值下可以有效刺穿的最大厚度。因此，由于存在这些限制，需要能力较强的(例如电流负载较高的)炬来切割较厚的材料。但这可能是不利的，因为用户可能需要有许多不同的炬或必须购买更昂贵的炬来切割仅比当前炬库存的最大额定厚度略厚的厚度。通过将常规的、传统的以及所提出的方法与本申请的其余部分中参照附图阐述的本专利技术的实施例相比较，这些方法的进一步的局限性和缺点对本领域的技术人员而言将变得明显。
技术实现思路
本专利技术的示例性实施例是被设计成刺穿比通常允许刺穿的厚度更厚的材料的等离子切割系统及其部件。这是通过利用比炬的最大工作电流负载高的刺穿电流负载持续有限的时间量来实现的。附图说明通过参照附图来详细描述本专利技术的示例性实施例，本专利技术的上述和/或其他方面将会更加清晰，在附图中：图1是可以用于本专利技术实施例的示例性切割系统的图解表示；图2A至图2F是在刺穿操作过程中的不同阶段示例性喷嘴上的热梯度的图解表示；图3是示例性刺穿电流波形的图解表示；图4是示例性刺穿电压波形的图解表示；图5A和图5B是已知刺穿操作和与示例性实施例一致的刺穿操作之后的示例性喷嘴中的热梯度的图解表示；并且图6是本专利技术的示例性等离子切割系统的图解表示，该示例性等离子切割系统可以实现本文所描述的示例性刺穿操作。具体实施方式现在将详细参照多个不同的和可替代的实施例并参照附图，其中相似的数字表示基本上相同的结构元件。每个实例是通过说明的方式而不是作为限制来提供的。事实上，本领域的技术人员将清楚的是，可以在不脱离本披露内容和权利要求书的范围或精神的情况下作出修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分所展示或描述的特征可以在另一个实施例上使用，以产生更进一步的实施例。因此，本披露内容旨在包括在所附权利要求书及其等效物范围内的修改和变化。本披露总体上针对在多种不同切割、焊接和喷射操作中有用的等离子电弧炬。确切地讲，本专利技术的实施例针对空气冷却式等离子电弧炬，而其他实施例则针对液体冷却式的实施例。当然，本文所描述的这些特征中的一些特征在不减损这些示例性实施例的新颖性的情况下可以用于任一种炬构型中。另外的示例性实施例是针对空气冷却式等离子电弧炬，该等离子电弧炬是缩回式电弧炬。如一般所理解的，缩回式电弧炬是如下电弧炬：其中使电极与用于电弧引发的喷嘴相接触，然后使该电极从该喷嘴缩回使得该电弧接着被引导穿过该喷嘴的喉部。在其他类型的缩回式炬中，该电极保持静止并且使该喷嘴移动。本专利技术的示例性实施例可以应用于这两种类型。这些炬以及液体冷却式炬的构造和操作总体上是已知的，并且因此本文将不讨论它们的详细构造和操作。另外，本专利技术的实施例可以用于手持式或机械化式等离子切割操作中。应当指出的是，出于清楚简明的目的，下面的讨论将针对本专利技术的、主要针对用于切割的手持式等离子炬的多个示例性实施例。然而，在这方面本专利技术的实施例是不受限制的，并且可以在焊接炬和喷射炬中使用本专利技术的实施例而不脱离本专利技术的精神或范围。如果希望的话，不同功率水平的多种不同类型和尺寸的炬是可能的。另外，本文所描述的这些炬和部件可以用于标记、切割或金属移除。此外，能够以变化的电流和变化的功率水平来使用本专利技术的示例性实施例。能够与本专利技术的实施例一起使用的类型的空气冷却剂系统的构造和使用是已知的，并且无需在本文中进行详细的讨论。现在转向图1，示出了示例性切割系统100。系统100含有电源10，该电源包括壳体12，该壳体带有连接的炬组件14。壳体12包括用于控制等离子电弧炬的各种常规部件，诸如电源、等离子启动电路、空气调节器、熔丝、晶体管、输入和输出电连接器和气体连接器、控制器、以及电路板等。另外，电源10可以包括如CPU等计算机控制器、存储器等，以根据需要控制电源的操作。此类控制器和控制配置是已知的并且不需要在此详细描述。炬组件14附接至壳体的前侧16上。炬组件14内包括多个电连接器，以用于将炬端部18内的电极和喷嘴连接至壳体12内的电连接器上。针对导引电弧和工作电弧可以提供分开的电通路，其中切换元件被提供在壳体12内。气体导管也存在于炬组件内以用于将变成等离子电弧的气体转移至炬的端头，如之后所讨论的。可以同各个电连接器与气体连接器一起将不同的用户输入装置20(诸如按钮、开关和/或转盘)提供在壳体12上。电源还包括可以是LCD触摸型显示器30的用户界面/显示器，其允许用户输入。该显示器可以可视地显示输入选择、电源状态、操作设置等。该显示器/UI30被联接到电源10的内部计算机/控制器，以允许用户输入被提供给控制器并且显示旨在由该控制器显示的信息。应理解的是，图1中所展示的壳体12不过是可以采用本专利技术的多个方面以及在本文披露的概念的等离子电弧炬装置的单个实例。相应地，以上的总体披露和描述不应被理解为以任何方式限制可以采用所披露的炬元件的等离子电弧炬装置的类型或大小。如图1所示，炬组件14在一个端部处包括连接器22以用于附接至壳体12的匹配连接器23上。在以这样的方式连接时，连接了穿过炬组件14的软管部分24的多个电通路与气体通路以便使炬200的相关部分与壳体12内的相关部分相连接。图1所示的炬200具有连接器201并且是手持式类型的，但是如以上所解释的，炬200可以是机械化类型的。手柄、触发器等炬200的一般构造可以类似于已知的炬构造并且不必在此进行详细描述。然而，炬200的、有助于进行切割目的的电弧的产生和维持的多个部件位于炬端部18内，并且在以下将更详细地讨论这些部件中的一些部件。确切地讲，以下讨论的这些部件中的一些部件包括炬电极、喷嘴、防护罩、以及涡流环。如上面简要描述的那样，等离子割炬具有安培额定值(例如80安培、100安培等)，其倾向于指示炬及其内部组件的最大操作电流。超过这个安培额定值往往会加速炬及其部件的故障。由于这些安培额定值和限制，已知的炬和切割系统在它们可以切割的材料厚度上受到限制。这个限制主要是由于刺穿限制。也就是说，对于相应炬的每个最大电流额定值，存在最大材料刺穿厚度。例如，大多数80安培的炬只能刺穿厚度为3/4英寸或更小的低碳钢工件。这是它们在80安培的最大电流下可以刺穿的最大材料厚度。这些限制通常是由于炬部件(诸如电极、喷嘴等)上的热容量限制。也就是说，如果切割操作在比额定电流水平高的电流水平下操作，则炬部件中的热量可能会导致其过早发生故障。然而，由于炬及其内部部件的热特性，切割操作开始时不能立即达到炬的稳态操作温度。也就是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等离子切割系统，包括：电源，所述电源接收输入功率并且在刺穿操作过程中输出刺穿电流并在工件的切割操作过程中输出切割电流；以及控制器，所述控制器控制所述电源的输出所述刺穿电流和所述切割电流的操作，其中，所述切割电流具有基于用于所述切割操作的割炬的最大切割电流水平的最大电流水平；其中，用于所述刺穿操作的所述刺穿电流高于所述最大切割电流水平，并且所述控制器确定所述刺穿电流的刺穿持续时间，并且其中，在第一次出现由所述控制器检测到通过所述工件进行刺穿或所述刺穿持续时间结束之后通过所述电源输出所述切割电流。

【技术特征摘要】
2017.02.23 US 15/440,1641.一种等离子切割系统，包括：电源，所述电源接收输入功率并且在刺穿操作过程中输出刺穿电流并在工件的切割操作过程中输出切割电流；以及控制器，所述控制器控制所述电源的输出所述刺穿电流和所述切割电流的操作，其中，所述切割电流具有基于用于所述切割操作的割炬的最大切割电流水平的最大电流水平；其中，用于所述刺穿操作的所述刺穿电流高于所述最大切割电流水平，并且所述控制器确定所述刺穿电流的刺穿持续时间，并且其中，在第一次出现由所述控制器检测到通过所述工件进行刺穿或所述刺穿持续时间结束之后通过所述电源输出所述切割电流。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述刺穿电流在比所述最大切割电流水平高20％至60％的范围内。3.如权利要求1所述的系统，其中，所述刺穿电流在比所述最大切割电流水平高25％至50％的范围内。4.如权利要求1所述的系统，其中，所述刺穿持续时间由所述控制器基于至少一个用户输入来确定。5.如权利要求1所述的系统，其中，所述刺穿持续时间是预先确定的。6.如权利要求1所述的系统，其中，所述刺穿持续时间基于所述炬的所述最大切割电流水平来预先确定。7.如权利要求1所述的系统，其中，所述刺穿持续时间在1秒至5秒的范围内。8.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器具有冷却阈值、并且在所述刺穿操作之后防止进行第二次刺穿操作直到达到所述冷却阈值。9.如权利要求1所述的系统，进一步包括联接到所述控制器的用户显示器，所述用户显示器向用户显示刺穿信息。10.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·K·南布鲁，W·T·马修斯，
申请(专利权)人：林肯环球股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US