用于稳定等离子弧焊炬中的等离子气流的系统及方法技术方案

提供了一种等离子弧焊炬的喷嘴。喷嘴构造成减小喷嘴仓室中的流体压力波动。喷嘴包括具有近端和远端的喷嘴本体。喷嘴仓室限定在喷嘴本体与等离子弧焊炬的电极之间。喷嘴包括位于喷嘴本体的近端处的喷嘴仓室气体入口、位于喷嘴本体远端处的等离子气体出口孔口、将喷嘴仓室气体入口流体地连接至等离子气体出口孔口的等离子气体通路，以及流体地连接至等离子气体通路和喷嘴仓室的隔离室。隔离室尺寸适于接收一定体积的基本上停滞的气体，以减小喷嘴仓室中的流体压力波动。

The System and Method for Stabilizing the Air Flow in the Torch of Plasma Arc Welding

A nozzle for plasma arc welding torch is provided. The nozzle is constructed to reduce the fluid pressure fluctuation in the nozzle chamber. The nozzle comprises a nozzle body having a proximal end and a distal end. The nozzle chamber is limited between the nozzle body and the electrodes of the plasma arc welding torch. The nozzle includes the gas inlet of the nozzle chamber at the proximal end of the nozzle body, the plasma gas outlet at the distal end of the nozzle body, the plasma gas passage connecting the gas inlet fluid of the nozzle chamber to the plasma gas outlet, and the fluid connection to the plasma gas passage and the isolation chamber of the nozzle chamber. The isolation chamber size is suitable for receiving a certain volume of basically stagnant gas to reduce the fluid pressure fluctuation in the nozzle chamber.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于稳定等离子弧焊炬中的等离子气流的系统及方法相关申请的交叉引用本申请请求享有2016年5月12日提交的美国专利申请号15/152,959的权益和优先权，其全部内容由本申请的受让人拥有，且通过引用以其整体并入本文中。
本专利技术大体上涉及等离子弧焊炬，且更确切地涉及构造成减小等离子弧焊炬中的流体压力波动的改进的喷嘴。
技术介绍
热处理焊炬如等离子弧焊炬广泛用于材料的加热、切割、熔刮和标记。等离子弧焊炬大体上包括电极、安装在焊炬本体内的具有中心出口孔口的喷嘴、电连接、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。可选地，涡流环用于控制形成在电极与喷嘴之间的仓室中的流体流型。在一些焊炬中，保持帽可用于将喷嘴和/或涡流环保持在等离子弧焊炬中。在操作中，焊炬产生等离子弧，其为具有高温和足够动量的电离气体的受限射流，以协助除去熔融金属。热处理焊炬可为高分辨率/高性能焊炬，其产生期望的切割质量，如，窄切口和方形切割角。在等离子弧切割中，产生由高分辨率/高性能焊炬给予的高质量切割的一种有效方式在于使用较小的喷嘴出口孔口直径和/或较高等离子气体压力，两者都趋于增大切割速度。然而，随着喷嘴出口孔口直径减小且气体压力增大，电弧稳定性变得不可预测。确切地说，由于喷嘴出口孔缩窄和/或高气压(例如，当气体经过材料、板和/或工件时，来自离开孔口的气体的背压产生)，可能发生双电弧或电弧可能在喷嘴中回荡。例如，在焊炬操作期间，包括等离子出口孔口的喷嘴可相对于工件位于不同距离(例如，高度)处。当等离子出口孔口在焊炬操作期间移动到更接近固体物体(例如，工件)时，在高速率下经由等离子出口孔口排出的气体接触物体，且气体可朝等离子出口孔口被推回。等离子出口孔口越接近物体，则更多气体朝喷嘴推回且抵抗试图离开等离子出口孔口的连续气流，从而引起喷嘴仓室中的回荡。通常，回荡在焊炬操作期间由不规则工件表面的使用而加剧，其中不规则表面例如可由板碎片/熔渣、焊接接头等引起。这可进一步降低切割质量且生成双电弧。例如，切割质量可以波浪形、起伏(choppy)形和/或锯齿形切割边缘的形式受到损害。因此，需要通过减少焊炬的喷嘴仓室中的气体压力波动来改善热处理焊炬中的切割质量的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术的系统和方法可减少或消除由等离子弧焊炬中的高流体压力引起的回荡，如，等离子弧焊炬的仓室区域中，从而产生更干净的切割边缘。例如，隔离室可构造在喷嘴的本体中，且适合构造成减小和/或抑制喷嘴仓室中的流体压力波动。隔离室可用于通气或非通气喷嘴，以减小通过喷嘴的流体压力波动。与本专利技术的改进喷嘴相关联的优点包括穿过喷嘴仓室的等离子气体的较平滑流动和增强的电弧稳定性(例如，降低双电弧的风险)，这不但产生较好的切割质量，而且延长了喷嘴的使用寿命。一方面，提供了一种等离子弧焊炬的喷嘴。喷嘴构造成减小喷嘴仓室中的流体压力波动。喷嘴包括具有近端和远端的喷嘴本体。喷嘴仓室限定在喷嘴本体与等离子弧焊炬的电极之间。喷嘴包括位于喷嘴本体的近端处的喷嘴仓室气体入口、位于喷嘴本体远端处的等离子气体出口孔口、将喷嘴仓室气体入口流体地连接至等离子气体出口孔口的等离子气体通路，以及流体地连接至等离子气体通路和喷嘴仓室的隔离室。隔离室尺寸适于接收一定体积的基本上停滞的气体，以减小喷嘴仓室中的流体压力波动。在一些实施例中，隔离室具有共同的入口和出口。在一些实施例中，隔离室包括共同的入口和出口处的收缩机构。在一些实施例中，喷嘴还包括在等离子气体出口孔口处流体地连接至等离子气体通路的通气通道。隔离室的共同的入口和出口可流体地连接至通气通道。通气孔可连接至通气通道。隔离室可沿轴向定位在喷嘴仓室气体入口与通气孔之间。在一些实施例中，喷嘴本体还包括衬套、壳体，以及在协作地限定隔离室的衬套和壳体之间的密封表面。在一些实施例中，一定体积的基本上停滞的气体的压力减小流体压力波动。另一方面，提供了一种等离子弧焊炬的喷嘴。喷嘴包括壳体，壳体包括具有设置在其中的等离子出口孔口的本体、内部壳体表面和外部壳体表面。喷嘴还包括具有内部衬套表面和外部衬套表面的衬套。外部衬套表面的至少部分由内部壳体表面包绕。喷嘴还包括由壳体的至少部分、衬套和位于衬套与壳体之间的密封表面限定的隔离室。隔离室流体地连接至仓室气体流动通路，气体流动通路经由喷嘴仓室联接至等离子出口孔口。隔离室尺寸适于保持从仓室气体流动通路接收的基本上停滞的气体的体积，从而减小喷嘴仓室中的流体压力中的波动。在一些实施例中，隔离室基本上不通气，具有间接地连接至仓室气流的共同的入口和出口。在一些实施例中，壳体包括设置在壳体本体中的至少一个通气孔口，其将内部壳体表面流体地连接至外部壳体表面。备选地，壳体是不通气的。在一些实施例中，隔离室的近侧部分由密封表面至少部分地限定，密封表面构造成密封衬套与壳体之间的开口。在一些实施例中，外部衬套表面包括多个槽口，其沿轴向延伸来将隔离室流体地连接至等离子出口孔口。在一些实施例中，隔离室的容积为大约0.03立方英寸。在一些实施例中，隔离室的容积与仓室气体流动通路和仓室的组合容积之比为大约0.4到大约0.5。另一方面，提供了一种用于减小位于喷嘴与等离子弧焊炬的电极之间的喷嘴仓室中的流体压力波动的方法。该方法包括将等离子气体供应入喷嘴的近端中。等离子气体适于流入喷嘴仓室，且经由喷嘴出口孔口向远侧流出喷嘴。该方法还包括转移等离子气体的一部分以流入隔离室，其中等离子气体的该部分在隔离室中基本上停滞；并且减小喷嘴仓室中的流体压力波动。在一些实施例中，该方法还包括将等离子气体的部分经由通气孔排出，通气孔流体地连接至通气通道，通气通道联接至喷嘴出口孔口。该方法还可包括使隔离室中的等离子气体的部分回到喷嘴仓室。在一些实施例中，该方法还包括通过使等离子气体的部分在隔离室中流动来减小通气孔附近的流体压力波动。在一些实施例中，该方法还包括使隔离室中的等离子气体的部分经由围绕喷嘴的衬套的外表面分散的多个通道向远侧朝喷嘴仓室流动，以减小压力波动。还应当理解，本专利技术的各种方面和实施例可以各种方式组合。基于本说明书的教导内容，本领域的技术人员可容易确定如何组合这些各种实施例。例如，在一些实施例中，上述方面中的任何可包括以上特征中的一个或多个。本专利技术的一个实施例可提供所有以上特征和优点。附图说明上文所述的本专利技术的优点连同其它优点可通过连同附图参照以下描述来更好理解。附图不必按比例，重点大体上改为放在示出本专利技术的原理上。图1为示例性现有技术的等离子弧焊炬的截面视图。图2示出了构造成减小喷嘴仓室中的流体压力波动的示例性通气喷嘴。图3示出了设置在图2的通气喷嘴内侧的示例性电极。图4示出了图2和3的通气喷嘴的喷嘴衬套的外部视图。图5示出了构造成减小喷嘴仓室中的流体压力波动的示例性非通气喷嘴的部分。图6a-d示出了没有隔离室的喷嘴用于等离子弧焊炬中来产生一个或多个切口时的切割边缘结果。图7示出了与产生图6a-d的切割相关联的功对电极电压(work-to-electrodevoltage)的电压轨迹(VWE)。图8示出了与产生切割相关联的功对电极电压的电压轨迹(VWE)，其中等离子弧焊炬包括具有隔离室的喷嘴。图9示出了具有隔离室的喷嘴用于等离子弧焊炬中来产生切割时的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等离子弧焊炬的喷嘴，所述喷嘴构造成减小喷嘴仓室中的流体压力波动，所述喷嘴包括：具有近端和远端的喷嘴本体，所述喷嘴仓室限定在所述喷嘴本体与所述等离子弧焊炬的电极之间；位于所述喷嘴本体的近端处的喷嘴仓室气体入口；位于所述喷嘴本体的远端处的等离子气体出口孔口；将所述喷嘴仓室气体入口流体地连接至所述等离子气体出口孔口的等离子气体通路；以及流体地连接至所述等离子气体通路和所述喷嘴仓室的隔离室，所述隔离室尺寸适于接收一定体积的基本上停滞的气体，以减小所述喷嘴仓室中的流体压力波动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.12 US 15/1529591.一种等离子弧焊炬的喷嘴，所述喷嘴构造成减小喷嘴仓室中的流体压力波动，所述喷嘴包括：具有近端和远端的喷嘴本体，所述喷嘴仓室限定在所述喷嘴本体与所述等离子弧焊炬的电极之间；位于所述喷嘴本体的近端处的喷嘴仓室气体入口；位于所述喷嘴本体的远端处的等离子气体出口孔口；将所述喷嘴仓室气体入口流体地连接至所述等离子气体出口孔口的等离子气体通路；以及流体地连接至所述等离子气体通路和所述喷嘴仓室的隔离室，所述隔离室尺寸适于接收一定体积的基本上停滞的气体，以减小所述喷嘴仓室中的流体压力波动。2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述隔离室具有共同的入口和出口。3.根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴还包括在所述等离子气体出口孔口处流体地连接至所述等离子气体通路的通气通道，其中所述隔离室的所述共同的入口和出口流体地连接至所述通气通道。4.根据权利要求3所述的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴还包括连接至所述通气通道的通气孔，其中所述隔离室沿轴向位于所述喷嘴仓室气体入口与所述通气孔之间。5.根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述隔离室包括所述共同的入口和出口处的收缩机构。6.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴本体还包括衬套、壳体，以及在协作地限定所述隔离室的所述衬套与所述壳体之间的密封表面。7.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，一定体积的基本上停滞的气体的压力减小所述流体压力波动。8.一种等离子弧焊炬的喷嘴，所述喷嘴包括：壳体，所述壳体包括本体、内部壳体表面和外部壳体表面，所述本体具有设置在其中的等离子出口孔口；衬套，所述衬套具有内部衬套表面和外部衬套表面，所述外部衬套表面的至少部分由所述内部壳体表面包绕；以及隔离室，所述隔离室由所述壳体的至少部分、所述衬套，以及位于所述衬套与所述壳体之间的密封表面限定，所述隔离室流体地连接至仓室气体流动通路，所述流动通路经由喷嘴仓室联接至所述等离子出口孔口，所述隔离室尺寸适于保持从所述仓室气体流动通路接收的一定体积的基本上停滞的气体，从而减小所述喷嘴仓...

【专利技术属性】
技术研发人员：A舍瓦利耶，
申请(专利权)人：海别得公司，
类型：发明
国别省市：美国,US