提供斜角屏蔽流喷射的等离子体弧气炬制造技术

这里描述的等离子体弧气炬包括气炬端头，该气炬端头装有改进的喷嘴，这个喷嘴可喷射出斜角的屏蔽流。具体地说，该喷嘴可使流体（例如保护气体）以斜角／锥角撞击流经等离子体弧气炬的离子化的等离子体气体流。这里描述的几个气炬端头包括有圆锥形外部形状的喷嘴，这种形状的喷嘴与具有相配的内部几何形状的屏蔽组合起来而使得形成斜角的流体流。结果，包括这种改进的喷嘴的等离子体弧气炬在使用中的优点是：离子化的等离子体气体流更加稳定，可增强喷嘴的冷却，以及提供防飞渣保护。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的涉及用于对金属进行切割、穿孔、在金属上做出标志的等离子体弧 气炬，尤其涉及给等离子体弧提供斜角(例如圆锥形)屏蔽流喷射的等离子体弧气 炬。
技术介绍
当前，等离子体弧气炬广泛地用于对金属材料(例如单质金属、金属合金等) 进行切割、穿孔和/或做出标志。等离子体弧气炬一般包括安装在气炬的本体(即， 气炬本体)内的电极、也是安装在气炬本体内的有出口喷孔的喷嘴、电连接件、用 于冷却流体、保护流体和弧控制流体的流体通路、控制形成在电极和喷嘴之间的等 离子体腔室里的流体流动形态的旋转环、以及电源。这种气炬可产生等离子体弧， 它是一种具有高温和高动量的被收縮的离子化的等离子体气体喷射流(也就是一种 离子化的等离子体气体流)。用在等离子体弧气炬中的气体可以是非氧化的气体(例 如氩气、氮气)或氧化的气体(例如氧气、空气)。在操作中，首先在电极(即阴极)和喷嘴(即阳极)之间产生引导电弧。可以 用连接于直流电源和等离子体弧气炬的高频高压信号或任何种类的接触触发方法 产生引导电弧。通常，电极、喷嘴、和流体通路构造成相互协同来提供用于切割、穿透、或标 志金属材料的等离子体弧。参照图1的一种已知构造的等离子体弧气炬，它包括电极l、喷嘴2和屏蔽3，喷嘴和屏蔽安装成相互之间有间隔，因而在它们之间形成 一个或多个通路，以供流体(例如保护气体)流经它们之间的空间。在这种已知的 构造中，等离子体气体流4沿着气炬的纵向轴线流经气炬(例如围绕着电极，流经 喷嘴，并流出喷嘴的出口喷孔)。保护气体5或其它流体流经所述一个或多个通路 来冷却喷嘴，并在等离子体气体流流经喷嘴出口喷孔时以90度的角度撞击离子化 的等离子体气体流。由于这种撞击，离子化的等离子体气体流可能遭到破坏(例如造成等离子体气体流的不稳定性)，这可能导致切割、穿孔或标志质量不良。参照图2，在另一种已知的构造中，喷嘴2和屏蔽3是安装成能提供基本柱状 的保护气体流5和离子化的等离子体气体流4。就是说，不是让保护气体流5以90 度的角度撞击从喷嘴出口喷孔流出的离子化的等离子体气体流4，而是让保护气体 流5以平行于等离子体气体流的方向(即柱状流)从流体通路喷射出去，如Lindsay 的美国专利6,207,923中所述的那样。与那种让保护气体流5以90度的角度撞击等 离子体气体流的等离子体气炬相比，采用这种构造的等离子体弧气炬的等离子体气体流的稳定性得到了改善。此外，包括柱状流的等离子体弧气炬容易做到大的喷嘴 出口喷孔长度对其直径之比L/D (例如大于2.4)。某些研究者已经发现，大的L/D 之比有利于切割较厚的金属工件以及提高切割速度。但是， 一般地说，与采用90 度角的保护气体流进行撞击的等离子体弧气炬相比，这种具有基本柱状的保护气体 流和等离子体气体流的气炬在切割过程中难以实现喷嘴端头的冷却，以及不能很好 地防止飞渣。因此，需要提供一种这样的等离子体弧气炬，它能够做到喷嘴的有效冷却并能 防止飞渣，同时也能提供稳定的等离子体气体流和大的L/D之比值。
技术实现思路
本专利技术在一个实施例中通过提供一种等离子体弧气炬可弥补现有技术的不足， 这种等离子体弧气炬可提供有效的气炬喷嘴冷却和防飞渣保护，同时还能提供稳定 的等离子体气体流。本专利技术的等离子体弧气炬可用于切割、穿透和/或标志金属材 料。这种气炬包括气炬本体，该气炬本体有相对于电极安装在本体内而限定等离子 体腔室的喷嘴。气炬本体包括等离子体流路径，用于把等离子体气体引导到等离子 体腔室。这种气炬还包括固定于气炬本体的屏蔽。喷嘴、电极和屏蔽都是消耗性的 零件，它们损耗了就需要更换。因此，这些零件是可拆的，并且在某些实施例中， 是可重复拆装的，以便容易拆下来检査损耗和更换。一方面，本专利技术特有一种用于等离子体弧气炬的喷嘴。该喷嘴包括喷嘴本体， 其包括基本空心的内部部分和基本锥形的外部部分。基本锥形的外部部分有喷嘴半 锥角，该喷嘴半锥角选自约20度到约60度的第一范围。喷嘴本体限定设置在喷嘴 的端面上的出口喷孔。该出口喷孔由喷孔直径D、喷孔长度L、以及喷嘴端面直径 Ol所定义，其中，L/D的比值是大于或等于2.4，以及01/D的比值是在约1.9到 2.5的第二范围内。本专利技术的这一方面的各实施例包括以下一个或多个特点。在某些实施例中，第一范围是在约30度到约50度之间。在某些实施例中，第一范围是在约34度到约 44度之间，诸如是42.5度。在某些实施例中，L/D的比值是在约2.5到约3.0之间， 例如是2.8。在某些实施例中，01/D的比值是约2.1。本专利技术的喷嘴本体还包括固 定机构，用于把喷嘴本体固定于等离子体弧气炬本体。固定机构的例子包括0形 圈和螺纹。在某些实施例中，喷嘴本体是用导电材料制成，诸如铜、铝、或黄铜。另一方面，本专利技术特有一种用于等离子体弧气炬的气炬端头。该气炬端头有一 纵向轴线并包括喷嘴和屏蔽。气炬端头的喷嘴包括喷嘴本体，该喷嘴本体包括基本 空心的内部部分和基本锥形的外部部分。基本锥形的外部部分有喷嘴半锥角，该喷 嘴半锥角选自约20度到约60度的第一范围。喷嘴本体限定设置在喷嘴的端面上的 出口喷孔。该出口喷孔由喷孔直径D、喷孔长度L、以及喷嘴端面直径Ol所定义， 其中，L/D的比值是大于或等于2.4。气炬端头的屏蔽包括基本锥形的内部部分， 其有屏蔽半锥角，该半锥角基本等于喷嘴半锥角。屏蔽相对于气炬端头的纵向轴线 安装成与喷嘴之间有间隔，从而在屏蔽的基本锥形的内部部分和喷嘴的基本锥形的 外部部分之间的空间内形成流体通路。这一方面的各实施例有以下一个或多个特点。在某些实施例中，屏蔽沿着纵向 轴线以距离s间隔于喷嘴，以及流体通路的厚度由距离s乘以喷嘴半锥角的正弦值 来限定。在某些实施例中，距离s的数值选择为由它形成的流体通路厚度可使屏蔽 出口流体速度为约2,000英寸每秒到约6,000英寸每秒。在某些实施例中，距离s 的数值选择为可形成约0.022英寸的流体通路厚度。喷嘴的01/D的比值可以是在 约1.9到约2.5的范围内，诸如2.1。在某些实施例中，该第一范围(即喷嘴半锥角 的范围)可以是在约30度到约50度之间。在其它的实施例中，该第一范围是在约 34度到约44度之间，例如42.5度。L/D的比值可以是在约2.5到约3.0之间，例 如2.8。这种气炬端头的①2/0 1的比值可在约0.8到约1.2之间。在某些实施例中， 02/01的比值是大于1。在某些实施例中，屏蔽还包括一个或多个通风孔。在某 些实施例中，屏蔽不包括任何通风孔。屏蔽以及喷嘴都可用导电材料来制成。在某 些实施例中，喷嘴本体还包括固定机构，用于把喷嘴本体固定于等离子体弧气炬本 体。另一方面，本专利技术特有一种等离子体弧气炬。该等离子体弧气炬有一纵向轴线 并包括等离子体弧气炬本体、喷嘴、以及屏蔽。等离子体弧气炬本体包括等离子体 流动路径，用于把等离子体气体引导到等离子体腔室，而在其中形成等离子体弧。 喷嘴包括喷嘴本体，其包括基本空心的内部部分和基本锥形的外部部分。基本锥形的外部部分有喷嘴半锥角，该喷嘴半锥角选自约20度到约60度的第一范围。喷嘴 本体限定设置在喷嘴的端面上的出口喷孔。该出口喷孔由喷孔直径D、喷孔长度L、 以及喷嘴端面直径Ol所定义，其中，L/D的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于等离子体弧气炬的喷嘴，该喷嘴包括：　　　　喷嘴本体，该喷嘴本体包括基本空心的内部部分和基本锥形的外部部分，所述基本锥形的外部部分有喷嘴半锥角，该喷嘴半锥角选自约２０度到约６０度的第一范围，所述喷嘴本体限定设置在所述喷嘴的端面上的出口喷孔，所述出口喷孔由喷孔直径（Ｄ）、喷孔长度（Ｌ）、以及喷嘴端面直径（Φ１）所定义，其中，Ｌ／Ｄ的比值是大于或等于２．４，以及Φ１／Ｄ的比值是在约１．９到约２．５的第二范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：端正，SM里尔伯德，AD布兰德特，
申请(专利权)人：海别得公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]