[发明专利]液体冷却的等离子燃烧器所用的喷嘴、液体冷却的等离子燃烧器所用的喷嘴帽及配有该喷嘴/喷嘴帽的等离子燃烧器头

说明书

本发明涉及一种液体冷却的等离子燃烧器所用的喷嘴、液体冷却的等离子燃烧器所用的喷嘴帽以及配有该喷嘴/喷嘴帽的等离子燃烧器头。

作为等离子体，指的是一种被加热至高温的有导电能力的气体，该气体包括正离子和负离子、电子以及被激励的和中性的原子与分子。

作为等离子气体，可使用不同的气体，例如单原子氩和/或双原子气体氢、氮、氧或者空气。该气体通过一种电弧的能量而电离和离解。通过喷嘴加以收缩的电弧则称之为等离子体束。

等离子体束在其参数上受喷嘴和电极的结构的影响甚大。等离子体束的这些参数例如是气体的射束直径、温度、能量密度和流动速度。

例如在进行等离子切割时，等离子体通过一个可以用气体或水加以冷却的喷嘴而被收缩。这样就能达到至2×10⁶W/cm²的能量密度。在等离子体束中产生的温度高达30000℃，这种温度结合气体的高的流动速度便可在材料上实现很高的切割速度。

等离子燃烧器可以直接或间接操纵。在采用直接操纵方式时，电流从电源经过等离子燃烧器的电极、经过利用电弧所产生的和通过喷嘴而被收缩的等离子体束，直接经过被加工的工件而流回到电源。采用直接操纵方式时，可以切割导电的材料。

采用间接操纵方式时，电流从电源经过等离子燃烧器的电极、经过利用电弧所产生的和通过喷嘴而被收缩的等离子体束和喷嘴而流回到电源。在此，喷嘴受到的负荷比直接的等离子切割时的更大，这是因为，喷嘴不仅要收缩等离子体束，而且还要实现电弧的定位点。采用间接的操纵方式，既可切割导电材料，也可切割非导电材料。

由于喷嘴的高的热负荷之故，喷嘴通常都用一种金属材料制成，最好用铜制成，因为铜具有高的导电能力和导热能力。同样道理，电极座也是如此，不过电极座也可以用银制成。这种喷嘴于是可安装在等离子燃烧器上，等离子燃烧器的主要组成部分有：一个等离子燃烧器头，一个喷嘴帽，一个等离子气体导件，一个喷嘴，一个喷嘴支座，一个电极容纳部，一个配有电极接头的电极座，在最新式的等离子燃烧器上，还有一个喷嘴保护帽支座和一个喷嘴保护帽。电极支座固定着一个尖的电极接头，该电极接头是用钨制成的，其适用于采用非氧化性气体作为等离子气体的情况，例如采用氩-氢混合物作为等离子气体的情况。一种所谓的扁平电极，其电极接头例如是用铪制成的，也适用于采用氧化性气体作为等离子气体的情况，例如采用空气或氧作为等离子气体的情况。为了达到喷嘴的高使用寿命，在此，喷嘴利用一种液体例如水加以冷却。冷却剂经过一个水进给机构而被输送至喷嘴，经过一个水回流机构而从喷嘴被导出，并且流过一个由喷嘴和喷嘴帽所限定的冷却剂室。

在DD 36014 B1中介绍了一种喷嘴。该喷嘴是用一种良好导电材料例如铜制成的，而且具有一种配属于相应等离子燃烧器类型的几何形状，例如一种锥形设计结构的具有圆柱形喷嘴出口的放电空间。喷嘴的外形是设计成锥体的，在此，获得一种近似地相等的壁厚，其尺寸是如此决定的，即，使得能够保证喷嘴的良好稳定性和对冷却剂的良好导热。喷嘴安置在一个喷嘴支座上。喷嘴支座是用耐腐蚀的材料例如黄铜制成的，在其内部有一个中心容纳部用于容纳喷嘴，还有一个槽用于安装一个密封橡皮圈，该密封橡皮圈将放电空间加以密封以防止冷却剂渗入。此外，在喷嘴支座上有错开180°的孔，分别用于冷却剂供给和冷却剂回流。在喷嘴支座的外直径上有一个槽用于安装冷却剂室密封的圆橡胶件，以防止大气进入，还有一个螺纹和一个中心容纳部用于喷嘴帽。喷嘴帽也是用耐腐蚀材料例如黄铜制成的，是呈锐角设计的，而且具有一个能将辐射热相应地导引到冷却剂上而恰当确定其尺寸的壁厚。其最小内径配有一个圆环。作为冷却剂，最简单就是用水。采用上述设置，在节省材料的前提下，可以实现喷嘴的简单制造和喷嘴的快速更换，以及通过喷嘴的锐角构形可使等离子燃烧器相对于工件回转，从而实现斜切割。

在DE-OS 1 565 638中介绍了一种等离子燃烧器，特别用于等离子熔融切割某些材料，以及用于焊口的准备。等离子燃烧器头的细长形状是通过使用一种特别是锐角的切割喷嘴实现的，其内角和外角是彼此相等的，与喷嘴帽的内角和外角也是相等的。在喷嘴帽和切割喷嘴之间，成形了一个冷却剂室，在此冷却剂室中喷嘴帽配有一个凸缘，该凸缘与切割喷嘴实现金属性紧密状态，从而形成一个均匀的环形间隙，以之用作为冷却室。冷却剂通常是水，其供给和排出是通过两个彼此按180°错开的在喷嘴支座上的缝隙加以实现的。