[发明专利]用于通过相同耗材组对工件进行打标和切割的方法及等离子电弧焊炬系统

说明书

技术领域

本发明整体上涉及等离子电弧焊炬系统，并且更具体地涉及具有在不必改变焊炬的任何耗材的情况下对金属工件进行切割(即，切断或分成多件)和打标(即，在表面上产生可见线条)的能力的等离子电弧焊炬系统。

背景技术

通常采用专用的等离子打标焊炬以利用线条、数字或符号来打标金属板和其他工件以方便后续的板布置和组装操作。而且，有时采用字母数字标记用于板标识的目的。已知的打标焊炬通常在低安培数(例如，大约8安培-10安培)下操作并且采用非切割气体比如氩气作为等离子气体，该等离子气体形成通过喷嘴口离开的且在工件上形成可见标记的等离子流。已知的打标焊炬通常还包括空气冷却系统，该空气冷却系统使空气循环而与电极接触并且随后沿着等离子喷嘴的外侧表面以共轴围绕等离子流的方式排出。

期望的是具有能够打标和切割工件并且以高精度执行这两项工作的等离子电弧焊炬。本申请的受让人先前已经开发出具有打标和切割能力的等离子电弧焊炬，如在美国专利No.6,054,669中公开的那样，该专利的全部公开内容通过参引的方式并入本文。在No.6,054,669专利中描述的焊炬包括限定有纵向轴线的焊炬本体、以及沿着该纵向轴线安装到焊炬本体上且限定有前部排放端的电极。喷嘴安装在焊炬本体上以覆盖电极的前部排放端并且由此限定出它们之间的等离子空腔，并且喷嘴包括前壁，该前壁具有穿过其中的、沿着纵向轴线与电极对准的孔。防护罩安装到焊炬本体上，从而以间隔开的关系覆盖喷嘴的前壁并且限定出它们之间的间隙，该间隙形成共轴环绕喷嘴孔的环形口。等离子气体通道延伸穿过焊炬本体并且延伸到等离子空腔，并且设有等离子气体控制部用于将等离子打标气体输送至等离子气体通道并且由此到达等离子空腔。而且，防护气体通道延伸穿过焊炬本体并且延伸至环形气体口，并且设有防护气体控制部用于将气体(可选地还包括水雾)输送至防护气体通道并且由此到达环形气体口。还设有电源用于将适于工件的等离子打标的相对较低功率水平的电力输送至电极。

用于上述焊炬的喷嘴口直径相当小，处于0.018英寸至0.043英寸的级别。因此，电弧密度即使在相对较低的打标电弧电流水平(10安培至35安培)下也很高。这使得焊炬能够在碳钢和不锈钢上形成高质量的标记。但是，为了形成这种高质量的标记，打标速度(即，焊炬的线速度，通常以每分钟英寸数或“ipm”来衡量)必然相对较低。

在一些应用(例如，在诸如用于造船等之类的大的板材上打标出对准标记)中，期望的是能够以高得多的打标速度进行打标。为了能够利用上述焊炬增大打标速度，必须增大电弧电流。可选地，发现在防护气体中添加可选的水雾使得能够在不增大电弧电流的情况下增大打标速度。但是，即使当水雾被采用时仍不能以超过大约300ipm的速度进行打标，并且用于可接受质量的字母数字打标的最高可得速度是大约100ipm。

发明内容

本申请说明一种采用与上述系统及方法明显不同途径的等离子电弧焊炬及方法。能够在不改变焊炬的任何耗材(电极和喷嘴)的情况下执行切割和打标。通过目前说明的焊炬系统，能够使用具有很大直径喷口(例如0.070英寸和更大)的等离子喷嘴，并且仍然能够在工件比如不锈钢上打标出高质量的、微细的线条。能够在没有打标质量的明显损失的情况下获得高达600ipm的打标速度。这些反直觉的结果借助下文描述的焊炬系统及方法的特征成为可能。

根据本文公开的一个实施方式，一种操作等离子电弧焊炬以有选择地切割金属工件及在金属工件的表面上进行打标的方法，包括步骤：

(1)提供等离子电弧焊炬，包括：

(a)焊炬本体，所述焊炬本体限定有纵向轴线；

(b)电极，所述电极沿着所述纵向轴线安装到所述焊炬本体上并且限定有前部排放端，所述前部排放端支承能够操作用于发射电弧的发射元件；

(c)等离子喷嘴，所述等离子喷嘴安装在所述焊炬本体上以覆盖所述电极的所述前部排放端并且由此限定出它们之间的等离子空腔，所述等离子喷嘴包括前壁，所述前壁具有延伸穿过其中且沿着所述纵向轴线与所述电极对准的等离子喷嘴口，使得从所述发射元件发射的电弧能够与等离子气体流一起穿过所述等离子喷嘴口；