[发明专利]用于气体冷却等离子弧焊炬的装置和相关系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年7月25日提交的标题为“Plasma Arc Torch Nozzles,Shields and Retaining Caps(等离子弧焊炬喷嘴、护罩和护帽)”的美国临时专利申请序列号61/858,235的权益，该申请的内容全部以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明整体上涉及热切割焊炬(例如，等离子弧焊炬)，并且更特别地涉及用于气体冷却等离子弧焊炬的装置和相关系统和方法。

背景技术

现代常规等离子弧焊炬的基本部件包括焊炬主体、安装于该主体内的电极(例如，阴极)、具有中心孔的喷嘴(例如，阳极)、相关电连接和冷却通路、以及弧控制流体，该喷嘴可对电极产生引弧来激发合适气体(例如，空气、氮气或氧气)流中的等离子弧。该引弧可通过联接至直流电源和等离子弧焊炬的高频高压信号或任何多种接触启动方法而产生。在一些结构中，护罩安装至焊炬主体来防止在加工过程中从工件溅射的金属(有时称为渣)积聚在焊炬零件(例如，喷嘴或电极)上。一般地，护罩包括护罩出口部(也称为护罩孔)，该护罩出口部允许等离子射流穿过其中。护罩可相对于喷嘴共轴地安装，以使得等离子出口部对齐护罩出口部。

冷却能力已经是涉及等离子弧焊炬的先前设计的一个限制。例如，先前设计要求使用气体以外或作为气体补充的冷却介质(例如，冷却水或液体)，用于高电流水平(例如，100或200安培或更大)下的焊炬。这些冷却方法中的大多数能要求焊炬之外的冷却系统(例如，该冷却系统可包括供水、贮水池、热交换设备、供应泵，等等)。外部冷却系统可能增加相关设备费用，可能要求更多维护，可能为易溢漏的，并且在一些情况下，可能要求处理冷却介质。等离子弧焊炬的冷却问题对于较高电流系统是更为严重的，因为较高电流系统可产生更多热量并具有更大的冷却需求。事实上，可商购获得的在大于约100安培下操作的等离子焊炬切割系统通常采用了利用液体冷却剂(例如，水或乙二醇)的冷却系统。然而，其它系统是可能的。

发明内容

在一些方面，用于气体冷却等离子焊炬的喷嘴可包括大致圆柱形的中空主体，该主体具有界定出纵向轴的第一端和第二端，该主体的第二端界定出喷嘴喷口；形成于该第一端中在该圆柱形主体的内壁和外壁之间的气体通道，该气体通道引导气体流周向地围绕该主体的至少一部分；入口通路，该入口通路形成为大体上穿过该外壁的径向表面并且流体地连接至该气体通道；和出口通路，该出口通路至少大体上对齐纵向轴并且流体地连接至该气体通道。

实施例可包括下述特征中的一个或多个。

在一些实施例中，入口通路可包括形成为穿过该主体的径向表面的入口端口。在一些情况下，出口通路可包括在喷嘴的第二端和入口端口之间的、形成为穿过该主体的第二外部径向表面的出口端口。

在一些实施例中，喷嘴包括若干个(例如，多个)入口通路。在一些情况下，各自入口通路之间的径向角为约120°。在一些实施例中，喷嘴包括若干个出口通路。在一些情况下，各自出口通路之间的径向角为约120°。在一些实施例中，喷嘴包括多个入口通路和多个出口通路。在一些情况下，入口通路与出口通路径向偏离。

在一些实施例中，沿着气体通道的圆周气体流围绕着喷嘴的整个圆周延伸。

在一些实施例中，一部分的喷嘴壁被构造成配合涡流环的外表面。在一些情况下，该涡流环形成气体通道的一部分。

在一些方面，用于气体冷却等离子弧焊炬的喷嘴可包括大致圆柱形的中空主体，该主体具有界定出纵向轴的第一端和第二端，该主体的第二端界定出喷嘴喷口；增压腔区域，该增压腔区域被界定于该主体内并引导等离子气体；冷却气体通道，该冷却气体通道形成于该第一端中在该圆柱形主体的内壁和外壁之间，该冷却气体通道将冷却气体从等离子气体隔离；大体上径向取向的入口通路流体地连接至该气体通道；以及大体上纵向取向的出口通路流体地连接至该气体通道。

实施例可包括下述特征中的一个或多个。