[发明专利]用于等离子体炬且尤其是等离子体割炬的单件或多件式绝缘构件及具有该绝缘构件的组件和等离子体炬

说明书

本发明涉及用于等离子体炬，尤其是等离子体割炬的单件式或多件式绝缘构件，所述绝缘构件用于在等离子体炬的至少两个导电部件之间电绝缘，其特征在于，绝缘构件由不导电但良好导热的材料制成或者所述绝缘构件的至少一部分由不导电但良好导热的材料制成。本发明还涉及具有所述绝缘构件的布置结构和等离子体炬，以及涉及用于加工、等离子体切割和等离子体焊接的方法。

本发明涉及用于等离子体炬(尤其是等离子体割炬)的单件式或多件式绝缘构件，该绝缘构件用于等离子体炬的至少两个导电部件之间的电绝缘；本发明还涉及具有这种绝缘构件的布置结构和等离子体炬；涉及具有这种布置结构的等离子体炬；以及涉及利用热的等离子体加工工件、等离子体切割和等离子体焊接的方法。

等离子体炬一般用于对导电材料(如钢和非铁金属)进行热加工。在这种情况下，使用等离子体焊接炬进行焊接并使用等离子体割炬对导电材料(如钢和非铁金属)进行切割。等离子体炬通常包括炬体、电极、喷嘴和用于其的保持器。现代的等离子体炬还设有装在喷嘴上的喷嘴保护帽。通常喷嘴借助喷嘴帽固定。

取决于等离子体炬类型，在等离子体炬的运行过程中由于由电弧所造成的高的热负荷而磨损的部件具体是电极、喷嘴、喷嘴帽、喷嘴保护帽、喷嘴保护帽保持器和等离子体气体输送部件和二次气体输送部件。这些部件可以由操作者容易地更换，并因此被称为磨损部件。

等离子体炬通过管线连接到电源和气体供应装置，该气体供应装置对等离子体炬进行供给。此外，等离子体炬能连接到用于冷却剂(例如冷却液体)的冷却装置。

在等离子体割炬中出现特别高的热负荷。这具有其原因：由喷嘴孔导致的等离子体射流的强烈缩窄。这里，与等离子体焊接相比，针对切割电流使用小孔，从而产生喷嘴孔中的50至150A/mm²的高电流密度、约2×10⁶W/cm²的高能量密度和高达30000K的高温。此外，等离子体割炬中使用较高的气体压力，通常高达12巴(bar)。高温和流过喷嘴孔的等离子体气体的高动能的组合导致工件的熔化和熔体的排出。这产生了切割缝并将工件分离。在等离子体切割中，经常也使用氧化气体以切割非合金钢。这也会额外导致对磨损部件和等离子体割炬的高的热负荷。

下面特别探讨等离子体割炬。

等离子体气体在电极和喷嘴之间流动。等离子体气体通过气体输送部件(该气体输送部件可以是多件式部件)引导。由此能够有目的地定向等离子体气体。通常，通过等离子体气体输送部件中的开口的径向和/或轴向的偏移而将等离子体气体设定成围绕电极旋转。等离子体气体输送部件由电绝缘材料制成，因为电极和喷嘴必须彼此电绝缘。这是必要的，因为在等离子体割炬的运行期间电极和喷嘴具有不同的电势。为了运行等离子体割炬，在电极和喷嘴和/或工件之间产生电弧，该电弧使等离子体气体电离。为了点燃电弧，在电极和喷嘴之间可以施加高电压，该高电压确保电极和喷嘴之间的区段的预电离并因此确保电弧的形成。在电极和喷嘴之间燃烧的电弧也称为引导电弧。

引导电弧通过喷嘴孔出来并撞击到工件上并电离工件的区段。由此，可以在电极和工件之间形成电弧。此电弧也被称为主电弧。在主电弧期间引导电弧可以被关掉。但引导电弧也可以继续运行。在等离子体切割过程中，引导电弧经常被关掉，以便不额外加重喷嘴的负荷。

特别是，电极和喷嘴经受高的热负荷并且必须被冷却。同时电极和喷嘴也必须传导形成电弧所需的电流。因此，对此使用良好导热和良好导电的原料，通常是金属，如铜、银、铝、锡、锌、铁或含有这些金属中至少一种的合金。

电极通常包括电极保持器和发射插入物，发射插入物由具有高的熔点(>2000℃)以及比电极保持器低的电子逸出功的材料制成。在使用非氧化性等离子体气体(例如氩气、氢气、氮气、氦气、以及它们的混合物)时，使用钨作为用于发射插入物的材料；而在使用氧化性气体(如氧气、空气和它们的混合物、氮气-氧气混合物和与其他气体的混合物)时，使用铪或锆作为用于发射插入物的原料。高温原料可以装配到电极保持器中，例如，利用形状锁合和/或力锁合而压入，电极保持器由良好导热且良好导电的原料制成。