[发明专利]改进的等离子弧切割系统、消耗品和操作方法

说明书

本发明的特征在于用于调节等离子割炬中的防护液体的方法和装置。用于等离子割炬的液体注射防护罩包括主体以及液体注射调节部件，主体具有外表面和内表面，液体注射调节部件周向地设置在主体的内表面内并且与主体的内表面直接接触。液体注射调节部件和主体的内表面限定腔室。液体注射调节部件还限定第一组端口和第二组端口，第一组端口的尺寸被设计成调节进入腔室的液体，第二组端口被定向成分配离开腔室的流体。

相关申请

本申请要求享有2016年4月11日提交的且名称为“用于等离子弧割炬的消耗品（Consumables for Plasma Arc Torch）”的美国临时专利申请No.62/320,935的权益。本申请还要求享有2015年8月4日提交的且名称为“液体冷却筒（Liquid Cooled Cartridge）”的美国临时专利申请No.62/200,913的权益。本申请还要求享有2016年6月9日提交的且名称为“防护罩旋流器中的计量孔（Metering Holes in the Shield Swirler）”的美国临时专利申请No.62/347,856的权益。这些申请的全部内容通过引用被并入本文。

技术领域

本发明一般地涉及等离子弧切割系统和过程的领域。更具体地，本发明涉及改进的消耗性部件和操作方法以实现一致的切割质量。

背景技术

等离子弧割炬（torch）广泛用于材料的切割和标记。等离子弧割炬通常包括安装在割炬主体内的具有中心出口孔口的喷嘴和电极、电连接、用于冷却流体（例如，水）的路径以及用于弧控制流体（例如，等离子气体）的路径。割炬产生等离子弧，即具有高温和高动量的气体的压缩电离射流。割炬中所使用的气体可以是非反应性的（例如，氩气或氮气）或是反应性的（例如，氧气或空气）。在操作期间，首先在电极（阴极）和喷嘴（阳极）之间产生维弧（pilot arc）。维弧的产生可借助于联接到直流功率源和割炬的高频、高电压信号或者借助于各种接触启动方法中的任何一种。

在流体注射等离子系统中，切割质量（例如，角度、毛刺（dross）和边缘颜色（edgecolor）的质量）对防护流体的流速敏感。防护液体的流速可由于不同的原因而变化，例如当流体选择控制台（fluid selection console）的高度相对于割炬改变时。在一些其中水是防护液体的情况下，对于每线性英尺的高度改变，流体流速可每小时改变高达0.5加仑。此类变化进而可导致切割质量上的显著变化。所需要的是一种等离子弧切割系统，其对系统的外部压力改变（例如，由流体选择控制台的高度改变引起的外部压力改变）不敏感，由此确保一致的切割质量。

发明内容

本发明涉及用于在等离子弧切割系统中建立在防护流体流速方面的改进的稳定性的系统和方法。防护罩设置有包括两组端口（例如，计量孔和旋流孔）的插入件（例如，“液体注射调节部件”），以使得单个消耗性部件既被用于计量（meter）防护液体也被用于使防护液体产生旋流（swirl）（或分配防护液体）。如在本申请中所使用的，“旋流孔”应被理解为是指影响气体的分配的任何孔，包括但不限于通过使等离子割炬中的气体产生旋流来影响气体的分配。如下面所阐述的，在某些实施例中，计量孔使得恒定的雾化“雾”压力能够供给旋流孔，这进而使得等离子体系统对流体选择控制台（fluid selection console）的高度改变不敏感。结果是获得一种无论流体选择控制台相对于割炬的位置（例如高度）情况均确保可靠的、可重复的切割的系统。

出于比较的目的，用于等离子弧割炬系统中的水系统的典型设计可能使用大约5-6 psi的控制压力，在假设压力选择控制台和割炬之间没有高度改变的情况下，该控制压力能够足以维持跨过不同旋流孔几何形状的例如大约4-5加仑每小时的防护水流速。然而，在本发明的一些实施例中，可以在流体选择模块（例如，下面在图1中示出和描述的气体连接模块104）中应用更大的流体设定压力（例如，25-30 psi），流体设定压力进而会在跨过计量孔时大大减小。在一些实施例中，压降大到有利地使得系统对由流体选择控制台和计量控制台之间的高度差导致的小的压力改变基本上无反应。