[发明专利]用于等离子炬的缩小比例喷嘴和用于该喷嘴的转接器

说明书

本金属加工发明涉及等离子炬喷嘴。本发明公开缩小比例喷嘴，其在至多400A电流负载下用于液冷式双气体等离子炬。等离子流沿方向(V)穿过喷嘴(100)中的孔(101)。孔(101)为发散的，并且在等离子流的方向(V)上扩展。孔(101)在点(105)处为锥形形状，在点(106)处为弧形形状，并且在点(108)处为椭圆形状。在其最窄部段(104)之后，孔(101)在等离子流的方向(V)上以角度(A°)扩展。所述孔(101)的结束端处的直径(D4)大于在其开始端处的直径(D1)。喷嘴(100)配备有安装表面(110)以用于插入转接器。喷嘴(100)包括密封件(109)，其防止液体和气体穿过所述喷嘴(100)和所述转接器之间的连接部，并提供了至所述等离子炬的附接。

技术领域

一般来讲，本发明涉及用于等离子炬的喷嘴，此类喷嘴的布置(其形状和尺寸)。此外，本发明涉及一种用于将所述喷嘴连接至等离子炬的转接器。

背景技术

等离子炬被用于使用等离子电弧切割金属材料(诸如钢)。一般来说，电弧等离子炬包括炬体、冷却管、电极、涡流环、喷嘴、喷嘴保持器、防护罩和喷嘴防护帽。

切割材料通过由等离子炬所产生的等离子流来分开。这种流包括高温下的一种或多种离子化气体。高温离子化气体在压力下流动穿过喷嘴孔。这样，离子化气体流收缩成聚集等离子流，该聚集等离子流然后形成了等离子电弧。

以这种方式所形成的等离子电弧可达到至多30000℃的温度，和至多2x10⁶W/cm²的能量密度。等离子电弧的能量密度和温度越高，可切割的金属材料越厚并且切割速度越快。

在过去的30年中，液冷式等离子炬已发生许多变化。其中一种变化为利用两种独立气体(等离子气体和保护气体)的等离子炬设计。较早的液冷式等离子炬仅使用等离子气体。由于液冷式双气体等离子炬的更复杂设计，其长度和直径的测量值均已变大。

由于等离子炬的高操作温度，因此冷却是必需的。液冷剂在操作期间所流动穿过(进行冷却)的等离子炬为液冷式等离子炬。等离子炬部件(诸如喷嘴，其直接接触液冷剂的流)称为直接冷却等离子炬部件。

由于液冷式双气体等离子炬的尺寸已变大，此类炬所用的喷嘴的尺寸也已变大。这一事实使得喷嘴的制造需要增加材料。在已知技术现状中，用于直接液冷式的液冷式双气体等离子炬的喷嘴已以一定外径来制造，对于15A至130A的负载，该外径的范围为16.0mm至36.5mm，并且对于130A以上的负载，该外径的范围为18.5mm至36.5mm。在所了解的技术现状中，用于间接液体冷却和负载在15A至260A的液冷式双气体等离子炬的喷嘴已以范围为26.0mm至34.0mm的最大外径来制造。

出于经济原因，对于15A至400A的范围内的电流负载，已研究了具有直接和间接冷却的等离子喷嘴的可能最小本体尺寸。目标是减少用于液冷式双气体等离子炬的具有直接和间接冷却的喷嘴的制造成本，以及改善该喷嘴的功能性质和寿命。

喷嘴设计可显著地影响聚集等离子流的参数。喷嘴会影响等离子流的参数，诸如等离子流的直径、其速度、温度，以及等离子流的能量密度。

在等离子流穿过孔的点处，喷嘴经受极大热量。过热增加了喷嘴的磨损。通过气体或液体尽可能靠近喷嘴的热量最大的点来使喷嘴冷却，可防止该磨损。当喷嘴过热时，制成该喷嘴的材料部分地熔化，并且用于将离子化气体流引导至聚集等离子流的孔将非对称地变大。具有非对称扩大孔的喷嘴将无法充分地聚集等离子流，并且喷嘴孔的非对称性使等离子流在一个方向上歪斜。此类磨损喷嘴必须以新喷嘴进行替换。