[发明专利]用于等离子割炬的电极及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于等离子切割的等离子炬的电极并且涉及用于所述等离子炬的电极的用途。

背景技术

等离子体是由阳离子和阴离子、电子、以及激发的和中性的原子和分子组成的高温加热的导电性气体。

各种气体（例如单原子氩气和/或双原子气体氢气、氮气、氧气或空气）被用作等离子体气体。这些气体通过等离子体电弧的能量离子化并且分裂。

等离子体射流的参数可以极大地受到喷嘴和电极的设计的影响。等离子体射流的这些参数为例如射流直径、温度、能量密度和气体的流速。

在等离子切割中，等离子体通常受到喷嘴的限制，该喷嘴可以是气冷的或者水冷的。由此可以实现能量密度达到2x10⁶W/cm²。在等离子体射流中的温度升高达到30,000°C，这结合气体的高流速可以在所有的导电材料中具有非常高的切割速度。

等离子炬主要包括等离子炬头1、电极7和喷嘴4；其它的部件可以是用于固定电极7的电极安装件（mount）6、喷嘴支架5和用于固定喷嘴4的喷嘴帽2。该等离子体气体PG通过等离子体气体导向件3被供给到电极7和喷嘴4之间的空间内并且最后通过喷嘴4流经喷嘴通道4.1。

此外，当前的等离子炬还具有保护性喷嘴帽9和二次气体导向件9.1，二次气体SG借助该二次气体导向件被供给到等离子体射流。喷嘴4和电极7通常用例如水的液体冷冻剂冷却。

目前，等离子切割是一种用于切割导电性材料的规定方法，其中根据切割工作使用不同的气体和气体混合物。

从而不同的电极7和喷嘴4用于该目的。它们在等离子炬的操作期间受到磨损并且随后必须更换。为了能够使用用于不同气体或气体混合物的等离子炬，等离子炬、电极7和喷嘴4被设计成使得等离子炬通过更换电极7和喷嘴4可以用于不同的气体。

电极7通常包括电极支架7.1和发射插入件7.2。通常可以区分这两种设计形式。当用含有氧气的等离子体气体切割时，通常使用所谓的平板电极，即，除了其前发射表面之外，发射插入件7.2位于电极支架7.1中。发射插入件7.2包括铪或锆。具有良好导电性和导热性的材料（诸如铜或银）被用于电极支架7.1。在用于采用不含有氧气的气体或气体混合物（例如，氩气、氢气、氮气）切割的电极7中，钨被用作发射插入件7.2的材料，且通常伴随掺杂量（例如，镧的掺杂量）。其随后被紧固在电极支架7.1中，但是与平板电极相比，其伸出到外面并且通常称为点电极。

这种设计还可以从图1看出，在此处已经示出根据本发明的电极的示例。

在DE10144516A1中描述了这样的电极。此处，电极被紧固在支架中并且电极的尖端伸出进入喷嘴前室。该电极材料由钨构成并且被压入导电性材料（优选地铜或银）的支架中。这些支架通常为水冷的以实现有效的散热。

在DE102008018430B4中也描述了具有等离子体气体进口和二次气体进口以及喷嘴和点电极的等离子炬。该电极由电极支架和电极插入件构成；该电极插入件从电极支架伸出。然而，在该技术方案中，主要焦点是改善喷嘴的冷却。

在所有这些布置中，存在的问题是电极的使用寿命和切割质量通常是不够的。

一方面，该电极必须确定地被很好地冷却；但是仍然必须实现在发射表面处的高温以实现用于形成电弧的电子的安全发射。该发射应该尽可能均匀地在表面上进行，这反过来对于使用寿命具有正面效果。另外重要的是，在电弧点燃之后的尽可能短的时间内达到发射温度。

此外，该电极应该被设计成使得在所用的等离子体气体之间尽可能容易地重新配备等离子炬。另一要求是在发射插入件和喷嘴之间是高度同心的。这导致更好的切割结果和延长的使用寿命。

发明内容

因此本发明的目的是提供用于等离子炬的电极，该等离子炬可优选地用于等离子切割，其实现了增加的使用寿命并且同时具有改善的在电弧点燃之后达到电极发射的合适温度的响应性能。

通过具有权利要求1的特征的用于等离子炬的电极实现根据本发明的目的。权利要求13涉及根据本发明的电极的用途。使用从属权利要求中的特征可以实现有利的实施方式和进一步的发展。权利要求涉及一种等离子炬。

根据本发明的用于等离子割炬的电极由以压入配合和/或形状匹配方式彼此连接的电极支架和发射插入件构成。所述发射插入件沿着其纵向轴线具有至少两个部分（section）。在该方面，被布置成紧挨着一个部分或者被布置在两个部分之间的至少一个部分相对于其它部分具有所述发射插入件的旋转对称设计中的减小的外径或在非旋转对称的发射插入件中的减小的横截面表面。