[发明专利]包括固持帽的等离子体电弧切割系统以及相关运行方法

说明书

相关申请

本申请要求享有2016年4月11日提交的序列号为62/320,935的并且名称为“用于等离子体电弧焊枪的耗材”的美国临时专利申请的权益，该申请的全部内容通过引用以其全部并入本文中。

技术领域

本发明大体涉及等离子体电弧切割系统和过程的领域。更具体地，本发明涉及改善的可消耗的构件(举例来说，内帽、喷嘴帽或固持帽)以及用于运行和冷却等离子体电弧焊枪的运行方法。

背景技术

等离子体电弧焊枪广泛地应用于材料的切割和标记。等离子体电弧焊枪大体包括电极和具有安装在焊枪主体内的中央出口孔口的喷嘴、电连接件、用于冷却的通道和用于电弧控制流体(举例来说，等离子体气体)的通道。焊枪产生等离子体电弧，即，带有高温和高动量的气体的压缩的离子化的射流。在焊枪中使用的气体能够是非反应性的(举例来说，氩气或氮气)或反应性的(举例来说，氧气或空气)。在运行期间，先导电弧首先产生在电极(阴极)和喷嘴(阳极)之间。先导电弧的产生能够依靠联接到DC功率供应的高频高电压信号和焊枪或依靠各种启动方法中的任一种。

在许多现有技术等离子体电弧焊枪中，冷却剂沿在焊枪内的迂回的路径行进(举例来说，向前到喷嘴，然后返回到焊枪头，然后向前到护罩，然后返回到焊枪头)，从而需要显著的驱动力以在焊枪内推进冷却剂。这样的现有技术焊枪的一个示例在美国专利No.8,389,887中显示和描述，其名称为“用于改善的穿透性能的用于液体冷却式护罩的装置和方法”。在该布置中，冷却剂从来源通过等离子体电弧焊枪流动到护罩的表面并且通过等离子体电弧焊枪返回，从而需要冷却剂进行多次行程，以接触护罩和喷嘴两者。一些其他的现有技术焊枪在冷却剂流和/或单向冷却剂流中仍然具有显著的死点，这不对焊枪末梢中的喷嘴、护罩和其他的耗材提供均匀的冷却。需要的是这样的构造：其中，冷却剂直接发送到耗材，使得需要最小的驱动力以基本一致的并且对称的方式移动冷却剂通过等离子体电弧焊枪。

发明内容

本发明涉及用于等离子体电弧焊枪的改善的耗材(举例来说，内帽，包括喷嘴帽以及固持帽)以及在等离子体电弧焊枪中引导流体流和冷却耗材的关联的方法。其中一些传送液体冷却剂并且其中一些传送护罩气体的交错的系列的孔口或槽口安置在内帽中以产生在内帽内和/或穿过内帽的液体和气体的交叉流。成轴向地定向的组的孔许可护罩气体传送到护罩，并且成径向地定向的组的孔许可液体冷却剂从喷嘴传送到护罩，都在靠近稳压室的内帽的环形部分(或“颈部”)内。

本发明使冷却剂能够经由直接冷却剂路径直接移动穿过耗材，从而最小化需要推进冷却剂通过焊枪所需要的驱动力。另外，本发明在内帽的环形部分中较高效地使用空间，使得某些结构能够从焊枪本身移除。在一些实施例中，这个改组允许焊枪的“尖度(pointiness)”增加，其对于机器人应用能够是有益的并且能够使焊枪更简单地装配到紧密的空间中。

另外，本发明将入口和出口改组成基本上径向地对称的，其中从360度供给耗材。这与先前的设计相反，先前的设计从180度供给(即，存在“入”流侧和“出”流侧)，其中入口和出口需要相对于彼此定向，并且其中在焊枪末梢中的死点和不均匀的冷却是普遍的。关键特征是将更复杂的焊枪结构中的一些推动到固持帽中，从而允许复杂的加工过程不太频繁地完成。另外，允许护罩帽制造为单个零件(而不是制造为两个零件)，其导致费用和重量的节省。特别地，护罩帽现在需要仅仅在一个方向上引导冷却剂。在先前的技术中，护罩帽包括两个零件，因为冷却剂在冷却喷嘴后行进回到焊枪中。冷却剂然后不得不引导向前到护罩并且通过护罩帽向后回到功率供应。因为冷却剂不得不即去到护罩又从护罩回来，所以其需要两个零件。从喷嘴到护罩的直接路径使本发明能够使用单零件护罩帽。

在一个方面，本发明涉及一种用于液体冷却式等离子体电弧焊枪的内帽。内帽包括基本中空的主体，其具有纵向轴线、第一端部以及第二端部。第一端部包括构造成紧邻等离子体电弧焊枪的焊枪末梢而布置的环形部分。内帽还包括液体通道，其在主体内形成并且成型为穿过其中运输液体。液体通道具有在环形部分中形成的第一组端口。内帽还具有气体通道，其在主体内形成并且成型为穿过其中运输气体。气体通道包括在环形部分中形成的第二组端口。构造环形部分，使得在第一组端口中的端口的子组相对于纵向轴线在径向方向上引导液体，并且，围绕纵向轴线在旋转方向上与在第二组端口中的在基本与纵向轴线平行的方向上引导气体的端口的子组交替。