[發明專利]用于等離子割炬的電極及其用途

在審

• 申請號: 201310190102.X
• 申請日: 2013-05-21
• 公開（公告）號: CN103418897A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 弗蘭克·勞里施;沃克·克林克
• 申請（專利權）人: 卡爾伯格-基金會
• 主分類號: B23K10/00
• 分類號: B23K10/00
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 黃志華

技術領域

本發明涉及一種用于等離子切割的等離子炬的電極并且涉及用于所述等離子炬的電極的用途。

背景技術

等離子體是由陽離子和陰離子、電子、以及激發的和中性的原子和分子組成的高溫加熱的導電性氣體。

各種氣體（例如單原子氬氣和/或雙原子氣體氫氣、氮氣、氧氣或空氣）被用作等離子體氣體。這些氣體通過等離子體電弧的能量離子化并且分裂。

等離子體射流的參數可以極大地受到噴嘴和電極的設計的影響。等離子體射流的這些參數為例如射流直徑、溫度、能量密度和氣體的流速。

在等離子切割中，等離子體通常受到噴嘴的限制，該噴嘴可以是氣冷的或者水冷的。由此可以實現能量密度達到2x10⁶W/cm²。在等離子體射流中的溫度升高達到30,000°C，這結合氣體的高流速可以在所有的導電材料中具有非常高的切割速度。

等離子炬主要包括等離子炬頭1、電極7和噴嘴4；其它的部件可以是用于固定電極7的電極安裝件（mount）6、噴嘴支架5和用于固定噴嘴4的噴嘴帽2。該等離子體氣體PG通過等離子體氣體導向件3被供給到電極7和噴嘴4之間的空間內并且最后通過噴嘴4流經噴嘴通道4.1。

此外，當前的等離子炬還具有保護性噴嘴帽9和二次氣體導向件9.1，二次氣體SG借助該二次氣體導向件被供給到等離子體射流。噴嘴4和電極7通常用例如水的液體冷凍劑冷卻。

目前，等離子切割是一種用于切割導電性材料的規定方法，其中根據切割工作使用不同的氣體和氣體混合物。

從而不同的電極7和噴嘴4用于該目的。它們在等離子炬的操作期間受到磨損并且隨后必須更換。為了能夠使用用于不同氣體或氣體混合物的等離子炬，等離子炬、電極7和噴嘴4被設計成使得等離子炬通過更換電極7和噴嘴4可以用于不同的氣體。

電極7通常包括電極支架7.1和發射插入件7.2。通常可以區分這兩種設計形式。當用含有氧氣的等離子體氣體切割時，通常使用所謂的平板電極，即，除了其前發射表面之外，發射插入件7.2位于電極支架7.1中。發射插入件7.2包括鉿或鋯。具有良好導電性和導熱性的材料（諸如銅或銀）被用于電極支架7.1。在用于采用不含有氧氣的氣體或氣體混合物（例如，氬氣、氫氣、氮氣）切割的電極7中，鎢被用作發射插入件7.2的材料，且通常伴隨摻雜量（例如，鑭的摻雜量）。其隨后被緊固在電極支架7.1中，但是與平板電極相比，其伸出到外面并且通常稱為點電極。

這種設計還可以從圖1看出，在此處已經示出根據本發明的電極的示例。

在DE10144516A1中描述了這樣的電極。此處，電極被緊固在支架中并且電極的尖端伸出進入噴嘴前室。該電極材料由鎢構成并且被壓入導電性材料（優選地銅或銀）的支架中。這些支架通常為水冷的以實現有效的散熱。

在DE102008018430B4中也描述了具有等離子體氣體進口和二次氣體進口以及噴嘴和點電極的等離子炬。該電極由電極支架和電極插入件構成；該電極插入件從電極支架伸出。然而，在該技術方案中，主要焦點是改善噴嘴的冷卻。

在所有這些布置中，存在的問題是電極的使用壽命和切割質量通常是不夠的。

一方面，該電極必須確定地被很好地冷卻；但是仍然必須實現在發射表面處的高溫以實現用于形成電弧的電子的安全發射。該發射應該盡可能均勻地在表面上進行，這反過來對于使用壽命具有正面效果。另外重要的是，在電弧點燃之后的盡可能短的時間內達到發射溫度。

此外，該電極應該被設計成使得在所用的等離子體氣體之間盡可能容易地重新配備等離子炬。另一要求是在發射插入件和噴嘴之間是高度同心的。這導致更好的切割結果和延長的使用壽命。

發明內容

因此本發明的目的是提供用于等離子炬的電極，該等離子炬可優選地用于等離子切割，其實現了增加的使用壽命并且同時具有改善的在電弧點燃之后達到電極發射的合適溫度的響應性能。

通過具有權利要求1的特征的用于等離子炬的電極實現根據本發明的目的。權利要求13涉及根據本發明的電極的用途。使用從屬權利要求中的特征可以實現有利的實施方式和進一步的發展。權利要求涉及一種等離子炬。

根據本發明的用于等離子割炬的電極由以壓入配合和/或形狀匹配方式彼此連接的電極支架和發射插入件構成。所述發射插入件沿著其縱向軸線具有至少兩個部分（section）。在該方面，被布置成緊挨著一個部分或者被布置在兩個部分之間的至少一個部分相對于其它部分具有所述發射插入件的旋轉對稱設計中的減小的外徑或在非旋轉對稱的發射插入件中的減小的橫截面表面。