[發明專利]接觸啟動式等離子弧焊炬和用于該焊炬的電極、接觸元件

有效

• 申請號: 201410052104.7
• 申請日: 2007-02-20
• 公開（公告）號: CN103763846A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: J·馬瑟;S·T·艾克霍夫;J·羅伯特
• 申請（專利權）人: 海別得公司
• 主分類號: H05H1/34
• 分類號: H05H1/34;B23K10/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 浦易文

本申請是申請號為200780005934.2（國際申請號為PCT/US2007/004343）、申請日為2007年2月20日、發明名稱為“用于接觸啟動式等離子弧焊炬的電極和使用這種電極的接觸啟動式等離子弧焊炬”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本領域總地涉及等離子弧焊炬，且更具體地涉及用于接觸啟動式等離子弧焊炬應用的電極和焊炬。

背景技術

諸如等離子弧焊炬和激光器之類的材料處理裝置廣泛地用于稱為工件的金屬材料的切割和標記。等離子弧焊炬通常包括焊炬本體、安裝在本體內的電極、具有中心出口孔的噴嘴、電連接件、用于冷卻和弧控制流體的通道、控制流體流動模式的渦流環、以及電源。焊炬內使用的氣體可以是惰性的（例如氬氣或氮氣）、或活性的（例如氧氣或空氣）。焊炬產生等離子弧，等離子弧是高溫且高動量的等離子氣體的收縮的離子化射流。

用于在等離子弧焊炬中產生等離子弧的一種方法是接觸啟動方法。接觸啟動方法包括形成電極和噴嘴之間的直接接觸和電連通來產生其間的電流通路。電極和噴嘴可協作以在焊炬本體內產生等離子腔。向電極和噴嘴提供電流，并將氣體引入等離子腔。形成氣體壓力直到壓力足以將電極和噴嘴分離。該分離使得在在等離子腔內電極和噴嘴之間形成電弧。該電弧將引入的氣體離子化以產生可轉移（transfer）到工件以進行材料處理的的等離子射流。在某些應用中，電源適于在電弧產生過程中提供稱為引導電流的第一電流，并在等離子射流已轉移到工件時提供稱為轉移電弧電流的第二電流。

有能夠用于產生電弧的各種構造。例如，電極可在焊炬本體內遠離靜止噴嘴移動。這種構造稱為“倒流（blow-back）”接觸啟動方法，因為氣壓使電極遠離工件地移動。在另一構造中，噴嘴可遠離相對靜止的電極移動。這種構造稱為“前流（blow-forward）”接觸啟動方法，因為氣壓使噴嘴朝向工件移動。在又一構造中，其它焊炬部件（例如渦流環）可在靜止電極和噴嘴之間移動。

材料處理裝置的某些部件在使用一段時間后損壞。在等離子弧焊炬的情況下，這些“消耗”部件包括電極、渦流環、噴嘴和屏蔽件。此外，在使用接觸啟動方法啟動焊炬的過程中，各種消耗部件可不重合，這縮短部件的使用壽命并降低等離子射流定位的精確性和可重復性。理想的是，這些部件易于在現場進行更換。但是，更換消耗部件可導致停機時間并降低生產率。

在接觸啟動式等離子弧焊炬的倒流方法中，電極遠離噴嘴移動以引發（initiate）電極和噴嘴之間的引導電?。╬ilot?arc）。電極的近端（例如遠離工件）與形成焊炬本體的一部分的電源接觸件配合。電極遠離噴嘴的運動還移動電源接觸件。焊炬的反復使用導致電源接觸件和電極上的磨損。更換電極是等離子弧焊炬操作中的例行事務，且例行進行該過程。但是，更換電源接觸件包括拆卸焊炬本體并且是耗時且成本高的，因為電源接觸件沒有設計成是消耗部件。某些倒流焊炬包括相對于相對靜止的焊炬本體移動電源接觸件。這種電源接觸件的移動和焊炬的有效性會受到將電源接觸件連接到電源的電纜的勁度或剛度的影響。

例如，圖1是已知接觸啟動式等離子弧焊炬的剖視圖。系統100包括通過載流電纜104與向焊炬112提供電流的電源接觸件108電連通的電源（未示出）。焊炬112包括與電源接觸件108電絕緣并圍繞電源接觸件108的陰極塊116。電源接觸件108鄰接導電電極124的近端120。設置在陰極塊116內的彈簧128反作用于陰極塊116的表面132以將電源接觸件108和電極124朝向導電噴嘴136推壓。在用于處理工件（未示出）的電弧引發前通過彈簧推壓電極124與噴嘴136接觸。

從電纜104到電源接觸件108、電極124和噴嘴136形成電流通路。電流可沿該電流通路通過。電極124與噴嘴136協作以形成等離子腔140的一部分。可將等離子氣體供應到等離子腔140來增加等離子腔140內的壓力并克服由彈簧128提供的力。該壓力迫使電極124和電源接觸件108遠離噴嘴136。當電極124和噴嘴136之間的間隙144增大時，電極124（例如陰極）和噴嘴136（例如陽極）之間形成電勢差。電?。ㄎ词境觯怏w微粒離子化并橫跨間隙144而引發以用于處理工件。