[發明專利]改進的等離子體電弧切割系統和有關運行方法

在審

• 申請號: 202110195536.3
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN112911779A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: J.彼得斯;B.J.卡里爾;M.S.米特拉;S.米特拉
• 申請（專利權）人: 海別得公司
• 主分類號: H05H1/34
• 分類號: H05H1/34;H05H1/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 楊忠

提供一種用于液體冷卻式等離子體電弧噴槍的噴嘴。噴嘴包括：導熱本體，其具有遠側端、近側端，以及延伸通過其中的縱向軸線。噴嘴還包括在導熱本體的遠側端處的等離子體電弧出口孔口。噴嘴額外地包括沿周向圍繞導熱本體的外表面定位的冷卻腰。冷卻腰包括液體入口斜坡、液體出口斜坡和在液體入口斜坡和液體出口斜坡之間的熱交換區域。熱交換區域基本平行于縱向軸線而延伸，并且液體入口斜坡和液體出口斜坡大體垂直于縱向軸線而定向。

相關申請的交叉引用

本申請要求2016年4月11日提交的美國臨時專利申請No. 62/320,935的優先權，該申請為本申請的受讓人所有且通過引用而整體地結合在本文中。

技術領域

本發明大體涉及等離子體電弧切割系統和過程的領域。更特別地，本發明涉及改進的耗材構件(例如，噴嘴)和用于冷卻等離子體電弧噴槍的運行方法。

背景技術

等離子體電弧噴槍廣泛地用于對材料進行高溫加工(例如，加熱、切割、熔刮和刻印)。等離子體電弧噴槍大體包括噴槍頭、安裝在噴槍頭內的電極、設置在電極的膛孔內的發射性插件、具有安裝在噴槍頭內的中心出口孔口的噴嘴、護罩、電連接件、用于冷卻的通路、用于電弧控制流體(例如，等離子氣體)的通路和功率供應。回旋環可用來控制形成于電極和噴嘴之間的等離子腔室中的流體流型式。在一些噴槍中，固持帽用來將噴嘴和/或回旋環保持在等離子體電弧噴槍中。在運行中，噴槍產生等離子體電弧，等離子體電弧是離子化氣體的射流，它溫度高且具有充分的動量來協助移除熔融金屬。噴槍中使用的氣體可為非反應性的(例如，氬氣或氮氣)，或反應性的(例如，氧或空氣)。

關于等離子體電弧噴槍的設計考量包括用于冷卻的特征，因為所產生的等離子體電弧可產生超過10000℃的溫度，如果不控制，它可損害噴槍，特別是噴嘴。也就是說，噴嘴的腐蝕速率受到噴嘴處的冷卻效率的影響。高效冷卻可幫助保持較低的溫度，這會降低腐蝕速率。現有技術的噴嘴，諸如美國專利No.8,772,667中描述的噴嘴，包括環形腔室，它構造成允許流體流過腔室且沿著腔室流動，以促進噴嘴的對流冷卻。特別地，流體從噴嘴的一側進入腔室，在腔室內圍繞噴嘴流動到噴嘴的另一側，并且從噴嘴的相對側離開噴嘴。這種對流冷卻易于促進流體流中的湍流，并且導致冷卻不均勻，因為冷卻流體在噴嘴的一側進入且在較熱的溫度下從相對側離開。需要一種噴嘴冷卻特征，它可提供平穩的分層流體流，同時使得圍繞噴嘴的基本整個周邊能夠有均勻冷卻。

發明內容

因此本發明的目標是提供一種噴嘴設計，其優化通過噴嘴的冷卻劑流，從而改進噴嘴的使用壽命且提高其切割品質。在一些實施例中，圍繞噴嘴的外表面提供冷卻腰，使得圍繞噴嘴的周邊能夠有分層冷卻劑流和均勻的噴嘴冷卻。

一方面，提供一種用于液體冷卻式等離子體電弧噴槍的噴嘴。噴嘴包括：導熱本體，其具有遠側端、近側端，以及延伸通過其中的縱向軸線。噴嘴還包括在導熱本體的遠側端處的等離子體電弧出口孔口。噴嘴額外地包括沿周向圍繞導熱本體的外表面而定位的冷卻腰。冷卻腰包括液體入口斜坡、液體出口斜坡和在液體入口斜坡和液體出口斜坡之間的熱交換區域。熱交換區域基本平行于縱向軸線而延伸，并且液體入口斜坡和液體出口斜坡定向成大體垂直于縱向軸線。噴嘴進一步包括定位在液體出口斜坡和導熱本體的遠側端之間的第一密封部件，以及定位在導熱本體的近側端和液體入口斜坡之間的第二密封部件。

在一些實施例中，液體入口斜坡和液體出口斜坡相對于縱向軸線在不同的軸向位置處。在一些實施例中，液體入口斜坡包括軸向對齊凸緣，軸向對齊凸緣構造成沿軸向對齊噴嘴與等離子體電弧噴槍的另一個構件。

在一些實施例中，冷卻腰大體定位在本體的中心部分中。在一些實施例中，冷卻腰構造成促進通過其中的液體冷卻劑的分層流，使得進入液體入口斜坡的液體冷卻劑基本不與從液體出口斜坡離開的液體冷卻劑摻合。