專利名稱：感應(yīng)式熱等離子體焊炬的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感應(yīng)式熱等離子體焊炬，更精確地說，涉及所謂的“冷罩式”焊炬。
背景技術(shù)：
感應(yīng)式熱等離子體焊炬使用了在該焊炬底座處噴射出的等離子體氣體，例如過濾空氣或人造空氣，反應(yīng)物可以在該焊炬的底座處或在該焊炬的頂端處噴出。與具有水冷的石英室并且其最大輸出功率大約為150kW的傳統(tǒng)焊炬相比，冷罩式焊炬能夠獲得大約500kW至1MW的輸出功率。另外，冷罩式焊炬的使用壽命比傳統(tǒng)的石英焊炬長。冷罩式焊炬具有主要由多個導(dǎo)電的密封指狀件構(gòu)成的密封管，所述指狀件相對于密封管縱向延伸并且有利地由金屬材料例如銅制成。這些指狀件釬焊在焊炬的底座處，并且通過絕緣材料例如二氧化硅相互分開，以便避免感應(yīng)電流在密封管中流動。
密封管的壁受到冷卻，每個指狀件優(yōu)選地由單獨的水回路冷卻。該焊炬組件(焊炬底座和密封管)與采用該焊炬的整個工廠的電接地部分電絕緣，所述整個工廠例如為等離子體補給廠，該工廠使用原始坯材的二氧化硅顆粒來從中生產(chǎn)光纖的最終預(yù)制件。當(dāng)啟動該焊炬時，所使用的等離子體氣體最好不是空氣，因為所需要的電場會太大以致于難以直接啟動。優(yōu)選采用氬型氣體來進行啟動，這種氣體需要的電場較小并且不會出現(xiàn)安全問題。但是，用氬氣獲得的等離子體非常短，因為氬氣是單原子氣體。為此，一旦完成啟動，就用例如空氣將氬氣更換掉，因為空氣主要為雙原子氣體，能夠獲得更長、因而更有效的等離子體以加熱該坯材，與氬氣相比，這種更長的等離子體具有能量明顯更高的外區(qū)并且能夠與坯材進行更好的熱交換。
傳統(tǒng)的觸發(fā)裝置不適合于冷罩式焊炬。實際上，傳統(tǒng)的觸發(fā)裝置將引起強烈的電弧并且造成該冷罩式焊炬的某些零件或某些部件損壞，或者將整個失效。
在冷罩式焊炬中，如在傳統(tǒng)的石英焊炬中一樣，電磁場不允許等離子體氣體自發(fā)電離，這就是為什么需要熱或電啟動的原因。下面將討論能夠啟動傳統(tǒng)的石英焊炬的多種現(xiàn)有技術(shù)觸發(fā)裝置。
根據(jù)第一現(xiàn)有技術(shù)，能夠進行啟動的觸發(fā)裝置為一Tesla線圈。在焊炬內(nèi)部產(chǎn)生電暈，并且將該電暈轉(zhuǎn)變成熱等離子體。但是，Tesla線圈產(chǎn)生只能穿過單一厚度的透電壁例如傳統(tǒng)石英焊炬的石英壁的電場。該觸發(fā)裝置的缺點在于，局限于由石英制成并且具有單一厚度的傳統(tǒng)石英焊炬，也就是說局限于低輸出功率的焊炬。
根據(jù)第二現(xiàn)有技術(shù)，通過產(chǎn)生電弧來進行觸發(fā)，能夠產(chǎn)生出電暈，這些電暈將轉(zhuǎn)變成熱等離子體。兩種觸發(fā)裝置能夠達到那個結(jié)果。第一種觸發(fā)裝置由與電源連接的兩個石墨電極形成。已知石墨電極的使用很復(fù)雜且難度較大，所以該第一種觸發(fā)裝置復(fù)雜且難弄，因此不容易在工業(yè)上使用。第二種觸發(fā)裝置由其端部彼此相對并且形成針尖放電的線圈形成。因此，在位于線圈端部處的其中一個電極和穿過線圈內(nèi)部并且為線性的另一個電極之間形成電位差。只要施加足夠高的能量，該第二種觸發(fā)裝置就能夠產(chǎn)生等離子體，該高能量在端部為尖端的井狀時可能會由于觸發(fā)的猛烈而毀壞焊炬，或者在這些端部變鈍并且已經(jīng)變圓時，它可能不再正確地起作用并且根本不再引起啟動，這種情況在幾次觸發(fā)嘗試之后迅速并且不可避免地出現(xiàn)。因此，該第二種裝置尤其對于工業(yè)應(yīng)用而言非常不實用。
根據(jù)第三現(xiàn)有技術(shù)，使用處于低壓的冷等離子體來進行啟動。在低壓下，在高電壓和高頻電場的作用下自發(fā)地引發(fā)氬等離子體。然后，打破真空，并且增加溫度、壓力和能量，以便返回到熱等離子體的通常狀態(tài)。但是，這種類型的觸發(fā)裝置需要一狹窄的腔室，其中例如正在被補給的原始坯材的運動會受到影響，從而使得化學(xué)反應(yīng)在受控的氛圍中發(fā)生。構(gòu)成一種實際的“反應(yīng)器”的該第三現(xiàn)有技術(shù)太過復(fù)雜；對于在周圍氛圍中僅涉及“單個火焰”的用途需求而言不可用并且尺寸過大。
根據(jù)第四現(xiàn)有技術(shù)，觸發(fā)裝置由例如插入到焊炬中的用石墨或鉬制成的耐火棒形成，然后通過感應(yīng)對它進行加熱，以便發(fā)射出“熱”電子，這些電子將使氬電離并由此引發(fā)放電。對于傳統(tǒng)的石英焊炬而言，如果支撐著該棒的臂是導(dǎo)電的，例如是金屬的，因此在該棒與整個工廠的電接地部分連接的情況下，將在良好的條件下進行觸發(fā)；相反，如果支撐著該棒的臂是絕緣的，因此如果在該棒具有漂游電位且與工廠的其余部分絕緣，則不太能有效地實現(xiàn)觸發(fā)。
如果對于冷罩式焊炬要求使用根據(jù)第四現(xiàn)有技術(shù)的觸發(fā)裝置，則會出現(xiàn)以下兩個問題支撐著棒的臂是導(dǎo)電的例如是金屬的，在該情況中該棒與整個電接地部分連接，并且進行觸發(fā)，但是產(chǎn)生出損壞該焊炬的電?。换蛘咧沃摪舻谋凼墙^緣的，在該情況中該棒與工廠的其余部分絕緣，則根本不會出現(xiàn)任何觸發(fā)。一方面，主要為金屬的密封管容易阻擋感應(yīng)器的電場。另一方面，構(gòu)成該密封管的指狀件之間的絕緣妨礙了感應(yīng)電流的流動。因此，在焊炬中得到的感應(yīng)電場或感應(yīng)電流的輸出太小，并且不能成功啟動。
根據(jù)美國專利US 5,017,751的圖3可以知道有一種石墨棒52，它與電接地部分連接(參見行4-9，欄6)，但是該棒不形成觸發(fā)裝置的一部分；它具有一種完全不同的功能，即，在從氬等離子體轉(zhuǎn)變到氮等離子體期間，它能夠避免等離子體形式裂構(gòu)(參見行46-54，欄5和行18-20，欄60)。
根據(jù)美國專利US 4,665,296的圖1知道有這樣一種棒Lb，它與電接地部分連接，但是沒有給出關(guān)于使之與電接地部分連接的電連接部分Lc的特征的具體內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所主張的解決方案涉及對根據(jù)第四現(xiàn)有技術(shù)的觸發(fā)裝置的改進。為了避免出現(xiàn)形成電弧的問題，觸發(fā)器在其一個端部由其支撐件支撐，那個端部與工廠的電接地部分絕緣。不過為了能夠啟動，一經(jīng)過校準(zhǔn)的導(dǎo)電連接部分將觸發(fā)器與工廠的電接地部分連接起來。該導(dǎo)電連接部分按照這樣一種方式得到校準(zhǔn)，即，實現(xiàn)充分的電絕緣，以避免形成會損壞焊炬的電弧，并且實現(xiàn)充分導(dǎo)電以引發(fā)在等離子體中的放電。為此，在導(dǎo)電性方面，該連接部分要如此選擇以便有效地引發(fā)等離子體，但是具有一個足夠窄的部分，以避免形成會損壞該焊炬的電弧的危險。該導(dǎo)電連接部分的狹窄部分將通過導(dǎo)致非常高的電流在觸發(fā)裝置和焊炬的另一個部分之間流過的電容放電來避免起弧的危險。因此，該導(dǎo)電連接部分出現(xiàn)一個具有電阻的中間區(qū)域，它使得電流能夠穿過，而這足以有效觸發(fā)等離子體并且受到足夠的限制以避免發(fā)生會損壞焊炬的起弧。
除了在沒有出現(xiàn)會損壞焊炬的起弧的情況下有效地觸發(fā)等離子體之外，根據(jù)本發(fā)明的冷罩式焊炬觸發(fā)裝置的優(yōu)點在于實際上可以忽略不計的附加成本和便于工業(yè)應(yīng)用。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用在工廠中的感應(yīng)式熱等離子體焊炬，它包括一密封管，該管包括相對于所述管成縱向的彼此絕緣的金屬指狀件；一觸發(fā)裝置，它包括一觸發(fā)器和一觸發(fā)器支撐件，該觸發(fā)器用來在該焊炬的等離子體中引發(fā)放電，該支撐件具有將與工廠的電接地部分連接的導(dǎo)電端部，其特征在于，所述支撐件具有另一個承載著所述觸發(fā)器的電絕緣的端部，并且所述觸發(fā)裝置還包括一導(dǎo)電連接部分，該部分使所述觸發(fā)器與支撐件的導(dǎo)電端部連接，從而該觸發(fā)器能夠在等離子體中引發(fā)放電，所述導(dǎo)電連接部分具有一足夠狹窄的部分，以限制能夠經(jīng)過該觸發(fā)器的電流的強度，以便避免由于在觸發(fā)裝置和焊炬的另一部分之間的電容放電而引起的起弧。
從下面的說明中并且從以舉例的方式給出的附圖中將更好地理解本發(fā)明并且理解其它特征和優(yōu)點，其中


圖1為根據(jù)本發(fā)明的冷罩式焊炬的觸發(fā)裝置的示意性截面圖。
具體實施例方式
圖1為根據(jù)本發(fā)明的冷罩式焊炬的觸發(fā)裝置的示意性截面圖。該觸發(fā)裝置包括一支撐件，該支撐件一方面包括與工廠的電接地部分2連接的導(dǎo)電端部1，另一方面包括承載著用于觸發(fā)焊炬中的等離子體的觸發(fā)器4的電絕緣端部3。觸發(fā)器4由電絕緣端部3支撐。經(jīng)過校準(zhǔn)的導(dǎo)電連接部分5使觸發(fā)器4與支撐件的導(dǎo)電端部1連接。
在一個僅以舉例的方式給出的具體實施方案中，觸發(fā)器4通過高溫網(wǎng)帶31保持在支撐件的電絕緣端部3上。導(dǎo)電端部1由不銹鋼(耐腐蝕)制成。電絕緣端部3為一石英管。觸發(fā)器由石墨制成。經(jīng)過校準(zhǔn)的導(dǎo)電連接部分5為其直徑大約為0.2mm的銅導(dǎo)線。
優(yōu)選的是，導(dǎo)電連接部分5同樣經(jīng)過校準(zhǔn)，以便在由于觸發(fā)裝置和焊炬的另一個部分之間的電容放電而起弧的情況中用作保險絲。這是為了避免在產(chǎn)生電弧的情況下對焊炬造成明顯損壞。
優(yōu)選的是，支撐件的電絕緣端部3包括一石英管。
優(yōu)選的是，導(dǎo)電連接部分為一金屬導(dǎo)線。該金屬導(dǎo)線最好具有十分之幾個毫米的直徑，通常小于0.5mm，并且其直徑為0.1mm至0.3mm比較有利。該金屬導(dǎo)線優(yōu)選地由銅制成。
權(quán)利要求
1.一種用在工廠中的感應(yīng)式熱等離子體焊炬，它包括一密封管，該密封管包括相對于所述管成縱向的彼此絕緣的金屬指狀件；一觸發(fā)裝置，它包括一觸發(fā)器(4)和一觸發(fā)器支撐件(1，3)，所述觸發(fā)器(4)用來在焊炬的等離子體中引發(fā)放電，所述支撐件具有將與工廠的電接地部分(2)連接的導(dǎo)電端部(1)，其特征在于，所述支撐件具有另一個承載著所述觸發(fā)器的電絕緣端部(3)，所述觸發(fā)裝置還包括一導(dǎo)電連接部分(5)，它使所述觸發(fā)器(4)與支撐件的導(dǎo)電端部(1)連接，從而該觸發(fā)器能夠在等離子體中引發(fā)放電，所述導(dǎo)電連接部分(5)具有一足夠狹窄的部分(5)，以限制能夠經(jīng)過該觸發(fā)器(4)的電流的強度，以便避免由于在觸發(fā)裝置和焊炬的另一個部分之間的電容放電而出現(xiàn)的起弧。
2.如權(quán)利要求1所述的焊炬，其特征在于，所述導(dǎo)電連接部分(5)經(jīng)過如此校準(zhǔn)，從而在由于觸發(fā)裝置和該焊炬的另一個部分之間的電容放電而起弧的情況中用作保險絲。
3.如權(quán)利要求1或2所述的焊炬，其特征在于，所述支撐件的電絕緣端部(3)包括一石英管。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的焊炬，其特征在于，所述導(dǎo)電連接部分(5)為一金屬導(dǎo)線。
5.如權(quán)利要求4所述的焊炬，其特征在于，所述金屬導(dǎo)線(5)其直徑為十分之幾個毫米。
6.如權(quán)利要求5所述的焊炬，其特征在于，所述金屬導(dǎo)線(5)其直徑為0.1mm至0.3mm。
7.如權(quán)利要求4至6中任一項所述的焊炬，其特征在于，所述金屬導(dǎo)線(5)由銅制成。
8.用于使用原始坯材的顆粒通過等離子體補給來制造光纖的最終預(yù)制件的工廠，其特征在于，該工廠包括根據(jù)前面權(quán)利要求中的任一項所述的焊炬。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種感應(yīng)式熱等離子體焊炬，它包括一密封管，其包括相對于所述管成縱向的彼此絕緣的金屬指狀件；包括觸發(fā)器(4)和觸發(fā)器支撐件(1，3)的觸發(fā)裝置，觸發(fā)器用來在焊炬的等離子體中引發(fā)放電，支撐件具有與工廠的電接地部分(2)連接的導(dǎo)電端部(1)和另一個承載著觸發(fā)器的電絕緣端部(3)，觸發(fā)裝置還包括一使觸發(fā)器與支撐件的導(dǎo)電端部連接的導(dǎo)電連接部分(5)，從而該觸發(fā)器能夠在等離子體中引發(fā)放電，導(dǎo)電連接部分具有一足夠狹窄的部分，以限制能夠經(jīng)過觸發(fā)器的電流的強度，避免由觸發(fā)裝置和焊炬的另一個部分之間的電容放電而產(chǎn)生的起弧。
文檔編號C03B37/012GK1604718SQ20041007806
公開日2005年4月6日 申請日期2004年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月19日
發(fā)明者丹尼爾·克洛, 讓·帕斯卡爾·迪蒙·莫內(nèi), 皮埃爾·里波什 申請人:阿爾卡特公司