專利名稱：等離子弧焊矩的消耗盒體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及等離子弧焊矩，具體來說，涉及用來更換自動的、大電流等離子弧焊矩的消耗部件的裝置和方法。
背景技術(shù)：
等離子弧焊矩也稱之為電弧焊矩，它們通常用于切割、標(biāo)記、鑿刨和焊接金屬工件，它們通過將由電離氣體的顆粒組成的高能等離子束引向工件來實現(xiàn)上述諸功能。在一典型的等離子弧焊矩中，被電離的氣體供應(yīng)到焊矩的遠(yuǎn)端，并流過一電極，然后，通過等離子弧焊矩的末端的孔，或焊矩嘴退出。電極具有一相對的負(fù)電勢，因此操作為一陰極。相反，焊矩末端構(gòu)成一相對的正電勢，因此操作為一陽極。此外，電極與末端保持一間隔的關(guān)系，由此，在焊矩的遠(yuǎn)端處形成一間隙。在操作中，導(dǎo)弧形成在電極和末端之間的間隙內(nèi)，它加熱氣體并此后電離氣體。此外，電離的氣體被吹出焊矩并顯現(xiàn)為一等離子束，其離開末端向遠(yuǎn)處延伸。當(dāng)焊矩的遠(yuǎn)端移動到一靠近工件的位置時，弧從焊矩末端跳躍或轉(zhuǎn)移到工件，因為工件對地的阻抗低于焊矩末端對地的阻抗。因此，工件起作陽極，而等離子弧焊矩操作在一“移弧”模式中。
在自動的等離子弧焊矩應(yīng)用中，等離子弧焊矩在電流水平近似為30安培和1,000安培之間或以上情況下操作。在較高電流水平下，焊矩對應(yīng)地在相對高的溫度下操作。因此，焊矩部件和消耗部件必須合適地冷卻，以便防止損壞或故障并延長使用壽命和等離子弧焊矩的切割精確度。為了提供這樣的冷卻，大電流的等離子弧焊矩通常采用水冷卻，但也可使用另外的冷卻流體，其中，設(shè)置冷卻劑供應(yīng)管和返回管，以便循環(huán)通過焊矩的冷卻流體的流動。此外，各種冷卻和氣體通道設(shè)置遍及到各種焊矩部件上，以使等離子弧焊矩合適地操作。然而，已知技術(shù)的等離子弧焊矩中的冷卻流體的流動，因內(nèi)部冷卻通道的定位和結(jié)構(gòu)已受到相當(dāng)?shù)南拗啤?br> 采用已知技術(shù)的自動的等離子弧焊矩，當(dāng)切割一工件時，為了保持切割精度，諸如電極和末端，或焊矩嘴之類的焊矩內(nèi)的諸部件保持同心是很關(guān)鍵的。此外，電極和末端一般已知為消耗部件，經(jīng)過一定的操作周期之后，由于在操作過程中發(fā)生磨損和/或損壞，消耗部件必須進(jìn)行更換。因此，在等離子弧焊矩壽命中發(fā)生的許多次的更換中，這樣的消耗部件必須始終保持同心度。
此外，當(dāng)消耗部件更換時，由于消耗部件和焊矩頭之間的連接型式不同，經(jīng)常需要用工具來取下部件。例如，用一扳手或其它的工具可將消耗部件旋入到焊矩頭內(nèi)并予以擰緊。其結(jié)果，消耗部件的更換對于等離子弧焊矩的操作者常顯得費時和麻煩。而且，各個消耗部件通常在各自的基礎(chǔ)上需要更換，而不是一下子需要更換，由此，使得拆卸和安裝若干個不同的消耗部件各不相同，甚至更加費時和麻煩。
因此，在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)仍需要一種提高切割效率和精確度的等離子弧焊矩和相關(guān)的方法。進(jìn)一步的需要在于，這樣一等離子弧焊矩和方法應(yīng)對消耗部件(例如，電極、末端)提供相當(dāng)快捷和有效的更換并將其設(shè)置在其中。

發(fā)明內(nèi)容
總的來說，本發(fā)明提供一等離子弧焊矩，它包括一組固定在焊矩頭上的焊矩消耗部件。焊矩頭包括一陽極體和一陰極，陽極與電源的正極側(cè)電氣地連通，而陰極與電源的負(fù)極側(cè)電氣地連通。陰極還被一中心的絕緣體包圍，以將陰極與陽極體絕緣，同樣地，陽極被一外絕緣體包圍，以將陽極體與外殼絕緣，外殼封裝和保護(hù)焊矩頭和其部件，以便在操作過程中避免接觸周圍環(huán)境。焊矩頭還毗鄰一冷卻劑供應(yīng)管、一等離子氣體管、一冷卻劑返回管，以及一二次氣體管，其中，供應(yīng)等離子氣體和二次氣體，供應(yīng)冷卻流體并返回，以便操作等離子弧焊矩。此外，設(shè)置一負(fù)極引線通過等離子氣體管或液體管連接到陰極，而設(shè)置一引導(dǎo)信號通過陽極體連接到一焊矩帽。
焊矩可消耗部件包括一電極、一末端、一定位件、一遠(yuǎn)端陽極件、一中心陽極件、一擋板、一二次帽、一屏蔽帽，以及一二次定位件，它們?nèi)菁{在本發(fā)明的一種形式的盒體內(nèi)。末端、中心陽極件，以及遠(yuǎn)端陽極件是陽極元件，它們包括電源正極側(cè)的一部分，而電極是陰極元件，它包括電源負(fù)極側(cè)的一部分。因此，定位件設(shè)置在陰極和末端之間，除了一定的氣體分配功能(將在下文中詳細(xì)描述)之外，還提供電源陽極側(cè)和陰極側(cè)之間的電氣隔離。擋板設(shè)置在遠(yuǎn)端陽極件和屏蔽帽之間，在操作過程中提供冷卻流體的分配。二次帽設(shè)置在離末端的遠(yuǎn)處并提供二次氣體分配，而二次定位件提供末端和二次帽之間的間隔。此外，屏蔽帽包圍其它的消耗部件，并用鎖定環(huán)或其它附連件(將在下文中詳細(xì)地描述)固定在焊矩頭上。
在本發(fā)明的另一形式中，消耗部件還包括一冷卻劑密封和一設(shè)置在末端和二次帽之間用來引導(dǎo)和控制冷卻流體流動的導(dǎo)向件。電極中心地設(shè)置在盒體內(nèi)，并沿電極的內(nèi)部與陰極電氣地接觸。電極和陰極構(gòu)造成使一通道在其間形成，以便冷卻流體靠近電氣接觸或通過電氣接觸相鄰的區(qū)域通過。電極還形成一中心的內(nèi)腔，它與冷卻劑管流體地連通，以使在操作過程中電極和陰極連同其它的焊矩部件得到合適的冷卻。此外，盒體大致地分配冷卻流體、等離子氣體，以及二次氣體，同時，在各種焊矩部件之間提供分離或絕緣(如在以下詳細(xì)描述中所闡述的)。而且，流體(冷卻的、等離子的、二次的)在各種焊矩部件之間的共軸向流動中進(jìn)行分配，這增加等離子弧焊矩內(nèi)的流動和冷卻的總量。
如這里所使用的，術(shù)語“共軸向的”應(yīng)解釋為指一環(huán)形的流動，在離等離子弧焊矩的中心縱向軸線的任何給定的徑向部位處，該流動沿相同的方向流動。此外，術(shù)語“環(huán)形”應(yīng)解釋為指一圍繞等離子弧焊矩的中心縱向軸線沿圓周分布的流動(但不必是連續(xù)的)。因此，同軸流是一圍繞焊矩的中心縱向軸線沿圓周分布的流動，其在離中心縱向軸線的任何徑向部位處沿相同的方向流動。例如，一橫貫一諸如美國專利Nos.5,396,043和5,653,896(本文援引其以供參考)中所描述的等離子弧焊矩中心縱向軸線的流動不是一共軸向的流動。共軸向的流動較詳細(xì)地顯示和描述在下面的詳細(xì)描述中。
末端設(shè)置在離電極的遠(yuǎn)處，并通過定位件與電極分離。同樣地，二次帽設(shè)置在離末端的遠(yuǎn)處，并通過二次定位件與末端分離。遠(yuǎn)端的陽極件大致地圍繞末端設(shè)置，并與末端和中心陽極件電氣地接觸。末端和遠(yuǎn)端陽極件構(gòu)造成一通道形成在其間，以便冷卻流體靠近電氣接觸或通過鄰近電氣接觸的附近通過。此外，中心陽極件與焊矩頭內(nèi)的陽極體電氣地接觸，以在電源的正極或陽極側(cè)內(nèi)保持電氣的連續(xù)。此外，擋板圍繞遠(yuǎn)端陽極件設(shè)置，而屏蔽帽圍繞擋板設(shè)置。因此，通道形成在盒體和遠(yuǎn)端陽極件之間，形成在遠(yuǎn)端陽極件和擋板之間以便冷卻流體流動。同樣地，一通道形成在擋板和屏蔽帽之間以便二次氣體流動。
在其它的形式中，設(shè)置若干個電極和末端的結(jié)構(gòu)分別來改進(jìn)冷卻，提供通過電源陰極和陽極側(cè)的電氣的連續(xù)，且提供電極和末端與等離子弧焊矩的有效的附連。此外，提供用于可消耗盒體的結(jié)構(gòu)，其中，當(dāng)一個或多個可消耗部件需要更換，而不是一次一個地更換個別的消耗部件時，一容納一個或多個可消耗部件的單一的盒體可移去和更換。此外，本發(fā)明的其它形式還提供用來將焊矩頭固定到諸如一定位管的鄰近的部件上的結(jié)構(gòu)。
從下文中提供的詳細(xì)描述中，將會明白本發(fā)明應(yīng)用性的其它的領(lǐng)域。應(yīng)該理解到，詳細(xì)的描述和具體的實例盡管指出了本發(fā)明的優(yōu)選的實施例，但它們的目的僅是為了說明而無意限制本發(fā)明的范圍。
附圖的簡要說明從詳細(xì)的描述和附圖中，將可更完全地理解本發(fā)明，在附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的等離子弧焊矩的立體圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的等離子弧焊矩的分解的立體圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明原理的等離子弧焊矩的縱向截面圖，沿圖1的線A-A截??；圖4是根據(jù)本發(fā)明原理的圖3的等離子弧焊矩的分解的縱向截面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明原理的圖3的等離子弧焊矩的一遠(yuǎn)端部分的放大的縱向截面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的焊矩消耗部件的縱向截面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的陽極件的截面圖；圖8是一盒體的立體圖，示出用于根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的中心陽極件的柔性接片；圖9a是等離子弧焊矩的縱向截面圖，示出根據(jù)本發(fā)明的原理的共軸流動；圖9b是等離子弧焊矩的側(cè)向截面圖，示出根據(jù)本發(fā)明的原理的共軸流動；圖10是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的等離子弧焊矩的焊矩帽的立體圖；圖11是等離子弧焊矩的局部的立體圖，示出根據(jù)本發(fā)明的原理的流體通道；圖12a是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的電極的局部立體圖；圖12b是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一在焊矩頭內(nèi)的陰極和一電極的局部的分解立體圖；圖12c是設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明的原理的陰極周圍的電極的截面圖；圖12d是沿圖12c的線B-B截取的側(cè)向截面圖，示出根據(jù)本發(fā)明的原理的電極和陰極之間的鄰近的周界表面；圖13a是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的電極的第二實施例的立體圖；圖13b是固定在根據(jù)本發(fā)明的原理的等離子弧焊矩內(nèi)的第二實施例的電極的縱向截面圖；圖13c是固定在根據(jù)本發(fā)明的原理的等離子弧焊矩內(nèi)的第二實施例的電極的側(cè)向截面圖；圖14a是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的電極的第三實施例的立體圖；
圖14b是固定在根據(jù)本發(fā)明的原理的等離子弧焊矩內(nèi)的第三電極實施例的縱向截面圖；圖15是固定在根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的等離子弧焊矩內(nèi)的電極的第四實施例的縱向截面圖；圖16是固定在根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的等離子弧焊矩內(nèi)的電極的第五實施例的縱向截面圖；圖17a是形成在鄰近帶有一電極的電氣接觸的陰極內(nèi)并根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一流體通道的縱向截面圖；圖17b是根據(jù)本發(fā)明的原理的陰極和電極的側(cè)向截面圖，沿圖17a的線C-C截??；圖17c是由根據(jù)本發(fā)明的原理的陰極和電極之間的第三元件形成的一流體通道的縱向截面圖；圖17d是由根據(jù)本發(fā)明的原理的陰極和電極之間的螺旋凹槽形成的一流體通道的縱向截面圖；圖17e是通過根據(jù)本發(fā)明的原理的陰極和電極形成的一流體通道的縱向截面圖；圖17f是通過根據(jù)本發(fā)明的原理的電極形成的一流體通道的縱向截面圖；圖18是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的電極保持器的縱向截面圖；圖19是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的末端的立體圖；圖20是根據(jù)本發(fā)明的原理的圖19的末端的側(cè)視圖；圖21是根據(jù)本發(fā)明的原理的末端的縱向截面圖，沿圖20的線D-D截取；圖22是根據(jù)本發(fā)明的原理的圖19的末端的俯視圖；圖23是設(shè)置在鄰近根據(jù)本發(fā)明的原理的遠(yuǎn)端陽極件的末端的截面圖；圖24a是形成在鄰近帶有一遠(yuǎn)端陽極件的電氣接觸的末端內(nèi)并根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一流體通道的截面圖；圖24b是根據(jù)本發(fā)明的原理的末端和遠(yuǎn)端陽極件的截面圖沿圖24a的線E-E截??；圖24c是由根據(jù)本發(fā)明的原理的末端和遠(yuǎn)端陽極件之間設(shè)置的第三元件形成的一流體通道的截面圖；圖24d是由根據(jù)本發(fā)明的原理的末端和遠(yuǎn)端陽極件之間的螺旋凹槽形成的一流體通道的截面圖；
圖25a是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的二次帽的立體圖；圖25b是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的二次帽的俯視圖；圖26a是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的二次氣體泄放通道的縱向側(cè)視截面圖；圖26b是包括根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的二次氣體泄放通道的屏蔽帽的俯視圖；圖26c是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的用于泄放二次氣體的另一變化的焊矩實施例的縱向側(cè)視截面圖；圖27a是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的二次帽定位件的立體圖；圖27b是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的二次帽定位件的側(cè)視圖；圖28a是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一消耗盒的立體圖；圖28b是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的消耗盒的縱向截面圖，其沿圖28a的線E-E截?。粓D29是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的消耗盒的一第二實施例的縱向截面圖；圖30是示出根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的冷卻流體通道的一臺階的盒附件的縱向截面圖；圖31是示出根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的氣體通道的一臺階的盒附件的縱向截面圖；圖32a是示出根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的冷卻流體通道的一面密封的盒附件的縱向截面圖；圖32b是示出根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的氣體通道的一面密封的盒附件的縱向截面圖；圖33a是示出根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的冷卻流體通道的一直的盒附件的縱向截面圖；圖33b是示出根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的氣體通道的一直的盒附件的縱向截面圖；圖34a是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造和連接的一球鎖定機(jī)構(gòu)的放大的縱向截面圖；圖34b是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造和脫開的一球鎖定機(jī)構(gòu)的放大的縱向截面圖；圖35a是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造具有對齊的幾何形的焊矩頭的縱向截面圖；圖35b是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造具有對齊的幾何形的焊矩頭的俯視圖；圖36是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一等離子弧焊矩的第二實施例的縱向截面圖；圖37是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的等離子弧焊矩的第二實施例的焊矩頭的縱向截面圖；
圖38是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的等離子弧焊矩的第二實施例的消耗部件的縱向截面圖；圖39a是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一盒體的立體圖；圖39b是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一盒體的近端的立體圖；圖39c是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一盒體的俯視圖；圖39d是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一盒體的仰視圖；圖40是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一中心陽極件的立體圖；圖41是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一遠(yuǎn)端陽極件的立體圖；圖42是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一末端、一末端導(dǎo)向件，以及一末端密封的分解的立體圖；圖43是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一末端組件的側(cè)視圖；圖44是示出根據(jù)本發(fā)明的原理的冷卻流體流的一等離子弧焊矩的縱向截面圖；圖45是示出根據(jù)本發(fā)明的原理的等離子氣體流的一等離子弧焊矩的縱向截面圖；圖46是示出根據(jù)本發(fā)明的原理的二次氣體流的一等離子弧焊矩的縱向截面圖；圖47a是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一消耗盒的縱向截面圖；圖47b是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一消耗盒的第二實施例的縱向截面圖；圖47c是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一消耗盒的第三實施例的縱向截面圖；圖47d是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一消耗盒的第四實施例的縱向截面圖；圖47e是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一消耗盒的第五實施例的縱向截面圖；圖47f是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一消耗盒的第六實施例的縱向截面圖；圖48a是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一消耗組件的縱向截面圖；圖48b是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一消耗組件的第二實施例的縱向截面圖；圖48c是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一消耗組件的第三實施例的縱向截面圖；圖48d是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一消耗組件的第四實施例的縱向截面圖；圖48e是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一消耗組件的第五實施例的縱向截面圖；圖48f是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一消耗組件的第六實施例的縱向截面圖；圖48g是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一消耗組件的第七實施例的縱向截面圖；圖48h是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的一消耗組件的第八實施例的縱向截面圖；圖49是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的焊矩頭連接的分解的縱向截面圖；圖50是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的另一等離子弧焊矩實施例的縱向截面圖；以及圖51是一示意圖，示出在一應(yīng)用在根據(jù)本發(fā)明的各種實施例中的一等離子弧焊矩切割系統(tǒng)內(nèi)的等離子弧焊矩。
具體實施例方式
以下對優(yōu)選實施例的描述在本質(zhì)上只是示范的，決不意圖限制本發(fā)明、其應(yīng)用，或使用。
參照附圖，在圖1至圖6中，示出一根據(jù)本發(fā)明的等離子弧焊炬10。等離子弧焊炬10一般包括一設(shè)置在等離子弧焊炬10的近端14處的焊炬頭12，以及固定到焊炬頭12并如圖所示設(shè)置在等離子弧焊炬10的遠(yuǎn)端18處的多個消耗部件16。
如這里所使用的，等離子弧焊炬應(yīng)被本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員看作是一產(chǎn)生或使用等離子的裝置，不管是手工還是自動操作，其主要用來作切割、焊接、噴射、鑿刨，或標(biāo)記操作。因此，具體地參照等離子弧切割焊炬或等離子弧焊炬不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明范圍的限制。此外，具體地涉及將氣體提供到等離子弧焊炬不應(yīng)認(rèn)為限制本發(fā)明的范圍，根據(jù)本發(fā)明的原理，諸如其它的流體(例如，液體)也可提供到等離子弧焊炬。此外，近端方向或近端地是指如箭頭A’所示的從消耗部件16朝向焊炬頭12的方向，而遠(yuǎn)端方向或遠(yuǎn)端地是指如箭頭B’所示的從焊炬頭12朝向消耗部件16的方向。
焊炬頭更具體地參照圖5，焊炬頭12包括一與電源(未示出)的正極側(cè)電氣地連通的陽極體20，以及一與電源的負(fù)極側(cè)電氣地連通的陰極22。陰極22還被中心絕緣體24包圍，以將陰極22與陽極體20絕緣，同樣地，陽極體20被一外絕緣體26包圍，以將陽極體20與外殼28絕緣，在使用過程中，外殼包封和保護(hù)焊炬頭12和其諸部件避免與周圍環(huán)境接觸。焊炬12還毗鄰一冷卻劑供應(yīng)管30、一等離子氣體管32、一冷卻劑返回管34，以及一二次氣體管35(其整體地顯示在圖1和2中)，其中，如在下文中將詳細(xì)地描述的，在操作過程中，等離子氣體和二次氣體供應(yīng)到等離子弧焊炬10，冷卻流體供應(yīng)到等離子弧焊炬10并從等離子弧焊炬10返回。
陰極22較佳地形成一圓柱形管，其具有的中心孔36在焊炬12的近端部分38處與冷卻劑供應(yīng)管30流體地連通。中心孔36還與設(shè)置在焊炬頭12的遠(yuǎn)端部分44處的陰極帽40和冷卻劑管42流體地連通。一般來說，冷卻劑管42起作分配冷卻流體，而陰極帽40在消耗部件16更換或其它修理過程中，保護(hù)陰極22的遠(yuǎn)端免遭損壞。如圖所示，陰極22包括一內(nèi)環(huán)形環(huán)46，它與形成在陰極帽40內(nèi)的近端槽48接合。還如圖所示，一形成在陰極帽40上的柔性軸環(huán)49接合環(huán)形環(huán)46，以使陰極帽40合適地固定在陰極22內(nèi)。為了固定冷卻劑管42，陰極帽40形成一冷卻劑管42的環(huán)形環(huán)52鄰接抵靠的內(nèi)部臺階50。此外，冷卻劑管42形成一容納一O形環(huán)56的O形環(huán)槽54，以便密封和保持陰極帽40和冷卻劑管42之間的交界面。較佳地，冷卻劑管42由一諸如不銹鋼之類的耐用材料形成，而陰極帽40是絕緣的，其較佳地由諸如Torlon的材料形成，或由也能在相當(dāng)高溫下(例如，近似為250℃至350℃)操作的本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已知的其它材料形成。
中心絕緣體24較佳地形成一圓柱形管，如圖所示，其具有的一內(nèi)孔60容納陰極22。陰極22形成一近端的外臺階62，外臺階62鄰接中心絕緣體24的近端內(nèi)臺階64，以便沿等離子弧焊炬10的中心縱向軸線X定位陰極22。此外，陰極22包括一容納一O形環(huán)66的外O形環(huán)槽65，以便密封陰極22和中心絕緣體24之間的交界面。中心絕緣體24還沿中心部分68設(shè)置在如圖所示的陽極體20內(nèi)，其還接合一容納冷卻劑供應(yīng)管30、等離子氣體管32和冷卻劑返回管34的焊炬帽70。
通過設(shè)置在焊炬帽70和陽極體20之間的觸頭72，設(shè)置用于諸如導(dǎo)弧返回的電信號的電路。觸頭72包括一鄰接一形成在焊炬帽70內(nèi)的凹陷的臺肩76的近端突緣74，以及一接合陽極體20的遠(yuǎn)端78(如圖所示)。較佳地，觸頭72旋入到陽極體20內(nèi)，然而，也可使用諸如壓配或釬焊之類的其它的附連方法，其同時保留在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，焊炬帽70的遠(yuǎn)端環(huán)壁80鄰接一設(shè)置在外絕緣體26內(nèi)的一O形環(huán)槽84內(nèi)的O形環(huán)82，以便密封焊炬帽70和外絕緣體26之間的交界面。同樣地，外殼28的一遠(yuǎn)端內(nèi)壁86鄰接設(shè)置在消耗部件16的一O形環(huán)槽90內(nèi)的一O形環(huán)88，以便密封外殼28和消耗部件16之間的交界面。帶有對應(yīng)O形環(huán)(未示出)的另外的O形環(huán)槽92設(shè)置在多個如圖所示的交界面之間，以便密封流體(等離子氣體、二次氣體、冷卻流體)通道，為清晰起見，本文不再作詳細(xì)的描述。
或者，用于導(dǎo)弧返回或其它電信號的電路，可通過焊炬帽70和陽極體20之間的交界面直接設(shè)置，其使用如美國專利No.6,163,008所示和所描述的接合臺肩的棘爪，所述專利與本申請共同受讓，本文援引其內(nèi)容以供參考。棘爪可包含在焊炬帽70上或陽極體20上，焊炬帽70或陽極體20上分別帶有一對應(yīng)的臺肩和帽。此外，棘爪提供相當(dāng)簡單和容易的連接，以便進(jìn)行接合和脫開。同樣地，等離子弧焊炬10內(nèi)的其它部件也可對其對應(yīng)的連接使用棘爪和臺肩，同時，保留在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
消耗部件消耗部件16較詳細(xì)地顯示在圖6中，如圖所示，它包括一電極100、一末端102，以及一設(shè)置在電極100和末端102之間的定位件104。定位件104在電極100和陽極的末端102之間提供電氣的分離，還提供某種氣體分配的功能，將在下文中詳細(xì)描述。消耗部件16還包括一盒體106，其通常容納和定位其它消耗部件16。盒體106還在等離子弧焊炬10的操作過程中分配等離子氣體、二次氣體和冷卻流體，這將在下文中作詳細(xì)描述。此外，消耗部件16包括一遠(yuǎn)端陽極件108和一中心陽極件109，通過提供電路到末端102形成電源的陽極側(cè)的一部分。一擋板110也顯示為設(shè)置在遠(yuǎn)端陽極件108和屏蔽帽114之間，其為冷卻流體的流動形成流體通道，將在下文中詳細(xì)描述。此外，消耗部件16包括一二次帽112，用來分配二次氣體，和將二次帽112與末端102分離的二次定位件116。一鎖定環(huán)117顯示為設(shè)置在消耗部件16的近端部分周圍，其用來將消耗部件16固定到焊炬頭12(未示出)。
電極100中心地設(shè)置在盒體106內(nèi)，并沿電極100的內(nèi)部118與陰極22(圖5)電氣地接觸，這在下文中作詳細(xì)的描述。電極100還形成一與冷卻劑管42(圖5)流體地連通的遠(yuǎn)端內(nèi)腔120，以及一鄰接定位件104的外臺肩122，以便沿等離子弧焊炬10的中心縱向軸線X合適地定位。盒體106還包括一鄰接電極100的近端126的內(nèi)環(huán)形環(huán)124，以便沿等離子弧焊炬10的中心縱向軸線X合適地定位電極100。此外，盒體106和陰極22之間的連接可采用如上所述的棘爪和臺肩，同時，保留在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。除了定位各種消耗部件16，盒體106還將陽極件(例如，中心陽極件109)與陰極件(例如，電極100)分離。因此，盒體106是一諸如PEEK的絕緣材料，或是也能在相當(dāng)高溫下操作的本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已知的其它類似材料。
對于如下文中詳細(xì)描述的冷卻流體的分配，盒體106形成一上腔室128和多個通道130，諸通道130延伸通過盒體106并進(jìn)入形成在盒體106和遠(yuǎn)端陽極件108之間的一內(nèi)冷卻腔室132內(nèi)。較佳地，通道130(顯示為虛線)沿離上腔室128朝向遠(yuǎn)端的方向(顯示為虛線)徑向向外地傾斜，以便減小可能發(fā)生在電極100和遠(yuǎn)端陽極件108之間的任何絕緣徐變量。此外，外軸向通道133形成在盒體106內(nèi)，其提供冷卻流體的返回，這將在下文中描述。對于等離子氣體的分配，盒體106形成多個遠(yuǎn)端向的軸向通道134，它們從盒體106的近端面136延伸到其遠(yuǎn)端面138，它們與等離子氣體管32(未示出)和形成在末端102內(nèi)的通道流體地連通，這將在下文中作詳細(xì)描述。此外，多個近端軸向通道140通過盒體106形成，它們從凹陷的近端面142延伸到遠(yuǎn)端的外面144，以便分配二次氣體，這也將在下文中作詳細(xì)描述?？拷牟考?6的遠(yuǎn)端，一外流體通道148形成在遠(yuǎn)端陽極件108和用于冷卻流體返回的擋板110之間，將在下文中作詳細(xì)描述。因此，除了執(zhí)行等離子氣體和二次氣體的分配功能之外，盒體106還執(zhí)行冷卻流體分配功能。
如圖5和6所示，遠(yuǎn)端陽極件108設(shè)置在盒體106和擋板110之間，并在遠(yuǎn)端部分處與末端102電氣地接觸，而在近端部分處與中心陽極件109電氣地接觸。此外，中心陽極件109與陽極體20的遠(yuǎn)端部分電氣地接觸。較佳地，一斜置盤簧(未示出)設(shè)置在一槽146內(nèi)，以在中心陽極件109和陽極體20之間提供電氣接觸?；蛘撸糜趯?dǎo)弧返回或其它電信號的電路可通過中心陽極件109和陽極體20之間的交界面直接地設(shè)置，其使用如美國專利No.6,163,008所示和所描述的接合臺肩的棘爪，所述專利與本申請共同受讓，本文援引其內(nèi)容以供參考。棘爪可包含在中心陽極件109上或陽極體20上，陽極體20或中心陽極件109上分別帶有一對應(yīng)的臺肩和帽。因此，陽極體20、遠(yuǎn)端陽極件108、中心陽極件109和末端102對等離子弧焊炬10形成陽極電勢，或正電勢。
棘爪詳細(xì)地圖示在圖7和8中，其中，中心陽極件109較佳地使用所示的棘爪260固定到盒體106。(為清晰起見，等離子弧焊炬10和盒體106的某些部分已略去)。棘爪260沿徑向向內(nèi)延伸，以便接合形成在如圖所示沿徑向向外延伸的盒體106的近端處的臺肩262?；蛘撸诒景l(fā)明的另一形式中，棘爪260可沿徑向向外延伸，而臺肩262沿徑向向內(nèi)延伸。此外，如圖所示，棘爪260形成在中心陽極件109的柔性接片264內(nèi)，其中，接片264為中心陽極件109與盒體106的組裝提供附加的柔性。
再次參照圖6，如圖所示，屏蔽帽114包圍擋板110，其中，一二次氣體通道150形成在其間。一般來說，二次氣體從形成在盒體106內(nèi)的近端軸向通道140流入二次氣體通道150，并通過二次帽112(將在下文中作詳細(xì)描述)，以便在操作中穩(wěn)定退出二次帽112的等離子束。屏蔽帽114還定位二次帽112，其中，二次帽112形成一接合屏蔽帽114的錐形內(nèi)表面154的環(huán)形臺肩152?；蛘?，屏蔽帽114可形成一倒圓角(未示出)，而不是一接合環(huán)形臺肩152的錐形表面，以便改進(jìn)其配合。同樣地，二次帽112可變化地形成一接合屏蔽帽114的錐形內(nèi)表面154的倒圓角。
二次定位件116將二次帽112與末端102間隔和絕緣。較佳地，二次定位件116包括一鄰接末端102的環(huán)形臺肩158的近端面156和一鄰接二次帽112的內(nèi)臺肩164的遠(yuǎn)端面160和臺肩162。還如圖所示，二次氣體腔室167形成在末端102和二次帽112之間，其中，二次氣體分配來穩(wěn)定等離子束流，這將在下文中作詳細(xì)描述。二次帽112還包括一等離子束流通過其退出的中心退出孔168，以及一有利于控制等離子束流的凹陷面170。此外，諸泄放通道171可通過二次帽112設(shè)置，它們顯示為軸向孔，但如下文中將詳細(xì)描述的，也可使用其它的結(jié)構(gòu)來泄放一部分二次氣體，以便在操作過程中提供附加的冷卻。
末端102通過定位件104與電極100電氣地分離，這導(dǎo)致等離子腔室172形成在電極100和末端102之間。末端102還包括一中心的退出孔174，在等離子弧焊炬10操作過程中，當(dāng)?shù)入x子氣體在等離子腔室172內(nèi)電離時，等離子束流通過該孔退出。因此，等離子氣體通過一環(huán)形環(huán)176和漩渦孔178進(jìn)入末端102，它們將在下文中作詳細(xì)描述，如圖所示，它們通過末端102的內(nèi)壁形成。
還如圖所示，當(dāng)?shù)入x子弧焊炬10完全組裝時，鎖定環(huán)117將消耗部件16固定到焊炬頭12。鎖定環(huán)117形成一內(nèi)部臺肩182，它接合形成在盒體106上的一環(huán)形環(huán)184，并較佳地通過螺紋連接固定到焊炬頭12?；蛘?，焊炬頭12可使用一雙斜度的鎖定連接器固定到焊炬的消耗部件16，所述鎖定連接器顯示和描述在2001年11月9日提交的未決的專利申請系列號10/035,534中，所述專利與本申請共同受讓，本文援引其內(nèi)容以供參考。
冷卻流體流再次參照圖5和6，在操作中，冷卻流體通過陰極22的中心孔36，通過冷卻劑管42向遠(yuǎn)端流動，流入電極100的遠(yuǎn)端內(nèi)腔120內(nèi)。然后，冷卻流體通過電極100的近端內(nèi)腔118流向近端，以對在相對高的電流和溫度下操作的電極100和陰極22提供冷卻。冷卻流體繼續(xù)流向近端，流到盒體106內(nèi)的徑向通道130內(nèi)，其中，冷卻流體然后通過通道130流到內(nèi)冷卻腔室132內(nèi)。然后，冷卻流體朝向也在相對高溫下操作的末端102流向遠(yuǎn)端，以便對末端102提供冷卻。當(dāng)冷卻流體到達(dá)遠(yuǎn)端陽極件108的遠(yuǎn)端部分時，冷卻流體再次反向，并通過外流體通道148流向近端，然后，通過盒體106內(nèi)的外軸向通道133。冷卻流體然后通過凹陷壁190(虛線示出)和形成在陽極體20內(nèi)的軸向通道192(虛線示出)流向近端。一旦冷卻流體到達(dá)陽極體20的近端臺肩193，流體流過冷卻劑返回管34，并再循環(huán)以便分配回通過冷卻劑供應(yīng)管30。
其結(jié)果，冷卻流體流動是“同軸的”，它顯示在圖9a和9b中，其中，冷卻流體的流動顯示為深黑色箭頭。如圖所示，冷卻流體大致地流向遠(yuǎn)端，然后，近端，再流向遠(yuǎn)端，并然后流向近端返回冷卻流體以便再循環(huán)。此外，冷卻流體環(huán)形地流動，這在圖9b中清晰地示出，其中，流動大致地為圍繞等離子弧焊炬10的中心縱向軸線X的環(huán)形。還如圖所示，該流動沿相同的方向(即，近端或遠(yuǎn)端)位于各徑向部位K、L、M和N。在徑向部位K處，冷卻流體朝向遠(yuǎn)端流動；在徑向部位L處，冷卻流體朝向近端流動；在徑向部位M處，冷卻流體朝向遠(yuǎn)端流動；以及在徑向部位N處，冷卻流體再次朝向近端流動。還應(yīng)指出的是，冷卻流體不沿徑向流動來橫貫等離子弧焊炬10的中心縱向軸線X以便流體返回。相反，冷卻流體同軸地流動并逐漸地向外以冷卻等離子弧焊炬10的諸部件，并返回以便再循環(huán)。
因此，如本文中使用的，術(shù)語“同軸流動”應(yīng)認(rèn)為意指這樣一種流動它環(huán)形地流動并在任何給定徑向部位處從等離子弧焊炬10的中心縱向軸線X沿相同的方向流動。此外，術(shù)語“環(huán)形”應(yīng)認(rèn)為意指這樣一種流動它圍繞等離子弧焊炬的中心縱向軸線沿圓周向分布。因此，同軸流是這樣的一種流動它圍繞焊炬的中心縱向軸線沿圓周向分布，它在任何徑向部位處從中心縱向軸線沿相同的方向流動。因此，本發(fā)明提供一同軸的冷卻流，以便有效地冷卻全部等離子弧焊炬10內(nèi)的部件。
等離子氣體流參照圖5和6，等離子氣體一般從等離子氣體管32朝向遠(yuǎn)端流動，通過焊炬帽70內(nèi)的一軸向通道194(虛線顯示)，流入形成在陽極體20內(nèi)的一中心內(nèi)腔196。然后，等離子氣體通過形成的軸向通道198朝向遠(yuǎn)端流動，通過陽極體20的一內(nèi)部遠(yuǎn)端臺肩200，流入形成在盒體106內(nèi)的遠(yuǎn)端軸向通道134。然后，等離子氣體通過末端102內(nèi)的通道進(jìn)入等離子腔室172，以在等離子氣體被導(dǎo)弧電離時形成一等離子束流，這將在下文中作詳細(xì)描述。
二次氣體流參照圖5、10和11，二次氣體一般從二次氣體管35(顯示在圖1和2中)流向遠(yuǎn)端，并通過一形成在焊炬帽70的外壁204和外殼28之間的軸向通道202。然后，二次氣體繼續(xù)流向遠(yuǎn)端通過形成通過外絕緣體26的一環(huán)形延伸部208的軸向通道206，流入盒體106的近端軸向通道140。二次氣體然后進(jìn)入二次氣體通道150，并在擋板110和屏蔽帽114之間朝向遠(yuǎn)端流動，通過遠(yuǎn)端的二次氣體通道209。最后，二次氣體通過形成在二次帽112內(nèi)的通道進(jìn)入二次氣體容腔167，這將在下文中作詳細(xì)描述，以便穩(wěn)定通過末端102的中心退出孔174退出的等離子束流。
操作在操作中，陰極電勢或負(fù)電勢由陰極22和電極100負(fù)載。陽極電勢或正電勢由陽極體20、遠(yuǎn)端陽極件108、中心陽極件109和末端102負(fù)載。因此，當(dāng)電力施加到等離子弧焊炬10上時，在等離子腔室172內(nèi)，一導(dǎo)弧在電極100和末端102之間形成的間隙內(nèi)產(chǎn)生。當(dāng)?shù)入x子氣體進(jìn)入等離子腔室172內(nèi)時，等離子氣體被導(dǎo)弧電離，它造成一等離子束流而形成在等離子腔室172內(nèi)，并通過末端102的中心退出孔174朝向遠(yuǎn)端流動。此外，二次氣體流入二次氣體容腔167內(nèi)，并在退出末端102的中心退出孔174時穩(wěn)定等離子束流。其結(jié)果，一高度均勻和穩(wěn)定的等離子束流退出二次帽112的中心退出孔168，以便作大電流、高配合公差的切割操作。
電極實施例現(xiàn)參照圖12a至18，電極100可包括各種結(jié)構(gòu)用來合適地冷卻、與電極22電氣地接觸，以及附連到盒體106。在本文中所示和所述的諸實施例中，電極100的冷卻設(shè)置在電極100和陰極22之間的電氣接觸的附近或通過其相鄰區(qū)域，這將在下面的描述中作進(jìn)一步定義。
在第一實施例中，如圖12a至12d所示，電極100a形成凹槽220和突起肋222。凹槽220在電極110a和陰極22a之間形成一流體通道(最清晰地顯示在圖12d中)，以便冷卻附近的、在電極100a和陰極22a之間的電氣接觸。具體來說，凹槽220在電極100a和陰極22a之間的交界面附近產(chǎn)生一相對高速的流動，那里冷卻是重要的。此外，突起肋222與陰極22a的外壁224電氣接觸，這在等離子弧焊炬10的陰極件(即，陰極、電極)之間提供電氣的連續(xù)。較佳地，外壁224形成多個如圖12b所示的軸向接片226，以使陰極帽40和冷卻劑管42可更容易地組裝在陰極22a內(nèi)。
特別地參照圖12d，它是示出電極100和陰極22a之間側(cè)向界面的視圖，電極100a形成周界表面225，而陰極22a同樣地形成一周界表面227。沿通過電極100a和陰極22a或其它陰極元件之間的界面的側(cè)向平面切割截取一截面，由此形成周界表面225和227。(諸表面顯示在圖12d中帶有稍微的間隙，其只是為了圖示的目的，在操作過程中，電極100a的周界表面225實體地接觸陰極22a的周界表面227)。因此，電極100a的周界表面225鄰近陰極22a的周界表面227，其中，鄰近的周界表面225和227提供電氣的接觸和冷卻流體的通道。因此，本發(fā)明的一新穎的方面在于，提供電氣的接觸和通過鄰近周界表面的冷卻流體的經(jīng)過。其結(jié)果，冷卻和電氣接觸設(shè)置在附近，或彼此相鄰的區(qū)域，這提供等離子弧焊炬10的更有效的操作。
如圖13a至13c所示，電極的第二實施例100b可變化地形成軸向通道230，而不是凹槽220，其中，軸向通道230產(chǎn)生在附近流過的冷卻流體的相當(dāng)高速的流動。因此，冷卻流體在附近地流過軸向通道230來冷卻電極100b和陰極22b之間的界面。對于電氣接觸，一內(nèi)壁228形成在電極100b內(nèi)，其與陰極22b的外壁224接觸。
參照圖13c，它是通過電極100b和陰極22b之間界面的一側(cè)向視圖，電極100b形成一周界表面229，而陰極22b形成一周界表面331。因此，電極100b的周界表面229鄰近陰極22b的周界表面331。(諸表面顯示在圖13c中帶有稍微的間隙，其只是為了圖示的目的，在操作過程中，電極100b的周界表面229實體地接觸陰極22b的周界表面331)。盡管在此形式的本發(fā)明中相鄰的周界表面229和331僅提供電氣的接觸，但通過軸向通道230的冷卻流體在附近經(jīng)過，或通過如圖所示的電氣接觸的相鄰區(qū)域，這樣，可獲得電極100b和陰極22b之間界面的有效的冷卻。例如，軸向通道230和陰極22c的周界表面331之間的距離P近似為0.050英寸，以形成本發(fā)明一種形式的鄰近的接近。然而，也可采用其它的距離，只要電極100c和陰極22c之間的電氣界面合適地被流過流體通道的冷卻流體冷卻。因此，本文中關(guān)于電極100和陰極22b之間的界面的冷卻所使用的術(shù)語“附近”或“相鄰的區(qū)域，應(yīng)認(rèn)為是意指沿著接近電氣接觸的距離，或在電氣接觸的接近的距離內(nèi)，以便獲得有效的冷卻。因此，為了清晰起見，其余的電極實施例中的相鄰的周界表面將不再示出。
在圖14a和14b中的電極的第三實施例100c中，電極100c形成徑向通道232和軸向槽234，以在電極100c和陰極22c之間提供冷卻。冷卻流體一般朝向近端流動到徑向通道232，然后，朝向近端流到軸向槽234，其中，冷卻流體退出電極100c和陰極22c之間的界面，并前進(jìn)通過如上所述的通道130。對于電氣接觸，一內(nèi)壁236類似地形成在電極100c內(nèi)，其與陰極22c的外壁224接觸。因此，電極100c的周界表面鄰近陰極22c的周界表面，以形成一流體通道來冷卻附近的電氣接觸。
現(xiàn)參照圖15，電極的第四實施例100d包括一內(nèi)部底切240，其對電極100d以及電極100d和陰極22d之間的界面提供附加的冷卻。此外，陰極22d形成徑向通道242，其對冷卻流體提供返回路徑，以便在冷卻劑管42d和陰極22d之間朝向近端流動(如圖所示)。因此，冷卻流體通過冷卻劑管42d朝向近端流動，近端地通過內(nèi)部底切240，然后，沿徑向向內(nèi)通過徑向通道242，再然后近端地通過冷卻劑管42d和陰極22d之間以便再循環(huán)。此外，電氣接觸設(shè)置在電極100d的內(nèi)壁244和陰極22d的外壁224之間。因此，一流體通道這樣形成冷卻設(shè)置在電極100d和陰極22d之間的電氣接觸的附近。或者，電極100d可包括一外底切，而不是一如上所述的內(nèi)部底切，同時，保留在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
如圖16所示，電極的第五實施例100e較佳地使用棘爪250固定在陰極22e內(nèi)，其如美國專利No.6,163,008所示和所描述，所述專利與本申請共同受讓，本文援引其內(nèi)容以供參考。在所示實施例中，棘爪250接合固定在陰極22e的遠(yuǎn)端的帽254的臺肩252(如圖所示)。同樣地，如圖所示，末端102也可使用棘爪256固定到盒體106，其中，棘爪256接合固定到盒體106(未示出)的遠(yuǎn)端的一絕緣體元件260的臺肩258。如圖所示，棘爪250和256沿徑向向外延伸分別地與臺肩252和258接合。然而，在本發(fā)明的另一形式中，棘爪250和256可變化地沿徑向向內(nèi)延伸來接合沿徑向最外延伸的臺肩(未示出)。
現(xiàn)參照圖17a至17f，圖中示出電極100和陰極22的另外的實施例，其中，冷卻設(shè)置在電極100和陰極22之間的電氣接觸的附近，或通過其相鄰的區(qū)域，而冷卻流體流過通過電極100和/或陰極22形成的至少一個流體通道。在下面的各實施例中，流體通道可形成在電極100或陰極22內(nèi)，取決于陰極22是否設(shè)置在電極100內(nèi)，或電極100是否設(shè)置在陰極22周圍。因此，在本發(fā)明的變化的形式中，通過電極100的流體通道的圖示和討論也應(yīng)認(rèn)為是指通過陰極22的流體通道，反之亦然。
圖17a和17b示出一電極100f，其形成一延伸的內(nèi)壁251，和一形成至少一個點凹陷253的陰極22f。因此，冷卻流體通過陰極22f朝向遠(yuǎn)端流動，然后，通過點凹陷253流向近端。由于點凹陷253圍繞陰極22f的周界不是連續(xù)的，所以，電極100f的延伸的內(nèi)壁251接觸陰極22f的外壁23f以便實現(xiàn)電氣接觸(如圖所示)。因此，電極100f和陰極22f形成相鄰的周界表面，它們?nèi)缟纤龅靥峁├鋮s和電氣接觸。
圖17c示出一等離子弧焊炬10的實施例，其中，一第三元件255設(shè)置在陰極22g和電極100g之間，以提供電氣接觸和流體通道。第三元件255與電極100g和陰極22g保持電氣的接觸。因此，第三元件255是導(dǎo)電的，并允許冷卻流體朝向近端流過。例如，第三元件255可包括一斜置的盤簧或一多孔的導(dǎo)電材料。
現(xiàn)參照圖17d，電極100h形成一用來通過冷卻流體的螺旋的凹槽257。該螺旋凹槽257圍繞和沿著電極100h的內(nèi)表面形成，這導(dǎo)致多個肋259形成在電極100h的周圍，以在電極100h和陰極22h之間提供電氣的接觸。同樣地，螺旋凹槽257可形成在陰極22h內(nèi)，而不是如圖所示的電極100h內(nèi)。因此，流體通道包括螺旋凹槽257，而電極100h和陰極22h的相鄰的周界表面提供如上所述的冷卻和電氣接觸。
如在圖17e中另一實施例所示，電極100i形成軸向通道259和一形成在電極100i的近端部分內(nèi)的環(huán)形面261。此外，陰極22i形成一近端的環(huán)形面263和一與軸向通道259流體連通的流體通道265。因此，環(huán)形面261鄰接近端的環(huán)形面263以便電氣接觸，而冷卻流體流過電極100i內(nèi)的軸向通道259，并通過陰極100i內(nèi)的流體通道265，以便如上所述地提供對附近的電氣接觸的冷卻。
現(xiàn)參照圖17f，圖中示出另一實施例，其提供對附近電氣接觸的冷卻。如圖所示，電極100j形成一內(nèi)部腔室267和與內(nèi)部腔室267流體連通的斜置的通道269。電極100j還形成與斜置通道269流體連通的切口271。在操作中，冷卻流體朝向遠(yuǎn)端流過陰極22j到內(nèi)部腔室267，然后，朝向近端通過斜置通道269和切口271，以便如上所述地分配到盒體106(未示出)。因此，冷卻設(shè)置在陰極22j和電極100j之間的電氣接觸的附近。
圖18示出等離子弧焊炬10的另一實施例，其對附近的電氣接觸提供冷卻。如圖所示，電極100k通過一電極保持器273固定到陰極22k。一般來說，電極保持器273是導(dǎo)電的，并形成流體通道和與陰極22k電氣接觸，同時，使用諸如螺紋連接的本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)通常所知的方法，將電極100k固定到電極保持器273。電極保持器273顯示為形成如上所述的肋275和凹槽277，然而，本文中所示和所述的任何的流體通道可與電極保持器273結(jié)合，同時，保留在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。因此，冷卻設(shè)置在陰極22k和電極保持器273之間的電氣接觸的相鄰的區(qū)域，而不是直接在陰極22k和電極100k之間。
末端實施例如圖19至24f所示，末端102也可包括用于合適流體流動、電氣接觸，以及附連的各種結(jié)構(gòu)。類似于如上所述的電極100和陰極22，末端102的冷卻設(shè)置在末端102和遠(yuǎn)端陽極件108或一鄰近的陽極元件之間的電氣接觸的附近。因此，用來涉及電氣接觸和對通向遠(yuǎn)端陽極件108界面的末端102的冷卻所使用的術(shù)語“鄰近周界表面，附近，以及鄰近的區(qū)域”，應(yīng)同樣地認(rèn)為是用于上述與電極100和陰極22連接的術(shù)語。
如圖19-23所示，末端102a的一種形式包括一近端環(huán)形凹陷280，其具有一偏離末端102a中心的漩渦孔282，并通過近端環(huán)形凹陷280而形成。因此，等離子氣體流過環(huán)形凹陷280的漩渦孔282，如上所述地進(jìn)入等離子腔室172。此外，末端102a包括一容納一O形環(huán)(未示出)的遠(yuǎn)端環(huán)形凹陷284，O形環(huán)密封末端102a和盒體106(未示出)之間的界面。
如圖所示，末端102a還包括多個凹槽288和設(shè)置在凹槽288之間的突起的突脊290，它們分別提供冷卻流體通道和與遠(yuǎn)端陽極件108的電氣接觸。沿著末端102a朝向遠(yuǎn)端流動的冷卻流體通過凹槽288流動，在末端102a和遠(yuǎn)端陽極件108之間界面的附近產(chǎn)生相當(dāng)高速流動，以改進(jìn)冷卻。此外，突起的突脊290接觸遠(yuǎn)端陽極件108，以便通過等離子弧焊炬的陽極件(即，末端102a、遠(yuǎn)端陽極件108、中心陽極件109)提供電氣的連續(xù)。因此，末端102a和遠(yuǎn)端陽極件108形成如上所述的鄰近周界表面，其中，設(shè)置冷卻和電氣接觸。
參照圖24a-24d，圖中示出末端102和遠(yuǎn)端陽極件108的另外的實施例，其中，冷卻設(shè)置在末端102和遠(yuǎn)端陽極件108之間的電氣接觸的附近，或通過鄰近的區(qū)域，而冷卻流體流過通過末端102和/或遠(yuǎn)端陽極件108而形成的至少一個流體通道。在以下各實施例中，流體通道可形成在末端102和/或遠(yuǎn)端陽極件108內(nèi)。因此，在本發(fā)明的變化的形式中，通過末端102的流體通道的圖示和討論也應(yīng)認(rèn)為是指通過遠(yuǎn)端陽極件108的流體通道，反之亦然。
圖24a和24b示出一形成至少一個點凹陷275的末端102a，以及一形成一延伸的內(nèi)壁277的遠(yuǎn)端陽極件108a。因此，冷卻流體朝向遠(yuǎn)端流過點凹陷275，因為點凹陷275圍繞末端102b的周界不是連續(xù)的。此外，遠(yuǎn)端陽極件108b的延伸的內(nèi)壁277接觸如圖所示的末端102a以便電氣地接觸。因此，末端102a和遠(yuǎn)端陽極件108a形成相鄰的周界表面，它們?nèi)缟纤龅靥峁├鋮s和電氣接觸。
圖24c示出等離子弧焊炬10的一實施例，其中，一第三元件279設(shè)置在末端102c和遠(yuǎn)端陽極件108c之間，以提供電氣接觸和流體通道。第三元件279與末端102c和遠(yuǎn)端陽極件108c保持電氣的接觸。因此，第三元件279是導(dǎo)電的，并允許冷卻流體朝向近端流過。例如，第三元件279可包括一斜置的盤簧或一多孔的導(dǎo)電材料。
現(xiàn)參照圖24d，一末端102c形成一用來通過冷卻流體的螺旋的凹槽281。該螺旋凹槽281圍繞和沿著末端102c的外表面形成，這導(dǎo)致多個肋283形成在末端102c的周圍，以提供電氣的接觸。同樣地，螺旋凹槽281可形成在遠(yuǎn)端陽極件108c內(nèi)，而不是如圖所示的末端102c內(nèi)。因此，流體通道包括螺旋凹槽281，而末端102c和遠(yuǎn)端陽極件108c的相鄰的周界表面提供如上所述的電氣接觸附近的冷卻。
此外，也可如上對電極保持器所述地采用一末端保持器，同時，保留在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，其中，末端保持器包括諸通道，用來在與遠(yuǎn)端陽極件108電氣接觸的附近通過冷卻流體。因此，末端保持器是一與遠(yuǎn)端陽極件108電氣接觸鄰近的陽極元件。
二次帽和定位件現(xiàn)參照圖25a和25b，本發(fā)明的一形式中的通過二次帽112的二次氣體的流動是漩渦形的，其利用形成在二次帽112內(nèi)的漩渦的通道300。較佳地，如圖13b所示，漩渦通道300偏離二次帽112的中心，并對二次帽112和屏蔽帽114(未示出)之間的二次氣體流形成一通道?；蛘撸鰷u通道300可通過二次帽112直接地形成(如圖25b最清晰地示出)，并同樣地偏離二次帽112的中心。此外，在所示實施例中，二次泄放通道171顯示為軸向孔。
或者，泄放通道可形成在屏蔽帽114內(nèi)，或如圖26a至26c所示，在屏蔽帽114和二次帽112之間。如圖26a和26b所示，二次氣體泄放通道173較佳地沿屏蔽帽114的一側(cè)壁175形成，并引導(dǎo)二次氣體的一部分從遠(yuǎn)端二次氣體通道209沿著二次帽112的外面通過。因此，在等離子弧焊炬10的操作過程中，二次氣體泄放通道173提供附加的冷卻。或者，一二次氣體泄放通道177可設(shè)置在屏蔽帽114和二次帽112之間(如圖26c所示)。同樣地，二次氣體泄放通道177引導(dǎo)二次氣體的一部分從遠(yuǎn)端二次氣體通道209沿著二次帽112的外面通過，以提供附加的冷卻。
現(xiàn)參照圖27a和27b，漩渦通道302可變化地通過如圖所示的二次定位件116形成，而不是通過二次帽112。漩渦通道302通過如圖所示的二次定位件116的側(cè)壁303而形成。此外，漩渦通道較佳地如上所述地偏移二次定位件116的中心，但也可采用諸如正交通過二次定位件116形成的通道那樣的其它的結(jié)構(gòu)來使二次氣體形成漩渦。
消耗的盒體在本發(fā)明的還有的一形式中，提供消耗的盒體310a，在如圖28a和28b所示的操作過程中，以便有效地和方便地進(jìn)行更換。在一種形式中，消耗的盒體310a包括一電極312、一末端314、一設(shè)置在電極312和末端314之間的定位件316、一盒本體316，以及一陽極件318，它們組裝和設(shè)置成一單一的單元。
參照圖29，消耗的盒體310b的一第二實施例較佳地固定到等離子弧焊炬10，其使用如上所述的形成在電極312內(nèi)的棘爪，諸棘爪接合形成在一絕緣帽324內(nèi)的臺肩322來實現(xiàn)其固定。絕緣帽324固定到電極325的遠(yuǎn)端部分，而電極312的諸棘爪320接觸如圖所示的電極325，以形成電源的陰極的一部分或負(fù)極側(cè)。因此，消耗的盒體310b可容易地安裝在等離子弧焊炬10和從等離子弧焊炬10取下。或者，如關(guān)于諸如在中心陽極件109(未示出)和陽極體(未示出)之間的其它的連接方式所描述的那樣，消耗的盒體310b可使用斜置的盤簧(未示出)固定到焊炬10。
焊炬頭連接參照圖30至33b，消耗盒體16固定到鄰近的焊炬頭12可使用如下的設(shè)計臺階的盒體設(shè)計(圖30、31)、面密封設(shè)計(圖32a、b)，或直盒體設(shè)計(圖33a、b)。如圖30(示出冷卻流體通道)和圖31(示出氣體通道)所示，一消耗的盒體16a形成多個臺階352，它們面向近端，以與面向遠(yuǎn)端的在焊炬頭12a上的對應(yīng)組的臺階354匹配。此外，四個O形環(huán)(未示出)密封消耗盒體16a和焊炬頭12之間的界面。其結(jié)果，消耗盒體16a和焊炬頭12a之間不需轉(zhuǎn)動的對齊，而用最少的O形環(huán)接合來提供方便的分離。
參照圖32a(示出冷卻流體通道)和32b(示出氣體通道)，一面密封設(shè)計應(yīng)用于消耗盒體16b和焊炬頭12b之間，其中，O形環(huán)340設(shè)置在消耗盒體16b的近端面和焊炬頭12b的遠(yuǎn)端面之間(如圖所示)。因此，可提供一相當(dāng)緊湊的焊炬頭12b。在如圖33a(示出冷卻流體通道)和33b(示出氣體通道)所示的另一形式中，提供一直盒體設(shè)計，其中，一系列O形環(huán)342環(huán)形地設(shè)置在焊炬頭12c和消耗盒體16c之間，其中，流體通道344設(shè)置在如圖所示的O形環(huán)之間。
在另一形式中，消耗部件使用一設(shè)置在鎖定環(huán)17d內(nèi)的球鎖定機(jī)構(gòu)360來固定到焊炬頭，其較詳細(xì)地示于圖34a(連接的)和34b(脫開的)中。球鎖定機(jī)構(gòu)360包括一球362，當(dāng)消耗部件16d連接時，球設(shè)置在凹陷364內(nèi)。為了脫開消耗部件16d，鎖定環(huán)17d朝向近端移動，而消耗部件16d相對于焊炬頭朝向遠(yuǎn)端移動，以使球362徑向向外地移動到鎖定環(huán)凹陷366內(nèi)。因此，消耗部件16d可通過使用球鎖定機(jī)構(gòu)160而從焊炬頭移出到鎖定環(huán)17d內(nèi)。
如圖35a和35b所示，另一形式中的焊炬頭12e形成一對齊的壁390，以便合適地將消耗部件與冷卻流體、等離子氣體和二次氣體供應(yīng)對齊。焊炬帽70e還形成一對應(yīng)的對齊壁392，其與焊炬頭對齊壁390界面，以合適地定位焊炬頭12e和消耗部件16e而便于操作。
用于等離子和二次的氣體根據(jù)諸如材料類型和厚度之類的工件的性質(zhì)而變化，氣體可包括作為等離子氣體的N2和作為二次氣體的H2O?；蛘?，可使用Ar、H2和N2的混合物作為等離子氣體，N2作為二次氣體。此外，冷卻流體較佳地是H2O-乙烯乙二醇混合物或H2O-丙烯乙二醇混合物。
變化的等離子弧焊炬實施例根據(jù)本發(fā)明的等離子弧焊炬的其它的形式410示于圖36至38中。等離子弧焊炬410包括一焊炬頭412(它較詳細(xì)地示于圖37中)，它設(shè)置在等離子弧焊炬410的近端414處，以及多個消耗部件416(它較詳細(xì)地示于圖38中)，它們固定到焊炬頭412并設(shè)置在如圖所示的等離子弧焊炬410的遠(yuǎn)端418處。
焊炬頭較具體地參照圖37，焊炬頭412包括一與電源(未示出)的正極側(cè)電氣連通的陽極體420，以及一與電源(未示出)的負(fù)極側(cè)電氣連通的陰極422。陰極422還被中心絕緣體424包圍，以將陰極422與陽極體420絕緣，同樣地，陽極體420被外絕緣體426包圍，以將陽極體420與外殼428絕緣，在操作過程中，外殼包封和保護(hù)焊炬頭412和其部件避免與周圍環(huán)境接觸。焊炬頭412還毗鄰冷卻劑供應(yīng)管430、等離子氣體管432、冷卻劑返回管434，以及二次氣體管435(如圖所示)，其中，在操作過程中，等離子氣體和二次氣體供應(yīng)到等離子弧焊矩410，以及冷卻流體供應(yīng)到等離子弧焊矩410，并且從等離子弧焊矩410返回。
陰極422較佳地形成一具有一中心孔436的圓柱形管，中心孔在焊矩頭412的近端部分438處與冷卻劑供應(yīng)管430流體地連通。中心孔436還在焊矩頭412的遠(yuǎn)端部分444處與一陰極帽440和一冷卻劑管442流體地連通。一般地來說，冷卻劑管442提供冷卻流體的通過，而陰極帽440保護(hù)陰極422的端部。陰極帽440還包括一接合陰極422內(nèi)的一內(nèi)部環(huán)形槽446的環(huán)形臺肩448，以將陰極帽440固定到陰極422。較佳地，冷卻劑管442由諸如不銹鋼之類的耐用材料形成，而陰極帽440是絕緣的，其較佳地由諸如Torlon的材料形成，或由如上所述的也能在相當(dāng)高溫下操作的本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已知的其它材料形成。
中心絕緣體424較佳地形成一圓柱形管，如圖所示，其具有的一內(nèi)孔460容納陰極422。陰極422形成一近端的外臺階462，外臺階462鄰接中心絕緣體424的近端內(nèi)臺階464，以便沿等離子弧焊炬的中心縱向軸線X定位陰極422。中心絕緣體424還沿中心部分468設(shè)置在如圖所示的陽極體420內(nèi)，其還接合一容納冷卻劑供應(yīng)管430、等離子氣體管432和冷卻劑返回管434的焊炬帽470。
通過設(shè)置在焊炬帽470和陽極體420之間的觸頭472，設(shè)置用于諸如導(dǎo)弧返回的電信號的電路。觸頭472包括一鄰接一形成在焊炬帽470內(nèi)的凹陷的臺肩476的近端突緣474，以及一接合陽極體420的遠(yuǎn)端478(如圖所示)。較佳地，觸頭472旋入到陽極體420內(nèi)，然而，也可使用諸如壓配或釬焊之類的其它的附連方法，其同時根據(jù)本發(fā)明的原理。
或者，用于導(dǎo)弧返回或其它電信號的電路，可通過焊炬帽470和陽極體420之間的交界面直接設(shè)置，其使用如美國專利No.6,163,008所示和所描述的接合臺肩的棘爪，所述專利與本申請共同受讓，本文援引其內(nèi)容以供參考。棘爪可包含在焊炬帽470上或陽極體420上，焊炬帽470或陽極體420上分別帶有一對應(yīng)的臺肩和帽。此外，棘爪提供相當(dāng)簡單和容易的連接，以便進(jìn)行接合和脫開。同樣地，等離子弧焊炬10內(nèi)的部件之間的其它的連接也可對使用棘爪和臺肩，同時，保留在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
消耗部件消耗部件416較詳細(xì)地顯示在圖38和圖36中，如圖所示，它包括一電極500、一末端502，以及一設(shè)置在電極500和末端502之間的定位件504。定位件504在電極500和陽極的末端502之間提供電氣的分離，還提供某種氣體分配的功能，將在下文中詳細(xì)描述。一末端導(dǎo)向件503和一末端密封件505設(shè)置在如圖所示的末端502的遠(yuǎn)端部分處，并提供某種冷卻流體的功能和密封的功能，它們也將在下文中詳細(xì)地描述。
此外，消耗部件416包括一盒體506，其通常容納和定位其它消耗部件416，并是消耗的盒體的部分，這將在下文中作詳細(xì)描述。盒體506還在等離子弧焊炬410的操作過程中分配等離子氣體、二次氣體和冷卻流體，將在下文中作詳細(xì)地描述。此外，消耗部件416包括一遠(yuǎn)端陽極件508和一中心陽極件509，通過提供電氣的連續(xù)到末端502形成電源的陽極側(cè)的一部分。一擋板510也顯示為設(shè)置在遠(yuǎn)端陽極件508和屏蔽帽514之間，其為冷卻流體的流動形成流體通道，將在下文中詳細(xì)描述。此外，消耗部件416包括一二次帽512，用來分配二次氣體，和將二次帽512與末端502分離的二次定位件516。一鎖定環(huán)517顯示為設(shè)置在消耗部件416的近端部分周圍，其用來將消耗部件416固定到焊炬頭412。
電極500中心地設(shè)置在盒體506內(nèi)，并沿電極500的內(nèi)部518與陰極422電氣地接觸，這在下文中作詳細(xì)的描述。電極500還形成一與冷卻劑管442流體地連通的遠(yuǎn)端內(nèi)腔520，以及一鄰接定位件504的外臺肩522，以便沿等離子弧焊炬410的中心縱向軸線X合適地定位。電極500還包括至少一個通道，用來使冷卻流體流過與陰極422電氣接觸的附近。具體來說，電極500較佳地包括多個肋521，以及設(shè)置在諸肋521之間的對應(yīng)的多個凹槽523，其中，諸肋521提供與陰極422的電氣接觸，而凹槽523如上對于等離子弧焊炬10的第一實施例所述地提供冷卻流體的流過。因此，電極500和陰極422如上所述地形成相鄰的周界表面，以使電極500的冷卻設(shè)置在電極500和陰極422之間的電氣接觸的附近，或通過其相鄰的區(qū)域?；蛘?，電極500和陰極422可包括如上所述的其它的實施例，其中，至少一個流體通道形成在電氣接觸的附近以便進(jìn)行合適的冷卻。
盒體506還包括一鄰接電極500的近端526的內(nèi)環(huán)形環(huán)524，以便沿等離子弧焊矩410的中心縱向軸線X合適地定位電極500。此外，盒體506和陰極422之間的連接可采用如上所述的棘爪和臺肩，同時，保留在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。除了定位各種消耗部件416，盒體506還將陽極件(例如，中心陽極件509)與陰極件(例如，電極500)分離。因此，盒體506是一諸如PEEK的絕緣材料，或是也能在相當(dāng)高溫下操作的本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已知的其它類似材料。
參照圖38和圖39a至39d，盒體506除了定位其它消耗部件416之外，還提供冷卻流體、等離子氣體以及二次氣體的分配。對于下文中詳細(xì)描述的冷卻流體的分配，盒體506形成一中心腔室528和多個通道530，諸通道530延伸通過盒體506并進(jìn)入形成在盒體506和遠(yuǎn)端陽極件508之間的一內(nèi)冷卻腔室532內(nèi)。較佳地，通道530沿離上腔室528朝向遠(yuǎn)端的方向徑向向外地傾斜，以便最大程度地減小可能發(fā)生在電極500和遠(yuǎn)端陽極件508之間的任何絕緣的徐變。此外，外軸向通道533(虛線顯示)形成在盒體506內(nèi)，其提供冷卻流體的返回。也可沿遠(yuǎn)端陽極件508和中心陽極件509和其間的電氣界面的附近定位外軸向通道533。因此，外軸向通道533的位置提供對遠(yuǎn)端陽極件508和中心陽極件509改進(jìn)的冷卻?？拷暮畜w416的遠(yuǎn)端，一外流體通道548形成在遠(yuǎn)端陽極件508和擋板510之間。因此，外流體通道548與外軸向通道533連通，以便冷卻流體的返回，這將在下文中詳細(xì)地描述。
對于等離子氣體的分配，盒體506形成多個遠(yuǎn)端向的軸向通道534(圖38中顯示為虛線)，它們從盒體506的近端面536延伸到其遠(yuǎn)端538，它們與等離子氣體管532(未示出)和形成在定位件504內(nèi)的通道流體地連通，這將在下文中作詳細(xì)描述。此外，多個近端軸向通道540(圖38中顯示為虛線)通過盒體506形成，它們從凹陷的近端面542延伸到遠(yuǎn)端的外面544，以便分配二次氣體，這也將在下文中作詳細(xì)描述。而且，盒體506形成一有圓齒的近端周界507，其提供方便地將盒體506配裝在焊炬頭412內(nèi)。
如圖36和38所示，遠(yuǎn)端陽極件508設(shè)置在盒體506和擋板510之間，并在遠(yuǎn)端部分處與末端502電氣地接觸，而在近端部分處與中心陽極件509電氣地接觸。此外，中心陽極件509與陽極體420的遠(yuǎn)端部分546電氣地接觸。較佳地，中心陽極件509包括多個指形物547(最清晰地顯示在圖40中)，其在遠(yuǎn)端處形成棘爪549，以在中心陽極件509和陽極體420之間提供可靠的電氣接觸。如圖所示，棘爪549在一臺肩551上延伸，該臺肩形成在設(shè)置在陽極體420的遠(yuǎn)端部分546上的一遠(yuǎn)端套筒553上。該遠(yuǎn)端套筒553較佳地由一諸如ULTEM之類的絕緣材料形成，并壓配在陽極體420的遠(yuǎn)端部分546上。棘爪549類似于美國專利No.6,163,008所揭示的棘爪，所述專利與本申請共同受讓，本文援引其內(nèi)容以供參考。棘爪549可包含在中心陽極件509上或陽極體420上，陽極體420或中心陽極件509上分別帶有一對應(yīng)的臺肩和帽。因此，陽極體420、遠(yuǎn)端陽極件408、中心陽極件509和末端502對等離子弧焊炬410形成陽極電勢，或正電勢。
參照圖36、38和41，軸向接片566形成在遠(yuǎn)端陽極件508內(nèi)，其中，軸向接片566類似地形成棘爪567，如圖所示，諸棘爪偏置朝向內(nèi)，以在遠(yuǎn)端陽極件508和中心陽極件509之間提供電氣的連續(xù)。遠(yuǎn)端陽極件508的近端部分形成一延伸的上壁569，其如圖所示地向外延伸以將軸向接片566定位在中心陽極件509的周圍。還如圖所示，一保持環(huán)571設(shè)置在盒體506的中心部分的周圍，以便沿等離子弧焊炬410的中心縱向軸線X保持和定位中心陽極件509。因此，軸向接片566和延伸的上壁569在保持環(huán)571上延伸，以與中心陽極件509電氣地接觸。
參照圖36和38，如圖所示，屏蔽帽514包圍擋板510，其中，一二次氣體通道550形成在其間。一般來說，二次氣體從形成在盒體506內(nèi)的近端軸向通道540流入二次氣體通道550，并通過二次帽512(將在下文中作詳細(xì)描述)，以便在操作中穩(wěn)定退出二次帽512的等離子束。屏蔽帽514還定位二次帽512，其中，二次帽512形成一接合屏蔽帽514的內(nèi)臺肩554的環(huán)形臺肩552。
二次定位件516將二次帽512與末端502間隔和絕緣。較佳地，二次定位件516包括一鄰接末端密封505的環(huán)形臺肩558的近端面556和一分別鄰接二次帽512的內(nèi)臺肩564和近端面573的遠(yuǎn)端面560和臺肩562。還如圖所示，二次定位件516在末端密封505和二次帽512之間形成一二次氣體腔室578，其中，二次氣體分配來穩(wěn)定等離子束流，這將在下文中作詳細(xì)描述。因此，二次定位件516形成如上所述的二次氣體通道513，其引導(dǎo)和較佳地漩渦二次氣體流入二次氣體腔室578內(nèi)。二次帽512還包括一等離子束流通過其退出的中心退出孔568，以及一有利于控制等離子束流的凹陷面570。
如圖38和42所示，末端導(dǎo)向件503和末端密封件505設(shè)置在末端502的遠(yuǎn)端部分處。末端502包括一錐形端部分577，其在如上所述的其它末端實施例中形成多個凹槽579和突起的突脊581，其中，在操作過程中，突起的突脊581接觸遠(yuǎn)端陽極件508的遠(yuǎn)端部分以便進(jìn)行電氣的接觸，而凹槽579提供流體的通道以便冷卻流過的流體，將在下文中作詳細(xì)描述。因此，遠(yuǎn)端的流體通道580形成在末端502和末端導(dǎo)向件503之間，也形成在末端導(dǎo)向件503和末端密封件505之間，其中，末端導(dǎo)向件503導(dǎo)向冷卻流體朝向遠(yuǎn)端通過末端502，然后，流向近端以便冷卻流體的再循環(huán)，將在下文中詳細(xì)地描述。
如圖42中最清晰地所示，末端導(dǎo)向件503形成定位在凹槽579內(nèi)的徑向接片583，以便在操作過程中合適地導(dǎo)向冷卻流體。末端導(dǎo)向件503還包括一錐形的端壁585，它的形狀與末端502的錐形端部577相一致。還如圖所示，末端密封件505也形成一錐形的端部587以與末端導(dǎo)向件503相一致，這導(dǎo)致形成遠(yuǎn)端的流體通道580。較佳地，末端導(dǎo)向件503是黃銅材料，而末端密封件505和末端502是碲銅材料。
現(xiàn)參照圖38和圖43，末端502還包括腿部589和偏移的腿部591，其中，腿部589朝向遠(yuǎn)端延伸超過如圖所示的偏移腿部591。當(dāng)組裝到末端密封件505時，腿部589接合末端密封件505的上環(huán)形面601，而一間隙603產(chǎn)生在偏移腿部591和末端密封件505的上環(huán)形面601之間。因此，間隙603對返回的冷卻流體的流動提供附加的空間以便進(jìn)行再循環(huán)。還如圖所示，末端形成一遠(yuǎn)端面605，它接合末端密封件505的內(nèi)環(huán)形臺肩605，以便進(jìn)一步相對于末端密封件505定位末端502。
如圖38所示，末端502通過定位件504與電極500電氣地分離，這導(dǎo)致等離子腔室572形成在電極500和末端502之間。定位件504形成漩渦的通道607(顯示為虛線)，它們漩渦從遠(yuǎn)端軸向通道534流向等離子腔室572內(nèi)的等離子氣體。末端102還包括一中心退出孔574，在等離子弧焊炬410的操作過程中，當(dāng)?shù)入x子氣體在等離子腔室572內(nèi)電離時，等離子束流通過該孔退出，這在下文中作詳細(xì)地描述。
還如圖所示，當(dāng)?shù)入x子弧焊炬410完全組裝時，鎖定環(huán)517將消耗部件416固定到焊炬頭412。鎖定環(huán)517較佳地通過螺紋連接固定到焊炬頭412，其中，鎖定環(huán)517包括一螺紋的插入件519。較佳地，螺紋插入件519是黃銅的，而鎖定環(huán)517是一過模制到螺紋插入件519上的熱固性材料?；蛘?，消耗部件416可使用一雙斜度的鎖定連接器固定到焊炬412，所述鎖定連接器顯示和描述在2001年11月9日提交的未決的專利申請系列號10/035,534中，所述專利與本申請共同受讓，本文援引其內(nèi)容以供參考。
冷卻流體流參照圖44，在操作中，冷卻流體從冷卻劑供應(yīng)管430，通過陰極422的中心孔436，通過冷卻劑管442向遠(yuǎn)端流動，流入電極500的遠(yuǎn)端內(nèi)腔520內(nèi)。然后，冷卻流體通過電極500的凹槽523和與陰極422之間形成的近端內(nèi)腔518流向近端，以對在相對高的電流和溫度下操作的電極500和陰極422提供冷卻。冷卻流體繼續(xù)流向近端，流到盒體506內(nèi)的通道530內(nèi)，其中，冷卻流體然后通過通道530流到內(nèi)冷卻腔室532內(nèi)。然后，冷卻流體也流過在相對高溫下操作的末端502，以便對末端502提供冷卻。具體來說，冷卻流體流過由末端502和末端密封件505之間的末端導(dǎo)向件503形成的遠(yuǎn)端流體通道580。冷卻流體首先通過末端502的凹槽579朝向遠(yuǎn)端流動，然后，反向圍繞末端導(dǎo)向件503的遠(yuǎn)端，再然后通過末端導(dǎo)向件503和末端密封件505之間的遠(yuǎn)端流體通道590流向近端。冷卻流體然后通過形成在遠(yuǎn)端陽極件508和擋板510之間的外流體通道548流向近端，然后，通過盒體506內(nèi)的外軸向通道533(顯示為虛線)。冷卻流體然后通過凹陷壁590和形成在陽極體420內(nèi)的軸向通道592流向近端。一旦冷卻流體到達(dá)陽極體420的近端臺肩593，流體流過冷卻劑返回管434，并再循環(huán)以便分配回通過冷卻劑供應(yīng)管430。
其結(jié)果，如上所述，冷卻流體流動是“同軸的”，以便改進(jìn)等離子弧焊炬410的冷卻和操作。因此，冷卻流體流動圍繞等離子弧焊炬410的中心縱向軸線X的環(huán)形分布，并沿離中心縱向軸線X的任何徑向位置處的相同的方向流動，以產(chǎn)生同軸的流動。
等離子氣體流參照圖45，等離子氣體一般從等離子氣體管432朝向遠(yuǎn)端流動，通過焊炬帽470，流入形成在陽極體420內(nèi)的一中心內(nèi)腔596。然后，等離子氣體通過中心絕緣體424的凹陷的環(huán)形壁425(顯示為虛線)朝向遠(yuǎn)端流動，流入形成在盒體506內(nèi)的遠(yuǎn)端軸向通道534(顯示為虛線)。然后，等離子氣體通過形成在電極500和末端502之間的定位件504內(nèi)的漩渦形通道607(顯示為虛線)流動。等離子氣體然后進(jìn)入等離子腔室572，以在等離子氣體被導(dǎo)弧電離時形成一等離子束流，等離子束流退出末端502的中心退出孔574和二次帽512的中心退出孔568。此外，如上所述，等離子氣體流是同軸的，其中，等離子氣體圍繞焊炬的中心縱向軸線沿圓周地分布，并在離中心縱向軸線的任何徑向部位處沿相同的方向流動。
二次氣體流參照圖36至38，二次氣體一般從二次氣體管435(顯示為虛線)流向遠(yuǎn)端，并通過一形成在通過焊炬帽470的軸向通道602(顯示為虛線)。然后，二次氣體通過焊炬帽470和陽極體420之間的環(huán)形腔室595(顯示為虛線)沿徑向朝向外流動，并繼續(xù)流向遠(yuǎn)端流入形成在焊炬帽470和外殼428之間的外腔室610內(nèi)。二次氣體然后流過通過外絕緣體426的環(huán)形延伸部608形成的軸向通道606，流入盒體506的近端軸向通道540(顯示為虛線)。二次氣體然后進(jìn)入二次氣體通道550，并在擋板510和屏蔽帽514之間朝向遠(yuǎn)端流動，通過遠(yuǎn)端的二次氣體通道609，通過形成在二次定位件516內(nèi)的二次氣體通道513。然后，二次氣體進(jìn)入末端密封件505和二次帽512之間的二次氣體腔室578內(nèi)，以便穩(wěn)定從末端502的中心退出孔574退出的等離子束流。此外，如上所述，二次氣體流是同軸的，其中，二次氣體圍繞焊炬的中心縱向軸線沿圓周地分布，并在離中心縱向軸線的任何徑向部位處沿相同的方向流動。
操作在操作中，參照圖36和圖44-46，陰極電勢或負(fù)電勢由陰極422和電極500負(fù)載。陽極電勢或正電勢由陽極體420、中心陽極件509、遠(yuǎn)端陽極件508和末端502負(fù)載。因此，當(dāng)電力施加到等離子弧焊炬410上時，在等離子腔室572內(nèi)，一導(dǎo)弧在電極500和末端502之間形成的間隙內(nèi)產(chǎn)生。當(dāng)?shù)入x子氣體進(jìn)入等離子腔室572內(nèi)時，等離子氣體被導(dǎo)弧電離，它造成一等離子束流而形成在等離子腔室572內(nèi)，并通過末端502的中心退出孔574朝向遠(yuǎn)端流動。此外，二次氣體流入二次氣體腔室578內(nèi)，并在退出末端502的中心退出孔574時穩(wěn)定等離子束流。其結(jié)果，一高度均勻和穩(wěn)定的等離子束流退出二次帽512的中心退出孔568，以便作大電流、高配合公差的切割操作。
等離子弧焊炬410還包括多個O形環(huán)和對應(yīng)的O形環(huán)槽(如圖36至38所示)，為清晰起見，它們沒有進(jìn)行編號。O形環(huán)通常密封流體通道，即，在等離子弧焊炬操作的過程中，用于冷卻流體、等離子氣體，以及二次氣體的通道，它們應(yīng)為本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所理解。
消耗的盒體參照圖47a至47f，本發(fā)明提供一消耗的盒體650，它一般地包括盒本體506和至少一個其它的消耗部件。例如，如圖47a所示，消耗的盒體650a包括中心陽極件509、電極500、末端502、定位件504、遠(yuǎn)端陽極件508、屏蔽帽514、擋板510、末端導(dǎo)向件503、末端密封件505、二次帽512、二次定位件516，以及鎖定環(huán)517，還連同所示的一系列O形環(huán)。利用消耗盒體650，當(dāng)一個或多個消耗部件需要更換時，則更換全部的盒體650，以便對消耗部件提供快速和有效的更換，而不是一次一個地更換個別的消耗部件。
如圖47b所示，消耗盒體650b包括中心陽極件509、電極500、末端502、定位件504、遠(yuǎn)端陽極件508、屏蔽帽514、擋板510、末端導(dǎo)向件503、末端密封件505、二次帽512，以及二次定位件516。圖47c中的消耗盒體650c包括中心陽極件508和鎖定環(huán)517。示于圖47d中的消耗盒體650d包括電極500、末端502、定位件504、末端導(dǎo)向件503、末端密封件505、二次帽512，以及二次定位件516。
參照圖47e，消耗的盒體650e包括電極500、末端502、定位件504、二次帽512，以及二次定位件516。或者，圖47f中的消耗盒體650f包括中心陽極件509、電極500、末端502、定位件504、遠(yuǎn)端陽極件508、屏蔽帽514、擋板510、二次帽512，以及二次定位件516。根據(jù)本發(fā)明的原理，也可使用消耗部件的其它的組合，本文所示的具體的實施例不應(yīng)認(rèn)為限制本發(fā)明的范圍。此外，在某些消耗的盒體650中可包括如圖所示的O形環(huán)，以便在等離子弧焊炬操作過程中用來密封。
組件參照圖48a至48h，本發(fā)明較佳地提供消耗部件的具體的組件，以便方便地組裝和支承等離子弧焊炬410。例如，屏蔽帽514、擋板510和遠(yuǎn)端陽極屏蔽508的組件在圖48a中顯示為一屏蔽帽組件660。較佳地，屏蔽帽組件660對最終用戶提供為一完全的組件，其中，屏蔽帽514、擋板510，以及遠(yuǎn)端陽極屏蔽508較佳地通過過盈配合而彼此固定。此外，圖48b示出一末端組件662，它包括末端502和末端導(dǎo)向件503。另一末端組件664顯示在圖48c中，它包括末端502、末端導(dǎo)向件503和末端密封件505。
參照圖48d，圖中示出一二次定位件組件，它包括末端導(dǎo)向件505、二次定位件516，以及二次帽512。一電極組件668示于圖48e中，其包括電極500和定位件504。此外，一盒體組件670示于圖48f中，其包括盒體506、中心陽極件509，以及鎖定環(huán)517。另一盒體組件672示于圖48g中，其包括盒體506和中心陽極件509。根據(jù)本發(fā)明的原理也可使用其它組合的組件，本文所示的具體的實施例不應(yīng)認(rèn)為限制本發(fā)明的范圍。此外，在某些組件中可包括如圖所示的O形環(huán)，以便在等離子弧焊炬操作過程中用來密封。
如本文中所使用的，消耗盒體和組件應(yīng)認(rèn)為包括本文所述的消耗部件的實施例的所有可能的組合。因此，本文所揭示的消耗盒體和組件不應(yīng)認(rèn)為局限于作為具體等離子弧焊炬的一部分所揭示的消耗的部件。
焊炬頭連接現(xiàn)參照圖49，可使用上述的鎖定環(huán)517和螺紋連接，消耗部件416固定焊炬頭412。當(dāng)完全組裝時，外絕緣體426的遠(yuǎn)端面680設(shè)置在鄰近盒體506的凹陷的近端面542。因此，一環(huán)形腔682形成在外絕緣體426的遠(yuǎn)端面680和盒體的凹陷的近端面542之間。因此，流過外絕緣體426的軸向通道606的二次氣體圍繞環(huán)形腔682分布，以便通過盒體506的近端的軸向通道540(顯示為虛線)。其結(jié)果，二次氣體流過焊炬頭412和消耗部件416之間，獨立于消耗部件416相對于焊炬頭412的轉(zhuǎn)動的對齊。
同樣地，中心絕緣體424的凹陷的環(huán)形壁425設(shè)置在鄰近盒體506的近端面536。因此，一環(huán)形腔692形成在中心絕緣體424的凹陷的環(huán)形壁425和盒體506的近端面536之間。因此，流過中心絕緣體424的凹陷的環(huán)形壁425的等離子氣體圍繞環(huán)形腔692分布，以便通過形成在盒體506的遠(yuǎn)端的軸向通道534(顯示為虛線)。其結(jié)果，二次氣體流過焊炬頭412和消耗部件416之間，獨立于消耗部件416相對于焊炬頭412的轉(zhuǎn)動的對齊。
類似于二次氣體和等離子氣體流，獨立于轉(zhuǎn)動對齊的焊矩頭的連接還設(shè)置有冷卻流體流的返回。如圖所示，陽極體420的外遠(yuǎn)端面700設(shè)置在鄰近盒體506的外近端面702。因此，一環(huán)形腔室704形成在陽極體420的外遠(yuǎn)端面700和盒體506的外近端面702之間。因此，流過盒體506內(nèi)的外軸向通道533(顯示為虛線)的冷卻流體圍繞環(huán)形腔室分布，以便流過形成在陽極體420內(nèi)的凹陷的壁590(顯示為虛線)和軸向通道592(顯示為虛線)。其結(jié)果，冷卻流體流過消耗部件416和焊矩頭412之間，獨立于消耗部件416相對于焊炬頭412的轉(zhuǎn)動的對齊。
因此，一近端元件(例如，陽極體420，外絕緣體426)和一遠(yuǎn)端元件(例如，盒體506)構(gòu)造成當(dāng)近端和遠(yuǎn)端元件接合時，它們形成至少一個腔室。腔室與至少一個通過近端元件的流體通道和至少一個在遠(yuǎn)端元件內(nèi)的流體通道流體地連通，以在流體通道之間形成一流體連接，獨立于近端和遠(yuǎn)端元件的轉(zhuǎn)動的對齊。
此外，一導(dǎo)弧返回800設(shè)置在等離子弧焊矩410的近端部分并與陽極體420面接觸，這樣，也使電氣連接獨立于消耗部件416的轉(zhuǎn)動的對齊。此外，利用中心陽極件509上的棘爪549，也使中心陽極件509和陽極體420之間的電氣連接獨立于轉(zhuǎn)動的對齊。因此，本發(fā)明獨立于轉(zhuǎn)動的對齊提供電氣連接和流體連接。
應(yīng)該理解到，本文所述的焊矩頭連接也可用于本文所述的其它等離子弧焊矩的實施例。此外，如上所述的焊矩頭連接，諸如臺階形盒體設(shè)計(圖30、31)、面密封設(shè)計(圖32a、b)、直盒體設(shè)計(圖33a、b)，或球鎖定機(jī)構(gòu)(圖34a、b)也可用于本文所述的各種等離子弧焊矩的實施例，同時，保留在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，焊矩頭連接不應(yīng)認(rèn)為局限于諸如等離子弧焊矩10那樣的任何具體的等離子弧焊矩實施例。
此外，本文中所述的各消耗部件實施例(例如，尤其是，電極100a至100k、末端102a至102c)不應(yīng)局限于它們所描述的具體的等離子弧焊矩實施例中的應(yīng)用。例如，任何的電極實施例可應(yīng)用在變化的等離子弧焊矩410中，同時，保留在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的各個實施例可應(yīng)用在本文中所述的任何等離子弧焊矩上，同時，保留在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
變化的等離子弧焊炬實施例根據(jù)本發(fā)明的等離子弧焊炬的其它的形式810示于圖50中。(為清晰起見，僅示出等離子弧焊矩810的某些消耗的部件)。等離子弧焊炬810的操作基本上類似于以上所述的同軸流、等離子和二次氣體分布的、各種消耗部件實施例，以及消耗盒體、組件和焊矩頭連接的使用。然而，等離子弧焊炬810還包括一介于電極814和末端816之間的絕緣的定位件812(如圖所示)。絕緣的定位件812設(shè)置在定位件818內(nèi)，如上所述，定位件818將電極814與末端816間隔和絕緣。因此，絕緣的定位件812增加陰極電極814和陽極末端816之間的絕緣性，以使導(dǎo)弧不產(chǎn)生在電極814和末端816之間的末端816的近端820附近。相反，導(dǎo)弧形成在電極814的遠(yuǎn)端部分822附近。較佳地，絕緣定位件812由Fluorosint材料形成。
本發(fā)明的描述在本質(zhì)上僅是示范性的，因此，不脫離本發(fā)明的實質(zhì)的各種變體旨在包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，如圖51所示，如本文中所述的本發(fā)明的各種實施例可應(yīng)用在等離子弧焊矩切割系統(tǒng)912內(nèi)的一等離子弧焊矩910內(nèi)，該等離子弧焊矩切割系統(tǒng)912包括一流體控制系統(tǒng)914、一移動控制系統(tǒng)916、一起弧器918，和/或中心控制系統(tǒng)920，同時，保留在本發(fā)明的范圍內(nèi)。這樣的變體不認(rèn)為是脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一用于等離子弧焊矩的消耗盒體，它包括一盒本體；一電極，其至少部分地設(shè)置在消耗盒本體內(nèi)；一末端，其鄰近電極設(shè)置；以及一定位件，其設(shè)置在電極和末端之間。
2.如權(quán)利要求1所述的消耗盒體，其特征在于，還包括一快速脫開件，其可操作地接合在消耗盒體和等離子弧焊矩之間，其中，消耗盒體通過快速脫開件可移去地連接到等離子弧焊矩，這樣，消耗盒體和等離子弧焊矩可快速地進(jìn)行組裝和拆卸。
3.如權(quán)利要求1所述的消耗盒體，其特征在于，消耗盒體至少部分地通過斜置的盤簧可移去地固定到等離子弧焊矩。
4.如權(quán)利要求3所述的消耗盒體，其特征在于，斜置的盤簧設(shè)置在由等離子弧焊矩形成的一槽內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的消耗盒體，其特征在于，還包括一雙斜度的鎖定連接器，用來可移去地將消耗盒體固定到等離子弧焊矩。
6.一用于具有一陰極件的等離子弧焊矩的消耗盒體，消耗盒體可移去地固定到等離子弧焊矩，并包括一電極，其構(gòu)造成電氣地接觸陰極件，并當(dāng)消耗盒體與等離子弧焊矩接合時，允許一冷卻流體在電極和陰極件之間流動。
7.一用于等離子弧焊矩的消耗盒體，它可移去地固定到等離子弧焊矩并包括一陽極件；以及一與陽極件電氣接觸的末端，末端和陽極件構(gòu)造成允許流體在末端和陽極件之間流動。
8.一用于等離子弧焊矩的消耗盒體，它包括一盒本體；以及至少一個附加的消耗部件，其選自以下的組群一中心陽極件、一電極、一末端、一定位件、一末端導(dǎo)向件、一末端密封件、一遠(yuǎn)端陽極件、一屏蔽帽、一擋板、一冷卻劑導(dǎo)向件、一冷卻劑密封件、一二次帽、一二次定位件，以及一鎖定環(huán)。
9.一用于等離子弧焊矩的消耗盒體，它包括一盒本體；一中心陽極件，其設(shè)置在盒本體內(nèi)；以及一鎖定環(huán)，其圍繞盒體的近端部分設(shè)置，其中，鎖定環(huán)將消耗盒體固定到等離子弧焊矩的焊矩頭。
10.一用于等離子弧焊矩的消耗盒體，它包括一盒本體；一電極，其至少部分地設(shè)置在盒本體內(nèi)；一末端，其鄰近電極設(shè)置；一定位件，其設(shè)置在電極和末端之間；一冷卻劑導(dǎo)向件，其設(shè)置在末端附近；一冷卻劑密封件，其設(shè)置在冷卻劑導(dǎo)向件附近；一二次帽，其設(shè)置在末端的遠(yuǎn)端部分附近；以及一二次定位件，其設(shè)置在冷卻劑密封件和二次帽之間。
11.一用于等離子弧焊矩的消耗盒體，它包括一盒本體；一電極，其至少部分地設(shè)置在盒本體內(nèi)；一末端，其鄰近電極設(shè)置；一定位件，其設(shè)置在電極和末端之間；一二次帽，其設(shè)置在末端的遠(yuǎn)端部分附近；以及一二次定位件，其設(shè)置在末端和二次帽之間。
12.一用于等離子弧焊矩的消耗盒體，它包括一盒本體；一中心陽極件，其設(shè)置在盒本體內(nèi)；一電極，其至少部分地設(shè)置在盒本體內(nèi)；一末端，其鄰近電極設(shè)置；一定位件，其設(shè)置在電極和末端之間；一遠(yuǎn)端陽極件，其設(shè)置在中心體的遠(yuǎn)端部分周圍，并與中心陽極件和末端電氣地接觸；一擋板，其設(shè)置在遠(yuǎn)端陽極件周圍；一屏蔽帽，其設(shè)置在擋板周圍；一冷卻劑導(dǎo)向件，其設(shè)置在末端附近；一冷卻劑密封件，其設(shè)置在冷卻劑導(dǎo)向件附近；一二次帽，其設(shè)置在末端的遠(yuǎn)端部分附近；以及一二次定位件，其設(shè)置在冷卻劑密封件和二次帽之間。
13.一用于等離子弧焊矩的消耗盒體，它包括一盒本體；一中心陽極件，其設(shè)置在盒本體內(nèi)；一電極，其至少部分地設(shè)置在盒本體內(nèi)；一末端，其鄰近電極設(shè)置；一定位件，其設(shè)置在電極和末端之間；一遠(yuǎn)端陽極件，其設(shè)置在中心體的遠(yuǎn)端部分周圍，并與中心陽極件和末端電氣地接觸；一擋板，其設(shè)置在遠(yuǎn)端陽極件周圍；一屏蔽帽，其設(shè)置在擋板周圍；一二次帽，其設(shè)置在末端的遠(yuǎn)端部分附近；以及一二次定位件，其設(shè)置在末端和二次帽之間。
14.一用于等離子弧焊矩的消耗盒體，它包括一盒本體；一中心陽極件，其設(shè)置在盒本體內(nèi)；一電極，其至少部分地設(shè)置在盒本體內(nèi)；一末端，其鄰近電極設(shè)置；一定位件，其設(shè)置在電極和末端之間；一遠(yuǎn)端陽極件，其設(shè)置在中心體的遠(yuǎn)端部分周圍，并與中心陽極件和末端電氣地接觸；一擋板，其設(shè)置在遠(yuǎn)端陽極件周圍；一屏蔽帽，其設(shè)置在擋板周圍；一冷卻劑導(dǎo)向件，其設(shè)置在末端附近；一冷卻劑密封件，其設(shè)置在冷卻劑導(dǎo)向件附近；一二次帽，其設(shè)置在末端的遠(yuǎn)端部分附近；一二次定位件，其設(shè)置在冷卻劑密封件和二次帽之間；以及一鎖定環(huán)，其設(shè)置在盒本體的近端部分的周圍。
15.一用于等離子弧焊矩的消耗盒體，它包括一盒本體；以及至少一個附加的消耗部件，其固定到盒本體，至少一個消耗部件與等離子弧焊矩接合，以便可移去地將消耗盒體固定到等離子弧焊矩的焊矩頭，除了通過消耗盒體間接地操作等離子弧焊矩之外，無需操作等離子弧焊矩。
16.一等離子弧焊矩，包括一消耗盒體，其中，消耗盒體包括一盒本體；以及至少一個附加的消耗部件，消耗盒體的至少一個消耗部件與等離子弧焊矩接合，以便可移去地將消耗盒體固定到等離子弧焊矩，除了通過消耗盒體間接地操作等離子弧焊矩之外，無需操作等離子弧焊矩。
17.一等離子弧切割系統(tǒng)，其包括一等離子弧焊矩；以及一消耗盒體，其可移去地固定到等離子弧焊矩，消耗盒體包括一盒本體；以及至少一個消耗部件，其選自以下的組群一中心陽極件、一電極、一末端、一定位件、一遠(yuǎn)端陽極件、一屏蔽帽、一擋板、一冷卻劑導(dǎo)向件、一冷卻劑密封件、一二次帽、一二次定位件，以及一鎖定環(huán)；以及一定位系統(tǒng)，其用來相對于工件定位等離子弧焊矩。
18.一用于等離子弧焊矩的消耗盒體的盒本體，盒本體形成一接合至少一個消耗部件的內(nèi)部孔，其中，至少一個消耗部件的位置由內(nèi)部孔建立。
19.如權(quán)利要求18所述的盒本體，其特征在于，位置包括同心度。
20.如權(quán)利要求18所述的盒本體，其特征在于，包括至少兩個消耗部件，其中，在兩個消耗部件之間建立同心度。
21.如權(quán)利要求18所述的盒本體，其特征在于，位置包括軸向的位置。
22.如權(quán)利要求18所述的盒本體，其特征在于，位置包括徑向的位置。
23.一用于等離子弧焊矩的盒本體，盒本體包括至少一個流體通道。
24.如權(quán)利要求23所述的盒本體，其特征在于，流體通道包括一等離子氣體通道。
25.如權(quán)利要求23所述的盒本體，其特征在于，流體通道包括一二次氣體通道。
26.如權(quán)利要求23所述的盒本體，其特征在于，流體通道包括一冷卻流體通道。
27.如權(quán)利要求23所述的盒本體，其特征在于，盒本體包括多個流體通道，它們?nèi)菁{一等離子氣體、一二次氣體，以及一冷卻流體。
28.一用于等離子弧焊矩的陽極件，陽極件包括諸棘爪，棘爪將陽極件固定到鄰近的等離子弧焊矩的部件。
29.一用于等離子弧焊矩的消耗盒體，它包括一盒本體；以及一鎖定環(huán)，其設(shè)置在盒本體的近端部分的周圍，其中，鎖定環(huán)將消耗盒體固定到等離子弧焊矩的焊矩頭。
30.一用于等離子弧焊矩的消耗盒體，它包括至少一個消耗部件；以及一用來可移去地將消耗部分固定到等離子弧焊矩的裝置。
31.一將消耗部件安裝到一等離子弧焊矩上的方法，該方法包括以下步驟通過操作消耗盒體可移去地將消耗盒體固定到等離子弧焊矩，可移去地將消耗盒體固定到等離子弧焊矩的步驟不要求直接操作等離子弧焊矩。
32.一從一等離子弧焊矩移去消耗部件的方法，該方法包括如下步驟通過操作消耗盒體從等離子弧焊矩移去消耗盒體，從等離子弧焊矩移去消耗盒體的步驟不要求直接操作等離子弧焊矩。
33.一更換一等離子弧焊矩的消耗部件的方法，該方法包括如下步驟通過操作消耗盒體，從等離子弧焊矩移去消耗盒體，從等離子弧焊矩移去消耗盒體的步驟不要求直接操作等離子弧焊矩；以及通過操作另一消耗盒體，可移去地將另一消耗盒體固定到等離子弧焊矩，可移去地將另一消耗盒體固定到等離子弧焊矩的步驟不要求直接操作等離子弧焊矩。
全文摘要
提供一用于一等離子弧焊矩內(nèi)的消耗盒體，它包括一盒本體(106)和至少一個其它的消耗部件，例如，一末端(102)或電極(100)。當(dāng)消耗部件需要更換，而不是個別地或一次一個地更換消耗部件時，通過更換消耗盒體(106)而使消耗盒體提供方便的使用和焊矩消耗部件的方便的更換。此外，本發(fā)明還提供安裝、移去，以及更換消耗盒體的方法。
文檔編號B23K9/29GK1662339SQ03814267
公開日2005年8月31日 申請日期2003年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月19日
發(fā)明者D·H·麥克肯齊, C·J·康維, K·J·基那森, M·古格里奧塔 申請人:美商熱動力公司