用于等離子體弧炬的不對(duì)稱(chēng)消耗件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體而言涉及可以用于一種切割具有至少一個(gè)陰角/內(nèi)部拐角(internalcorner)的工件表面的等離子體電弧焊炬/弧炬(arc torch)中的一個(gè)或多個(gè)不對(duì)稱(chēng)消耗件。
【背景技術(shù)】
[0002]熱加工焊炬，諸如等離子體電弧焊炬，廣泛地用于加熱、切割、刨割/刨槽和標(biāo)記材料。等離子體電弧焊炬大體上包括電極，安裝在焊炬主體內(nèi)的具有中央出口孔的噴嘴，電連接件，用于冷卻的通路、和用于電弧控制流體(例如，等離子氣體)的通路。可選地，采用旋流環(huán)/渦流環(huán)(swirl ring)來(lái)控制形成于電極與噴嘴之間的等離子體腔室中的流體流型。在某些焊炬中，可以使用固持帽來(lái)維持在等離子體電弧焊炬中的噴嘴和/或渦流環(huán)。在操作中，該焊炬產(chǎn)生等離子體電弧，等離子體電弧是一種具有高溫和足夠動(dòng)量的離子化氣體的收縮的射流，用于輔助移除熔融金屬。
[0003]現(xiàn)有等離子體電弧焊炬，包括手持等離子體電弧焊炬的問(wèn)題在于它們難以齊平地切割具有一個(gè)或多個(gè)陰角的工件，這歸因于焊炬的軸向配置。如圖1所示，包括旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)焊炬焊嘴(torch tip) 102的常規(guī)等離子體電弧焊炬100，不能在工件中沿著所希望的路徑104進(jìn)行齊平切割。具體而言，等離子體電弧焊炬100難以盡可能靠近抵靠基座108的水平表面107切掉突伸的凸緣106，而不在水平表面107下方切割。替代地，由路徑110指示了能由等離子體電弧焊炬100實(shí)現(xiàn)的最佳切割。因此，需要二次操作，諸如研磨來(lái)移除過(guò)量工件部段112以實(shí)現(xiàn)所希望的齊平切割104。此外，等離子體電弧焊炬10越靠近于工件的拐角而導(dǎo)向等離子體電弧流動(dòng)，電弧就越可能非故意地?fù)p壞基座108，諸如在基座108的水平表面107下方沿著路徑114延伸所述切割。等離子體電弧焊炬100的又一局限性在于其不能確保工件的拐角中的切割一致地可再現(xiàn)。例如，等離子體電弧焊炬100并不具有任何定位機(jī)構(gòu)來(lái)確保能在不同工件拐角中的相同相對(duì)位置處做出相同切割。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因而，需要靠近于工件陰角執(zhí)行齊平切割操作同時(shí)最小化二次修整和避免給工件的任何其余部分造成損壞的系統(tǒng)和方法。此外，需要用以確保切割可重復(fù)和可再現(xiàn)的系統(tǒng)和方法。這些系統(tǒng)和方法可以用于許多工業(yè)應(yīng)用中，諸如在具有許多內(nèi)部隔室的載貨掛車(chē)或船殼中執(zhí)行齊平切割。
[0005]在一方面，本發(fā)明提供一種能在等離子體電弧焊炬中用于將等離子體電弧導(dǎo)向至工件的加工表面的可消耗套件。可消耗套件包括噴嘴，噴嘴包括:I)噴嘴主體，其限定穿過(guò)它延伸的縱向軸線(xiàn)；以及2)噴嘴出口孔，其安置于噴嘴主體中，用于使等離子體電弧收縮。噴嘴出口孔限定了出口孔軸線(xiàn)，出口孔軸線(xiàn)相對(duì)于縱向軸線(xiàn)以非零角度定向?？上奶准€包括大體上平行于出口孔軸線(xiàn)的對(duì)準(zhǔn)表面。對(duì)準(zhǔn)表面的尺寸設(shè)定為對(duì)準(zhǔn)所述出口孔從而使得等離子體電弧正交地碰撞到加工表面上。
[0006]在某些實(shí)施例中，對(duì)準(zhǔn)表面被配置為用以抵靠著引導(dǎo)表面而至少基本上齊平安放，引導(dǎo)表面相對(duì)于工件的加工表面成角度。引導(dǎo)表面可以是可附連到工件或等離子體電弧焊炬上的模板的一部分。在某些實(shí)施例中，對(duì)準(zhǔn)表面平行于出口孔軸線(xiàn)。對(duì)準(zhǔn)表面也可以在平行于出口孔軸線(xiàn)大約10度內(nèi)。
[0007]在某些實(shí)施例中，可消耗套件還包括:第二對(duì)準(zhǔn)表面，其相對(duì)于對(duì)準(zhǔn)表面成角度。第二對(duì)準(zhǔn)表面與對(duì)準(zhǔn)表面協(xié)同工作，對(duì)準(zhǔn)所述等離子體電弧以正交地碰撞到加工表面上。可消耗套件還可包括彎曲表面，彎曲表面用于使對(duì)準(zhǔn)表面與第二對(duì)準(zhǔn)表面互連。第二對(duì)準(zhǔn)表面可以被配置成用以接觸該加工表面。對(duì)準(zhǔn)表面或第二對(duì)準(zhǔn)表面中的至少一個(gè)可以位于噴嘴的外表面上。
[0008]在某些實(shí)施例中，可消耗套件包括相對(duì)于對(duì)準(zhǔn)表面和第二對(duì)準(zhǔn)表面成角度的第三對(duì)準(zhǔn)表面。第三對(duì)準(zhǔn)表面與對(duì)準(zhǔn)表面和第二對(duì)準(zhǔn)表面協(xié)同工作，對(duì)準(zhǔn)所述等離子體電弧以正交地碰撞到加工表面上。第三對(duì)準(zhǔn)表面可以被配置成用以接觸第二引導(dǎo)表面，第二引導(dǎo)表面相對(duì)于引導(dǎo)表面和工件的加工表面成角度。
[0009]在某些實(shí)施例中，可消耗套件還包括屏蔽件，其具有對(duì)準(zhǔn)表面、第二對(duì)準(zhǔn)表面或第三對(duì)準(zhǔn)表面中的至少一個(gè)。
[0010]在某些實(shí)施例中，對(duì)準(zhǔn)表面包括倒圓部分。噴嘴出口孔可以限定沿著出口孔軸線(xiàn)的內(nèi)部開(kāi)口和外部開(kāi)口。對(duì)于這種配置而言，從由對(duì)準(zhǔn)表面的倒圓部分所限定的幾何弧形上的第一點(diǎn)到噴嘴出口孔的外部開(kāi)口的中心的距離是至少基本上等于從對(duì)準(zhǔn)表面的倒圓部分的幾何弧形上的第二點(diǎn)到噴嘴出口孔的外部開(kāi)口的中心的距離。噴嘴出口孔的外部開(kāi)口的中心離對(duì)準(zhǔn)表面可能小于約0.25英寸。噴嘴出口孔的外部開(kāi)口可以位于第二對(duì)準(zhǔn)表面上，第二對(duì)準(zhǔn)表面相對(duì)于對(duì)準(zhǔn)表面成角度。
[0011]在某些實(shí)施例中，噴嘴出口孔是彎曲的或直的。在某些實(shí)施例中，噴嘴或?qū)?zhǔn)表面被涂覆電絕緣材料。在某些實(shí)施例中，等離子體電弧焊炬是手持等離子體電弧焊炬。
[0012]在另一方面，本發(fā)明提供一種用于等離子體電弧焊炬的噴嘴。噴嘴包括噴嘴主體，噴嘴主體具有:1)穿過(guò)噴嘴主體延伸的縱向軸線(xiàn)；2)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其關(guān)于縱向軸線(xiàn)大體上旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)；以及3)外部結(jié)構(gòu)，其關(guān)于縱向軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)不對(duì)稱(chēng)。該噴嘴包括出口孔，出口孔在噴嘴主體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部結(jié)構(gòu)之間穿過(guò)，用于使穿過(guò)出口孔的等離子體電弧收縮。出口孔關(guān)于縱向軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)不對(duì)稱(chēng)。該噴嘴還包括對(duì)準(zhǔn)表面，其位于噴嘴主體的外部結(jié)構(gòu)上以用于引導(dǎo)等離子體電弧到工件的加工表面上的特定位置。
[0013]在某些實(shí)施例中，噴嘴的出口孔限定了大體上平行于對(duì)準(zhǔn)表面的出口孔軸線(xiàn)。在某些實(shí)施例中，出口孔軸線(xiàn)相對(duì)于穿過(guò)噴嘴主體延伸的縱向軸線(xiàn)以非零角度定向。
[0014]在某些實(shí)施例中，該噴嘴還包括:位于噴嘴主體的外部結(jié)構(gòu)上的第二對(duì)準(zhǔn)表面。第二對(duì)準(zhǔn)表面適于接觸工件的加工表面。
[0015]在某些實(shí)施例中，噴嘴的對(duì)準(zhǔn)表面適于接觸引導(dǎo)表面，引導(dǎo)表面引導(dǎo)所述等離子體電弧碰撞加工表面。工件的加工表面可以與引導(dǎo)表面相對(duì)地成角度。例如，加工表面和引導(dǎo)表面可以彼此垂直并且等離子體電弧能正交地碰撞于加工表面上。在某些實(shí)施例中，對(duì)準(zhǔn)表面包括倒圓部分。
[0016]在另一方面，本發(fā)明提供一種用于手持等離子體電弧焊炬的焊炬焊嘴。焊炬焊嘴包括用于生成等離子體電弧的噴嘴。噴嘴可以包括噴嘴主體。焊炬焊嘴還包括等離子體電弧出口孔，等離子體電弧出口孔位于噴嘴主體中用于使等離子體電弧收縮。等離子體電弧出口孔限定了出口孔軸線(xiàn)。焊炬焊嘴還包括由與出口孔軸線(xiàn)相交的平面所分割的第一部分和第二部分。第一部分具有比第二部分更小的體積。焊炬焊嘴還包括位于焊炬焊嘴的第一部分的外表面上的對(duì)準(zhǔn)表面，其用以引導(dǎo)等離子體電弧以正交方式碰撞到工件的加工表面上。在出口孔軸線(xiàn)與對(duì)準(zhǔn)表面之間的距離可以小于0.5英寸，小于0.25英寸或小于0.125英寸。
[0017]在某些實(shí)施例中，出口孔軸線(xiàn)定位成與穿過(guò)噴嘴主體延伸的縱向軸線(xiàn)成非零角度。
[0018]在某些實(shí)施例中，焊炬焊嘴包括第二對(duì)準(zhǔn)表面，其定位于焊炬焊嘴的第二部分的外表面上。第二對(duì)準(zhǔn)表面被配置成用以接觸所述工件的加工表面。在某些實(shí)施例中，焊炬焊嘴的第一部分為第二部分體積的約1/3或更小。
[0019]在另一方面，本發(fā)明提供一種制造可在等離子體電