專利名稱：在等離子體弧氣炬的應(yīng)用中不連續(xù)氣體噴射流的產(chǎn)生的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及等離子體弧氣炬的工作，其可用于工件的加工，例如切割、穿 孔或在金屬工件上做出標(biāo)志，并且尤其涉及等離子體噴射流的改進。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，等離子體弧氣炬廣泛地用于工件的加工，例如切割、穿孔和/或在金屬 材料(即單質(zhì)金屬、金屬合金等)上做出標(biāo)志。等離子體弧氣炬一般包括安裝在氣 炬的本體(即氣炬本體)內(nèi)的電極，具具有等離子體出口部分(有時稱為出口孔或 出口端)的噴嘴，電連接件，用于冷卻流體、保護流體和弧控制流體的流體通路、 控制成形在電極和噴嘴之間的等離子體腔室里的流體流動形態(tài)的旋轉(zhuǎn)環(huán)、以及電 源。這種氣炬可產(chǎn)生等離子體弧，它是一種具有高溫和高動量的被收縮的離子化的 等離子體氣體噴射流(也就是一種離子化的等離子體氣體流)。用在等離子體弧氣 炬中的氣體可以是非氧化的氣體(例如氬氣、氮氣)或氧化的氣體(例如氧氣、空 氣)。
在使用中，首先在電極(即陰極)和噴嘴(即陽極)之間產(chǎn)生引導(dǎo)電弧?？梢?用連接于直流電源和等離子體弧氣炬的高頻高壓信號或任何種類的接觸觸發(fā)方法 產(chǎn)生引導(dǎo)電弧。在某些構(gòu)造中，給氣炬本體安裝屏蔽，以防止在加工過程中從工件 飛濺出來的金屬(有時稱為飛渣)落積在氣炬零件(即噴嘴或電極)上。通常，屏 蔽包括屏蔽出口部分(也稱為屏蔽孔)，其允許等離子體噴射流從其中流過。屏蔽 可安裝成與噴嘴同軸，以使等離子體流的出口部分對準(zhǔn)屏蔽出口部分。
等離子體弧的穩(wěn)定性一直是對等離子體弧切割系統(tǒng)的一個限制。特別是，最大 切斷厚度、切割速度、繞過角落時弧的穩(wěn)定性、以及交叉切縫的存在都可能對工件 的加工質(zhì)量有不利的影響，例如，會產(chǎn)生不均勻(即粗糙)的加工表面。利用同軸的屏蔽流動設(shè)計結(jié)構(gòu)，例如像Lindsay的美國專利No.6,207,923 (轉(zhuǎn)讓給了美國新 罕布什爾州Hanover市的Hypertherm， Inc.公司)中所述的那樣，可以改善弧的穩(wěn) 定性，這是一個已知的方法。同軸的屏蔽流動設(shè)計結(jié)構(gòu)通常采用軸向定向的保護氣體柱來圍繞等離子體噴射流。保護氣體柱可以通過把噴嘴端部延伸設(shè)置在收縮管形 狀的屏蔽內(nèi)來產(chǎn)生。
圖1A—1B描繪出一種構(gòu)造，其利用同軸的屏蔽流動設(shè)計結(jié)構(gòu)可形成保護氣體
柱。圖1A表示出氣炬100，其包括以與噴嘴110有間隔的關(guān)系安裝的電極105， 從而在它們之間形成沿著縱向軸線A的等離子體腔室115。屏蔽120相對于噴嘴110安裝成在它們之間形成氣體通路125。噴嘴110形成等離子體出口部分130， 離子化的等離子體噴射流(未示)從氣炬通過這個出口部分噴射出去。屏蔽120 形成大致與等離子體出口部分130同軸的屏蔽出口部分135。輔助氣體(未示)流過氣體通路125并通過屏蔽出口部分135流出氣炬100而形成圍繞著等離子體噴射流的輔助氣體柱。屏蔽120還形成多個出口孔140。在氣炬100的工作過程中，某 些輔助氣體經(jīng)各出口孔140流出。這些輔助氣體可防止周圍環(huán)境中的流體和保護氣 體柱/等離子體氣體柱之間的相互作用。
這種設(shè)計結(jié)構(gòu)的噴嘴HO和屏蔽120，在切割速度、弧的穩(wěn)定性、以及穿透能 力等方面，比以往的構(gòu)造有明顯的改善。但是，在水冷等離子體弧氣炬系統(tǒng)中在超 過約260安培時，同軸的屏蔽流動設(shè)計結(jié)構(gòu)不能工作，以及在空氣冷卻等離子體弧 氣炬系統(tǒng)中在超過約100安培時不能工作。其性能的降低部分地是由于噴嘴110 的延伸的小直徑端頭部分150 (也就是噴嘴110的向屏蔽出口部分135軸向延伸的 那一部分)很容易過熱。過熱可能使切口質(zhì)量降低并引起噴嘴IIO的過早失效。另 一個限制是屏蔽出口孔相當(dāng)長的軸向長度155，這是為建立軸向定向的保護氣體柱 所需要的。較長的軸向長度155通常會使噴嘴110和工件(未示)之間的距離相當(dāng) 大。
圖1B是圖1A的氣炬100的沿著平面l一l'的剖面圖。圖1B表示出兩個同軸的氣流柱的起源。等離子體噴射流是從氣炬IOO通過噴嘴110的等離子體出口部分130向外噴出。氣體柱是產(chǎn)生在噴嘴110的外表面165和屏蔽120的屏蔽出口部分 135的內(nèi)表面170之間的空間160里。等離子體出口部分130和空間160之間的直 徑差允許輔助氣體包圍等離子體噴射流。
在保護氣體撞擊等離子體噴射流或與之發(fā)生干擾時就出現(xiàn)了在用保護氣體改 善弧的穩(wěn)定性時遇到的一個具體問題。在一種已知的構(gòu)造中，等離子體弧氣炬包括電極和安裝成與屏蔽有間隔的噴嘴，而形成一個或多個通路，供流體(即保護流體) 流過位于屏蔽和噴嘴之間的空間。等離子體氣體沿著氣炬的縱向軸線流過氣炬(例如圍繞著電極，流過噴嘴，通過噴嘴出口孔流出)。保護氣體或其它流體流過一個
或多個通路來冷卻噴嘴并在等離子體氣體流通過噴嘴出口孔的過程中以90度的角 度撞擊離子化的等離子體氣體流。由于這種撞擊，離子化的等離子體氣體流可能受 到破壞(例如產(chǎn)生等離子體氣體流的不穩(wěn)定性)，這可能導(dǎo)致工件加工不良。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)在需要加強噴嘴的冷卻和改善等離子體弧的穩(wěn)定性，以使這一部件不致過早 失效。此外，需要改善等離子體弧的穩(wěn)定性以及從根本上降低周圍環(huán)境中的流體對 等離子體弧的撞擊。也需要增加等離子體弧的穩(wěn)定性以及減小噴嘴和工件之間的距 離，以改善薄的工件的切割。增加等離子體弧的穩(wěn)定性有利于提高切割速度，節(jié)省 切割時間，以及提高穿透較厚工件的能力，這都有利于提高氣炬操作者的生產(chǎn)率。
本發(fā)明通過降低對等離子體弧的撞擊或干擾可克服等離子體弧穩(wěn)定性方面的 缺點，同時還可對噴嘴進行足夠的冷卻，這可延長噴嘴的使用壽命和改善工件加工。 本發(fā)明用一種新的設(shè)計結(jié)構(gòu)可克服已知結(jié)構(gòu)的缺點，這種新結(jié)構(gòu)是在噴嘴內(nèi)或噴嘴 上整個地或部分地設(shè)置凹槽、腔孔或其它流動通路(本文中將它們統(tǒng)稱為流體通路 或氣體通路)來形成毗鄰于等離子體噴射流的流體不連續(xù)噴射流。例如，不連續(xù)噴 射流可由屏障氣體、等離子體氣體、輔助氣體或第三氣體來形成。不連續(xù)噴射流可 防止周圍環(huán)境中的流體和等離子體噴射流之間的相互作用。當(dāng)流體流經(jīng)流體通路 時，可改善噴嘴的冷卻效果。而且，不連續(xù)噴射流以及不連續(xù)噴射流和等離子體噴 射流的組合可大大地增強軸向動量，這可增大穿透工件的速度和深度。足夠的噴嘴 冷卻組合于噴射流的增大的軸向動量也可提高氣炬的效率以及延長氣炬的其它部 件的壽命。本文闡述的概念可應(yīng)用于不同型式的等離子體弧氣炬，例如高頻高壓氣 炬、轉(zhuǎn)移弧氣炬、或接觸觸發(fā)氣炬(例如"向前吹的"或"向后吹的"接觸觸發(fā)氣 炬)。
一方面，本發(fā)明包括用于等離子體弧氣炬的噴嘴。這種噴嘴包括后部和前部， 后部形成等離子體腔室的一部分，而前部包括毗鄰于后部的第一端和形成等離子體
出口部分的第二端。一個或多個流體通路設(shè)置在前部內(nèi)并且是從第一端延伸到第二 端。每個流體通路具有通路出口部分，其可提供圍繞著等離子體噴射流的一個或多 個輔助氣體不連續(xù)噴射流。在某些實施例中， 一個或多個不連續(xù)噴射流集合地包圍 著等離子體噴射流。在某些實施例中， 一個或多個不連續(xù)噴射流是設(shè)置成圍繞著等 離子體噴射流，以防止例如周圍環(huán)境中的流體和等離子體噴射流相互作用。
在某些實施例中，每個通路出口部分基本上毗鄰于等離子體出口部分。在某些
實施例中，每個流體通路形成一路徑，這些路徑可產(chǎn)生流出各通路出口部分的不連 續(xù)噴射流。不連續(xù)噴射流可以是同軸于，或基本上平行于，或以一角度收斂于，或 以一角度發(fā)散于等離子體噴射流。不連續(xù)噴射流向等離子體噴射流收斂或從等離子 體噴射流向外發(fā)散的角度可根據(jù)例如具體的加工應(yīng)用和它所希望的等離子體弧穩(wěn) 定性來改變。所述后部和前部可制成為一體。 一個或多個流體通路可包括多個一起 形成圍繞著等離子體出口部分的徑向分布的流體通路。
所述前部可包括沿著每個流體通路的一側(cè)設(shè)置的釋放平面,用以增加輔助流體 流進入各流體通路的量。輔助流體可以旋轉(zhuǎn)地流過各流體通路。各流體通路可促使 輔助流體作旋轉(zhuǎn)流動。在某些實施例中，所述后部包括可把噴嘴固定于等離子體弧 氣炬本體的固定機構(gòu)。噴嘴的前部和后部可以用某種導(dǎo)電材料來制成。
在某些實施例中，噴嘴包括包圍部件，其形成內(nèi)表面和外表面。包圍部件可相 對于所述前部安裝成使內(nèi)表面的至少一部分與所述前部協(xié)同而形成一個或多個流 體通路。包圍部件的內(nèi)表面可形成一個或多個對應(yīng)于設(shè)置在噴嘴的前部上的一個或 多個流體通路的不連續(xù)流體通路。
在某些實施例中，噴嘴包括包圍部件，其形成內(nèi)表面和外表面。包圍部件可相 對于噴嘴的前部安裝成使內(nèi)表面的至少一部分與所述前部協(xié)同而形成輔助流體通 路。輔助流體可獨立地流經(jīng)這一輔助流體通路，與流經(jīng)等離子體腔室的等離子體氣 體或流過包圍部件的外表面的保護氣體無關(guān)。在某些實施例中，每個流體通路各為 輔助流體提供不連續(xù)路徑。在某些實施例中，等離子體弧氣炬是一種轉(zhuǎn)移弧等離子 體弧氣炬。
另一方面，本發(fā)明包括屏蔽。該屏蔽可保護等離子體弧氣炬的噴嘴。該屏蔽包 括屏蔽本體，其形成屏蔽出口部分并具有外部分和內(nèi)部分。內(nèi)部分可包括角度轉(zhuǎn)折 部分，其可使流體轉(zhuǎn)向進入設(shè)置在噴嘴內(nèi)的流體通路。在某些實施例中，屏蔽本體 的內(nèi)部分包括一個或多個角度轉(zhuǎn)折部分，其可使流體轉(zhuǎn)向進入設(shè)置在噴嘴內(nèi)的一個 或多個對應(yīng)的流體通路。
再一方面，本發(fā)明特有用于等離子體弧氣炬的屏蔽。該屏蔽包括屏蔽本體，其 形成屏蔽出口部分并具有外部分和內(nèi)部分。屏蔽本體的內(nèi)部分包括一個或多個流體 通路，每個通路具有通路出口部分，這些出口部分可提供圍繞著等離子體噴射流的 一個或多個輔助氣體不連續(xù)噴射流。
再一方面，本發(fā)明包括用于等離子體弧氣炬的氣炬端頭，并且該端頭具有一縱 向軸線。這種氣炬端頭包括噴嘴，噴嘴具有后部和前部，后部形成等離子體腔室的至少一部分。前部包括設(shè)置成毗鄰于所述后部的第一端和形成等離子體出口部分的 第二端。 一個或多個流體通路設(shè)置在前部內(nèi)，每個流體通路從第一端延伸到第二端。 每個流體通路具有通路出口部分，這些出口部分可提供圍繞著等離子體噴射流的輔 助流體不連續(xù)噴射流。這種氣炬端頭包括具有屏蔽本體的屏蔽，屏蔽本體形成屏蔽 出口部分并且也具有外部分和內(nèi)部分。相對于氣炬端頭的縱向軸線，屏蔽安裝成與 噴嘴有間隔，而使屏蔽和噴嘴之間形成輔助通路。在某些實施例中，所述內(nèi)部分包 括一個或多個角度轉(zhuǎn)折部分，用于使氣體轉(zhuǎn)向進入所述一個或多個流體通路。
在某些實施例中，流體通路是設(shè)置在噴嘴的前部內(nèi)并包括通路出口部分，其設(shè) 置成基本上毗鄰于噴嘴的等離子體出口部分。
再一方面，本發(fā)明特有一種方法。這種方法包括產(chǎn)生等離子體噴射流，使其從 可拆卸地安裝于氣炬本體的噴嘴的等離子體出口部分流出等離子體弧氣炬。這種方 法包括形成從一個或多個流體通路的通路出口部分噴出的一個或多個輔助流體不 連續(xù)噴射流，這些流體通路是至少部分地設(shè)置在噴嘴上或基本上同軸于噴嘴地安裝 在氣炬上的屏蔽上。不連續(xù)噴射流是設(shè)置成圍繞著等離子體噴射流的縱向軸線。在 某些實施例中，這種方法包括降低周圍環(huán)境中的流體和等離子體噴射流之間的相互 作用。周圍環(huán)境中的流體可包括大環(huán)境中的空氣、小環(huán)境中的空氣、或某種流體。 在某些實施例中，這種方法包括提高不連續(xù)噴射流的、等離子體噴射流的或兩者的 軸向動量。
再一方面，本發(fā)明特有用于等離子體弧氣炬的氣炬端頭，并且該氣炬端頭包括 噴嘴，噴嘴具有后部和前部，后部形成等離子體腔室的至少一部分。前部包括設(shè)置 成毗鄰于后部的第一端、形成等離子體出口部分的第二端、以及設(shè)置在前部上并從 第一端延伸到第二端的一個或多個不連續(xù)流體路徑的至少一部分。這種氣炬端頭還 包括包圍部件，其形成內(nèi)表面和外表面。包圍部件相對于噴嘴安裝成使內(nèi)表面的至 少一部分與噴嘴的前部協(xié)同而形成一個或多個流體通路，用于產(chǎn)生一個或多個輔助
流體不連續(xù)噴射流。在某些實施例中，包圍部件的內(nèi)表面形成一個或多個不連續(xù)流 體通路的一部分，這些通路對應(yīng)于設(shè)置在噴嘴的前部上的一個或多個不連續(xù)流體路 徑。在某些實施例中，這種氣炬端頭包括設(shè)置在噴嘴和包圍部件的內(nèi)表面之間的密 封件。
再一方面，本發(fā)明特有用于等離子體弧氣炬的氣炬端頭。這種氣炬端頭包括噴 嘴，噴嘴具有形成等離子體腔室的至少一部分的后部和形成等離子體出口部分的前 部。這種氣炬端頭還包括用于產(chǎn)生圍繞著從等離子體出口部分流出氣炬的等離子體噴射流的一個或多個輔助氣體不連續(xù)噴射流的裝置。這種氣炬端頭包括相對于噴嘴 安裝的包圍裝置，其形成允許不連續(xù)噴射流流出氣炬端頭的流體出口部分。包圍裝 置可以是例如安裝于氣炬的屏蔽、施加于噴嘴的涂層或鍍層、協(xié)同形成噴嘴的一部 分的殼帽、或密封件。用于產(chǎn)生不連續(xù)噴射流的裝置可以是例如流體通路，這些通 路具有設(shè)置成圍繞著等離子體出口部分的流體通路出口部分。流體通路和流體通路 出口部分可設(shè)置在噴嘴內(nèi)、包圍裝置內(nèi)、或兩者的組合內(nèi)。在某些實施例中，流體 通路可由既不是噴嘴也不是包圍部件的部件來形成。
再一方面，本發(fā)明特有等離子體弧氣炬。這種氣炬包括電極，電極的外表面形 成等離子體腔室的一部分。這種氣炬包括可拆卸地安裝于氣炬本體的噴嘴。噴嘴包
括后部和前部，后部形成等離子體腔室的至少一部分。氣炬包括用于產(chǎn)生一個或多 個輔助氣體不連續(xù)噴射流的裝置。不連續(xù)噴射流是設(shè)置成圍繞著流出噴嘴的等離子 體出口部分的等離子體噴射流。氣炬包括屏蔽，其安裝于固定帽，而固定帽固定于 氣炬本體。屏蔽形成屏蔽出口部分，其基本上對準(zhǔn)等離子體出口部分，以允許等離 子體噴射流和不連續(xù)噴射流流出氣炬。這種氣炬還包括相對于氣炬本體安裝的旋轉(zhuǎn) 環(huán)。該旋轉(zhuǎn)環(huán)可使氣炬內(nèi)的等離子體氣體、輔助氣體、或第三氣體中的至少之一作 旋轉(zhuǎn)流動。在本文描述的任一方面或?qū)嵤├?，等離子體弧氣炬可以是轉(zhuǎn)移弧等離 子體弧氣炬。在本文描述的任一方面或?qū)嵤├?，等離子體弧氣炬可以是非轉(zhuǎn)移弧 等離子體弧氣炬。
在這樣的實施例中，本發(fā)明具有這樣的優(yōu)點，諸如氣炬噴嘴和/或諸如屏蔽的 包圍部件的冷卻得到了改善。其它的優(yōu)點包括可延長噴嘴的使用壽命，可增大噴射 流的軸向動量，以及可增加等離子體弧的穩(wěn)定性。除其它好處之外，增大的等離子 體弧穩(wěn)定性和/或增大的軸向動量可提高工件的切割速度和穿透更厚工件的能力。 在等離子體弧氣炬工作中，增大的等離子體弧穩(wěn)定性可降低工件的表面粗糙度和波 浪度。本發(fā)明的某些實施例可降低等離子體弧氣炬的工作噪聲，特別是由等離子體 弧產(chǎn)生的噪聲。由于允許進行更快的、質(zhì)量更高的、更有效的工件加工，所描述的 各個優(yōu)點可提高等離子體弧氣炬操作者的生產(chǎn)率。


從以下結(jié)合附圖進行的本發(fā)明的詳細說明能夠更容易地理解以上的論述。
圖1A—1B是已知的等離子體弧氣炬的構(gòu)造，其與同軸的屏蔽流設(shè)計結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)；圖2A—2B描繪出本發(fā)明的示例性實施例，其特有設(shè)置在噴嘴內(nèi)的氣體通路； 圖3A—3B描繪出噴嘴的實施例，其包括釋放平面-,
圖4表示出用于等離子體弧氣炬的屏蔽，其包括角度轉(zhuǎn)折部分，用于引導(dǎo)輔助 氣體進入流體通路；
圖5A—5C描繪出氣炬端頭的實施例，其包括形成流體通路的一部分的包圍部
件；
圖6A — 6C描繪出噴嘴的實施例，其包括設(shè)置在噴嘴內(nèi)的流體通路； 圖7A—7C表示出氣炬端頭的示例性實施例，其包括密封部件； 圖8A—8B描繪出氣炬端頭的替換實施例，其包括包圍部件； 圖9A — 9C表示出噴嘴的示例性實施例，其包括包圍部件；以及 圖IO是本發(fā)明的一種屏蔽的實施例的立體圖。
具體實施例方式
圖2A描繪出設(shè)置在本發(fā)明的噴嘴內(nèi)的流體通路的示例性實施例。圖2表示出 包括噴嘴205的氣炬端頭200，噴嘴具有沿著縱向軸線A與之同軸而間隔地安裝的 屏蔽210。噴嘴205和屏蔽210都可用導(dǎo)電材料來制成。在某些實施例中，噴嘴205 和屏蔽210是用同一種導(dǎo)電材料制成的。在其它實施例中，噴嘴205和屏蔽210 是用不同的導(dǎo)電材料制成的。適于用在氣炬端頭200中的導(dǎo)電材料的例子包括但不 限于純銅、鋁或黃銅。在這一所示的實施例中，噴嘴205和屏蔽210安裝成互相間 隔的關(guān)系，它們之間形成輔助流體通路215。
在工件加工過程中，諸如輔助氣體的流體可沿著輔助流體通路215流過并最終 從氣炬端頭200通過由屏蔽210形成的且基本上同軸地對準(zhǔn)于噴嘴205的出口部分 225的屏蔽出口部分220排出。在等離子體弧的應(yīng)用中，等離子體弧(未示)是通 過建立電極235和噴嘴205之間的相對電勢而形成在電極235 (例如陰極)和噴嘴 205 (例如陽極)之間的空間230內(nèi)。在所示的這一實施例中，噴嘴205包括后部 240,其形成等離子體腔室245的至少一部分。電極235與噴嘴205的后部240協(xié) 同而在它們之間形成等離子體腔室245的至少一部分。在等離子體弧形成之后，把 等離子體氣體(未示)供給到等離子體腔室245。等離子體氣體被電極235和噴嘴 205之間的電勢離子化，并且等離子體弧從噴嘴205轉(zhuǎn)移到工件(未示)。氣炬200 在等離子體弧己經(jīng)從噴嘴205運動到工件時的工作被稱為轉(zhuǎn)移弧方式。
噴嘴205包括前部250，該前部具有設(shè)置成毗鄰于后部240的第一端255。在所示的這一實施例中，噴嘴205包括幾個流體通路260，它們設(shè)置在噴嘴205的前 部250內(nèi)并且從前部250的第一端255延伸到其第二端265，而第二端265形成噴 嘴出口部分225。
隨著流體(未示)流過輔助流體通路215，某些流體流進各流體通路260。流 體流過各流體通路260，然后通過屏蔽出口部分220流出氣炬端頭200。每個流體 通路260包括通路出口部分270。隨著流體流過通路出口部分270流出各流體通路 260,就形成輔助氣體不連續(xù)噴射流(未示)。在所示的這一實施例中，輔助氣體的 這種不連續(xù)噴射流圍繞著從噴嘴出口部分225流出的等離子體噴射流(未示)。不 連續(xù)的氣體噴射流，通過降低周圍環(huán)境中的流體或輔助氣體被帶入等離子體噴射流 中的量，可保護等離子體噴射流并使其穩(wěn)定。在某些實施例中，流體通路260或通 路出口部分270是定向為使輔助氣體的不連續(xù)噴射流相對于軸線A向等離子體噴 射流收斂或從其向外發(fā)散。在某些實施例中，不連續(xù)的氣體噴射流同軸地圍繞著等 離子體噴射流。不連續(xù)的氣體噴射流可阻止周圍環(huán)境中的流體和等離子體噴射流之 間的相互作用。
圖2B描繪出圖2A的氣炬端頭200的沿著平面2 — 2'的剖面圖。圖2B表示出 不連續(xù)氣體噴射流的起源。等離子體噴射流通過噴嘴205的等離子體出口部分225 從氣炬端頭噴射出去。不連續(xù)的氣體噴射流由通過通路出口部分270流出氣炬端頭 200且流過屏蔽出口部分220的輔助氣體產(chǎn)生。在某些實施例中，通路出口部分270 與屏蔽出口部分220協(xié)同而使得形成不連續(xù)的氣體噴射流。
圖3A是包括釋放平面的噴嘴的立體圖。噴嘴300包括設(shè)置在噴嘴300的外表 面310內(nèi)的多個流體通路305。如圖所示，流體通路305包括設(shè)置在噴嘴300的前 部315內(nèi)靠近流體通路305的上游部分320的凹槽。通路出口部分325是設(shè)置成毗 鄰于并徑向地圍繞著噴嘴出口部分330。噴嘴300包括沿著流體通路305設(shè)置的例 如在一個或多個流體通路305的上游部分320處的釋放平面335。釋放平面335可 構(gòu)形為能夠為從流體源供給來的流體增大流通面積，例如圖2A的輔助流體通路 215的流通面積。增大的流通面積可降低輔助流體通路215內(nèi)這一部位處的流動背 壓，從而提高輔助氣體的流動速度并誘發(fā)附加氣體流。釋放平面335能夠起氣體動 力學(xué)的"風(fēng)戽"或"翅片"的作用，能夠增加流體流進流體通路305的量。
在某些實施例中，流體通路305是相對于縱向軸線A以各種角度定向。例如， 流體通路305可以傾斜于軸線A約11° 。這樣的傾斜或角度可使流體(例如輔助 流體或保護流體)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)或螺旋運動并可改善被加工工件的切割邊緣或切口的質(zhì)
量。還可讓流體通路305以相對的角度傾斜于等離子體噴射流，以使不連續(xù)的噴射
流能夠向等離子體噴射流收斂或從其向外發(fā)散。
噴嘴300還包括后部340。流體通路305從前部315的第一端345延伸到前部 315的第二端350。在某些實施例中，前部315是與后部340成形為一體(例如前 部315和后部340是用同一件材料制造)。在某些實施例中，前部315和后部340 可以不是成形為一體。例如，前部315和后部340可以用不同的材料或兩塊單獨的 材料制造。然后可把前部315和后部340裝配到一起(例如用摩擦配合或螺紋配合)。 這樣的構(gòu)造是屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。還有，可以設(shè)想用附加的部件，例如可以用 軸向地朝向后部340的部件(未示)來引導(dǎo)輔助氣體流向流體通路305，而后這一 氣流達到前部315。這樣的構(gòu)造是屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
圖3B是圖3A的噴嘴300的端視圖。其表示出由毗鄰于流體通路305的釋放 平面335產(chǎn)生的附加流通面積。而且，清楚地描繪出通路出口部分325相當(dāng)?shù)亟咏?等離子體出口部分330。在某些實施例中，相當(dāng)靠近等離子體出口部分330的通路 出口部分325允許轉(zhuǎn)移弧氣炬以低的電流工作。使用低的工作電流可延長噴嘴300 的工作壽命。
圖4表示出用于等離子體弧氣炬的屏蔽，其包括角度轉(zhuǎn)折部分，用于把輔助氣 體導(dǎo)入流體通路。氣炬端頭400包括屏蔽405和噴嘴410。相對于縱向軸線A，屏 蔽405安裝成間隔于噴嘴410，使輔助氣體通路415位于它們之間。在某些實施例 中，噴嘴410可以是圖2A的噴嘴205或圖3A和3B的噴嘴300。屏蔽405包括角 度轉(zhuǎn)折部分420,其可將流過輔助氣體通路415的流體導(dǎo)入流體通路425。類似于 圖3A和3B的釋放平面335，轉(zhuǎn)折部分420可改變輔助氣體通路415的流動路徑。 附加的流通面積可降低這一點處的流動背壓，從而提高氣體的流動速度并誘發(fā)進入 流體通路425的附加氣體流。在某些實施例中，角度轉(zhuǎn)折部分420形成屏蔽410 的連續(xù)地圍繞著縱向軸線A的環(huán)形區(qū)域。在其它實施例中，角度轉(zhuǎn)折部分420是 設(shè)置成不連續(xù)地徑向地圍繞著縱向軸線A。不連續(xù)地設(shè)置的角度轉(zhuǎn)折部分420可設(shè) 置成徑向地或同軸地對準(zhǔn)流體通路425，但不必一定要這樣。
氣炬端頭400的某些實施例的特點是把圖3A和3B的釋放平面335與圖4的 角度轉(zhuǎn)折部分420結(jié)合了起來，從而可進一步增加進入流體通路425的流體流。流 體通路425內(nèi)增加的流體流可提高圍繞著等離子體噴射流的不連續(xù)氣體噴射流的 有效性。圖3A、 3B和圖4的各實施例的優(yōu)點包括可以進行較快的工件切割和穿透 較厚的工件。 一種進一步改善工件加工的方法包括增大由噴嘴410形成的腔孔430的長度。腔孔430是噴嘴410的從噴嘴410的內(nèi)表面435延伸到等離子體出口部分 440的那一部分。增加腔孔430的長度可改善噴嘴的這一部分的長度對直徑之比， 從而增加噴嘴410的傳熱面積，同時也增大由流體對噴嘴端頭445進行對流冷卻的 潛力，這有利于延長噴嘴的使用壽命。通過在噴嘴410內(nèi)設(shè)置流體通路425，既可 增大傳熱面積又可增強對流冷卻效果。
圖5A — 5C描繪出氣炬端頭的實施例，其包括構(gòu)成通路的一部分的包圍部件。 圖5A是氣炬端頭500的剖視圖。這個氣炬端頭包括噴嘴505和包圍部件510，后 者以物理接觸或鄰接的關(guān)系接觸噴嘴505的前部515。包圍部件510 —般不是相對 于縱向軸線A安裝成與噴嘴有間隔。噴嘴505的前部515包括流體通路520。包圍 部件510的內(nèi)表面525與噴嘴505的外表面530協(xié)同而形成輔助流體通路535。包 圍部件510的內(nèi)表面525和噴嘴的外表面530之間的界面540建立輔助流體通路 535內(nèi)的流體密封。這個流體密封使輔助流體通路535和流體通路520之間產(chǎn)生壓 力降，這將增加流體流入流體通路520的流量。
圖5B是圖5A的氣炬端頭的立體剖視圖。包圍部件510的內(nèi)表面525與噴嘴 505的外表面530協(xié)同而形成兩側(cè)的流體通路520，用于產(chǎn)生輔助氣體的圍繞著等 離子體噴射流(未示)的不連續(xù)噴射流(未示)。包圍部件510的內(nèi)表面525和流 體通路520形成封閉的路徑，供輔助氣體從噴嘴505的第一端540流向噴嘴505 的第二端545。輔助氣體通過通路出口端550流出噴嘴的第二端545而形成不連續(xù) 的氣體噴射流。等離子體噴射流通過等離子體出口部分555流出氣炬端頭500。包 圍部件510的出口部分560與包圍部件510的端面565協(xié)同而形成通路出口部分 550。
圖5A—5C的構(gòu)造的優(yōu)點是，有相對較多的流體流經(jīng)流體通路520并最終從通 路出口部分550流出。對于輔助流體(例如對于流出氣炬的流體)，由于不存在另 外的流動路徑，流經(jīng)流體通路520的流體流量將增大。更具體地說，基本上全部氣 體流量將流經(jīng)形成的流體通路520。
圖5C是圖5A和5B的氣炬端頭500的立體圖。在某些實施例中，包圍部件 510包括流體通路的對應(yīng)于設(shè)置在噴嘴505上的流體通路520的那些部分的各部分 (未示)。例如，包圍部件510可包括對應(yīng)于設(shè)置在噴嘴510上的流體通路520的 凹槽(未示)。包圍部件510上的凹槽的優(yōu)點是可增大噴嘴510的上游部分570的 氣體流通面積，而使不連續(xù)的氣體噴射流離開通路出口部分550時的氣體流動速度 為更高。例如，噴嘴505和包圍部件510可以各自形成相等數(shù)目的半通路，在把包圍部件510安裝成鄰接地接合于噴嘴505時，這些對應(yīng)的半通路就形成相等數(shù)目的 兩側(cè)通路。
圖6A—6C描繪出包括成形在其內(nèi)的流體通路的噴嘴。圖6A是噴嘴600的剖 視圖。噴嘴600的內(nèi)表面605形成等離子體腔室610的一部分。噴嘴600包括前部 615和后部620。噴嘴600的內(nèi)表面605形成等離子體出口部分625，等離子體噴 射流從等離子體弧氣炬(未示)沿著縱向軸線A通過這個出口部分噴射出去。噴 嘴600還包括設(shè)置在其前部615內(nèi)的流體通路630。流體通路630從輔助氣體進入 點635延伸到設(shè)置成接近等離子體出口部分625的通路出口部分640。在某些實施 例中，流體通路630是穿過被制成噴嘴600的材料的腔孔(例如，流體通路630 是穿過噴嘴600的封閉的路徑或通道)。
圖6B是圖6A的噴嘴600的立體剖視圖。圖6A—6C的中的噴嘴的有利結(jié)構(gòu) 包括，通路出口部分640是完全由制成噴嘴600的材料形成。更具體地說，通路出 口部分640是由噴嘴600的毗鄰于等離子體出口部分的端面645形成。不需要用來 形成不連續(xù)氣體噴射流的附加部件(例如，不需要用屏蔽或包圍部件來形成流體通 路630)。而且，成形在噴嘴600內(nèi)的流體通路630允許把通路出口部分640定位 成相當(dāng)?shù)亟咏入x子體出口部分625，這有利于用低電流進行工作。
圖6C是圖6A和6B的噴嘴600的立體視圖。在某些實施例中，包圍部件650 是設(shè)置成圍繞著噴嘴600，用于絕緣或密封的目的，以延長噴嘴600的使用壽命。 如圖所示，包圍部件650是從噴嘴600的前部615 (例如等離子體出口孔625)延 伸到的它的后部620 (例如從氣體進入點635軸向地向后的部分)。在某些實施例 中，包圍部件650不是延伸穿過氣體進入點635。包圍部件650可防止飛渣撞擊或 落積在噴嘴600上。此外，與傳統(tǒng)的屏蔽相比，厚度相當(dāng)小的包圍部件650允許把 噴嘴600定位成更接近工件(未示)。
圖7A—7C表示出氣炬端頭的示例性實施例，其包括密封件。圖7A是氣炬端 頭700的剖視圖。氣炬端頭700包括噴嘴705和屏蔽710，兩者相對于縱向軸線A 安裝成間隔的關(guān)系而在它們之間形成輔助流體通路715。密封件720裝在噴嘴705 和屏蔽710之間。在某些實施例中，密封件720是以包圍的關(guān)系安裝于噴嘴705。 密封件720既接觸噴嘴705也接觸屏蔽710。如圖所示，密封件720與噴嘴705協(xié) 同而形成流體通路725的一部分。屏蔽710的內(nèi)表面也與噴嘴705協(xié)同而形成流體 通路725。噴嘴705包括前部735和基本上鄰接前部735的后部740。流體通路725 從前部735的第一端745延伸到第二端750。
圖7B是圖7A的氣炬端頭的立體剖視圖。噴嘴705形成了等離子體出口部分 755，用于使等離子體噴射流從氣炬端頭噴出。密封件720形成了基本上同軸于屏 蔽出口部分765和等離子體出口部分755的出口部分760。不連續(xù)氣體噴射流是形 成在流體通路725的通路出口部分770處而圍繞著從等離子體出口部分755噴出的 等離子體噴射流。
在某些實施例中，密封件720建立在輔助通路715里的障礙，其能夠通過降低 流體流動路徑上那一點處的流動背壓有效地引導(dǎo)流體流經(jīng)流體通路725，從而增大 在流體通路725方向的流速并誘發(fā)附加氣體流。通路出口部分770可以由流體通路 725、密封件720、以及屏蔽710的協(xié)同來形成。
圖7C是圖7A和7B的氣炬端頭700的立體圖。密封件720設(shè)置在噴嘴705 和屏蔽710之間。密封件720的出口部分760表示為其軸向長度大致與屏蔽出口部 分765的相同。在某些實施例中，出口部分760的軸向長度小于屏蔽出口部分765 的軸向長度。例如，密封件720可以是涂復(fù)或沉積在噴嘴705的外表面775上的涂 層(如圖7A中所示)。以涂層作為密封件720可減小噴嘴705和屏蔽710之間的 距離，這又可減小從噴嘴705到工件(未示)的距離。這樣的構(gòu)造可改善相當(dāng)薄的 工件的加工(例如切割和穿孔)。在某些實施例中，流體通路725形成噴嘴705內(nèi) 的封閉的流體路徑，而不是由噴嘴705與密封件720的協(xié)同來形成流體通路725 或通路出口部分770。
圖8A和8B描繪出氣炬端頭的替換實施例，其包括包圍部件。圖8A是氣炬 端頭800的立體剖視圖。氣炬端頭800包括噴嘴805和圍繞著噴嘴805的包圍部件 810。噴嘴包括前部815和后部820。后部820形成等離子體腔室825的一部分。 前部815形成等離子體出口部分830和流體通路835。流體通路835從前部815的 第一端840延伸到前部815的毗鄰于后部820的第二端845。不連續(xù)氣體噴射流(未 示)通過通路出口部分850從氣炬端頭800噴出，該氣體噴射流圍繞著從氣炬端頭 800通過等離子體出口部分830噴射出來的等離子體噴射流(未示)。在某些實施 例中，相對于縱向軸線A，不連續(xù)氣體噴射流同軸地圍繞著等離子體噴射流。在某 些實施例中，不連續(xù)氣體噴射流向等離子體噴射流收斂或從其向外發(fā)散。在某些實 施例中，不連續(xù)氣體噴射流圍繞等離子體噴射流作旋轉(zhuǎn)運動。
圖8B是圖8A的氣炬端頭800的立體圖。如圖所示，包圍部件810與噴嘴805 協(xié)同而形成流體通路835以及形成通路出口部分850。更具體地說，噴嘴805形成 通路出口部分850的一部分，包圍部件810也形成通路出口部分850的一部分。通路進口部分855可將流體供給到流體通路835。如圖所示，包圍部件810并不包圍 通路進口部分855。在某些實施例中，包圍部件810包圍通路進口部分。氣炬端頭 800的一個優(yōu)點是降低了對相對于氣炬端頭800安裝的屏蔽的需要。包圍部件810 允許氣炬端頭800工作時更接近工件(未示)，而同時仍能實現(xiàn)不連續(xù)氣體噴射流 的優(yōu)點(例如可提高等離子體弧的穩(wěn)定性、降低噪聲、以及改善噴嘴805的冷卻)。
圖9A—9C表示出噴嘴的示例性實施例，其包括包圍部件。圖9A表示出噴嘴 系統(tǒng)900，其包括襯里部分905、殼部分910和殼帽部分915。襯里部分的內(nèi)表面 920形成等離子體腔室925的一部分并形成襯里出口部分930。等離子體氣體(未 示)以軸向分量流經(jīng)等離子體腔室925，流經(jīng)襯里出口部分930，并通過由殼部分 910形成的等離子體出口部分935流出噴嘴系統(tǒng)900。
在某些實施例中，襯里部分905和殼部分910定位成物理接觸，例如通過摩擦 配合。物理接觸可以是金屬對金屬的表面接觸，以便有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。在 某些實施例中，襯里部分和殼部分910是制成為一體(例如用同一塊材料制造)。
相對于縱向軸線A，殼帽部分915以間隔的關(guān)系安裝在殼部分910上，而在它 們之間形成輔助流體通路940。殼帽部分915緊固于接觸殼部分910的導(dǎo)電的密封 件945，這可建立殼部分910和殼帽部分915之間的電阻低的導(dǎo)電路徑。在某些實 施例中，殼帽部分915是用絕緣材料制造的。在某些實施例中，殼帽部分915可以 通過例如摩擦配合直接緊固于殼部分910。
圖9B是圖9A的噴嘴900的立體剖視圖。流體(未示)可被供給到輔助流體 通路940。流體流經(jīng)流體通路940并通過設(shè)置在殼部分910內(nèi)的通路出口部分945 流出噴嘴900而成為不連續(xù)氣體噴射流。殼部分910形成徑向延伸且毗鄰于等離子 體出口部分935的凸緣950。凸緣950形成通路出口部分945。凸緣950與殼帽部 分915物理接觸而形成它們之間的界面955。界面955可防止輔助氣體從噴嘴900 泄漏出去。
在某些實施例中，界面955由金屬對金屬接觸形成。在某些實施例中，在凸緣 950和殼帽部分915之間設(shè)置密封件(未示)。在某些實施例中，殼帽部分915具 有不同的凸緣，其形成與之成形為一體的通路出口部分(未示)，并且這個帽一凸 緣與殼部分910協(xié)同而形成毗鄰于等離子體出口部分935的區(qū)域。
圖9C是圖9A和9B的噴嘴900的立體圖。噴嘴900可實現(xiàn)幾個優(yōu)點?？蓡?獨地控制供給到輔助流體通路940的流體而與等離子體氣體和保護氣體無關(guān)。具體 地說，可以用獨立的氣體供給源提供輔助氣體給噴嘴900，所供氣體的溫度、壓力、流量、或其它參數(shù)可以與等離子體氣體或保護氣體的不同。等離子體氣體可被獨立
地控制并流經(jīng)等離子體腔室925。保護氣體可被獨立地控制并流過殼帽部分915的 外表面960。更具體地說，保護氣體在殼帽部分915和屏蔽(未示)之間流動。噴 嘴900也允許把通路出口部分945定位成相當(dāng)?shù)乜拷入x子體出口部分935。以這 樣的構(gòu)造定位通路出口部分945允許不連續(xù)氣體噴射流更靠近等離子體噴射流，這 很適用于低電流的應(yīng)用場合。在某些實施例中，相對于保護氣體，以較低壓力的輔 助氣體來形成不連續(xù)氣體噴射流可降低不連續(xù)氣體噴射流對等離子體噴射流的撞 擊。
圖10是本發(fā)明的屏蔽的實施例的立體圖。屏蔽1000包括屏蔽本體1005，其 形成內(nèi)部分I(HO和外部分1015。屏蔽本體005包括后部，其可拆卸地安裝于等 離子體弧氣炬(未示)。屏蔽本體1005還包括前部1025，其形成屏蔽出口部分1030。 屏蔽IOOO安裝成同軸于噴嘴(未示)，使得等離子體噴射流(未示)可通過屏蔽出 口部分1030流出氣炬。
屏蔽本體1005還形成沿著它的前部1025延伸的一個或多個屏蔽通路部分 1035。每個屏蔽通路部分1035包括屏蔽通路出口部分1040。隨著輔助流體從噴嘴 的后部1020流向其前部1025，流體進入屏蔽通路部分1035并通過屏蔽通路出口 部分1040流出屏蔽1000 (以及氣炬)而成為不連續(xù)氣體噴射流。不連續(xù)氣體噴射 流圍繞著等離子體噴射流，這可例如改善等離子體噴射流的穩(wěn)定性，以及降低周圍 環(huán)境中的流體和等離子體噴射流之間的相互作用。
屏蔽本體1005的前部1025形成多個突條1045，這些突條分隔出(形成)各 屏蔽通路部分1035。在某些實施例中，在屏蔽IOOO安裝在氣炬上時，各突條1045 物理接觸噴嘴的外表面。在這樣的實施例中，噴嘴(例如類似于圖1A的噴嘴)的 外表面與各屏蔽通路部分1035協(xié)同而形成各流體通路，這些通路可產(chǎn)生從屏蔽通 路出口部分1040噴出的不連續(xù)氣體噴射流。在某些實施例中，在屏蔽1000安裝在 氣炬上時，各突條1045對噴嘴處于有間隔的關(guān)系。在某些實施例中，各突條1045 和各屏蔽通路部分1035對準(zhǔn)設(shè)置在噴嘴或其它包圍部件內(nèi)的對應(yīng)流體通路。以這 種方式，屏蔽IOOO可以與噴嘴或其它包圍部件協(xié)同來形成與設(shè)置在一單個部件內(nèi) 的流體通路相比有相對較大的斷面面積的流體通路。此外，用協(xié)同構(gòu)成的通路得到 的附加表面面積有助于冷卻屏蔽1000和噴嘴或其它包圍部件。
各突條從屏蔽出口部分1030延伸到屏蔽1000的前部1025的后壁。在某些實 施例中，各突條1045不是延伸到后壁1050。在這樣的實施例中，各突條可以延伸到前部上在后壁1050和屏蔽出口部分1030之間的一個點(未示)。在某些實施例 中，毗鄰于屏蔽出口部分1030的區(qū)域1055的幾何形狀可能影響相對于縱向軸線A 的流動方向。例如，區(qū)域1055可能引導(dǎo)不連續(xù)氣體噴射流收斂在等離子體噴射流 上，或從等離子體噴射流向外發(fā)散，或繞著等離子體噴射流旋轉(zhuǎn)，或同軸于等離子 體噴射流流動。在某些實施例中，各突條1045進而各屏蔽通路部分1035與屏蔽本 體1005成形為一體。在某些實施例中，可以在噴嘴的外表面和屏蔽1000之間設(shè)置 獨立的部件(未示)。這樣的部件形成流體通路，該流體通路產(chǎn)生圍繞著等離子體 噴射流的不連續(xù)氣體噴射流。這個部件可提供封閉的通路(例如，通路的一部分不 是由屏蔽本體1005或噴嘴兩者中的至少一個形成的)。這一部件可以用例如導(dǎo)電的 或絕緣的材料來制造。
對于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人，在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的其它構(gòu)造是很明顯的。 例如可以在噴嘴和屏蔽之間設(shè)置可形成通路出口部分的環(huán)(未示)。在輔助流體流 經(jīng)通路出口部分時，流過設(shè)置在噴嘴和屏蔽之間的輔助流體通路的輔助流體可產(chǎn)生 圍繞等離子體噴射流的不連續(xù)氣體噴射流?？蓪⒛莻€環(huán)通過例如直徑過盈配合固定 在噴嘴和屏蔽之間。也可以用其它機構(gòu)固定各部件，例如通過粘結(jié)、焊接或熔合把 這三個零件中的任意幾個固定在一起。
盡管已經(jīng)結(jié)合各實施例描述了本發(fā)明，但是，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人可以在本發(fā) 明的精神和范圍內(nèi)對本文所描述的東西做出各種改變、變型和其它實施方式。因此， 本發(fā)明不只限于以上的描述。
權(quán)利要求
1.一種用于等離子體弧氣炬的噴嘴，所述噴嘴包括后部，該后部形成等離子體腔室的至少一部分；以及前部，該前部包括設(shè)置成毗鄰于所述后部的第一端、形成等離子體出口部分的第二端、以及一個或多個設(shè)置在所述前部內(nèi)的流體通路，所述一個或多個流體通路中的每一個從所述第一端延伸到所述第二端并具有通路出口部分，所述通路出口部分提供一個或多個設(shè)置成圍繞著等離子體噴射流的輔助流體不連續(xù)噴射流。
2. 如權(quán)利要求l所述的噴嘴，其特征在于，所述一個或多個流體通路中的 每一個包括設(shè)置成基本上毗鄰于所述等離子體出口部分的通路出口部分。
3. 如權(quán)利要求2所述的噴嘴，其特征在于，所述一個或多個流體通路中的 每一個形成一流體路徑，所述路徑可使流出所述通路出口部分的所述輔助流體和所 述等離子體噴射流之間產(chǎn)生基本上平行的流動。
4. 如權(quán)利要求2所述的噴嘴，其特征在于，所述一個或多個流體通路中的 每一個形成一流體路徑，所述路徑可使流出所述通路出口部分的所述輔助流體產(chǎn)生 相對于所述等離子體噴射流的角度收斂的流動。
5. 如權(quán)利要求2所述的噴嘴，其特征在于，所述一個或多個流體通路中的每一個形成一流體路徑，所述路徑可使流出所述通路出口部分的所述輔助流體產(chǎn)生 相對于所述等離子體噴射流的角度發(fā)散的流動。
6. 如權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述一個或多個不連續(xù)氣體噴 射流包括多個圍繞著所述等離子體噴射流的不連續(xù)氣體噴射流。
7. 如權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述后部和所述前部是制成為 一個整體。
8. 如權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述不連續(xù)氣體噴射流可降低 周圍環(huán)境中的流體和所述等離子體噴射流之間的相互作用。
9. 如權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述一個或多個流體通路包括 多個流體通路，所述多個流體通路形成圍繞所述等離子體出口部分的徑向分布。
10. 如權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述前部還包括沿著所述一個 或多個流體通路中的每一個的一側(cè)設(shè)置的釋放平面，以增加所述輔助流體進入所述 一個或多個流體通路的量。
11. 如權(quán)利要求l所述的噴嘴，其特征在于，所述一個或多個流體通路可使 所述輔助流體作旋轉(zhuǎn)流動。
12. 如權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述后部還包括固定機構(gòu)，用于把所述噴嘴固定于等離子體氣炬本體。
13. 如權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述前部和后部是用導(dǎo)電材 料制成的。
14. 如權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，它還包括形成內(nèi)表面和外表面 的包圍部件，所述包圍部件相對于所述前部安裝成使所述內(nèi)表面的至少一部分與所 述前部協(xié)同而形成所述一個或多個流體通路。
15. 如權(quán)利要求14所述的噴嘴，其特征在于，所述包圍部件的所述內(nèi)表面 形成對應(yīng)于設(shè)置在所述噴嘴的所述前部上的所述一個或多個流體通路的一個或多 個不連續(xù)流體通路的一部分。
16. 如權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，它還包括形成內(nèi)表面和外表面 的包圍部件，所述包圍部件相對于所述噴嘴的所述前部安裝成使所述內(nèi)表面的至少 一部分與所述前部協(xié)同而形成輔助流體通路。
17. 如權(quán)利要求16所述的噴嘴，其特征在于，輔助流體流經(jīng)所述輔助流體 通路，這一流動與流經(jīng)所述等離子體腔室的等離子體氣體無關(guān)以及也與流過所述包 圍部件的所述外表面的保護氣體無關(guān)。
18. 如權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述一個或多個流體通路中的 每一個為所述輔助流體提供不連續(xù)路徑。
19. 如權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述等離子體弧氣炬是轉(zhuǎn)移電 弧等離子體弧氣炬。
20. —種用于保護等離子體弧氣炬的噴嘴的屏蔽，所述屏蔽包括 屏蔽本體，該屏蔽本體形成屏蔽出口部分并具有外部分和內(nèi)部分，所述內(nèi)部分包括角度轉(zhuǎn)折部分，用于使流體轉(zhuǎn)向而進入設(shè)置在所述噴嘴內(nèi)的流體通路。
21. 如權(quán)利要求20所述的屏蔽，其特征在于，所述屏蔽本體的所述內(nèi)部分 包括一個或多個角度轉(zhuǎn)折部分，以使流體轉(zhuǎn)向而進入設(shè)置在所述噴嘴內(nèi)的一個或多 個對應(yīng)的流體通路。
22. —種用于等離子體弧氣炬的屏蔽，所述屏蔽包括屏蔽本體，該屏蔽本體形成屏蔽出口部分并具有外部分和內(nèi)部分，所述內(nèi)部分 包括一個或多個流體通路，每個流體通路具有通路出口部分，所述通路出口部分提供一個或多個設(shè)置成圍繞著等離子體噴射流的輔助流體不連續(xù)噴射流。
23. —種用于等離子體氣炬的氣炬端頭，所述氣炬端頭具有一縱向軸線并包括噴嘴，該噴嘴包括后部和前部，所述后部形成等離子體腔室的至少一部分，而 所述前部包括設(shè)置成毗鄰于所述后部的第一端、形成等離子體出口部分的第二端、 以及一個或多個設(shè)置在所述前部內(nèi)的流體通路，所述一個或多個流體通路中的每一 個從所述第一端延伸到所述第二端并具有通路出口部分，所述通路出口部分提供設(shè) 置成圍繞著等離子體噴射流的輔助流體不連續(xù)噴射流；以及屏蔽，該屏蔽包括屏蔽本體，該本體形成屏蔽出口部分并具有外部分和內(nèi)部分， 所述屏蔽相對于所述氣炬端頭的所述縱向軸線安裝成與所述噴嘴成間隔關(guān)系，使得 在所述屏蔽和所述噴嘴之間形成輔助流體通路。
24. 如權(quán)利要求23所述的氣炬端頭，其特征在于，設(shè)置在所述噴嘴的所述 前部內(nèi)的所述一個或多個流體通路中的每一個包括一通路出口部分，所述通路出口 部分設(shè)置成基本上毗鄰于所述噴嘴的所述等離子體出口部分。
25. —種方法，它包括產(chǎn)生從等離子體弧氣炬通過可拆卸地安裝于氣炬本體的噴嘴的等離子體出口 部分流出的等離子體噴射流；以及形成從至少部分地設(shè)置在所述噴嘴上的或基本上同軸于所述噴嘴安裝在所述 氣炬上的屏蔽上的一個或多個流體通路的通路出口部分噴出的一個或多個輔助流 體不連續(xù)噴射流，其中，所述一個或多個不連續(xù)噴射流設(shè)置成圍繞著所述等離子體 噴射流的縱向軸線。
26. —種用于等離子體氣炬的氣炬端頭，所述氣炬端頭包括噴嘴，該噴嘴包括后部和前部，所述后部形成等離子體腔室的至少一部分，而 所述前部包括設(shè)置成毗鄰于所述后部的第一端、形成等離子體出口部分的第二端、 以及設(shè)置在所述前部上并從所述第一端延伸到所述第二端的一個或多個不連續(xù)流 體通路的至少一部分；以及形成內(nèi)表面和外表面的包圍部件，所述包圍部件相對于所述噴嘴安裝成使所述 內(nèi)表面的至少一部分與所述噴嘴的所述前部協(xié)同而形成一個或多個流體通路，用于 產(chǎn)生一個或多個輔助流體不連續(xù)噴射流。
27. 如權(quán)利要求26所述的氣炬端頭，其特征在于，所述內(nèi)表面形成一個或 多個不連續(xù)流體通路的一部分，所述流體通路對應(yīng)于設(shè)置在所述噴嘴的所述前部上 的所述一個或多個不連續(xù)流體通路。
28. 如權(quán)利要求26所述的氣炬端頭，其特征在于，還包括設(shè)置在所述噴嘴 和所述包圍部件的所述內(nèi)表面之間的密封件。
29. —種用于等離子體弧氣炬的氣炬端頭，所述端頭包括噴嘴，該噴嘴包括后部和前部，所述后部形成等離子體腔室的至少一部分，而 所述前部形成等離子體出口部分；用于產(chǎn)生設(shè)置成圍繞著從所述等離子體出口部分流出所述氣炬的等離子體噴 射流的一個或多個輔助流體不連續(xù)噴射流的裝置；以及相對于所述噴嘴安裝的并形成允許所述不連續(xù)噴射流流出所述氣炬端頭的流 體出口部分的包圍裝置。
30. —種等離子體弧氣炬，包括-電極，該電極具有形成等離子體腔室的一部分的外表面； 可拆卸地安裝于氣炬本體的噴嘴，該噴嘴包括后部和前部，所述后部形成所述 等離子體腔室的至少一部分，而所述前部形成等離子體出口部分；用于產(chǎn)生一個或多個輔助流體不連續(xù)噴射流的裝置，所述噴射流設(shè)置成圍繞著 從所述等離子體出口部分流出的等離子體噴射流；安裝于固定于所述氣炬本體的固定帽的屏蔽，所述屏蔽形成基本上對準(zhǔn)所述等 離子體出口部分的屏蔽出口部分，而允許所述等離子體噴射流和所述輔助流體不連續(xù)噴射流流出所述氣炬；以及相對于所述氣炬本體安裝的旋轉(zhuǎn)環(huán)，用于對所述氣炬內(nèi)的等離子體氣體、輔助 氣體、或第三氣體中的至少之一施加旋轉(zhuǎn)運動。
全文摘要
本發(fā)明總的涉及用于等離子體氣炬的噴嘴，這種噴嘴具有后部和前部，后部形成等離子體腔室的至少一部分，而前部包括第一端和第二端。第一端毗鄰于后部，而第二端形成等離子體出口部分。一個或多個流體通路設(shè)置在前部內(nèi)并從第一端延伸到第二端。各流體通路具有各通路出口部分，這些出口部分可提供圍繞著從等離子體出口部分噴射出來的等離子體噴射流的一個或多個輔助流體不連續(xù)噴射流。本發(fā)明的特點是切割速度快，對厚的工件的穿透能力強，噪聲低，弧的穩(wěn)定性好，使用壽命長，所有這些都可提高用等離子體弧氣炬加工工件的生產(chǎn)率。
文檔編號H05H1/34GK101176387SQ200680016220
公開日2008年5月7日 申請日期2006年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月11日
發(fā)明者D·J·庫克, J·W·林賽, S·M·利伯德, Z·段 申請人:人工發(fā)熱機有限公司