專利名稱：可佩帶的自給式材料加工系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及用于加工材料的便攜式工具。具體來說，本發(fā)明涉及用于 加工材料的便攜式手持等離子體電弧焊炬系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
等離子體電弧焊炬系統(tǒng)可用于各種材料的加工應(yīng)用中，例如，切割用于供 熱、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)的金屬薄板或切割厚鋼板。傳統(tǒng)上，等離子體電弧焊炬系 統(tǒng)不是便攜的，因?yàn)樗鼈冃枰蠖恐氐臍怏w源(或連續(xù)的固定氣體源)以及 通過電線附件從電網(wǎng)獲得大量的電力。
盡管無電線的電動(dòng)工具正遍布市場(chǎng)，但等離子體電弧焊炬系統(tǒng)卻還得有效 地適應(yīng)容易、便攜的使用。設(shè)計(jì)困難之一是由等離子體電弧焊炬相當(dāng)大的氣體 消耗所帶來的。另一設(shè)計(jì)困難是等離子體電弧焊炬系統(tǒng)的高功率要求，例如，
諸如美國(guó)新罕布什爾州漢諾瓦(Hanover)市的海別得公司(Hypertherm Inc.) 制造的PoWermaxTM190C那樣的低功率系統(tǒng)的輸出約為1.32kW;諸如海別得 公司制造的Powermax 1000那樣的中功率焊矩系統(tǒng)的輸出為8.4kW;直至如海 別得公司制造的Powermax 1650那樣的高功率焊矩系統(tǒng)的輸出達(dá)16，000kW。 焊矩特性、氣體源和電源的壽命與等離子體電弧焊炬系統(tǒng)的實(shí)體大小之間存在 著很困難的平衡問題。
因此，需要提供一種便攜式的等離子體電弧焊炬系統(tǒng)，為有效地操作焊矩 該系統(tǒng)考慮低的氣體消耗和低的功率水平，同時(shí)提供便攜性和上述應(yīng)用的特 性。
此外，對(duì)于等離子體電弧焊炬系統(tǒng)的氣體源和電源，還要求能在商用有效 使用期間持續(xù)操作，為了反復(fù)使用還要做到充氣或更換方便
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明代表著等離子體加工行業(yè)內(nèi)的一種進(jìn)步，這種進(jìn)步之處在于，本發(fā) 明實(shí)施例是便攜式的系統(tǒng)，其可加工材料而無需大而笨重的氣體源(或連續(xù)的 固定氣體源)，也不需連續(xù)地連接到電網(wǎng)上。這樣，本發(fā)明實(shí)施例可用于建筑 工地、農(nóng)業(yè)耕地中，它們可由救險(xiǎn)安全人員(例如，消防員、警察等)、不可 能與電網(wǎng)連接的遠(yuǎn)處地方的工人、或在自家場(chǎng)院內(nèi)的消費(fèi)者使用。
在一個(gè)方面，本發(fā)明特征在于， 一種用于加工材料的等離子體電弧焊炬裝 置。等離子體電弧焊炬裝置包括可佩帶的便攜式組件，該組件包括可更換的或 可充電的電源或者可更換的或可充氣的氣體源中的至少一個(gè)。該裝置還包括等 離子體供應(yīng)裝置，該等離子體供應(yīng)裝置從電源接受電流并從氣體源接受氣體來 產(chǎn)生等離子體電弧。在某些實(shí)施例中，可佩帶的便攜式組件是背包。在某些實(shí) 施例中，該便攜式組件包括耐熱、不導(dǎo)電和/或抗沖擊的層。
在某些實(shí)施例中，等離子體電弧焊炬裝置包括遙控裝置，該遙控裝置適于 與電源或氣體源中的至少一個(gè)連通。該裝置可包括位于等離子體供應(yīng)裝置上的 控制裝置，該控制裝置適于與電源或氣體源中的至少一個(gè)連通。在某些實(shí)施例 中，等離子體電弧焊炬裝置包括指示電源中剩電的指示器或指示氣體源中剩氣 的指示器中的至少一個(gè)。
在某些實(shí)施例中，氣體源包括壓縮機(jī)，壓縮機(jī)壓縮待供應(yīng)到等離子體供應(yīng) 裝置的氣體。電源可對(duì)壓縮機(jī)供電以便給氣體源充氣。在某些實(shí)施例中，等離 子體供應(yīng)裝置可附連到可佩帶的便攜式的組件。便攜式組件可可附連到充電/ 充氣裝置，該充電/充氣裝置構(gòu)造成對(duì)電源或氣體源中的至少一個(gè)充電或充氣。 在某些實(shí)施例中，便攜式組件包括細(xì)絲巻繞的復(fù)合容器。等離子體電弧焊炬組 件可包括電流調(diào)節(jié)器，用來調(diào)節(jié)等離子體供應(yīng)裝置從電源中接受的電流。在某 些實(shí)施例中，電源是聚合物鋰離子電池。
在另一方面，本發(fā)明特征在于， 一種包括可佩帶的便攜式組件的系統(tǒng)。在 某些實(shí)施例中，可佩帶的便攜式組件是背包。該可佩帶的便攜式組件包括等離 子體電弧焊炬系統(tǒng)，等離子體電弧焊炬系統(tǒng)具有可更換的或可充電的電源或者 可更換的或可充氣的氣體源中的至少一個(gè)。該系統(tǒng)包括可附連到組件的對(duì)接 站。該對(duì)接站包括用來對(duì)電源充電的電源或用來對(duì)氣體源充氣的氣體源中的至 少一個(gè)。在另一方面，本發(fā)明特征在于一種加工材料的方法。該方法包括提供與可 佩帶的便攜式組件連通的等離子體供應(yīng)裝置。該組件具有可更換的或可充電的 電源或者可更換的或可充氣的氣體源中的至少一個(gè)。該方法包括在組件由使用 者佩帶時(shí)通過從電源向等離子體供應(yīng)裝置提供電流并從氣體源向等離子體供 應(yīng)裝置提供氣體來發(fā)生從等離子體供應(yīng)裝置發(fā)出的等離子體電弧。
在還有另一方面，本發(fā)明特征在于， 一種對(duì)便攜式等離子體電弧焊炬裝置 充電/充氣的裝置。該裝置包括對(duì)接端口，該對(duì)接端口構(gòu)造成接納便攜式等離子 體電弧焊炬裝置，該便攜式等離子體電弧焊炬裝置包括可充電的電源和可充氣 的氣體源。該裝置包括第一連接器，該第一連接器構(gòu)造成在裝置對(duì)接到對(duì)接端 口時(shí)電連接到電源，該第一連接器提供對(duì)電源充電的電力。該裝置還包括第二 連接器，該第二連接器構(gòu)造成在裝置對(duì)接到對(duì)接端口時(shí)流體地連接到氣體源， 該第二連接器提供對(duì)氣體源充氣的氣體。在某些實(shí)施例中，便攜式等離子體電 弧焊炬裝置是可佩帶的。在某些實(shí)施例中，電源和氣體源中的至少一個(gè)是可移 去的。
在另一方面，本發(fā)明特征在于， 一種對(duì)便攜式焊接裝置充電/充氣的裝置。 該裝置包括對(duì)接端口，該對(duì)接端口構(gòu)造成接納便攜式焊接裝置，該便攜式焊接 裝置包括可充電的電源和可充氣的氣體源。該裝置包括第一連接器，該第一連 接器構(gòu)造成在裝置對(duì)接到對(duì)接端口時(shí)電連接到電源，該第一連接器提供對(duì)電源 充電的電力。該裝置還包括第二連接器，該第二連接器構(gòu)造成在裝置對(duì)接到對(duì) 接端口時(shí)流體地連接到氣體源，'該第二連接器提供對(duì)氣體源充氣的氣體。
在另一方面，本發(fā)明特征在于， 一種焊接裝置。該裝置包括可佩帶的便攜 式組件，其包括可更換的或可充電的電源或者可更換的或可充氣的氣體源中的 至少一個(gè)。該裝置還包括焊接供應(yīng)裝置，該焊接供應(yīng)裝置從電源接受電流并從 氣體源接受氣體以發(fā)生焊接電弧。
在另一方面，本發(fā)明特征在于， 一種可用來加工材料(例如，切害"穿孔、 標(biāo)記或刻痕金屬工件)的便攜式等離子體電弧焊炬系統(tǒng)。在某些實(shí)施例中，該 系統(tǒng)包括可更換的或可充電的電源，例如， 一個(gè)或多個(gè)電池。該系統(tǒng)還包括相 對(duì)于電源設(shè)置的可更換的或可充氣的氣體源。氣體源可以是一次性的或可重新 充氣的(例如， 一個(gè)或多個(gè)氣體容器)。在某些實(shí)施例中，氣體源可以是連續(xù)的氣體源(例如，壓縮機(jī))。在某些實(shí)施例中，電源和氣體源儲(chǔ)藏在便攜式罩 殼內(nèi)。
在某些實(shí)施例中，控制器與電源或氣體源中的至少一個(gè)連通?？刂破骺砂?括電控制器和流體控制器。等離子體供應(yīng)裝置(例如，等離子體電弧焊炬)使 用來自于電源的電流和電壓及來自于氣體源的氣體而在等離子體供應(yīng)裝置的 輸出處發(fā)生等離子體電弧。等離子體電弧可用來加工諸如金屬工件之類的材 料。
控制器通過連通路徑(例如，母線、無線連接等)電連接到電源、氣體源 和等離子體供應(yīng)裝置。在某些實(shí)施例中，傳輸介質(zhì)對(duì)電源和等離子體供應(yīng)裝置 及氣源和等離子體供應(yīng)裝置分別提供電的和流體的連通路徑。電源通過電連 通路徑(例如，導(dǎo)線組、無線連接等)與等離子體供應(yīng)裝置電連通。氣體源通 過流體導(dǎo)管與等離子體供應(yīng)裝置流體地連通。在某些實(shí)施例中，導(dǎo)線組、流體 導(dǎo)管和等離子體供應(yīng)裝置可以儲(chǔ)藏在便攜式的罩殼內(nèi)。此外，該罩殼可以運(yùn)輸 并可以是手持的外殼和/或公文包大小的外殼。
在另一方面，本發(fā)明特征還在于， 一種可用于切割工件的便攜式等離子體. 電弧焊炬系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括便攜式的罩殼，罩殼帶有設(shè)置在其中的可更換或 可充電的電源裝置和可更換或可充氣的氣體裝置?？刂蒲b置和傳輸裝置與電源 裝置和氣體裝置連通。等離子體供應(yīng)裝置從電源裝置接受電流和電壓并從氣體 裝置接受氣體以發(fā)生等離子體電弧，等離子體電弧可用來切割工件。
控制裝置可以與電源裝置、氣體裝置和等離子體供應(yīng)裝置電連通。傳輸裝 置提供從電源裝置和氣體裝置到等離子體供應(yīng)裝置的電和流體的連通路徑。電 源裝置通過電連通路徑(例如，導(dǎo)線組、無線連接等)與等離子體供應(yīng)裝置電 連通。氣體裝置通過流體導(dǎo)管與等離子體供應(yīng)裝置流體地連通。在某些實(shí)施例 中，導(dǎo)線組、流體導(dǎo)管和等離子體供應(yīng)裝置可以儲(chǔ)藏在便攜式的罩殼內(nèi)。該罩 殼可以運(yùn)輸并可以是手持的外殼和/或公文包大小的外殼。


連同附圖一起閱讀，從以下對(duì)各種實(shí)施例的描述中將更完全地理解上述內(nèi) 容和本發(fā)明。圖1是一方框圖，顯示自給式等離子體電弧焊炬系統(tǒng)的代表性功能部件。 圖2是一方框圖，顯示使用單個(gè)控制裝置和單個(gè)傳輸介質(zhì)的自給式等離子
體電弧焊炬系統(tǒng)的代表性部件的操作。
圖3是一方框圖，顯示使用單個(gè)控制器和一對(duì)傳輸介質(zhì)的圖2實(shí)施方式的變型。
圖4是一方框圖，顯示使用三個(gè)控制器和兩個(gè)傳輸介質(zhì)的圖2實(shí)施方式的變型。
圖5a是功能性實(shí)施方式實(shí)體分隔的實(shí)例，等離子體供應(yīng)裝置布置在一個(gè) 隔間內(nèi)并連接到容納在另一隔間內(nèi)的電源裝置、控制器和傳輸介質(zhì)。
圖5b是圖5a的變型，等離子體供應(yīng)裝置、控制器和傳輸介質(zhì)容納在一個(gè) 隔間內(nèi)并連接到容納在另 一隔間內(nèi)的電源裝置和氣體裝置。
圖5c是圖5a的變型，系統(tǒng)的所有部件容納在單個(gè)隔間內(nèi)。
圖5d是圖5a的變型，等離子體供應(yīng)裝置容納在一個(gè)隔間內(nèi)并連接到容納 在第二隔間內(nèi)的控制器和傳輸介質(zhì)，還連接到容納在第三隔間內(nèi)的電源裝置和 氣體裝置。
圖6是示范的自給式等離子體電弧焊炬系統(tǒng)的詳細(xì)方框圖。 圖7a是使用者帶有等離子體電弧焊炬系統(tǒng)的示范性可佩帶的便攜式組件 的視圖。
圖7b是使用者帶有等離子體電弧焊炬系統(tǒng)的示范性可佩帶的便攜式組件 和等離子體供應(yīng)裝置的另一替代視圖。
圖8a是根據(jù)一示例性實(shí)施例的用于可佩帶的便攜式組件的對(duì)接站部件的 方框圖。
圖8b是根據(jù)一示例性實(shí)施例的用于便攜式等離子體電弧焊炬系統(tǒng)的對(duì)接 站部件的方框圖。
圖8c是根據(jù)一示例性實(shí)施例的用于便攜式焊接裝置的對(duì)接站部件的方框圖。
圖9是等離子體電弧焊炬系統(tǒng)示范的可佩帶的便攜式組件和等離子體供應(yīng) 裝置的部件的方框圖。
圖10是等離子體電弧焊炬系統(tǒng)的示范性可佩帶的便攜式組件和等離子體供應(yīng)裝置的實(shí)體分隔實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
等離子體電弧焊炬具有各種廣泛應(yīng)用，例如，切割厚鋼板和切割用于供熱、 通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)的相當(dāng)薄的電鍍金屬板。等離子體電弧焊炬的主要 部件包括焊矩體、安裝在焊矩體內(nèi)的電極(陰極)、帶有中心出口孔的噴嘴(陽 極)、提供離子氣體流的氣體源、電連接結(jié)構(gòu)、用于冷卻流體和弧控制流體的 通道、以及在氣體中產(chǎn)生引導(dǎo)電弧的電源，電弧通常在電極和噴嘴之間，然后， 等離子體電弧即導(dǎo)電的離子化氣體流從電極流到工件。氣體可以是非氧化的氣 體，例如氮?dú)?、氬?氫氣、或氬氣，或氧化氣體，例如氧氣或空氣。
該通用類型的各種等離子體電弧焊炬在美國(guó)專利No.4,791，268; 4,902,871; 5,170,033; 5,317,126禾卩5,994,663中有描述，所有這些專利共同受讓于本申請(qǐng)。 等離子體電弧焊炬和相關(guān)產(chǎn)品由包括海別得公司在內(nèi)的多家制造商以多種型 號(hào)在市場(chǎng)上銷售。海別得公司出售的牌號(hào)PowermaxlOOO焊矩是中功率焊矩的 典型產(chǎn)品，使用H35 (35%H65%Ar)和N2或H35和空氣作為工作氣體，并 用于板的加工和HVAC應(yīng)用。海別得公司出售的牌號(hào)Powermaxl650焊矩是高 功率焊矩的典型產(chǎn)品，通常使用H35和N2作為工作氣體。高功率焊矩可以是 水冷的并用來割穿和切割厚金屬板，例如，l英寸中厚鋼板。
現(xiàn)參照?qǐng)D1，方框圖顯示等離子體電弧焊炬系統(tǒng)10的代表性功能部件。該 等離子體電弧焊炬系統(tǒng)是"自給式的"，即，它是一個(gè)便攜式的能夠加工金屬 材料的系統(tǒng)，沒有大體積的氣體罐(在某些實(shí)施例中，沒有連續(xù)的固定氣體源)， 也不需用電源線連接到供電網(wǎng)。在各種實(shí)施例中，該系統(tǒng)是移動(dòng)式的和可搬移 的。在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)可設(shè)置在"公文包規(guī)格的"(和/或手持的)外殼內(nèi)， 其可手拿或其它方式運(yùn)輸?shù)疆?dāng)?shù)睾瓦h(yuǎn)處部位以備使用。在其它實(shí)施例中，該系
統(tǒng)可以是更加緊湊，其包括等離子體供應(yīng)裝置，該裝置可充電/充氣和從設(shè)置在 公文包大小的外殼中取出以用于遠(yuǎn)處(例如，大小可與無線鉆槍相比擬的系 統(tǒng))。本發(fā)明的實(shí)施例有望在建筑工地、農(nóng)業(yè)耕地中使用，它們可由救險(xiǎn)安全 人員(例如，消防員、警察等)、不可能或不需要與電網(wǎng)連接的遠(yuǎn)處地方的工 人、或在自家場(chǎng)院內(nèi)的消費(fèi)者使用。在一示范實(shí)施例中，系統(tǒng)IO包括五個(gè)主要部件電源12，氣體源14、傳
輸介質(zhì)16、控制器18以及等離子體供應(yīng)裝置20。電源12可以再充電和/或更 換(例如， 一個(gè)或多個(gè)電池)。氣體源14可以是一個(gè)或多個(gè)可更換和/或可充氣 的氣罐或便攜式壓縮機(jī)。傳輸介質(zhì)16可包括電傳輸容量和/或流體傳輸容量， 它連接到等離子體供應(yīng)裝置20。電傳輸容量可包括諸如由海別得公司公司制造 的導(dǎo)線組、母線或無線的連接結(jié)構(gòu)。流體傳輸容量可包括流體導(dǎo)管?？刂破?8 可包括電控制器和/或流體控制器(例如，觸發(fā)器、繼電器、電磁閥、壓力調(diào)節(jié) 器等)。等離子體供應(yīng)裝置20可包括諸如由海別得公司公司制造的等離子體電 弧焊炬。該焊炬可以通過操縱控制器18上的觸發(fā)器(未示出)來啟動(dòng)。此外， 系統(tǒng)10可包括各種用戶控制器(未示出)，例如，電流限制開關(guān)、撥動(dòng)開關(guān)、 鍵座、觸摸墊、撥號(hào)盤、按鈕或其它裝置，以便讓使用者進(jìn)行操縱或以其它方 式控制焊炬的參數(shù)。在某些實(shí)施例中，這里所述的自給式等離子體電弧焊炬系 統(tǒng)100采用的特征也可應(yīng)用于便攜式焊接裝置(未示出)。
圖2是一方框圖，示出自給式等離子體電弧焊炬系統(tǒng)22的代表性部件的 一個(gè)示范實(shí)施例，該系統(tǒng)使用單個(gè)傳輸介質(zhì)24和單個(gè)控制器26?？刂破?6 通過共同的電連接結(jié)構(gòu)32 (例如，母線)與電源28和氣體源30連通。此外， 控制器使用其它的電連接結(jié)構(gòu)32b與等離子體供應(yīng)裝置34連通。電源36通過 傳輸介質(zhì)24向等離子體供應(yīng)裝置34提供電流，氣體源38通過傳輸介質(zhì)24向 等離子體供應(yīng)裝置34提供氣體。在一實(shí)施例中，傳輸介質(zhì)24包括導(dǎo)線組和流 體導(dǎo)管，導(dǎo)線組從電源36向等離子體供應(yīng)裝置34提供電流，流體導(dǎo)管從氣體 源38向等離子體供應(yīng)裝置34提供氣體。等離子體供應(yīng)裝置34可以是等離子 體電弧焊炬。系統(tǒng)22還可包括如上所述的用戶控制器，以控制焊炬的參數(shù)。 自給式等離子體電弧系統(tǒng)22的代表性部件可應(yīng)用于便攜式的焊接裝置。
圖3是一方框圖，示出便攜式等離子體電弧焊炬系統(tǒng)40的另一實(shí)施例。 該系統(tǒng)40使用單個(gè)控制器42和一對(duì)傳輸介質(zhì)44、 46?？刂破?2通過第一電 連接結(jié)構(gòu)48與電源50連通，并通過另一電連接結(jié)構(gòu)52與氣體源54連通?？?制器42還與等離子體供應(yīng)裝置56連通。電源50通過傳輸介質(zhì)44向等離子體 供應(yīng)裝置56提供電流，氣體源54通過傳輸介質(zhì)46向等離子體供應(yīng)裝置56提 供氣體。等離子體供應(yīng)裝置56可以是等離子體電弧焊炬。系統(tǒng)40還可包括用戶控制器(未示出)，以控制焊炬的參數(shù)。在某些實(shí)施例中，該實(shí)施方式可應(yīng)用于便攜式的焊接裝置。
圖4是一方框圖，示出便攜式等離子體電弧焊炬系統(tǒng)60的部件的一個(gè)變
型，該系統(tǒng)使用三個(gè)控制器62、 64、 66和兩個(gè)傳輸介質(zhì)68、 70?？刂破?2通過電連接結(jié)構(gòu)72與電源74連通，并通過單獨(dú)的電連接結(jié)構(gòu)76與氣體源78連通?？刂破?2通過其它的電連接結(jié)構(gòu)82與等離子體供應(yīng)裝置80連通?？刂破?4通過兩個(gè)電連接結(jié)構(gòu)84、 86與傳輸介質(zhì)68連通。同樣地，控制器66通過兩個(gè)電連接結(jié)構(gòu)88、 90與傳輸介質(zhì)70連通。電源裝置74通過傳輸介質(zhì)68向等離子體供應(yīng)裝置80提供電流，氣體源78通過傳輸介質(zhì)70向等離子體供應(yīng)裝置80提供氣體。等離子體供應(yīng)裝置80可以是等離子體電弧焊炬，它相對(duì)于工件定位以便進(jìn)行切割操作。系統(tǒng)60還可包括如上所述的用戶控制器。在某些實(shí)施例中，該實(shí)施方式可應(yīng)用于便攜式的焊接裝置。
圖5a、 5b、 5c和5d是自給式等離子體切割系統(tǒng)的各種實(shí)體分隔結(jié)構(gòu)的示范實(shí)施例。在某些實(shí)施例中，各種實(shí)體分隔結(jié)構(gòu)也可用于便攜式焊接裝置。
圖5a示出分隔成罩殼部分101和焊炬部分102的等離子體焊炬系統(tǒng)100。在一實(shí)施例中，該兩個(gè)部分儲(chǔ)藏在單個(gè)公文包樣式的外殼(未示出)內(nèi)。外殼可以是手持的，以便讓使用者拿著系統(tǒng)100到遠(yuǎn)處地方。罩殼部分101包括電源120、氣體源124、傳輸介質(zhì)126和控制器.128。等離子體供應(yīng)裝置122位于焊炬部分102內(nèi)。
圖5b示出分隔成焊炬附連部分201和焊炬部分202的等離子體焊炬系統(tǒng)200。在一實(shí)施例中，該兩個(gè)部分儲(chǔ)藏在單個(gè)公文包樣式的外殼內(nèi)。附連部分201可以看作類似于可移去的電池組，例外的是，它包括電源212和氣體源214。焊炬部分202包括傳輸介質(zhì)216、控制器220和等離子體供應(yīng)裝置218。
圖5c示出等離子體焊炬系統(tǒng)300，其主要部件位于單個(gè)罩殼部分301 (或外殼)內(nèi)。罩殼部分301包括電源312、氣體源314、傳輸介質(zhì)316、控制器320和等離子體供應(yīng)裝置318。
圖5d示出分隔成罩殼附連部分401、罩殼部分402和焊炬部分403的等離子體焊炬系統(tǒng)400。罩殼部分402包括傳輸介質(zhì)416和控制器418。等離子體供應(yīng)裝置418位于焊炬部分403內(nèi)。在一實(shí)施例中，三個(gè)部分儲(chǔ)藏在單個(gè)能被使用者手持的公文包樣式外殼內(nèi)。
圖6是能夠切割工件501的自給式等離子體電弧焊炬系統(tǒng)500的詳細(xì)方框
圖。電源系統(tǒng)包括一對(duì)可充電和/或可更換的電源502和504。在一詳細(xì)實(shí)施例中，電源502是12伏、1.3安培時(shí)的鉛蓄電池，最大放電電流為19.5安培，例如由IMC電源公司(IMC Power)制造的產(chǎn)品。在一詳細(xì)實(shí)施例中，電源502是聚合物鋰離子電池。在某些實(shí)施例中，升壓轉(zhuǎn)換器可電源608 —起使用。氣體源506可以是可更換的和/或可充氣的儲(chǔ)氣瓶。在一實(shí)施例中，氣體源506是容量為3000PSI的碳纖維包裹的氣瓶，其由純能源公司(Pure Energy)制造出品。 一組導(dǎo)線(未示出)在電源502、 504和焊炬508之間提供連通路徑，流體導(dǎo)管(未示出)在氣體源506和焊炬508之間提供流體流動(dòng)路徑。
系統(tǒng)包括等離子體電弧焊炬508，例如，由海別得公司公司制造的PAC 105手持焊炬。該焊炬508可通過操縱觸發(fā)器509來打開和關(guān)閉。在操作過程中，焊炬508通過固態(tài)繼電器510從電源502中接受電流和電壓。在一詳細(xì)實(shí)施例中，繼電器510是輸出為100A,200VDC的直流固態(tài)繼電器，其由勝特力繼電器公司(Teledyne Relay)制造出品。電源502對(duì)引導(dǎo)電弧電路512提供電力，以在焊炬508內(nèi)發(fā)生引導(dǎo)電弧。該電路512可以是專門設(shè)計(jì)的電路，或等離子體焊炬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)公知的各種引導(dǎo)電弧電路中的任何一種電路。
氣體源506通過壓力調(diào)節(jié)器514和電磁閥516向焊炬508提供氣體。在一詳細(xì)實(shí)施例中，采用減壓調(diào)節(jié)器，其輸入為3000PSI，輸出為2-80PSI，最大為100PSI (例如，由普利馬工業(yè)公司(PremierIndustries)制造)，采用二通電磁閥，其電磁線圈輸入為24VDC，額定操作范圍為6W，閥流量系數(shù)(Cv)為0.155 (例如，由GEMS傳感器和控制公司(GEMS Sensors and Controls)制造)。
為了操作系統(tǒng)500，調(diào)整調(diào)節(jié)器514來預(yù)設(shè)供應(yīng)到焊炬508的氣體壓力(例如，達(dá)60psig)。使焊炬508相對(duì)于工件501放置在遠(yuǎn)處，使用者拉動(dòng)觸發(fā)器509來關(guān)閉繼電器510并啟動(dòng)引導(dǎo)電弧電路512。電磁閥516由電源504供電。建立起氣體流動(dòng)，使用引導(dǎo)電弧電路來啟動(dòng)引導(dǎo)電弧。此時(shí)，焊炬可更靠近工件501移動(dòng)。
具體來說，使繼電器510關(guān)閉，電源504向引導(dǎo)電弧電路512供應(yīng)電流和電壓，致使焊炬508內(nèi)的電極和噴嘴之間形成引導(dǎo)電弧。通過閥516來啟動(dòng)氣體流動(dòng)，使電極和噴嘴分離，發(fā)生電弧而點(diǎn)燃等離子體。使等離子體氣體退出
焊炬，焊炬508定位在工件501附近。引導(dǎo)電弧和氣體流促使工件501和電極之間形成電路。最后，第二弧形成在電極和工件之間。引導(dǎo)電弧電路512可構(gòu)造成提供減小的引導(dǎo)電弧電流，于是，當(dāng)引導(dǎo)電弧電流趨于變零且引導(dǎo)電弧自行熄滅時(shí)，第二弧仍保持。在一實(shí)例中，焊炬508能夠發(fā)生約30秒鐘的30安培和IOO伏的轉(zhuǎn)移電弧。
如圖6所示的部件也可用來形成便攜式的焊接裝置。焊接裝置可包括電源、氣體源、 一個(gè)或多個(gè)控制器(類似于上面圖l-6所示的控制器)以及傳輸介質(zhì)(類似于上面圖l-6所示的傳輸介質(zhì))。
圖7a示出帶有可佩帶的便攜式組件604的使用者601。等離子體電弧焊炬系統(tǒng)600可包括可佩帶的便攜式組件604和等離子體供應(yīng)裝置(未示出)。一個(gè)或多個(gè)可充電或可更換的電源608和一個(gè)或多個(gè)可充氣或可更換的氣體源612可被包括在可佩帶的便攜式組件604內(nèi)。電源608和氣體源612可以是可移去的。電源608和氣體源612可類似于上面圖l-6所示的電源和氣體源。在某些實(shí)施例中，等離子體單元616可以被包括在組件604內(nèi)。等離子體單元616可包括一個(gè)或多個(gè)控制器634 (類似于上面圖l-6所示的控制器)，以及一個(gè)傳輸介質(zhì)63S或多個(gè)傳輸介質(zhì)(類似于上面圖1-6所示的傳輸介質(zhì))。電源608可包括插頭，氣體源612可包括"快速連接"的連接器，允許使用者601將等離子體單元616 (諸如由海別得公司公司制造由海別馬公司(Hypermax)銷售的Powermax30TM)塞入組件604內(nèi)。
可佩帶的便攜式組件604可以是背包、前掛包和/或安裝肩帶的背包。在某些實(shí)施例中，可佩帶的便攜式組件604具有介于組件604和使用者601之間的保護(hù)層，該保護(hù)層是絕熱、不導(dǎo)電和/或抗沖擊的。組件604可以是可呼吸的材料，以允許自然冷卻等離子體單元616和電源608。組件604還可包括中心冷卻腔室(未示出)，其冷卻等離子體單元616和電源608。組件604可以是剛性的、防火的，可包括防彈外殼或框架。在某些實(shí)施例中，組件604包括消耗的固定件。
在某些實(shí)施例中，組件604包括細(xì)絲巻繞的復(fù)合容器。電源608、氣體源612或等離子體單元616可被一個(gè)或多個(gè)復(fù)合容器包覆，以減小組件604重量，提高便攜性。在電源608中可使用電流調(diào)節(jié)器來提高組件604.的便攜性。
在某些實(shí)施例中，組件604包括電源308和氣體源612，它們儲(chǔ)藏電力和氣體。組件可不包括充電/充氣機(jī)構(gòu)以便提高組件的便攜性。在某些實(shí)施例中，組件604的電源608和氣體源612可通過將組件604插入墻的插座內(nèi)而進(jìn)行充電/充氣。在某些實(shí)施例中，組件604可放置在或連接到對(duì)接站(在下面圖8中描述)，當(dāng)組件604儲(chǔ)藏在該對(duì)接站上時(shí)，該對(duì)接站對(duì)電源608和/或氣體源612充電/充氣。
在某些實(shí)施例中，組件604包括可用作為氣體源612的氣體壓縮機(jī)。電源608可使用氣體壓縮機(jī)對(duì)氣體源612充氣。在某些實(shí)施例中，消除預(yù)先流動(dòng)和事后流動(dòng)步驟，以保存電源608中電力和氣體源612中氣體。消除預(yù)先流動(dòng)和事后流動(dòng)步驟也可應(yīng)用于以上圖1-6所述實(shí)施例以保持電力和氣體。
在某些實(shí)施例中，等離子體電弧焊炬系統(tǒng)600包括氣體充氣和電力充電指示器，其無需移去組件604就可被使用者601看得見。該指示器可顯示電源608中剩電或氣體源612中剩氣。在一實(shí)施例中，指示器可以是位于等離子體供應(yīng)裝置上的測(cè)量?jī)x表。在另一實(shí)施例中，指示器可以發(fā)出聲音信號(hào)來提醒使用者，電量和/或氣體量已經(jīng)降低。
圖7b示出圖7a使用者的另一替代的視圖。便攜式等離子體電弧焊炬系統(tǒng)600包括附連到可佩帶的組件604的等離子體供應(yīng)裝置620。在某些實(shí)施例中，等離子體供應(yīng)裝置620包括從可佩帶的便攜式組件604延伸出來的等離子體焊矩。使用者601可佩帶著該組件604，同時(shí)操作該焊矩，允許使用者601運(yùn)輸該等離子體系統(tǒng)600。組件還可包括通向等離子體供應(yīng)裝置620的導(dǎo)線624。在某些實(shí)施例中，通向等離子體供應(yīng)裝置620的導(dǎo)線可以縮短些，以適應(yīng)使用者601的臂長(zhǎng)而不必有太長(zhǎng)的導(dǎo)線。
組件604可形成為低的外形或可形成為適應(yīng)使用者601佩帶的頭盔。在某些實(shí)施例中，組件源604不延伸高過使用者肩或包括頭盔的開口。
在某些實(shí)施例中，等離子體焊矩系統(tǒng)600包括遙控器，這樣，使用者601可調(diào)整電源、608、等離子體單元616和/或氣體源612的設(shè)定而無需取下組件604。在某些實(shí)施例中，控制器安裝在等離子體供應(yīng)裝置620上。
如圖7a-b所示可佩帶的便攜式組件604的特征諸如電源608、氣體源612、控制器634、傳輸介質(zhì)、用來形成組件604的材料、氣體和電源指示器以及組件604的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，這些特征也可用于便攜式焊接裝置。
圖8a是根據(jù)一示例性實(shí)施例的用于可佩帶的便攜式組件604的對(duì)接站625各個(gè)部件的方框圖。對(duì)接站625包括構(gòu)造成接納組件604的對(duì)接端口 626和第一連接器627，該第一連接器627在組件604對(duì)接到對(duì)接端口 626時(shí)電連接至電源608并提供電力來對(duì)電源608進(jìn)行充電。對(duì)接站625還包括第二連接器628，該第二連接器628在組件604對(duì)接到對(duì)接端口 626時(shí)流體地連接到氣體源612并提供氣體對(duì)氣體源612充氣。在組件604的氣體源612包括壓縮機(jī)的某些實(shí)施中，第一連接器627可用來對(duì)壓縮機(jī)通電以便使氣體源612充氣。
圖8b是用于便攜式等離子體電弧焊炬系統(tǒng)604'(類似于以上圖1-6所示示范實(shí)施例)的對(duì)接站625'的各個(gè)部件的方框圖。對(duì)接站625'包括構(gòu)造成接納便攜式等離子體電弧焊炬系統(tǒng)604'的端口 626'。便攜式等離子體電弧焊炬系統(tǒng)604'具有類似于以上圖l-6所示電源和氣體源的電源608'和氣體源612'。對(duì)接站625'包括第一連接器627'，該第一連接器627'在系統(tǒng)對(duì)接到對(duì)接端口 626'時(shí)電連接到電源608'并提供電力對(duì)電源608'充電。對(duì)接站625'還包括第二連接器628'，該第二連接器628'在系統(tǒng)對(duì)接到對(duì)接端口 626'時(shí)流體地連接到氣體源612，并提供氣體對(duì)氣體源612'充氣。在系統(tǒng)的氣體源612'包括壓縮機(jī)的某些實(shí)施中，第一連接器627'可用來對(duì)壓縮機(jī)通電以便使氣體源612'充氣。
圖8c是用于便攜式焊接裝置604"的對(duì)接站625"的各個(gè)部件的方框圖。對(duì)接站625"構(gòu)造成接納焊接裝置604"。焊接裝置604"還可包括電源608"和氣體源612"。對(duì)接站625"包括第一連接器627"，該第一連接器627"在系統(tǒng)對(duì)接到對(duì)接端口 626"時(shí)電連接到電源608"并提供電力對(duì)電源608"充電。對(duì)接站625"還包括第二連接器628"，該第二連接器628"在系統(tǒng)對(duì)接到對(duì)接端口626"時(shí)流體地連接到氣體源612"并提供氣體對(duì)氣體源612"充氣。在裝置604"的氣體源612"包括壓縮機(jī)的某些實(shí)施中，第一連接器627"可用來對(duì)壓縮機(jī)通電以便使氣體源612"充氣。
圖9是包括可佩帶的便攜式組件604的等離子體電弧焊炬系統(tǒng)600各個(gè)部件的方框圖。除了電源608、氣體源612和等離子體單元616之外，可佩帶的組件604可包括冷卻等離子體和電源608的冷卻裝置631。在某些實(shí)施例中，冷卻裝置631是冷卻室。在其它實(shí)施例中，冷卻裝置631包括一個(gè)或多個(gè)冷卻通道。
在某些實(shí)施例中，等離子體單元616可包括一個(gè)或多個(gè)控制器634 (類似 于以上圖l-6所述控制器)和一個(gè)傳輸介質(zhì)638或多個(gè)傳輸介質(zhì)(類似于以上 圖1-6所述傳輸介質(zhì))。在某些實(shí)施例中，可佩帶的便攜式等離子體電弧焊炬 系統(tǒng)600包括控制系統(tǒng)，其具有如以上圖6所示的引導(dǎo)電弧電路512、固態(tài)繼 電器510、壓力調(diào)節(jié)器514和/或控制電流和/或氣體流的電磁閥516。
圖10是可佩帶的便攜式組件604的示范實(shí)體分隔的方框圖。在某些實(shí)施 例中，可佩帶的組件604被封罩在外殼642內(nèi)。在某些實(shí)施例中，外殼642是 柔性材料，并構(gòu)造成為可佩帶的組件。在其它實(shí)施例中，外殼642設(shè)置在可佩 帶的組件內(nèi)。
盡管圖10示出外殼642內(nèi)的可佩帶的組件的一實(shí)例，但其它實(shí)體分隔結(jié) 構(gòu)也可用來封罩組件604或組件的各部分。在某些實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)外殼 元件可用來封罩電源608、氣體源612、等離子體單元616，或它們?nèi)魏蔚慕M合。 在某些實(shí)施例中，外殼是柔性材料，并構(gòu)造成為可佩帶的組件。在其它實(shí)施例 中，外殼設(shè)置在可佩帶的組件內(nèi)。
在其它實(shí)施例中，電源608、氣體源612和等離子體單元616不被封罩在 外殼內(nèi)，但在結(jié)構(gòu)上連接在一起而形成可佩帶的組件604。
盡管本發(fā)明參照具體實(shí)施例進(jìn)行特別地圖示和描述，但本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技 術(shù)人員應(yīng)該理解到，本發(fā)明在形式和細(xì)節(jié)上可以作出各種改變，而不脫離上述 描述的精神和范圍。
權(quán)利要求
1. 一種用于加工材料的等離子體電弧焊炬裝置，包括可佩帶的便攜式組件，所述組件包括可更換的或可充電的電源或者可更換的或可充氣的氣體源中的至少一個(gè)；以及等離子體供應(yīng)裝置，所述等離子體供應(yīng)裝置從所述電源接受電流并從所述氣體源接受氣體來產(chǎn)生等離子體電弧。
2. 如權(quán)利要求1所述的等離子體電弧焊炬裝置，其特征在于，所述可佩帶 的便攜式組件是背包。
3. 如權(quán)利要求1所述的等離子體電弧焊炬裝置，其特征在于，還包括遙控 裝置，所述遙控裝置適于與所述電源或所述氣體源中的至少一個(gè)連通。
4. 如權(quán)利要求1所述的等離子體電弧焊炬裝置，其特征在于，還包括位于 所述等離子體供應(yīng)裝置上的控制裝置，所述控制裝置適于與所述電源或所述氣 體源中的至少一個(gè)連通。
5. 如權(quán)利要求1所述的等離子體電弧焊炬裝置，其特征在于，還包括指示 所述電源中剩電的指示器或指示所述氣體源中剩氣的指示器中的至少一個(gè)。
6. 如權(quán)利要求1所述的等離子體電弧焊炬裝置，其特征在于，所述便攜式 組件還包括一層，其中，所述層是耐熱、不導(dǎo)電或抗沖擊的。
7. 如權(quán)利要求1所述的等離子體電弧焊炬裝置，其特征在于，所述氣體源 包括壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)壓縮待供應(yīng)到所述等離子體供應(yīng)裝置的氣體。
8. 如權(quán)利要求7所述的等離子體電弧焊炬裝置，其特征在于，所述電源對(duì) 所述壓縮機(jī)提供電力以便對(duì)所述氣體源充氣。
9. 如權(quán)利要求1所述的等離子體電弧焊炬裝置，其特征在于，所述等離子 休供應(yīng)裝置可附連到所述可佩帶的便攜式組件。
10. 如權(quán)利要求1所述的等離子體電弧焊炬裝置，其特征在于，所述便 攜式組件可附連到充電/充氣裝置，所述充電/充氣裝置構(gòu)造成對(duì)所述電源或所 述氣體源中的至少一個(gè)充電或充氣。
11. 如權(quán)利要求1所述的等離子體電弧焊炬裝置，其特征在于，所述便 攜式組件包括細(xì)絲纏繞的復(fù)合容器。
12. 如權(quán)利要求l所述的等離子體電弧焊炬裝置，其特征在于，還包括 電流調(diào)節(jié)器，用來調(diào)節(jié)所述等離子體供應(yīng)裝置從所述電源中接受的電流。
13. 如權(quán)利要求1所述的等離子體電弧焊炬裝置，其特征在于，所述電 源是聚合物鋰離子電池。
14. 一種系統(tǒng)，包括包括等離子體電弧焊炬系統(tǒng)的可佩帶的便攜式組件，所述等離子體電弧焊炬系統(tǒng)包括可更換的或可充電的電源或者可更換的或可充氣的氣體源中的至 少一個(gè)；可附連到所述組件的對(duì)接站，所述對(duì)接站包括用來對(duì)所述電源充電的供電 器或用來對(duì)所述氣體源充氣的供氣器中的至少一個(gè)。
15. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述可佩帶的便攜式組 件是背包。
16. —種加工材料的方法，包括提供等離子體電弧系統(tǒng)，所述等離子體電弧系統(tǒng)包括與可佩帶的便攜式組 件連通的等離子體供應(yīng)裝置，所述組件具有可更換的或可充電的電源或者可更 換的或可充氣的氣體源中的至少一個(gè)；以及當(dāng)所述組件由使用者佩帶時(shí)，通過從所述電源向所述等離子體供應(yīng)裝置提 供電流和從所述氣體源向所述等離子體供應(yīng)裝置提供氣體，發(fā)生從所述等離子 體供應(yīng)裝置發(fā)出的等離子體電弧。
17. —種對(duì)便攜式等離子體電弧焊炬裝置進(jìn)行充電/充氣的裝置，包括對(duì)接端口 ，所述對(duì)接端口構(gòu)造成接納所述便攜式等離子體電弧焊炬裝置，所述便攜式等離子體電弧焊炬裝置包括可充電的電源和可充氣的氣體源；第一連接器，所述第一連接器構(gòu)造成在所述裝置對(duì)接到所述對(duì)接端口時(shí)電連接到所述電源，所述第一連接器提供對(duì)所述電源充電的電力；以及第二連接器，所述第二連接器構(gòu)造成在所述裝置對(duì)接到所述對(duì)接端口時(shí)流 體地連接到所述氣體源，所述第二連接器提供對(duì)所述氣體源充氣的氣體。
18. 如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述便攜式等離子體電 弧焊炬裝置是可佩帶的。
19. 如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述電源和所述氣體源中的至少一個(gè)是可移去的。
20. —種對(duì)便攜式焊接裝置進(jìn)行充電/充氣的裝置，包括對(duì)接端口，所述對(duì)接端口構(gòu)造成接納所述便攜式焊接裝置，所述便攜式焊 接裝置包括可充電的電源和可充氣的氣體源；第一連接器，所述第一連接器構(gòu)造成在所述裝置對(duì)接到所述對(duì)接端口時(shí)電 連接到所述電源，所述第一連接器提供對(duì)所述電源充電的電力；以及第二連接器，所述第二連接器構(gòu)造成在所述裝置對(duì)接到所述對(duì)接端口時(shí)流 體地連接到所述氣體源，所述第二連接器提供對(duì)所述氣體源充氣的氣體。
21. —種焊接裝置，包括可佩帶的便攜式組件，所述組件包括可更換的或可充電的電源或者可更換的或可充氣的氣體源中的至少一個(gè)；以及焊接供應(yīng)裝置，所述焊接供應(yīng)裝置從所述電源接受電流并從所述氣體源接 受氣體以發(fā)生焊接電弧。
全文摘要
一種便攜式等離子體電弧焊炬系統(tǒng)可用于加工材料。該系統(tǒng)包括可更換的或可充電的電源和可更換的或可充氣的氣體源?？刂破髋c電源或氣體源中的至少一個(gè)連通。等離子體供應(yīng)裝置通過控制器從電源接受電流并從氣體源接受氣體，以在等離子體供應(yīng)裝置的輸出處發(fā)生等離子體電弧。等離子體電弧可用來加工諸如金屬工件的材料。等離子體電弧焊炬可包括可佩帶的便攜式組件，該組件包括可更換或可充電/充氣的電源和氣體源。等離子體供應(yīng)裝置從組件中的電源接受電流并從組件中的氣體源接受氣體，以發(fā)生等離子體電弧。
文檔編號(hào)H05H1/26GK101513136SQ200780033440
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2007年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月11日
發(fā)明者E·M·希普勒斯基, J·L·杰森, M·霍法, N·A·桑德斯 申請(qǐng)人:海別得公司