用于等离子弧焊炬的成本有效的筒制造技术

一种用于空气冷却的等离子弧焊炬的筒（100）被提供。该筒包括具有模制的热塑性细长本体的涡流环（102），该本体具有远端、近端以及被构造成容纳电极的中空部分。涡流环（102）还具有由细长本体的远端限定的多个气流开口（136）并且被构造成将涡流运动赋予用于等离子弧焊炬的等离子气流。涡流环（102）进一步包括位于远端处的细长本体的表面上的喷嘴保持部件（216）以用于将喷嘴保持至细长本体。该筒进一步包括附接至涡流环（102）的细长本体的近端的帽（106）以用于基本上封闭该细长本体的近端。

【技术实现步骤摘要】
用于等离子弧焊炬的成本有效的筒相关申请的交叉引用本申请要求享有2014年8月12日提交的美国临时专利申请第62/036,393号的权益和优先权，其全部内容由本申请的受让人拥有并且在此通过全文引用的方式并入本文中。
本专利技术一般涉及用于等离子弧焊炬的可消耗件，并且更特别地涉及具有多个集成部件的等离子弧焊炬的一个或多个可替换的低成本筒。
技术介绍
热处理焊炬（诸如，等离子弧焊炬）广泛地用于材料的高温处理（例如，加热、切割、刨削和标记）。等离子弧焊炬一般包括焊炬本体，安装在焊炬本体内的电极，置于电极的钻孔内的发射插入件，具有安装在焊炬本体内的中心出口孔的喷嘴，护罩，电连接件，用于冷却的通路，用于弧控制流体（例如，等离子气体）的通路以及电源。涡流环能够被用于控制形成于电极和喷嘴之间的等离子腔室中的流体流型。在一些焊炬中，保持帽被用于将喷嘴和/或涡流环维持在等离子弧焊炬中。在操作中，焊炬产生等离子弧，等离子弧是具有高温和足够的动量以辅助去除熔融金属的离子化气体的压缩射流。用在焊炬中的气体能够是非反应性的（例如，氩气或氮气）或反应性的（例如，氧气或空气）。用于在等离子弧焊炬中产生等离子弧的一种方法是接触启动方法。接触启动方法包括在电极和喷嘴之间建立物理接触和电连通以扁在其之间形成电流路径。电极和喷嘴能够配合以便在焊炬本体内形成等离子腔室。电流被提供至电极和喷嘴，并且气体被引入至等离子腔室。气体压力增大直至该压力足以分离电极和喷嘴。该分离使得在等离子腔室中在电极和喷嘴之间形成电弧。电弧将被引入的气体离子化以便产生能够转移至工件以用于材料处理的等离子射流。在一些应用中，电源适于在弧的产生期间提供已知为引导电流的第一电流，以及当等离子射流已经转移至工件时提供已知为转移弧电流的第二电流。各种构造能够用于产生弧。例如，电极能够在焊炬本体内远离固定喷嘴移动。这样的构造被称为“倒流（blow-back）”接触启动方法，因为气体压力使得电极远离工件移动。这样的系统的问题涉及喷嘴和电极可消耗件之间的精确对准，这显著地影响了可消耗件的预期寿命以及材料处理/切割质量。在另一构造中，喷嘴能够远离相对固定的电极移动。这样的构造被称为“前流（blow-forward）”接触启动方法，因为气体压力使得喷嘴朝向工件移动。现有的等离子切割系统包括可用于与不同的电流和/或操作模式一起使用的大量可消耗件。大量的可消耗件选项要求大的零件数量以及用于用户的清单，并且能够使用户困惑并增加安装不正确的可消耗件的可能性。大量的可消耗件选项还能够引起冗长的焊炬设置时间并且使其难以在要求焊炬中的可消耗件的不同设置的切割过程中转换，焊炬中的可消耗件的设置和安装通常在现场执行。例如，在切割操作之前，选择并安装对于特定的切割任务正确的一组可消耗件能够是繁重且耗时的。此外，当旧部件与新部件一起使用时，在现场的这些部件的选择、组装和安装能够引起对准问题或兼容性问题。在焊炬操作期间，现有的可消耗件能够经历性能问题，诸如无法维持适当的可消耗件对准和间距。此外，当前的可消耗件包括大量昂贵的材料（例如，VespelTM）并且通常要求相对复杂的制造工艺，这导致极大的制造成本并且抑制了他们的广泛商业化、生产和采用。所需要的是降低制造成本和时间、降低部件数目、提高系统性能（例如，部件对准、切割质量、可消耗件寿命、可变性/多功能性等）以及使终端用户易于安装并使用可消耗件的新的且改进的可消耗件平台。
技术实现思路
本专利技术提供用于等离子弧焊炬（诸如，用于手工操作的空气冷却的等离子弧焊炬）的一个或多个成本有效的筒的设计。通常，因为筒包括一套两个或更多个可消耗的部件，所以该筒提供了使用的便利性并且与单独地安装每个可消耗部件相比缩短了用于安装至等离子弧焊炬中的时间。此外，在焊炬中使用筒改进了部件的对准和切割一致性。然而，制造和材料成本能够阻止筒的广泛的商业化和生产。本专利技术通过提供一个或多个成本有效的筒的设计而解决了这个问题，该成本有效的筒的设计促进了筒的商业化和生产并且改进了它们的安装。在一个方面中，本专利技术的特征在于一种用于空气冷却的等离子弧焊炬的筒。该筒包括涡流环和帽。涡流环包括具有基本上中空部分的模制的热塑性细长本体，模制的热塑性细长本体具有远端和近端并且被构造成在中空部分内容纳电极。涡流环还包括由细长本体的远端限定的多个气流开口并且被构造成将涡流运动赋予用于等离子弧焊炬的等离子气流。涡流环进一步包括在远端处位于细长本体的表面上的喷嘴保持部件以用于将喷嘴保持至该细长本体。帽附接至涡流环的细长本体的近端。该帽基本上围住该细长本体的近端。在一些实施例中，帽由导电材料形成。帽能够被构造成将电极保持在筒内并且将电流传递至该电极。帽能够包括用于物理地接触回弹性元件的偏压表面，该回弹性元件抵靠电极的近端偏压。额外地，帽能够包括被构造成将回弹性元件保持在偏压表面与电极的近端之间的基本上中空的本体。在一些实施例中，帽的本体具有基本上均匀的厚度。在一些实施例中，帽包括至少一个通气孔。在一些实施例中，帽包括接触表面以用于当等离子弧焊炬在转移弧模式中操作时促进与电极的对应接触表面的电接触。帽的接触表面的特征在于在引导弧的引发期间不存在与电极对应接触表面的接触。该接触表面能够被构造成当焊炬在转移弧模式中操作时物理地接触电极的对应接触表面。在一些实施例中，涡流环的多个气流开口包括由置于涡流环的细长本体的远端周围的多个延伸部限定的槽，每个槽位于一对延伸部之间。在一些实施例中，喷嘴保持部件包括位于延伸部的外表面上的沟槽。喷嘴能够经由卡扣配合、螺纹连接或压接中的一个而保持至涡流环。在一些实施例中，通过压接、卡扣配合或螺纹连接中的一个而实现帽和涡流环之间的接合。在一些实施例中，涡流环的细长本体由热塑性材料模制，该热塑性材料包括醚和酮分子形成的聚合物的。该热塑性材料能够具有一个或多个属性，包括：（i）大于约320华氏度（F）的玻璃化转变温度（Tg），（ii）在Tg以下小于约22微英寸/英寸-华氏度（micro.in/in.F）的线性热膨胀系数（CLTE），（iii）在Tg以上小于约55micro.in/in.F的CLTE，(iv)大于约720华氏度的熔点，以及（v）大于约480千伏/英寸的介电强度。在一些实施例中，每个气流开口的轴向长度（L）与在电极的半径和涡流环的内壁的半径之间的平均半径（R）的比率小于约0.5。在一些实施例中，多个气流开口围绕细长本体的远端被置于单个层中，每个气流开口在涡流环的内壁中的开口和涡流环的外壁上的开口之间具有约0.040英寸的偏移。在另一方面中，一种用于空气冷却的等离子弧焊炬的模制的涡流环被提供。模制的涡流环包括模制的热塑性细长本体，该细长本体包括基本上中空的部分。模制的热塑性细长本体具有远端和近端并且被构造成在中空部分内容纳电极。模制的涡流环还包括多个模制的气流开口，每个气流开口从细长本体的内表面延伸至外表面。模制的气流开口被置于细长本体的远端的周围并且被构造成将涡流赋予等离子弧焊炬的等离子气流。模制的涡流环进一步包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于空气冷却的等离子弧焊炬的涡流环，所述涡流环包括：/n细长本体，所述细长本体包括基本上中空部分，所述细长本体具有远端和近端并且被构造成在所述中空部分内容纳电极；/n多个气流开口，所述多个气流开口的每一个从所述细长本体的内表面延伸至外表面，所述气流开口置于所述细长本体的所述远端周围并且被构造成将涡流赋予所述等离子弧焊炬的等离子气流，其中，所述多个气流开口包括由置于所述细长本体的所述远端周围的多个延伸部限定的槽，每个槽位于一对所述延伸部之间；以及/n喷嘴保持表面，所述喷嘴保持表面在所述本体上以用于将喷嘴保持在所述细长本体的所述远端处。/n

【技术特征摘要】
20140812 US 62/0363931.一种用于空气冷却的等离子弧焊炬的涡流环，所述涡流环包括：
细长本体，所述细长本体包括基本上中空部分，所述细长本体具有远端和近端并且被构造成在所述中空部分内容纳电极；
多个气流开口，所述多个气流开口的每一个从所述细长本体的内表面延伸至外表面，所述气流开口置于所述细长本体的所述远端周围并且被构造成将涡流赋予所述等离子弧焊炬的等离子气流，其中，所述多个气流开口包括由置于所述细长本体的所述远端周围的多个延伸部限定的槽，每个槽位于一对所述延伸部之间；以及
喷嘴保持表面，所述喷嘴保持表面在所述本体上以用于将喷嘴保持在所述细长本体的所述远端处。


2.根据权利要求1所述的涡流环，其中，所述喷嘴保持表面包括位于所述延伸部的外表面上的喷嘴保持部件。


3.根据权利要求2所述的涡流环，其中，所述喷嘴保持部件包括被构造成经由压接而容纳所述喷嘴的一部分的沟槽。


4.根据权利要求1所述的涡流环，其中，所述喷嘴保持表面包括被构造成经由压接而容纳所述喷嘴的一部分的倾斜表面。


5.根据权利要求1所述的涡流环，其中，所述涡流环的所述细长本体的所述远端和所述喷嘴配合地限定了所述多个气流开口。


6.根据权利要求1所述的涡流环，其中，所述涡流环被构造成经由卡扣配合或螺纹连接中的一者而接合所述喷嘴。


7.根据权利要求1所述的涡流环，其中，所述涡流环被构造成经由压接而接合所述喷嘴。


8.根据权利要求1所述的涡流环，其中，所述细长本体以注塑成型工艺来形成。


9.根据权利要求1所述的涡流环，其中，所述细长本体由热塑性材料形成。


10.根据权利要求9所述的涡流环，其中，所述热塑性材料包括醚和酮分子形成的聚合物。


11.根据权利要求10所述的涡流环，其中，所述热塑性材料进一步包括一种或多种添加剂。


12.根据权利要求10所述的涡流环，其中，所述热塑性材料具有一个或多个属性，包括：（i）大于约320华氏度（F）的玻璃化转变温度（Tg），（ii）在Tg以下小于约22微英寸/英寸－华氏度（micro.in/in.F）的线性热膨胀系数（CLTE），（iii）在Tg以上小于约55微英寸/英寸－华氏度（micro.in/in.F）的CLTE，（iv）大于约720华氏度的熔点，以及（v）大于约480千伏/英寸的介电强度。


13.根据权利要求8所述的涡流环，其中，所述喷嘴保持部件或所述多个气流开口中的至少一者以相同的注塑成型工艺被成型到所述细长体上。


14.根据权利要求1所述的涡流环，所述涡流环还包括位于所述细长本体上的所述帽保持元件，以用于将帽保持在所述细长本体的近端处，所述帽基本上围住所述近端。


15.根据权利要求14所述的涡流环，其中，所述帽保持元件包括沟槽，所述沟槽被构造成通过压接、螺纹连接或卡扣配合中的至少一者来固定所述帽。


16.根据权利要求1所述的涡流环，其中，每个气流开口的轴向宽度（W）与所述电极的半径和所述涡流环的内壁的半径之间的平均半径（R）的比率小于约0.5。


17.根据权利要求1所述的涡流环，其中，所述多个气流开口围绕所述细长本体的远端被置于单个层中。


18.根据权利要求17所述的涡流环，其中，每个气流开口在所述涡流环的内壁中的开口和所述涡流环的外壁上的开口之间具有约0.040英寸的偏移。


19.根据权利要求1所述的涡流环，其中，与所述喷嘴配合的所述涡流环的细长本体适于使所述电极径向地对准，以限制所述电极的径向运动。


20.根据权利要求14所述的涡流环，其中，与所述帽配合的所述涡流环的细长本体适于使所述电极纵向地对准，以限制所述电极的纵向运动。


21.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，端正，M埃斯梅利，MF科恩普罗布斯特，BA汉森，G奎利亚，
申请(专利权)人：海别得公司，
类型：发明
国别省市：美国;US