用于等離子切割炬的多部件電極及包括該電極的切割炬的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 符合本發(fā)明的設(shè)備、系統(tǒng)和方法設(shè)及切割，更具體地，設(shè)及與等離子弧切割炬及其 部件（包括用于等離子弧切割炬的多部件電極）相關(guān)的設(shè)備、系統(tǒng)及方法。 技術(shù)背景
[0002] 在許多切割、噴涂和焊接操作中，等離子電弧炬得到利用。通過運(yùn)些炬，等離子氣 體射流被W高溫發(fā)射進(jìn)入環(huán)境空氣中。射流從噴嘴中發(fā)射出來，并且當(dāng)其離開噴嘴時(shí)，射流 高度欠膨脹且非常集中。然而，由于與電離的等離子射流相關(guān)聯(lián)的高溫，炬的許多部件易 遭受故障。運(yùn)種故障可W顯著地干擾炬的操作，并且在切割操作的開始妨礙恰當(dāng)?shù)碾娀↑c(diǎn) 火。除了給嵌入件外，一些炬還利用具有嵌入件的電極，W試圖解決運(yùn)些問題。美國專利 No. 5097111公開了一個(gè)運(yùn)種例子，其全部公開內(nèi)容通過引用被并入本文。運(yùn)項(xiàng)專利解釋了 電極之內(nèi)的附加嵌入件的使用。然而，運(yùn)一解決方案依然沒有減輕前面探討的故障問題。
[0003] 通過將常規(guī)的、傳統(tǒng)的W及已提出的手段與如在本申請的其余部分中參照附圖所 闡述的本發(fā)明的實(shí)施方案相比，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說運(yùn)樣的手段的進(jìn)一步的局限性和缺 點(diǎn)將會(huì)變得明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 該發(fā)明的示例性實(shí)施方案是一種電極組件W及包含該電極組件的等離子炬，其中 該電極組件包含發(fā)射嵌入件W及圍繞該嵌入件的殼。所述殼由高導(dǎo)熱材料和高功函數(shù)材料 制成，W幫助冷卻該嵌入件并且防止從該嵌入體到該電極本體的弧跳。所述殼也包含至少 一個(gè)在其外表面上的槽，W確保所述殼在所述電極本體之內(nèi)。 陽00引 附圖簡要說巧
[0006] 通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，本發(fā)明的上述和/或其他方面 將會(huì)更加明顯，在所述附圖中：
[0007] 圖1是本發(fā)明的示例性多部件電極的圖示表征；
[0008] 圖2是圖1的電極的一部分的圖不表征；
[0009] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的示例性電極嵌入件的圖示表征；
[0010] 圖4是利用圖1的電極的示例性等離子電弧切割炬的圖示表征；W及
[0011] 圖5是本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施方案的圖示表征。 詳細(xì)描沐
[0013] 現(xiàn)在詳細(xì)參照不同的可選擇的示例性實(shí)施方案和附圖，其中相似的數(shù)字代表基本 上相同的結(jié)構(gòu)要素。每一個(gè)實(shí)施例都W解釋說明的方式被提供，而不是作為限制。事實(shí)上， 對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不背離該說明書和權(quán)利要求的范圍和精神的情況下做出修改 和變化是明晰的。例如，圖示的或描述的作為一個(gè)實(shí)施方案的一部分的特征，可能被用在另 一個(gè)實(shí)施方案上W產(chǎn)生更進(jìn)一步的實(shí)施方案。因此，本說明書意在包括在所附的權(quán)利要求 書及其等同內(nèi)容的范圍內(nèi)的修改和變化。
[0014] 本說明書總地設(shè)及對(duì)空氣和液體兩者冷卻的等離子電弧炬的有用的各種切割、焊 接和噴涂操作。運(yùn)些炬的構(gòu)造和操作是一般地已知的，并且因此其詳細(xì)構(gòu)造和操作運(yùn)里不 再討論。進(jìn)一步地，本發(fā)明的實(shí)施方案可W被用于手持的或機(jī)械化的等離子切割操作。應(yīng) 當(dāng)注意的是，為了簡潔清晰的目的，下面的討論將針對(duì)本發(fā)明的運(yùn)樣的示例性實(shí)施方案，所 述實(shí)施方案是被液體冷卻的并且可W被用于機(jī)械化和手持的切割操作兩者。然而，本發(fā)明 的實(shí)施方案不限于運(yùn)方面，并且本發(fā)明的實(shí)施方案可W在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情 況下用于其他類型的焊接和噴涂炬。進(jìn)一步地，如果需要，炬的多種類型和尺寸可能處于變 化的功率水平。運(yùn)里描述的炬和部件可W被用于標(biāo)記、切割或金屬去除。此外，本發(fā)明的示 例性實(shí)施方案可W與變化的電流和變化的功率水平一起使用?？蒞與本發(fā)明的實(shí)施方案一 起使用的類型的冷卻系統(tǒng)的構(gòu)造和利用是已知的，并且不需要在此詳細(xì)討論。
[0015] 現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖1，描述了本發(fā)明的示例性電極100。等離子切割電極的使用和構(gòu)造是 一般地已知的，并且運(yùn)些細(xì)節(jié)不需要在此討論。如圖所示，電極100具有電極本體101，其典 型地由銅或其他高導(dǎo)熱材料（諸如銀、金、儀等）構(gòu)成。該電極100包括冷卻腔107,在其 中冷卻介質(zhì)可W被引導(dǎo)來幫助冷卻電極100。在電極100的遠(yuǎn)側(cè)端，在腔107之內(nèi)，突伸部 109延伸進(jìn)入腔107,其中突伸部109從腔107的遠(yuǎn)側(cè)端表面111延伸出來。如下面要進(jìn)一 步討論的，突伸部109容納嵌入件103的一部分并且增加電極100的腔107之內(nèi)的表面冷 卻面積。
[0016]如上面提到的，電極100包括高熱離子發(fā)射嵌入件103。在切割期間，等離子射流 從運(yùn)個(gè)嵌入件中發(fā)射出。通常運(yùn)個(gè)嵌入件103由給制成，但其他諸如錯(cuò)和鶴（和其他類似 材料）等材料也可W使用。典型地，電極100的可使用壽命取決于嵌入件103的可使用壽 命，嵌入件103在操作期間易于腐蝕。進(jìn)一步地，如果嵌入件103和電極本體101的冷卻不 是最佳，對(duì)嵌入件103的腐蝕可能被加速。另外，產(chǎn)生的等離子射流可能具有從嵌入件103 跳出并且與電極本體101的遠(yuǎn)側(cè)端接觸的趨勢。運(yùn)可能引起對(duì)電極本體101的損壞并且加 速其故障。
[0017]因此，本發(fā)明的實(shí)施方案利用嵌入電極本體101的遠(yuǎn)側(cè)端的殼型嵌入件105,其中 嵌入件103被嵌入殼105的腔中。在本發(fā)明的示例性實(shí)施方案中，殼105由諸如銀等高熱 傳遞/高功函數(shù)材料制成。通過具有高熱傳遞率，殼105幫助優(yōu)化嵌入件103的冷卻，并且 通過具有功函數(shù)，殼105幫助防止等離子射流在嵌入件103的末端與銅電極本體101之間 形成電弧。因此，本發(fā)明的實(shí)施方案已經(jīng)相對(duì)已知電極體提高了工作壽命。
[001引圖2描繪了上面描述的電極100的遠(yuǎn)側(cè)端的更近視圖。如圖所示，殼105被固定在 形成于電極100的遠(yuǎn)側(cè)端的腔108中，W致殼105的遠(yuǎn)側(cè)端表面和本體101是一般地共面 的。殼105具有延伸進(jìn)入電極本體101的突伸部109的突伸部104,并且具有主體部106， 該主體部106具有比突伸部104大的直徑d。突伸部和主體部兩者具有一般地為圓柱狀的 外形。該主體部106如圖中所示向外延伸，W致其直徑d接近腔107的內(nèi)直徑d'。
[0019]應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明的實(shí)施方案可W與電流和功率水平廣泛變化的切割炬和切 割系統(tǒng)一起使用。也就是說，本發(fā)明的實(shí)施方案可W被用于從低于100安培到高于400安 培的切割系統(tǒng)。然而，由于在不同電流水平操作時(shí)對(duì)于消耗品的不同要求，本文討論的部件 中的一些的尺寸關(guān)系可W被優(yōu)化W用于不同的電流水平。因此，對(duì)于一些此處討論的物理 關(guān)系，示例性的關(guān)系將在下面被一般地討論。然而，如后面所示，更具體的用于不同電流水 平的尺寸關(guān)系在表中被示出。
[0020] 現(xiàn)在轉(zhuǎn)向一些示例性尺寸關(guān)系，在示例性實(shí)施方案中，直徑d在腔107的直徑d' 的90%至110%范圍內(nèi)。在其他實(shí)施方案中，直徑d在腔107的直徑d'的90%至100%范 圍內(nèi)。另外，如圖所示，主體部106的直徑d是運(yùn)樣，W致電極100的表面區(qū)域的遠(yuǎn)側(cè)面主 要是殼105。例如，在本發(fā)明的示例性實(shí)施方案中，主體部106的直徑d在電極100的遠(yuǎn)側(cè) 面112的直徑D的80%至98%范圍內(nèi)，其中遠(yuǎn)側(cè)面112是電極100的圓形平坦面。在其他 示例性實(shí)施方案中，直徑d在面112的直徑D的85 %至90 %范圍內(nèi)。通過具有在電極遠(yuǎn)側(cè) 端面的更大直徑的殼105,實(shí)施方案幫助防止電弧在嵌入件103與電極本體101之間跳躍。 已知的電極不具有有如此大的相對(duì)直徑的殼。
[0021] 另外，如圖所示，殼主體部106具有比已知電極配置厚得多的厚度t。也就是說，該 主體部具有在厚度T的75%至95%范圍內(nèi)的厚度t--其從電極100的遠(yuǎn)側(cè)面112測量到 腔表面111。在其他示例性實(shí)施方案中，厚度t在79%至90%范圍內(nèi)。通過使用如此的大 厚度，殼的總體積被優(yōu)化，運(yùn)優(yōu)化了殼的熱傳導(dǎo)和電弧的穩(wěn)定性。因此，獲得了相對(duì)已知電 極的工作壽命改進(jìn)。