BR112013020054B1

BR112013020054B1 - Bico de corte de plasma com passagens avançadas de arrefecimento e maçarico a arco- plasma compreendendo o referido bico

Info

Publication number: BR112013020054B1
Application number: BR112013020054-5A
Authority: BR
Inventors: Nakhleh Hussary; Christopher J. Conway; Daniel Barnett
Original assignee: Thermal Dynamics Corporation
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2021-12-07
Also published as: BR112013020054A2; MX2013007670A; US8680426B2; AU2012223470B2; EP2681975A1; US9131596B2; US9357628B2; BR112013020053B1; WO2012118826A1; EP2681974A1; CA2826788C; US20120248074A1; WO2012118832A1; CA2826791A1; AU2012223470A1; US20120248073A1; US20140183170A1; CN103404237A; CA2826784C; AU2012223468A1

Abstract

é fornecido um maçarico a arco-plasma que inclui um bico tendo uma vida melhorada. o bico define um primeiro conjunto de passagens de fluido, um segundo conjunto de passagens de fluido e uma cavidade interna em comunicação fluida com a primeira e segunda passagens de fluido. a cavidade interna inclui uma porção de base disposta d e forma proximal e em torno de um orifício central do bico. um primeiro conjunto de passagens de fluido permitie a entrada de um fluido de arrefecimento para dentro do bico, e um segundo conjunto de passagens de fluido permite a saída do fluido de arrefecimento do bico.

Description

Referência cruzada à pedidos relacionados

[001]. O presente pedido reivindica prioridade do pedido provisional US número 611,447,560, depositado em 28 de fevereiro de 2011, intitulado "Maçarico a arco-plasma possuindo vida útil aumentada de consumíveis". O relatório descritivo do pedido acima é aqui incorporado, por referência, em sua integridade.

Campo da invenção

[002]. A presente invenção refere-se a maçaricos a arco-plasma e mais especificamente a bicos para uso em maçaricos a arco-plasma.

Estado da técnica

[003]. As afirmações contidas nesta seção apenas fornecem informações básicas relacionadas à presente invenção e não podem ser consideradas anterioridades.

[004]. Maçaricos a arco-plasma, também conhecidos como maçaricos a arco elétrico, são comumente utilizados para o corte, marcação, goivagem e solda de peças de metal, dirigindo um fluxo de plasma de alta energia, consistindo de partículas de gás ionizado, em direção à peça. Em um maçarico a arco-plasma normal, o gás a ser ionizado é fornecido a uma extremidade distai do maçarico e flui através de um eletrodo antes de sair por um orifício no bico, ou bocal, do maçarico a arco-plasma. O eletrodo tem um potencial relativamente negativo e funciona como um cátodo. Por outro lado, o bico do maçarico constitui um potencial relativamente positivo e funciona como um ânodo durante a pilotagem. Ademais, o eletrodo encontra-se em uma relação espaçada com o bico, portanto criando um vão, na extremidade distal do maçarico. Em funcionamento, um arco piloto é criado no espaço entre o eletrodo e o bico, muitas vezes referido como a câmara do arco de plasma, na qual o arco piloto se aquece e ioniza o gás. O gás ionizado é soprado para fora do maçarico e aparece como uma corrente de plasma que se estende distalmente do bico. À medida que a extremidade distal do maçarico é movida para uma posição próxima da peça de trabalho, o arco salta ou se transfere do bico do maçarico para a peça de trabalho com a ajuda de um circuito de comutação ativado pela fonte de alimentação. Consequentemente, a peça de trabalho serve como o ânodo, e o maçarico de arco de plasma é operado num modo de "arco transferido".

[005]. Os consumíveis do maçarico de arco-plasma, como o eletrodo e o bico, são suscetíveis ao desgaste devido às altas corrente 1 potência e alta temperatura de operação. Após o arco piloto ser iniciado e o fluxo de plasma ser gerado, o eletrodo e o bico são submetidos a altas temperaturas e desgaste causados pelo fluxo de plasma ao longo de todo o funcionamento do maçarico a arco-plasma. Melhorados consumíveis e métodos de operação de maçaricos a arco-plasma de forma a aumentar a vida útil dos consumíveis, aumentando assim o tempo de operação e reduzindo os custos, são continuamente desejados na técnica de corte a plasma.

Descrição da invenção

[006]. Em um aspecto da presente invenção, um bico de um maçarico a arcoplasma inclui uma porção proximal e uma porção distal cônica. A porção proximal está adaptada para ligação a um membro ânodo adjacente do maçarico a arco-plasma. A porção proximal define um primeiro conjunto de passagens de fluido para a entrada de um fluido de arrefecimento para dentro do bico e um segundo conjunto de passagens de fluido para a saída do fluido de arrefecimento do bico. A porção cônica distal se estende a partir da porção proximal a um orifício de saída do bico. A porção cônica distal define uma cavidade interna em comunicação fluida com o primeiro conjunto de passagens de fluido e o segundo conjunto de passagens de fluido. Uma porção de base da cavidade interna circunda o orifício de saída.

[007]. Em um segundo aspecto da presente invenção, um bico de um maçarico a arco-plasma inclui um elemento central, adaptado para ligação a um membro ânodo adjacente do maçarico a arco-plasma, e um elemento externo disposto em torno do elemento central. O elemento central define uma primeira passagem de fluido para a entrada de um fluido de arrefecimento para dentro do bico e um orifício de saída. O elemento externo define uma segunda passagem de fluido para a saída do fluido de arrefecimento do bico.

[008]. Ainda em um outro aspecto, o bico de um maçarico a arco-plasma inclui um elemento central, adaptado para ligação a um membro ânodo adjacente do maçarico a arco-plasma e um elemento exterior disposto em torno do elemento central. O elemento central define um primeiro conjunto de passagens de fluido para a entrada de um fluido de arrefecimento para dentro do bico, uma parte de extremidade distal cônica com uma seção exterior de parede periférica e um orifício de saída. O elemento exterior define um segundo conjunto de passagens de fluido para a saída do fluido de arrefecimento a partir do bico e uma seção interior de parede periférica. A seção da parede exterior periférica do elemento central e o elemento de parede interior periférica do elemento exterior definem uma cavidade interna, em comunicação fluida com o primeiro conjunto de passagens de fluido e o segundo conjunto de passagens de fluido. Uma porção de base da cavidade interna circunda o orifício de saída.

[009]. Ainda em um outro aspecto, um bico de um maçarico a arco-plasma inclui uma porção proximal adaptada para ligação a um membro ânodo adjacente do maçarico a arco-plasma, e uma porção distal que se estende a partir da porção proximal a um orifício de saída do bico. A porção distal define uma cavidade interna configurada para entrada e saída de um fluido de arrefecimento para dentro e para fora do bico. Uma porção de base da cavidade interna circunda o orifício de saída.

[0010]. Ainda em um outro aspecto, o maçarico a arco-plasma inclui um membro cátodo, um eletrodo eletricamente conectado ao membro cátodo, um bico, e um membro de capa em torno do bico para definir uma segunda câmara de gás entre o bico e o membro cap. A câmara secundária de gás permite que um gás secundário flua. O bico inclui uma porção proximal, adaptada para ligação a um membro ânodo adjacente e uma porção distal que se estende a partir da porção proximal a um orifício de saída do bico. A porção distal define uma cavidade interna configurada para entrada e saída de um fluido de arrefecimento para dentro e para fora do bico. Uma porção de base da cavidade interna circunda o orifício de saída. A cavidade interna está disposta entre o orifício de saída e a câmara secundária de gás.

[0011]. Outras áreas de aplicação ficarão evidentes a partir da descrição aqui fornecida. Deve ser entendido que a descrição e os exemplos específicos são destinados a fim de ilustração apenas e não se destinam a limitar o escopo da presente invenção.

Desenhos

[0012]. Os desenhos aqui descritos são apenas para fins ilustrativos e não se destinam a limitar o escopo da presente invenção em qualquer maneira.

[0013]. A FIG. 1 é uma vista em perspectiva de um maçarico a arco- plasma construído de acordo com os princípios da presente invenção;

[0014]. A FIG. 2 é uma perspectiva expandida do maçarico a arco- plasma construído de acordo com os princípios da presente invenção;

[0015]. A FIG. 3 é uma vista expandida, em corte transversal, de um maçarico a arco-plasma, tomada ao longo da linha A-A da FIG. 1 e construído de acordo com os princípios da presente invenção;

[0016]. A FIG. 4 é uma vista transversal de uma cabeça de maçarico a arcoplasma da FIG. 3;

[0017]. A FIG. 5 é uma perspectiva, vista em corte transversal de um conjunto de tubo de refrigeração da cabeça do maçarico da FIG. 4;

[0018]. A FIG. 6 é uma vista em perspectiva de um cartucho de consumíveis de um maçarico a arco-plasma construído de acordo com os princípios da presente invenção;

[0019]. A FIG. 7 é uma vista em corte transversal, tomada ao longo da linha BB da FIG. 6, do cartucho de consumíveis de acordo com os princípios da presente invenção;

[0020]. A FIG. 8 é uma perspectiva, vista em corte transversal de um corpo de cartucho de um maçarico a arco-plasma construído de acordo com os princípios da presente invenção;

[0021]. A FIG. 9 é uma vista em perspectiva de um deflector de um maçarico de arco de plasma construídos de acordo com os princípios da presente invenção;

[0022]. A FIG. 10 é uma perspectiva, vista em corte transversal do deflector da FIG. 9;

[0023]. A FIG. 11 é uma vista em perspectiva de um eletrodo construído de acordo com os princípios da presente invenção;

[0024]. A FIG. 12 é uma perspectiva, vista em corte transversal de um eletrodo construído de acordo com os princípios da presente invenção;

[0025]. A FIG. 13 é uma vista em perspectiva de um bico construído em conformidade com os princípios da presente invenção;

[0026]. A FIG. 14 é uma vista em corte transversal de um bico, tomada ao longo da linha C-C da FIG. 13;

[0027]. A FIG. 15 é uma vista em perspectiva de um elemento central de um bico da FIG. 13;

[0028]. A FIG. 16 é uma vista em perspectiva de um membro externo de um bico da FIG. 13;

[0029]. A FIG. 17 é uma vista em perspectiva de uma forma alternativa de um bico construído em conformidade com os princípios da presente invenção;

[0030]. A FIG. 18 é uma vista expandida do bico da FIG. 17;

[0031]. A FIG. 19 é uma vista em corte transversal do bico, tomada ao longo da linha D-D da FIG. 17;

[0032]. A FIG. 20 é uma vista em perspectiva de um cartucho consumível, construído de acordo com os princípios da presente invenção, em que os componentes que cercam o elemento de ânodo são removidos para maior clareza;

[0033]. A FIG. 21 é uma vista ampliada em corte transversal do cartucho consumível que mostra o sentido do fluxo do fluido de arrefecimento;

[0034]. A FIG. 22 é uma vista em corte transversal de um bico de acordo com um outro aspecto da presente invenção;

[0035]. A FIG. 23 é uma vista em perspectiva de um componente central do bico da FIG. 22; e

[0036]. A FIG. 24 é uma vista em corte transversal de um cartucho consumível que inclui o bico da FIG. 22.

Descrição detalhada da invenção

[0037]. A descrição a seguir é meramente exemplificativa em sua natureza e não se destina a limitar a presente invenção, aplicação ou uso. Deve ser entendido que ao longo dos desenhos, números de referência indicam partes e funções similares ou correspondentes. Também deve ser entendido que vários padrões de hachura utilizados nos desenhos não se destinam a limitar os materiais específicos que podem ser empregados na presente invenção. Os padrões de hachura são meramente exemplificativos de materiais preferíveis ou são usados para distinguir entre componentes adjacentes ou encaixados ilustrados nos desenhos para fins de clareza.

[0038]. Com relação aos desenhos, um maçarico a arco-plasma de acordo com a presente invenção é ilustrado e indicado pela referência numérica (10) nas FIG. 1 a Fig. 3. O maçarico a arco plasma (10) compreende, de forma geral, uma cabeça de maçarico (21) disposta em uma extremidade proximal (14) do maçarico a arco-plasma (10) e um cartucho de consumíveis (16) encaixado na cabeça de maçarico (12) e disposto em uma porção distal (18) do maçarico a arco-plasma (10), como demonstrado.

[0039]. Tal como aqui utilizado, um maçarico a arco-plasma deve ser entendido por um técnico no assunto como sendo um aparelho que gera ou utiliza plasma para corte, soldadura, pulverização, cinzelamento, ou operações de marcação, entre outros, quer seja manual ou automatizado. Por conseguinte, as referências específicas aos maçaricos de corte por arcoplasma ou maçaricos a arco-plasma não devem ser interpretados como limitantes do escopo da presente invenção. Além disso, a referência específica ao fornecimento de gás para um maçarico a arco-plasma não deve ser interpretada como limitante do escopo da presente invenção, de tal modo que outros fluidos, tais como líquidos, podem também ser proporcionados ao maçarico a arco-plasma de acordo com os ensinamentos da presente invenção. Adicionalmente, a direção proximal ou de forma proximal é o sentido em direção à cabeça do maçarico (12) a partir do cartucho consumível (16) como representado pela seta A', e a direção distal ou de forma distal é o sentido em direção dos componentes consumíveis (16) a partir cabeça do maçarico (12) como representado pela seta B'.

[0040]. Referindo-se mais especificamente à FIG. 4, a cabeça do maçarico (12) inclui um corpo de ânodo (20), um cátodo (22), um isolador central (24) que isola o cátodo (22) do corpo do ânodo (20), um isolador externo (26), e um invólucro (28). O isolador externo (26) envolve o corpo de ânodo (20) e isola o corpo de ânodo (20) do invólucro (28). O invólucro (28) encerra e protege a cabeça do maçarico (12) e os seus componentes a partir do ambiente circundante durante a operação. A cabeça do maçarico (12) é ainda adicionada de um tubo de fornecimento de fluido de arrefecimento (30), um tubo de gás de plasma (32), um tubo de retorno de fluido de arrefecimento (34) (mostrado nas FIG. 1 e FIG. 2) e um tubo secundário de gás (35), para os quais o gás de plasma e o gás secundário são fornecidos, e para os quais o fluido de arrefecimento é fornecido e retornado do maçarico a arco-plasma (10) durante a operação, tal como descrito em maior detalhe abaixo. O isolador central (24) define um tubo cilíndrico que aloja o cátodo (22), como mostrado.

[0041]. O isolador central (24) está ainda disposto no interior do corpo do ânodo (20) e também envolve uma capa de maçarico (70) que acomoda o tubo de fornecimento de liquido de arrefecimento (30), o tubo do gás de plasma (32), e o tubo de retorno de líquido de arrefecimento (34).

[0042]. O corpo de ânodo (20) está em comunicação eléctrica com o lado positivo de uma fonte de alimentação (não mostrada) e o cátodo (22) está em comunicação eléctrica com o lado negativo da fonte de alimentação. O cátodo (22) define um tubo cilíndrico que tem uma extremidade proximal (38), uma extremidade distal (39), e um orifício central (36) que se prolonga entre a extremidade proximal (38) e a extremidade distal (39). O orifício (36) está em comunicação fluida com o tubo de abastecimento de liquido de arrefecimento (30) na extremidade proximal (38) e uma montagem de tubo de liquido de arrefecimento (41) na extremidade distal (39). O fluido de arrefecimento flui a partir do tubo de abastecimento de liquido de arrefecimento (30) para o orifício central (36) do cátodo (22) e é, em seguida, distribuído através da montagem de tubo de liquido de arrefecimento (41) para os componentes consumíveis do cartucho consumível (16). Uma capa do cátodo (40) está ligada à extremidade distal (39) do cátodo (22) para proteger o cátodo (22) de danos durante a substituição dos componentes consumíveis ou outros reparos. A cabeça do maçarico (12) do maçarico a arco-plasma foi revelada na Patente U.S. No. 10 6.989.505, os conteúdos da qual são incorporados por referência em sua totalidade.

[0043]. Com referência à FIG. 5, a montagem de tubo de arrefecimento (41) inclui um tubo de liquido arrefecedor (42) e um elemento tubular (43) em torno do tubo de liquido de arrefecimento (42). O tubo de liquido de arrefecimento (42) inclui uma extremidade proximal (44) disposta no interior do cátodo (32) e uma extremidade distal (45) disposta no interior do elemento tubular (43). A extremidade proximal (44) define uma ranhura de O-ring (54) em que um 4-ring (não mostrado) é inserido para vedar a interface entre a extremidade proximal (44) do tudo de liquido de arrefecimento (42) e a capa do cátodo (40). O elemento tubular (43) define um orifício (46) que se estende a partir de uma extremidade proximal (47) a uma extremidade distal (48).

[0044]. Com referência às FIG. 6 e FIG. 7, o cartucho consumível (16) inclui uma pluralidade de consumíveis incluindo um eletrodo (100), um bico (102), um espaçador (104) disposto entre o eletrodo (100) e o bico (102), um corpo de cartucho (106), um membro de ânodo (108), um deflector (110), uma capa secundária (112), e uma capa protetora (114). O elemento de ânodo (108) conecta o corpo do ânodo (20) (mostrado na FIG. 4) da cabeça do maçarico (20) no bico (102) para proporcionar a continuidade eléctrica a partir da fonte de alimentação (não mostrada) para o bico (102). O elemento de ânodo (108) é fixado ao corpo do cartucho (106). O espaçador (104) permite a separação eléctrica entre o eletrodo catódico (100) e o bico anódico (102), e proporciona ainda certas funções de distribuição de gás, tal como descrito em maior detalhe abaixo. A capa protetora (114) circunda o defletor (110) como mostrado, em que uma passagem secundária de gás (150) é formada entre as mesmas. A capa secundária (112) e o bico (102) definem uma câmara secundária de gás (167) entre os mesmos. A câmara secundária de gás (167) permite que o gás secundário flua através para arrefecer o bico (102) durante a operação.

[0045]. Tal como ainda mostrado, o cartucho consumível (16) inclui ainda um anel de fecho (117) para prender o cartucho consumível (16) na cabeça do maçarico (12) (mostrado na FIG. 4) quando o maçarico a arco- plasma (10) está completamente montado. O cartucho consumível (16) ainda inclui um espaçador secundário (116) que separa a capa secundária (112) do bico (102) e uma capa de retenção (149) que circunda o elemento de ânodo (108). A capa secundária (112) e o espaçador secundário (116) estão presos à uma extremidade distal (151) da capa de retenção (149).

[0046]. O bico (102) está eletricamente separado do eletrodo (100) pelo espaçador (104), o que resulta em uma câmara de plasma (172) sendo formada entre o eletrodo (100) e o bico (102). O bico (102) compreende ainda um orifício central (ou um orifício de saída) (174), através do qual sai um fluxo de plasma durante o funcionamento do maçarico a arco-plasma (10) enquanto o gás de plasma é ionizado no interior da câmara de plasma (172). O gás de plasma entra no bico (102) através da passagem de gás (173) do espaçador (104).

[0047]. Com referência às FIG. 7 e FIG. 8, o corpo do cartucho (106) de forma geral contém e posiciona os outros componentes consumíveis (16) e também distribui o gás de plasma, o gás secundário, e de fluido de arrefecimento durante o funcionamento do maçarico a arco-plasma (10). Além do posicionamento dos vários componentes consumíveis (16) o corpo do cartucho (106) feito de um material isolante, também separa o membro anódico (por exemplo, o elemento de ânodo (108)) de membros catódicos (por exemplo, o eletrodo (100)).

[0048]. Para a distribuição do fluido de arrefecimento, o corpo do cartucho (106) define uma câmara superior (128) e uma pluralidade de passagens (130) que se estendem através do corpo do cartucho (106) e para dentro de uma câmara de arrefecimento interno (132) formada entre o corpo do cartucho (106) e o elemento de ânodo (108). As passagens (130) são mostradas de forma a ficarem inclinadas radialmente para fora no sentido distal a partir da câmara superior (128) para reduzir qualquer quantidade de fluência dielétrica que pode ocorrer entre o eletrodo (100) e o elemento de ânodo (108). Além disso, as passagens axiais externas (133) (mostradas em linhas tracejadas na FIG. 7) são formadas no corpo do cartucho (106) que provê um retorno do fluido de arrefecimento, o que é ainda descrito abaixo. Próximo à extremidade distal do cartucho de consumíveis (16), uma passagem externa de fluido (148) é formada entre o elemento de ânodo (108) e uma capa de retenção (149) para o retorno do fluido de arrefecimento, tal como descrito em maior detalhe abaixo.

[0049]. Para a distribuição do gás de plasma, o corpo do cartucho (106) define uma pluralidade de passagens axiais distais (134) que se estendem a partir de uma face proximal (136) do corpo do cartucho (106) para uma extremidade distai (138) dos mesmos, os quais estão em comunicação fluida com o tubo de gás de plasma (32) (não mostrado) e as passagens (173) formadas no espaçador (104), que direcionam o gás de plasma para a câmara de plasma (172) definida entre o eletrodo (100) e o bico (102). Além disso, uma pluralidade de passagens axiais proximais (140) (mostradas em linhas tracejadas na FIG. 7) são formadas através do corpo do cartucho (106), e se estendem a partir de uma face proximal retraída (142) para uma superfície externa distal (144) para a distribuição de um gás secundário. Assim, o corpo do cartucho (106) executa ambas as funções de distribuição de fluido de arrefecimento e a função de distribuição de gás de plasma e gás secundário.

[0050]. Com referência às FIG. 7, FIG. 9 e FIG. 10, um deflector (110) inclui um corpo substancialmente cilíndrico (160) e está disposto entre o corpo do cartucho (106) e a capa protetora (114) para direcionar fluido de arrefecimento. O deflector (110) define passagens radiais (162) e uma pluralidade de passagens axiais (164) que se estendem a partir de uma superfície proximal (166) a uma superfície distal (168) para direcionar o fluido de arrefecimento.

[0051]. Com referência às FIG. 7, FIG.11 e FIG. 12, o eletrodo (100) inclui um corpo condutor (220) e uma pluralidade de insertos emissivos (222). O corpo condutor (200) inclui uma porção de extremidade proximal (224) e uma porção de extremidade distal (226) e define uma cavidade central (228) que se prolonga através da porção de extremidade proximal (224) em comunicação fluida com a montagem de tubo de liquido de arrefecimento (41) (mostrado na FIG. 4). A cavidade central (228) inclui uma cavidade distal (120) e uma cavidade proximal (118).

[0052]. A porção de extremidade proximal (222) inclui um ressalto externo (230) que encosta contra o espaçador (104) para o adequado posicionamento ao longo do eixo longitudinal central X do maçarico a arco- plasma (10). O espaçador (104) inclui um anel anular interno (124) (mostrado na FiG. 7) que confina o ressalto externo (230) do eletrodo (100) para o adequado posicionamento do eletrodo (100) ao longo do eixo longitudinal central X do maçarico a arco-plasma (10).

[0053]. O eletrodo (100) inclui ainda uma saliência central (232) disposta dentro da cavidade central (228) e na porção de extremidade distal (226). Quando o cartucho consumível (16) é montado na cabeça do maçarico (12), a saliência central (232) é recebida dentro da cavidade central (46) do elemento tubular (43) do conjunto do tubo de arrefecimento (41), para que o fluido de arrefecimento a partir do orifício central (36) do cátodo (32) seja direcionado para o conjunto do tubo de arrefecimento (41) e entre na cavidade central (228) do eletrodo (100). A cavidade central (228) do eletrodo (100) é então exposta a um fluido de arrefecimento durante o funcionamento do maçarico a arcoplasma (10).

[0054]. A porção de extremidade distal (226) inclui ainda uma face de extremidade distal (234) e uma parede lateral inclinada (236) que se estende a partir da face de extremidade distal (234) de uma parede lateral cilíndrica (238) do corpo condutor (220). A pluralidade de inserções emissivas (222) estão dispostas na porção de extremidade distal (226) e se estendem através da face da extremidade distal (234) para a saliência central (232) e não para a cavidade central (228). A pluralidade de inserções emissivas (222) são concentricamente encaixadas sobre a linha central do corpo condutor (220). As inserções emissivas (222) podem ter os mesmos ou diferentes diâmetros e podem ser dispostas de forma a se sobreporem ou serem afastadas. Uma pluralidade de ranhuras (240) podem ser fornecidas e se estendem para a parede lateral inclinada (236) e para a face da extremidade distal (234), como mostrado.

[0055]. Com referência às FIG. 13 e FIG. 14, o bico (102) inclui uma porção proximal (248) adaptada para ligação a um membro ânodo adjacente do maçarico a arco-plasma (10) e uma porção distal (249) que tem uma forma substancialmente cônica. O bico (102) na concretização exemplificativa tem uma estrutura de duas peças e inclui um elemento central (250) que se estende a partir da porção proximal (248) para a porção distal (249), e um componente externo (252) disposto na porção distal (249). O elemento externo (252) circunda o elemento central (250) para definir uma cavidade interna (254) entre os mesmos. O elemento central (250) inclui uma porção de assento (256), uma primeira flange anular (258), uma parede cônica (260), e uma porção de orifício (262).

[0056]. O elemento central (250) e o componente externo (252) do bico (102) podem ser unidos, a título de exemplo, por brasagem, solda, adesivo condutor (por exemplo, um epóxi termicamente condutor), encaixe por pressão, adesivo não condutor, ou solda (por exemplo, solda por fricção-agitação). Estes métodos são apenas exemplificativos e portanto não devem ser interpretados como limitativos do escopo da presente invenção. Também deve ser entendido que uma estrutura única, de uma só peça, pode ser fornecida como uma alternativa para a estrutura de duas peças, tal como ilustrada e descrita aqui. Além disso, uma estrutura de três peças (apresentada em maior detalhes abaixo) pode também ser empregue, além de mais de três peças, enquanto permanecendo dentro do escopo da presente invenção.

[0057]. Como claramente mostrado na FIG. 14, a porção de assento (256) do elemento central (250) define um anel anular interno (253) para receber uma porção distal do espaçador (104). A porção de orifício (262) do membro central (250) define o orifício central (174) do bico (102). A primeira flange anular (258) inclui uma superfície distal (268) e define uma pluralidade de porções de entalhe (269).

[0058]. O elemento externo (252) inclui uma segunda flange anelar (264) e uma parede cônica (265) em torno da parede cônica (260) do elemento central (250). A segunda flange anular (264) inclui uma superfície proximal (266) e define uma pluralidade de porções de entalhe (267). A superfície distal (268) do primeiro flange anular (258) entra em contato com a superfície proximal (266) da segunda flange anelar (264) para definir um primeiro conjunto de passagens de fluido (270) e um segundo conjunto de passagens de fluido (272). O primeiro conjunto de passagens de fluido (270) é definido por uma pluralidade de porções de entalhe (269) da primeira flange anular (258) e a superfície proximal (266) da segunda flange anelar (264). O segundo conjunto de passagens de fluido (272) é definido por uma pluralidade de porções de entalhe (267) e a superfície distal (268) da primeira flange anular (258).

[0059]. A cavidade interna (254) está em comunicação fluida com o primeiro conjunto de passagens (270) e com o segundo conjunto de passagens (272), e está configurada para a entrada e saída de um fluido de arrefecimento para dentro e para fora do bico (102). A cavidade interna (254) estende-se a partir da porção proximal (248) para a porção de orifício (262) e define uma porção de base (271) próxima e em torno do orifício central (174). O primeiro conjunto de passagens de fluido (270) permite que o fluido de arrefecimento entre no bico (102) para arrefecer o bico (102). O segundo conjunto de passagens de fluido (272) permite que o fluido de arrefecimento saia do bico (102), após o arrefecimento.

[0060]. Com relação às FIG. 15 e FIG. 16, o elemento central (250) inclui uma seção de parede periférica externa (282). O elemento externo (252) define uma seção de parede periférica interna (290) oposta à seção de parede periférica externa (282) que define a cavidade interna (254) entre os mesmos. A cavidade interna (254) estende-se da porção proximal (248) para a porção de orifício (262).

[0061]. Com referência às FIG. 17 a FIG. 19, uma forma alternativa do bico (300) é mostrada de forma a incluir um elemento central (302) e um membro externo (304). As principais diferenças entre o bico (300) e o bico (102) das FIG. 14 e FIG. 16 residem nas configurações das passagens de fluido e a porção do orifício do corpo central tal como descrito em mais detalhe abaixo.

[0062]. O elemento central (302) estende-se a partir de uma porção proximal (306) para uma porção distal (308). O elemento externo (304) é colocado na porção distal (308) e circunda o elemento central (302) para definir uma cavidade interna (310) entre os mesmos. O elemento central (302) inclui uma porção de assento (312) para receber uma porção distal do espaçador (104), uma primeira flange anular (314), uma parede cônica (316), e uma porção de orifício (318). A porção de orifício (318) define um orifício central (320).

[0063]. O elemento externo (304) inclui uma segunda flange anelar (322) e uma parede cônica (324). Tal como mostrado, em vez de definir uma pluralidade de entalhes, o primeiro flange anular (314) define uma única porção de entalhe (326) e a segunda flange anular (322) define uma única porção de entalhe (328). As porções de entalhe (326) e (328) se estendem por um comprimento suficiente (por exemplo, um quarto do comprimento periférico) ao longo da periferia das flanges (314) e (322). A porção de entalhe (326) do primeiro flange anular (314) define uma única passagem de fluido (330) com o segundo flange anular adjacente (322). A porção de entalhe (328) da segunda flange anelar (322) define uma segunda passagem de fluido (332) com a primeira flange anular adjacente (314). A primeira passagem de fluido (330) e a segunda passagem de fluido (332) estão em comunicação fluida com a cavidade interna (310). A primeira passagem de fluido (330) permite que o fluido de arrefecimento entre e resfrie o bico (300). A segunda passagem de fluido (332) permite que o fluido de arrefecimento saia do bico (300) após o arrefecimento.

[0064]. Como é claramente demonstrado na FIG. 18, a porção de orifício (318) inclui um corpo de taça (340) e uma saliência (342) disposta no centro do corpo de taça (340). O corpo de taça (340) inclui uma superfície inferior (342) e uma superfície chanfrada (344) em torno da superfície inferior (342). A superfície inferior (342) e a superfície chanfrada (344) formam uma porção de base (346) (FIG. 19) da cavidade interna (310). A ponta do orifício (320) é definida na saliência (342). O corpo de taça (340) proporciona espaço suficiente para que o líquido de arrefecimento flua em torno da saliência (326) de forma mais eficiente para arrefecer a porção de orifício (318), a qual é submetida à maior parte do calor na ponta (300). Assim, a ponta (300) pode ser mais eficientemente arrefecida e, portanto, ter uma vida melhorada.

[0065]. De forma semelhante, o elemento central (302) inclui uma seção de parede periférica exterior (352). O elemento externo (304) define uma seção de parede periférica interna (354) oposta à seção de parede periférica externa (352). A seção de parede periférica exterior (352) e a seção de parede periférica interna (354) são configuradas para definir reentrâncias de modo a formar a cavidade interna (310) entre os mesmos.

[0066]. Enquanto a porção de orifício (262) do bico (102) das FIG. 13 a FIG. 16 não inclui um corpo de taça, entende-se que a porção de orifício (262) pode ser modificada para formar um corpo de taça para um arrefecimento mais eficaz.

[0067]. Com referência à FIG. 20, o segundo conjunto de passagens de fluido (272) do bico (102) está exposto a partir do elemento de ânodo (108). Por conseguinte, quando o fluido de arrefecimento é expelido para fora a partir do segundo conjunto de passagens de fluido (272), o fluido de arrefecimento pode fluir para dentro da passagem exterior de fluido (148) (como mostrado na FIG. 7) entre o elemento de ânodo (108) e a capa de retenção (149), o que será descrito em mais detalhes abaixo.

[0068]. Com referência à FIG. 21, em funcionamento, o fluido de arrefecimento flui distalmente através do orifício central (36) do cátodo (22), através do conjunto do tubo de arrefecimento (41), e para dentro da cavidade distal (120) do eletrodo (100). O fluido de arrefecimento, então, flui proximalmente através da cavidade proximal (118) do eletrodo (100) para proporcionar o arrefecimento para o eletrodo (100) e para o cátodo (22), que são operados em correntes e temperaturas relativamente elevadas. Q fluido de arrefecimento continua a fluir proximalmente às passagens radiais (130) no corpo do cartucho (106), no qual em seguida, o fluido de arrefecimento flui através das passagens (130) e para dentro da câmara de arrefecimento interna (132) entre o corpo do cartucho (106) e o elemento de ânodo (108). O fluido de arrefecimento flui então distalmente para o bico (102), que também opera a temperaturas relativamente elevadas, de modo a proporcionar o arrefecimento para o bico (102). À medida que o fluido de arrefecimento atinge a porção distal do elemento de ânodo (108), o fluido de arrefecimento entra na cavidade interna (254) do bico (102) através do primeiro conjunto de passagens de fluido (270). O fluído de arrefecimento atinge a porção de base (271) da cavidade interna (254) que é proximal e circunda o orifício central (174) do bico (102) para arrefecer suficientemente o bico (102). O fluido de arrefecimento então sai do bico (102) através do segundo conjunto de passagens de fluido (270) para a passagem exterior de fluido (148) entre o elemento de ânodo (108) e a capa de retenção (149). O fluido de arrefecimento inverte o sentido e flui em sentido proximal através da passagem externa de fluido (148) e, em seguida, através das passagens axiais externas (133) (mostradas em linhas tracejadas) no corpo do cartucho (106). O fluido de arrefecimento flui então proximalmente através do corpo do ânodo (20), entra no tubo de retorno de liquido de arrefecimento (34) e é recirculado para a distribuição de volta através do tubo de abastecimento de liquido de arrefecimento (30), o qual foi descrito no documento U.S. 25 6.989.505 e seu detalhe foi aqui omitido para maior clareza.

[0069]. Com referência à FIG. 22, uma forma alternativa do bico (400) é mostrado para incluir uma estrutura de três peças: um corpo central (402), um membro intermediário (404) em torno do elemento central (402), e um elemento externo (406) em torno do membro intermediário (404). O bico (400) inclui de forma geral uma cavidade central (408) para receber o eletrodo (100) e um orifício de saída (410) que se estende através de uma face da extremidade distal (412). O bico (400) inclui uma porção proximal (409) e uma região dista (411). O elemento central (402) estende-se a partir da porção proximal (409) para a porção distal (411). O membro intermediário (404) e o membro externo (406) envolvem a porção distal (411) do elemento central (402). O bico (400) define uma primeira cavidade interna (414) entre o corpo central (402) e o elemento intermediário (404), e uma segunda parede interna da cavidade (416) entre o membro intermediário (404) e o membro externo (406).

[0070]. Como é claramente mostrado na FIG. 23, o elemento central (402) tem uma estrutura semelhante à do elemento central (250) na FIG. 15. Mais especificamente, a porção distal (411) inclui uma porção cônica (420) ligada à porção proximal (409), uma porção cilíndrica proximal (430) e uma porção cilíndrica distal (432). A porção cilíndrica proximal (430) é colocada entre a parte cônica (420) e a porção cilíndrica distal (432). A porção cilíndrica distal (432) tem um diâmetro externo menor do que o da porção cilíndrica proximal (430) para definir um ressalto (434) entre os mesmos. O ressalto (434) permite o posicionamento e montagem do elemento externo (406) do elemento central (402).

[0071]. A porção proximal (409) conecta o bico (400) ao corpo do cartucho (106) (mostrado na FIG. 24) e inclui um anel anular interno (424) (mostrado na FIG. 22) para receber e apoiar contra uma porção distal do espaçador (104) (mostrado na FIG. 24) e um anel externo (426) para encostar contra o corpo do cartucho (106). Como mostrado na FIG. 22, o anel anular externo (426) está espaçado a partir de uma extremidade proximal (427) do elemento intermediário (404), de modo a definir pelo menos uma passagem de entrada (429) e uma passagem de saída (431) para permitir a entrada e a saída do fluido de arrefecimento.

[0072]. Como mostrado na FIG. 23, a porção inclinada (420) inclui uma seção de parede exterior (421) oposta à seção de parede interior (423) do elemento intermediário (404). A seção de parede exterior (421) pode definir reentrâncias (425) de modo a formar a primeira cavidade interna (414). A primeira cavidade interna (414) tem uma porção de base (435) adjacente à primeira porção cilíndrica (430).

[0073]. Com referência novamente à FIG. 22, o membro externo (406) envolve o corpo intermediário (404) para definir a parede interna da segunda cavidade interna (416). A segunda cavidade interna (416) tem uma porção de base (433) em circundando e adjacente ao orifício de saída (410). O membro externo (406) inclui uma porção proximal (450) e um anel interno distal (452) engatando a primeira porção cilíndrica (430) e a segunda porção cilíndrica (432) do elemento central (402). O anel interno distal (452) encosta-se contra o ombro (434) do elemento central (402). O anel interno distal (452) tem uma superfície anelar distal (456) alinhada com a superfície distal (412) do elemento central (402).

[0074]. De forma semelhante, o elemento intermediário (404) inclui uma seção de parede externa (460) e o elemento externo (406) inclui uma seção de parede interna (462) oposta à secção de parede externa (460) para definir a segunda cavidade interna (416). A porção proximal (450) do membro externo (406) define pelo menos uma passagem de entrada (456) e pelo menos uma passagem de saída (458) para permitir a entrada e a saída do fluido de arrefecimento.

[0075]. 0 bico (400) da presente forma de realização é configurado para ter uma estrutura de três peças, que define uma primeira cavidade interna (414) e uma segunda cavidade interna (416). As cavidades internas (414), (416) têm cada uma porção de base (435), (433) adjacentes à primeira porção cilíndrica (430) do elemento central (402). Portanto, o fluido de arrefecimento pode fluir na primeira cavidade interna (414), na segunda cavidade interna (416) e atingir as porções de base (431) e (433), que cercam e são adjacentes ao orifício de saída (410). Portanto, o bico (400) pode ser eficientemente e eficazmente arrefecido pelo fluido de arrefecimento.

[0076]. Com referência à FIG. 24, um cartucho consumível (500) que inclui o bico (400) é mostrado de forma a possuir uma estrutura semelhante à do cartucho consumível (16) da FIG. 7. Portanto, componentes similares são indicados por números de referência similares e a descrição detalhada da mesma foi daqui omitida por motivo de clareza. Quando o bico (400) é montado, o anel anular interno (424) do elemento central (402) encosta-se contra o espaçador (104) e o anel anular externo (426) encosta-se contra a superfície periférica interior do corpo (460) do cartucho (106). O membro ânodo (108) se encaixa no membro o intermediário (404) para dar continuidade elétrica da fonte de alimentação (não mostrada) para o bico (400). A capa secundária (502) rodeia o bico (400) para definir uma câmara secundária (167) entre eles. A capa secundária (502) envolve a capa de proteção (504).

[0077]. Deve ser ressaltado que outras configurações/circuitos de arrefecimento podem ser empregues ainda permanecendo no escopo do presente pedido. Por exemplo, o bico (102), (300), (400) pode ter seu próprio circuito direto de arrefecimento e não necessariamente receber um liquido de arrefecimento primeiro através do eletrodo, como descrito em detalhes acima. Com a estrutura do bico (102), (300) ou (400), o fluido de arrefecimento entra na cavidade interna do bico (102), (300) ou (400), de forma a arrefecer suficientemente do bico (102), (300) ou (400) adicionalmente ao arrefecimento pelo gás secundário através da câmara de gás secundária (167). A cavidade interna do bico (102), (300) ou (400) está disposta entre o orifício central (174), (320) ou (400) e a câmara de gás secundário (167) e está mais próxima ao orifício central (174), (320) ou (410) para mais eficientemente arrefecer o bico (102), (300) ou (400). Portanto, a vida do bico (102), (300) ou (400) é aumentada. Como o bico (102), (300) ou (400) pôde ser eficazmente arrefecido, do bico (102), (300) ou (400) pode ter um orifício central menor para proporcionar uma constrição mais justa do arco, o que resulta em um maçarico a arco- plasma (10), com uma melhorada performance e melhorada vida útil dos consumíveis.

[0078]. Vantajosamente, o conjunto do tubo de arrefecimento (41) (o qual é carregado por mola) é forçado para cima pelo eletrodo (100) próximo à sua porção de extremidade proximal (224) e, mais especificamente, pela superfície interior (231) do eletrodo (100), como mostrado nas FIG. 12 e FIG. 21 encostando o elemento tubular (43) na sua flange proximal (49), também mostrado na FIG. 5. Com esta configuração, a extremidade distal do conjunto do tubo de arrefecimento (41) não está em contato com o eletrodo (100) e assim um fluxo de arrefecimento mais uniforme é proporcionado em torno dos insertos (222) e da saliência central (232). Com referência à FIG. 14, o ressalto externo (230) em uma forma alternativa é quadrado com a parede lateral cilíndrica (238), em vez de ser cônica, como mostrado na figura.

[0079]. A descrição dessa invenção é meramente exemplar em sua natureza e, por conseguinte, as variações que não se afastem do escopo da invenção devem ser consideradas como dentro do escopo da invenção. Tais variações não são para serem consideradas como um afastamento do espírito e do escopo da invenção.

Claims

1. Bico (102, 300) de corte de plasma para um maçarico a arco-plasma (10) CARACTERIZADO por compreender: uma porção proximal (248, 306) adaptada para ligação a um elemento de ânodo adjacente (108) do maçarico a arcoplasma (10), a porção proximal (248, 306) incluindo: um primeiro flange anular (258, 314) definindo um primeiro conjunto de passagens de fluido (270, 330) tendo uma entrada radial que se estende radialmente através do primeiro flange anular (258, 314) para a entrada de um fluido de arrefecimento para dentro do bico (102, 300), e um segundo flange anular (264, 322) em contato com o primeiro flange anular (258, 314) e definindo um segundo conjunto de passagens de fluido (272, 332) tendo uma saída radial que se estende radialmente através do segundo flange anular (264, 322) para a saída do fluido de arrefecimento a partir do bico (102, 300), e uma porção distal cônica (249, 308) que se estende a partir da porção proximal a um orifício de saída (174, 320) do bico (102, 300), a porção distal cônica define uma cavidade interna (254, 310), em comunicação fluida com o primeiro conjunto de passagens de fluido (270, 330) e o segundo conjunto de passagens de fluido (272, 332), em que a cavidade interna (254, 310) é configurada para definir uma porção de base (271, 346) que circunda o orifício de saída (174, 320).

2. Bico (102, 300), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por o bico (102, 300) incluir uma estrutura de duas peças.

3. Bico (102, 300), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por a porção distal cônica (249, 308) incluir uma parede interna cônica (282, 352) a qual se estende distalmente da porção proximal (248, 306) e uma parede externa cônica (290, 354) se opondo e circundando a parede interna cônica, (282, 352) a cavidade interna (254, 310) sendo definida entre a parede cônica interna (282, 352) e a parede cônica externa (290, 354).

4. Bico (102, 300), de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO por a porção cônica distal (249, 308) ainda incluir uma porção de orifício (262, 318) se estendendo distalmente da parede cônica interna (282, 352) e definindo um orifício de saída (174, 320).

5. Bico (300), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por a porção distal cônica (308) compreender ainda uma porção de orifício (318) incluindo um corpo em forma de taça (340) e uma protrusão (342) disposta no centro do corpo em forma de taça (340).

6. Bico (300), de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO por o orifício de saída (320) ser definido na protrusão (342).

7. Bico (300), de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO por o corpo em forma de taça (340) incluir uma superfície periférica de fundo circundando a protrusão (342) e definindo a porção da base (346) da cavidade interna (310).

8. Bico (102), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por o primeiro flange anular (258) definir uma pluralidade de porções de entalhe (269) para formar o primeiro conjunto de passagens de fluidos (270) e um segundo flange anular que define uma pluralidade de porções de entalhe (267) para formar um segundo primeiro conjunto de passagens de fluidos (272).

9. Bico (102), de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO por o primeiro conjunto de passagens de fluido (270) e o segundo conjunto de passagens de fluido (272) serem dispostos alternadamente.

10. Bico (102, 300) para um maçarico a arco-plasma de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por a porção proximal (248, 306) e a porção distal cônica (249, 308) serem definidas por um elemento central (250, 302) e um elemento externo (252, 304) em que: o elemento central (250, 302) é adaptado para fornecer a ligação ao elemento adjacente de ânodo (108) do maçarico a arco-plasma (10), e para definir o orifício de saída (174, 320) e o primeiro flange anular (258, 314), e o elemento externo (252, 304) sendo disposto em torno do elemento central (250, 302) e que define o segundo flange anular (264, 322).

11. Bico (102, 300), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO por o elemento central (250, 302) definir a porção proximal (248, 306) e uma porção de extremidade distal cônica (260, 316), o elemento externo (252, 304) circundando a porção de extremidade distal cônica (260, 316) para formar a porção distal cônica (249, 308) do bico (102, 300).

12. Bico (102, 300), de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO por a porção de extremidade distal cônica (260, 316) incluir uma seção periférica externa da parede (282, 352), o elemento externo (252, 304) incluindo uma seção de parede periférica interna (290, 354), e a cavidade interna (254, 310) sendo definida entre a seção da parede periférica externa (282, 352) e a seção de parede periférica interior (290, 354).

13. Bico (102, 300), de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO por os primeiro e segundo flanges definirem conjuntamente o primeiro conjunto de passagem de fluido (270, 330) e o segundo conjunto de passagem de fluido (272, 332).

14. Bico (102, 300), de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO por o primeiro flange anular (258, 314) definir pelo menos uma porção de entalhe (269, 326) para pelo menos parcialmente formar o primeiro conjunto de passagem de fluido (270, 330) e o segundo flange anular (264, 322) definir pelo menos uma porção de entalhe (267, 328) para pelo menos parcialmente formar o segundo conjunto de passagem de fluido (272, 332).

15. Bico (102, 300) de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por pelo menos a porção de entalhe (269, 326) do primeiro flange anular (258, 314) e pelo menos uma porção de entalhe (267, 328) do segundo flange anular (264, 332) serem alternativamente arranjados.

16. Bico (102, 300), de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO por a porção de extremidade distal cônica (260, 316) incluir uma porção de orifício (262, 318) definindo o orifício de saída (174, 320).

17. Bico (300), de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO por a porção de orifício (318) incluir uma protrusão (342) e um corpo em forma de taça (340) em torno da protrusão (342).

18. Bico (300), de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO por o corpo em forma de taça (340) definir a porção de base (346) da cavidade interna (310) e a protrusão (342) definir o orifício de saída (320).

19. Bico (102, 300) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o elemento central (250, 302) e o elemento externo (252, 304) serem unidos por um processo selecionado a partir de um grupo que consiste em brasagem, soldagem, adesivo condutor, press-fit e adesivo não condutor.

20. Maçarico a arco-plasma (10) CARACTERIZADO por compreender: um elemento de cátodo (22); um elétrodo (100 ligado eletricamente ao elemento de cátodo (22); o bico (102, 300) como definido na reivindicação 1 em torno do elétrodo (100) para definir uma câmara de gás plasma (172) entre o bico (102, 300) e o eletrodo (22) e um elemento de capa (112) em torno do bico (102, 300) para definir uma câmara de gás secundária (167) entre o bico (102, 300) e o elemento de capa (112), a câmara de gás secundária (167) permitindo que um gás secundário flua através do maçarico a arco-plasma (10).