BR112016026172B1

BR112016026172B1 - Cartucho consumível para sistema de corte por arco de plasma

Info

Publication number: BR112016026172B1
Application number: BR112016026172-0A
Authority: BR
Inventors: Michael Shipulski E.; Peter J. Twarog; Yu Zhang; Nicholas A. Sanders
Original assignee: Hypertherm, Inc
Priority date: 2014-05-09
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2022-07-12
Also published as: BR112016026172A2; AU2015255668A1; RU2016147353A; AU2015255670B2; CN106573329A; AU2015255668B2; WO2015172140A1; EP3141089B1; RU2016147352A; RU2670598C9; CN106573329B; RU2016147353A3; RU2670598C2; CN113275718A; CN106576418B; RU2671956C2; ES2811825T3; AU2015255670A1; WO2015172142A1; EP3141089A1

Abstract

CARTUCHO CONSUMÍVEL PARA SISTEMA DE CORTE POR ARCO DE PLASMA. A presente invenção apresenta um cartucho substituível para uma tocha de arco de plasma. O cartucho inclui um corpo de cartucho tendo uma primeira seção e uma segunda seção. A primeira seção e a segunda seção são unidas em uma interface para formar uma câmara substancialmente oca. A interface de acoplamento fornece uma força que prende as primeiras e segundas seções umas nas outras. O cartucho também inclui um elemento de constrição de arco localizado na segunda seção; um eletrodo incluído dentro da câmara substancialmente oca; e um elemento de mola de início de contato preso ao eletrodo. O elemento de mola confere uma força de separação que induz o eletrodo para a primeira seção ou para segunda seção do corpo. A força de separação tem uma magnitude que é menor do que uma magnitude da força de acoplamento.

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A invenção se refere de modo geral ao campo dos sistemas e processos de corte por arco de plasma. Mais especificamente, a invenção se refere aos métodos e aparelhos para simplificar, aperfeiçoar e reduzir o tempo e custos de corte por meio do uso de cartuchos consumíveis melhores.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Tochas de arco de plasma são amplamente utilizadas na marcação e corte de materiais. A tocha de plasma geralmente inclui um emissor de arco (por exemplo, um eletrodo) e um constritor de arco (por exemplo, um bocal) que tem um orifício de saída central montado dentro do corpo da tocha, ligações elétricas, passagens para refrigeração e passagens para os fluidos de controle do arco (por exemplo, o gás plasma). A tocha produz um arco de plasma, um jato ionizado constritor de um gás com alta temperatura e força. Os gases utilizados na tocha podem ser não reativos (por exemplo, argônio ou nitrogênio) ou reativos (por exemplo, oxigênio ou ar). Durante a operação, primeiro é gerado um arco piloto entre o emissor de arco (cátodo) e o constritor de arco (ânodo). A geração do arco piloto pode ser por meio de alta frequência, sinal de alta tensão acoplado a uma fonte de alimentação DC e a tocha de arco de plasma, ou qualquer um de uma variedade de métodos de partida por contato.

[0003] Consumíveis conhecidos sofrem de uma série de inconvenientes, tanto antes como durante uma operação de corte. Antes de uma operação de corte, selecionar e instalar o conjunto correto de consumíveis para um determinado corte pode ser uma tarefa onerosa e demorada. Durante a operação, os consumíveis atuais encontram problemas de desempenho, tais como falha para dissipar e conduzir de forma eficaz o calor para longe da tocha e não manter o alinhamento e o espaçamento dos consumíveis de forma adequada. Além disso, os consumíveis atuais incluem quantidades substanciais de materiais caros, como Copper e/ou Vespel®, o que leva a custos de produção significativos e inibe a sua comercialização, produção e adoção de modo geral. Assim é necessária uma plataforma consumível nova e melhorada que diminua os custos de produção, aumente o desempenho do sistema (como por exemplo, a condução térmica, alinhamento dos componentes, qualidade de corte, vida útil dos consumíveis, variabilidade/versatilidade, e etc.) e facilite a instalação e utilização dos consumíveis pelos usuários finais.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0004] A presente invenção proporciona um ou mais projetos rentáveis de cartuchos que reduzem os custos de produção, facilitam a comercialização e a produção do cartucho, melhoram a instalação e facilitam o uso para os usuários finais, e aumentam o desempenho do sistema. Em algumas modalidades, vários componentes consumíveis tradicionais (por exemplo, anel de turbilhonamento, componentes do bocal, blindagem, tampa de retenção e eletrodo) são redesenhados. Em algumas modalidades novos componentes (por exemplo, uma manga de eletrodo, um anel de bloqueio, e/ou um isolador de interface) são criados. Em algumas modalidades, um anel de turbilhonamento convencional é substituído por um elemento diferente dentro do corpo da tocha, o que confere um turbilhonamento para um fluxo de gás dentro do corpo da tocha (por exemplo, um elemento de turbilhonamento tendo orifícios de escoamento construídos diretamente dentro do corpo do bocal). Em algumas modalidades, um bocal de proteção é isolado eletricamente do bocal (por exemplo, através da utilização de alumínio anodizado e/ou plástico).

[0005] Em algumas modalidades, cada cartucho compreende um ou mais dos seguintes componentes consumíveis: uma estrutura ou corpo que tem uma ou mais seções; um emissor de arco (por exemplo, um eletrodo); um constritor de arco ou elemento constritor de arco (por exemplo, um bocal); um elemento para conferir turbulência a um gás dentro da tocha de plasma (por exemplo, um elemento de turbilhamento construído no bocal, um anel de turbilhonamento, outro elemento de turbilhonamento); uma blindagem (por exemplo, um bocal de proteção de alumínio que é eletricamente isolado através da utilização de alumínio anodizado e/ou um material plástico); um elemento emissivo (por exemplo, um elemento emissivo de háfnio); e ou uma tampa. Em algumas modalidades, um cartucho inclui uma porção substancialmente de cobre (por exemplo, um núcleo interno feito de mais de 80%, preferencialmente mais de 90%, de cobre puro ou substancialmente puro, ou uma liga de cobre) e uma porção substancialmente sem cobre (por exemplo, uma porção sem cobre externa ao núcleo interno). Em algumas modalidades, um cartucho pode ser utilizado em um sistema manual de corte por plasma e/ou um sistema mecanizado de corte por plasma.

[0006] Em algumas modalidades, o cartucho tem um elemento resiliente, tal como um eletrodo de mola ou um mecanismo de indução por mola preso a um eletrodo, diretamente integrado no cartucho e não concebido para ser separado ou desmontável do cartucho. O elemento resiliente pode estar em comunicação física com a estrutura e/ou pode ser configurado para transmitir uma corrente piloto da estrutura para o emissor de arco. O elemento resiliente pode induzir o emissor de arco para uma direção ao longo de um eixo do elemento resiliente, por exemplo, por uma transmissão de força de separação. Em algumas modalidades, a força de separação tem uma magnitude que é menor do que a magnitude de uma força de acoplamento que prende o cartucho.

[0007] Em algumas modalidades, o cartucho tem aumentado a capacidade de arrefecimento e isolamento, reduzido custos de fabricação e com material, e/ou melhorando a capacidade de reciclagem, durabilidade e desempenho. Em algumas modalidades, o cartucho fornece componentes consumíveis em uma peça integrada. Em algumas modalidades, o cartucho permite um tempo de montagem significativamente reduzido (por exemplo, por um fator de 5 a 10). Em algumas modalidades, o cartucho assegura que o acoplamento e/ou as porções complementares sejam sempre corretamente escolhidos, para uma determinada tarefa de corte, eliminando a necessidade do usuário de escolher e montar as peças no campo, permitindo facilitar o reconhecimento dos componentes consumíveis apropriados para uma determinada tarefa de corte e reduzindo os erros do operador. Em algumas modalidades, o cartucho melhora o alinhamento e/ou espaçamento do consumível porque as porções do cartucho são montadas em um ambiente de fabricação, conseguindo assim tolerâncias mais ajustadas do que é possível no campo. Em algumas modalidades, o cartucho melhora a dissipação de calor e/ou capacidades de condução. Em algumas modalidades, o calor é transferido substancialmente para longe da tocha, mas não tão longe que derreta ou aqueça os componentes plástico. Em algumas modalidades, utilizando um outro metal, além de cobre (por exemplo, em uma região externa ao núcleo interno dos componentes de cobre) ajuda a afastar o calor da tocha. Em algumas modalidades, o cartucho permite que combinações específicas de consumíveis possam ser pré-escolhidas para tarefas de corte específico.

[0008] Em algumas modalidades, a estrutura do cartucho inclui um material de alta condução térmica, por exemplo, alumínio, cobre outro metal altamente condutor. Em algumas modalidades, a estrutura do cartucho é formada por moldagem. Em algumas modalidades, pelo menos uma da primeira extremidade da estrutura do cartucho ou da segunda extremidade da estrutura inclui uma região roscada formada para acoplar um componente complementar. Em algumas modalidades, a blindagem, o constritor de arco e a estrutura são termicamente acoplados. Em algumas modalidades, uma superfície externa da estrutura é moldada para se ligar a uma tampa de retenção. Em algumas modalidades, o cartucho inclui um isolador da blindagem ligado à estrutura. Em algumas modalidades, o isolador da blindagem é encaixado por pressão na estrutura.

[0009] Em algumas modalidades, uma tampa do cartucho define uma abertura do emissor de arco e inclui uma superfície de vedação fluida disposta sobre uma circunferência da abertura do emissor de arco. Em algumas modalidades, o eletrodo compreende uma mola. Em algumas modalidades, a tampa do cartucho se estende para dentro de uma região da base do elemento de constrição de arco de uma localização perto do conjunto de orifícios de turbulência. Em algumas modalidades, uma base do elemento de constrição de arco é formada por moldagem. Em algumas modalidades, uma tampa de retenção é ligada ao corpo do cartucho. Em algumas modalidades, a tampa de retenção compreende um plástico. Em algumas modalidades, o elemento de constrição de arco e o eletrodo estão ligados à tampa de retenção através de uma base do elemento de constrição de arco.

[0010] Em algumas modalidades, um cartucho inclui uma blindagem ligada ao corpo do cartucho. Em algumas modalidades, a blindagem é ligada ao corpo do cartucho por meio de um isolador da blindagem. Em algumas modalidades, o isolador da blindagem é encaixado por pressão em, pelo menos, um entre a blindagem ou a base do elemento de constrição de arco. Em algumas modalidades, o isolador da blindagem é eletricamente isolante. Em algumas modalidades, o isolador da blindagem é termicamente condutor. Em algumas modalidades, o isolador da blindagem inclui alumínio anodizado. Em algumas modalidades, uma manga está disposta sobre uma porção do eletrodo. Em algumas modalidades, a manga inclui uma camada anodizada formada para isolar eletricamente o eletrodo de uma base do elemento de constrição de arco. Em algumas modalidades, a manga inclui um conjunto de superfícies de escoamento configurado para facilitar o fluxo de fluido dentro da tocha de plasma, por exemplo, para melhorar o arrefecimento.

[0011] Em algumas modalidades, um cartucho (ou conjunto de consumíveis) inclui uma vedação disposta dentro da tampa de inserção. Em algumas modalidades, um cartucho inclui uma tampa de retenção diretamente ligada ao desviador de fluxo de gás. Em algumas modalidades, a tampa de retenção é formada de plástico. Em algumas modalidades, o constritor de arco e o elemento emissivo estão ligados à tampa de retenção por meio de um anel de turbilhonamento. Em algumas modalidades, o isolador da blindagem é encaixado por pressão a, pelo menos, um entre a blindagem e o desviador de fluxo de gás. Em algumas modalidades, o isolador da blindagem é eletricamente isolante. Em algumas modalidades, o isolador da blindagem é termicamente condutor. Em algumas modalidades, o isolador da blindagem inclui alumínio anodizado. Em algumas modalidades, a blindagem de consumível tem uma capacidade térmica a uma taxa de corrente de cerca de 2 a 4 W/m-°K-A. Em algumas modalidades, o cartucho ou conjunto de consumíveis inclui uma manga disposta em torno de uma porção do elemento emissivo. Em algumas modalidades, a manga inclui uma camada anodizada formada para isolar eletricamente o elemento emissivo de uma base do constritor de arco. Em algumas modalidades, a manga inclui um conjunto de superfícies de escoamento.

[0012] Em algumas modalidades, o cartucho é substituído como uma unidade. Em algumas modalidades, um comprimento do elemento emissor pode ser ajustado para corresponder à vida útil do bocal, de tal modo que as porções do cartucho cheguem ao fim de sua vida útil, aproximadamente ao mesmo tempo. Em algumas modalidades, a qualidade do corte pode ser semelhante à obtida usando os consumíveis atuais. Em algumas modalidades, um conjunto de consumíveis do tipo cartucho compreende um eletrodo de mola disposto dentro de um corpo do bocal e um dispositivo de vedação disposto dentro de um anel de bloqueio. O dispositivo de vedação pode ser configurado para se ligar a uma tocha de arco de plasma. O eletrodo de mola pode incluir um elemento de contato ou pino que se estendem dentro do corpo do eletrodo e é ligado a uma mola disposta entre o elemento de contato e o corpo do eletrodo. Em algumas modalidades, as mangas de eletrodos podem ter forma (por exemplo, recolhida) sanfonadas para direcionar o fluxo de gás dentro do cartucho.

[0013] Em um aspecto, a invenção apresenta um cartucho substituível para uma tocha de arco de plasma. O cartucho substituível inclui um corpo de cartucho tendo uma primeira seção e uma segunda seção. A primeira e a segunda seção são unidas em uma interface para formar uma câmara substancialmente oca. A interface de acoplamento fornece uma força que prende a primeira e a segunda seção uma na outra. O cartucho também inclui um elemento de constrição de arco localizado na segunda seção. O cartucho também inclui um eletrodo incluído dentro da câmara substancialmente oca. O cartucho também inclui um elemento de mola de início de contato preso ao eletrodo. O elemento de mola confere uma força de separação que induz o eletrodo para a direção de pelo menos uma entre a primeira seção ou a segunda seção do corpo. A força de separação tem uma grandeza que é menor do que uma magnitude da força de acoplamento.

[0014] Em algumas modalidades, uma entrada de gás move o eletrodo e supera a força de separação. Em algumas modalidades, pelo menos uma porção do eletrodo e o elemento de mola de inicio de contato são dispostos de forma fixa dentro da câmara substancialmente oca. Em algumas modalidades, uma base do elemento de constrição de arco é anodizado. Em algumas modalidades, o cartucho tem uma região com uma condutividade térmica entre cerca de 200 a 400 watts por metro por grau Kelvin. Em algumas modalidades, a blindagem de consumível tem uma capacidade térmica com taxa de corrente de 2 a 4 W/m-°K-A. Em algumas modalidades, o cartucho inclui uma tampa de inserção ligada à segunda seção do corpo do cartucho, a tampa de inserção orienta e mantém substancialmente o eletrodo dentro do corpo do cartucho.

[0015] Em um outro aspecto, a invenção apresenta uma unidade de cartucho selada para uma tocha de arco de plasma. A unidade de cartucho inclui uma estrutura substancialmente oca que inclui uma primeira porção substancialmente oca que define uma primeira extremidade e uma segunda porção substancialmente oca que define uma segunda extremidade. A unidade de cartucho inclui um emissor de arco localizado dentro da estrutura. O emissor de arco traduzível em relação à estrutura. O cartucho inclui um constritor de arco ligado à segunda extremidade da estrutura. O cartucho inclui um elemento resiliente, em comunicação física com a estrutura. O elemento resiliente induz o emissor de arco para uma entre a primeira extremidade ou a segunda extremidade para facilitar a ignição no emissor de arco ou próxima a este.

[0016] Em algumas modalidades, uma entrada de gás move o eletrodo e supera a força de separação. Em algumas modalidades, a estrutura inclui um isolador elétrico. Em algumas modalidades, a estrutura inclui pelo menos um de um metal ou de um material de alta condução térmica. Em algumas modalidades, a estrutura é anodizada. Em algumas modalidades, o cartucho inclui, pelo menos, um conjunto de orifícios de escoamento, cada orifício de escoamento do conjunto de orifícios de escoamento é radialmente deslocado um em relação aos outros. Em algumas modalidades, os orifícios de escoamento têm uma área de seção transversal total de cerca de uma polegada quadrada (6,452 cm2). Em algumas modalidades, primeira extremidade é configurada para se ligar a uma blindagem através de um isolador da blindagem, da blindagem, o constritor de arco e da estrutura a ser acoplada termicamente. Em algumas modalidades, a unidade de cartucho tem uma região com uma condutividade térmica entre cerca de 200 a 400 watts por metro por grau Kelvin. Em algumas modalidades, o cartucho inclui uma tampa de cartucho disposta na segunda extremidade da estrutura, a tampa de cartucho é formada para contatar o emissor do arco e para reter o emissor de arco dentro da estrutura.

[0017] Em um outro aspecto, a invenção apresenta um conjunto de consumíveis unitário substituível para uma tocha de arco de plasma, o conjunto de consumíveis inclui um desviador de fluxo de gás, um constritor de arco em comunicação física com o desviador de fluxo de gás, um elemento emissivo disposto substancialmente dentro do desviador de fluxo de gás e do constritor de arco, e um acionador de arco resiliente disposto entre o elemento emissivo e pelo menos um desviador de fluxo de gás ou constritor de arco. Pelo menos uma porção do desviador de fluxo de gás, do constritor de arco, do elemento emissivo e do acionador de arco, é fixada e integrada dentro do conjunto de consumíveis.

[0018] Em algumas modalidades, o elemento emissivo inclui um eletrodo e o acionador de arco inclui uma mola. Em algumas modalidades, o desviador de fluxo de gás é anodizado. Em algumas modalidades, o desviador de fluxo de gás inclui uma tampa de inserção localizada substancialmente oposta ao constritor de arco, a tampa de inserção orienta e mantém substancialmente o elemento emissivo dentro do desviador de fluxo de gás. Em algumas modalidades, uma vedação é disposta dentro da tampa de inserção. Em algumas modalidades, o conjunto consumível inclui uma blindagem ligada ao desviador de fluxo de gás. Em algumas modalidades, a blindagem é ligada ao desviador de fluxo de gás através de um isolador da blindagem.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0019] A discussão acima será compreendida mais facilmente a partir da descrição detalhada da invenção a seguir, quando tomada uma na outra com os desenhos anexos.

[0020] A figura 1 é uma ilustração esquemática em corte transversal de um cartucho para um sistema de corte por arco de plasma, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção.

[0021] A figura 2A é uma ilustração isométrica de um cartucho unitário para um sistema de corte por arco de plasma, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção.

[0022] A figura 2B é uma ilustração em corte transversal de um cartucho unitário para um sistema de corte por arco de plasma, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção.

[0023] A figura 2C é uma ilustração em corte transversal de um cartucho unitário para um sistema de corte por arco de plasma, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção.

[0024] A figura 3A é uma ilustração isométrica de um conjunto de cartucho interno para uma tocha de arco de plasma, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção.

[0025] A figura 3B é uma ilustração em corte transversal de um conjunto de cartucho interno para uma tocha de arco de plasma, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção.

[0026] As figuras 4A-4B são ilustrações de seção transversal de cartuchos consumíveis para um sistema de corte por aro de plasma, cada cartucho que tem um bocal, um eletrodo, um anel de turbilhonamento, um elemento resiliente e uma tampa de extremidade, de acordo com modalidades ilustrativas da invenção.

[0027] A figura 5 é uma ilustração em corte transversal de um cartucho de consumo para um sistema de corte por arco de plasma que tem um bocal, um eletrodo, um anel de turbilhonamento, um elemento resiliente e uma tampa de extremidade, de acordo com modalidades ilustrativas da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0028] A figura 1 é uma ilustração esquemática em corte transversal de um cartucho de 100 para um sistema de corte por arco de plasma, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção. O cartucho 100 tem uma primeira extremidade 104, uma segunda extremidade 108, e uma estrutura substancialmente oca 112 que possui uma primeira seção 112A em direção à primeira extremidade 104 e uma segunda seção 112B em direção à segunda extremidade 108. O cartucho 100 também inclui um emissor de arco 120, um constritor de arco 124, e um elemento resiliente 128. O emissor de arco 120 está localizado dentro da estrutura 112 e é traduzível em relação à estrutura 112. Conforme mostrado, o constritor de arco 124 forma uma parte da estrutura 112 (por exemplo, na segunda extremidade 108, mas em algumas modalidades pode ser ligado à estrutura 112). O elemento resiliente 128 está em comunicação física com a estrutura 112, por exemplo, está em comunicação físico direta com a primeira seção 112A. Em algumas modalidades, o elemento resiliente 128 é um elemento de mola de inicio de contato afixado ao emissor de arco 120. O elemento resiliente 128 pode ser configurado para transmitir uma corrente piloto da estrutura 112 para o emissor de arco 120. O elemento resiliente 128 pode induzir o emissor de arco 120 para a primeira extremidade 104 ou para a segunda extremidade 108 para facilitar a ignição no emissor de arco 120 ou próxima a este. O emissor de arco 120 pode ser um eletrodo e pode incluir um elemento altamente emissivo 122, tal como uma inserção de háfnio.

[0029] A primeira seção 112A e a segunda seção 112B são unidas em uma interface 132 para formar uma câmara substancialmente oca. A interface 132 proporciona uma força de acoplamento (Facoplamento) que prende a primeira seção 112A e a segunda seção 112B juntas. O elemento resiliente 128 pode transmitir uma força de separação (Fseparação) que impele o emissor de arco 120 para, pelo menos, uma da primeira seção 112A ou para a segunda seção 112B. A força de separação pode ter uma magnitude que é menor do que uma magnitude da força de acoplamento. Em algumas modalidades, a força de acoplamento é fornecida na interface 132 por pelo menos uma entre uma força de atrito estático, uma força adesiva, ou uma força normal (por exemplo, uma força contraria a força gravitacional) fornecida a um entalhe 136 da interface 132. Em algumas modalidades, a força de acoplamento é mais forte do que a força que uma pessoa poderia fazer com a mão, intencionalmente ou inadvertidamente.

[0030] Em algumas modalidades, a estrutura 112 inclui, pelo menos, um de um metal (por exemplo, de alumínio) outro material condutor térmico. Em algumas modalidades, a estrutura 112 é formada por moldagem. Em algumas modalidades, a estrutura 112 é anodizado (por exemplo, inclui alumínio anodizado, tal como definido em mais detalhes adiante). Em algumas modalidades, a estrutura 112 inclui um isolador elétrico, por exemplo, de alumínio anodizado e/ou termoplásticos (por exemplo, PEEK, Torlon, Vespel, e etc.). Em algumas modalidades, pelo menos uma entre a primeira extremidade 104 ou segunda extremidade 108 da estrutura 112 inclui uma região roscada formada para acoplar um componente complementar. Em algumas modalidades, o eletrodo 120 inclui o elemento resiliente 128, tal como uma mola.

[0031] Em algumas modalidades, uma superfície externa do cartucho 100 é formada para se ligar a, ou se encaixar com, uma tampa de retenção ou uma tampa de cartucho (não mostrada). Em algumas modalidades, a tampa de retenção é roscada e/ou possui elemento de ajuste por pressão que permitem sua substituição. A tampa de cartucho pode ser disposta em torno (por exemplo, pode circundar) a segunda extremidade 108 da estrutura 112. A tampa de cartucho pode ser moldada para fazer contato com o emissor do arco 120 e manter o emissor de arco 120 dentro da estrutura 112. A tampa de cartucho pode definir uma abertura do emissor de arco 120. A tampa de cartucho pode incluir uma superfície de vedação de fluido disposta sobre uma circunferência da abertura do emissor de arco 120. Em algumas modalidades, a tampa de cartucho orienta e mantém substancialmente o eletrodo 120 dentro do cartucho 100. Em algumas modalidades, a tampa de cartucho inclui uma vedação.

[0032] O cartucho 100 pode ser um cartucho "consumível" ou um conjunto de componentes consumíveis, por exemplo, o cartucho 100 pode ser substituído como uma unidade, após atingir o fim da sua vida útil. O cartucho 100 pode ser uma unidade selada, não destinada a ter peças de componentes individuais que possam ser substituídos. Em algumas modalidades, os componentes individuais são inamovíveis dispostos dentro do cartucho 100 e integrados neste. Por exemplo, pelo menos uma porção do eletrodo 120 e o elemento de mola de início de contato 128 podem ser dispostos de modo inamovível dentro da estrutura 112, por exemplo, dentro da estrutura selada 112 e/ou que não se destinam a ser removidos ou substituídos por um operador. Em algumas modalidades, o cartucho 100 é um componente consumível. Em algumas modalidades, os componentes (por exemplo, estrutura 112 e constritor de arco 124) podem ser ligados através de encaixes por pressão ou outros meios semelhantes com tolerâncias apertadas e irão deteriorar, fraturar, ou para de funcionar se forem separados.

[0033] A figura 2A é uma ilustração isométrica de um cartucho unitário 200 para um sistema de corte por arco de plasma, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção. Uma seção externa de plástico 204, uma seção externa metálica 208, e uma seção externa de cobre 212 (por exemplo, uma blindagem do bocal) são visíveis pela parte externa. A seção externa de plástico 204 e a seção externa metálica 208 são unidas em uma junção 206. Em algumas modalidades, a junção 206 é incluída na região cônica ou próxima desta. Em algumas modalidades, a seção externa de plástico 204 é uma tampa de retenção. Em algumas modalidades, a seção externa metálica 208 é um isolador da blindagem. Em algumas modalidades, a seção externa metálica 208 é formada substancialmente de um material (por exemplo, alumínio, alumínio anodizado, e etc.) diferente de cobre. Em algumas modalidades, a seção externa cobre 212 é formada de uma liga de cobre ou cobre puro ou substancialmente puro. As peças componentes do cartucho 200 são mostradas e descritas em pormenores na vista da seção transversal representada na figura 2B abaixo.

[0034] A figura 2B é uma é uma ilustração em corte transversal de um cartucho unitário 200 para um sistema de corte por arco de plasma, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção. Esta vista mostra um corpo do bocal 216, um orifício do bocal 218, um eletrodo 220 tendo um elemento emissor 222, uma manga isolante 224 tendo uma porção alongada 224A, um elemento resiliente 226, e um botão para contato do eletrodo 236 (por exemplo, feito de bronze). Na presente invenção, um ou mais destes elementos podem ser redesenhado para alcançar um ou mais dos objetivos acima citados.

[0035] Por exemplo, o corpo do bocal 216 pode ser formado de um material condutor (por exemplo, um material altamente condutor, tal como o alumínio) e pode ser ligado a (por exemplo, pode estar em contato físico direto com) outras porções do cartucho 200. Em algumas modalidades, o corpo do bocal 216 está em comunicação térmica com certas porções do cartucho 200 (por exemplo, por meio de condução térmica), mas eletricamente isolado de certas porções. Por exemplo, o corpo do bocal 216 pode funcionar como um dissipador de calor para o orifício do bocal 218 mantendo-se eletricamente isolado da blindagem do bocal 212. Tal configuração pode melhorar o desempenho de arrefecimento (por exemplo, do bocal e do eletrodo) e reduzir os custos de fabricação em comparação com os materiais anteriormente utilizados (por exemplo, Vespel®). Em algumas modalidades, o cartucho tem uma região com uma condutividade térmica entre cerca de 200 a 400 Watts por metro por grau Kelvin (por exemplo, de alumínio pode ter uma condutividade térmica entre 200 a 250 W/m-°K, enquanto que o cobre pode ter uma condutividade térmica entre 350 a 400 W/m- °K).

[0036] Além disso, o corpo do bocal 216 inclui um conjunto de orifícios de admissão de turbulência 228 (por exemplo, orifícios de turbulência 228A e 228B). Em algumas modalidades, o conjunto de orifícios de admissão de turbulência 228 inclui cinco orifícios de turbulência, ou, opcionalmente, entre três e dez orifícios de turbulência. Os orifícios de turbulência 228 podem ser radialmente deslocados para transmitir um fluxo turbulento (por exemplo, componentes de velocidade radial e tangencial) para os gases que fluem através destes (por exemplo, um gás de proteção, um gás de plasma, e/ou um gás de admissão). Nesta configuração, o corpo do bocal 216 fornece a função de turbilhonamento previamente fornecida por um anel de turbilhonamento, eliminando assim a necessidade de um anel de turbilhonamento tradicional. Além disso, em algumas modalidades do corpo do bocal 216 é formado através de um processo de moldagem, eliminando, assim, a necessidade dos procedimentos de perfuração caros e demorados para criar orifícios de turbulência. Em algumas modalidades, a blindagem do bocal 212 inclui um ângulo 232 que ajuda a redirecionar o fluxo de fluido para fora do arco de plasma durante a operação.

[0037] A figura 2C é uma ilustração em corte transversal de um cartucho unitário 240 para um sistema de corte por arco de plasma, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção. O cartucho unitário 240 pode ser semelhante, em muitos aspectos ao cartucho 200 mostrado na figura 2B, mas pode diferir em certos aspectos. Por exemplo, o cartucho 240 utiliza uma interface de tocha estampada 250 (por exemplo, as peças estampadas de cobre) que possui um corte transversal em forma de “T”. A interface 250 pode permitir que o eletrodo deslize mais livremente do que na configuração da figura 2B, que utiliza um eletrodo com um elemento de bico que se forma em uma superfície de acoplamento com a mola. Na figura 2C, a tampa e o corpo do bocal foram abertos para facilitar a fabricação e permitir que o eletrodo deslize livremente dentro do corpo do bocal durante a montagem do cartucho. A mola pode então se apoiar sobre o eletrodo, e a interface de tocha estampada 250 pode usar um pequeno elemento de guia 252 para se encaixar facilmente no corpo do bocal, garantindo o eletrodo nele. Tal configuração evita a necessidade de encaixar várias porções por pressão (e, por sua vez, evita a necessidade de ter que atingir tolerâncias apertadas entre as porções) e/ou a necessidade de reunir diferentes peças da tocha a partir de diferentes direções. Usando o cartucho 240, um fabricante pode simplesmente deslizar o eletrodo em uma posição em uma etapa.

[0038] Além disso, o cartucho 240 utiliza uma característica de fenda de turbilhonamento moldada 266 para realizar a função de turbilhamento em vez de utilizar orifícios perfurados no corpo do bocal. Por exemplo, durante a operação, o gás pode fluir ao longo do percurso 265, como mostrado, com o gás que flui para fora das fendas 266 e para dentro da câmara de plasma de modo a formar o gás turbilhonamento sobre o arco de plasma. Durante a operação, o gás também pode fluir através do canal de gás de proteção moldado 254, arrefecendo ainda mais o corpo do bocal. As fendas 266 formam um conjunto de orifícios de turbulência uma vez que o corpo do bocal, orifício do bocal, o forro e/ou bocal estão conectados. O Gás fornecido para as fendas é transportado a partir da tocha através de uma câmara definida por uma superfície interna do corpo do bocal e uma superfície externa do revestimento do bocal (o qual, em combinação, forma os orifícios de turbulência). Essa configuração elimina as etapas de usinagem pós-processo e as despesas associadas. Além disso, o cartucho 240 inclui uma conexão de redução radial 258 entre o orifício de bocal e o corpo do bocal. A conexão de redução radial 258 fornece uma interface de ligação robusta para permitir que o contato seja mantido entre o orifício de bocal e o corpo do bocal, mas também expõe a área de superfície significativa para que o calor seja conduzido do orifício do bocal para o corpo do bocal. Finalmente, nesta modalidade, a manga do eletrodo é removida e substituída por um permutador de calor mais tradicional.

[0039] A figura 3A é uma ilustração isométrica de um conjunto de cartucho interno 300 para uma tocha de arco de plasma, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção. Uma blindagem 304 que têm orifícios de ventilação 306 (por exemplo, orifícios 306A-D conforme mostrados), um corpo do bocal 308 que tem orifícios de escoamento ou orifícios de turbulência de entrada 312 (por exemplo, orifícios 312A, 312B, como mostrado na figura 2A), um isolador frontal (ou isolador da blindagem) 314, e um isolador traseiro (ou anel de bloqueio) 316 são visíveis pela parte externa. Estes elementos adicionais são descritos mais completamente em outra vista da seção transversal representada na figura 3B abaixo.

[0040] A figura 3B é uma ilustração em corte transversal do interior do cartucho 300 da figura 3A, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção. Nesta vista, vários componentes adicionais do conjunto de cartucho interno 300 são visíveis, incluindo um eletrodo 320 tendo um elemento emissor 322, um constritor de arco ou bocal de orifício 324, orifícios de fluxo de blindagem 328 (por exemplo, orifícios de fluxo 328A-B, como mostrado) direcionados para o orifício do bocal 324, uma manga isolante 332, e um canal de escoamento de gás de arrefecimento 336. Nesta modalidade, o corpo do bocal 308 funciona como o suporte do cartucho para que outras porções se anexem.

[0041] As características do conjunto de cartucho interno 300 podem melhorar suas capacidades de arrefecimento. Em primeiro lugar, o bocal do corpo 308 pode ser feito de alumínio, o que pode melhorar a condução térmica sobre materiais (por exemplo, Vespel®) e configurações anteriores como descrito acima. Em segundo lugar, o orifício do bocal 324 pode ser feito de cobre e pode ser pressionado sobre o corpo do bocal 308. Em tais modalidades, o corpo do bocal 308 pode servir como um dissipador de calor para o orifício do bocal de cobre 324. Em terceiro lugar, as superfícies de fluxo de gás melhoradas, podem auxiliar na refrigeração, por exemplo, com gás de proteção que flui na direção dos orifícios 328A, 328B apenas fora da área de pressão. Um arranjo de ajuste de pressão também pode proporcionar melhores vias de condução térmica entre as porções da tocha, como resultado de tolerâncias relativamente apertadas entre as superfícies das peças. Em algumas modalidades, um arranjo de ajuste de pressão inclui um encaixe por interferência e/ou um encaixe por travamento com guias ou tendo um ou mais elemento tipo degrau. Além disso, o pequeno tamanho do encaixe por pressão tem vantagens adicionais como redução dos custos dos materiais e/ou itens de fabricação e simplificar a fabricação e a montagem dos componentes (por exemplo, por ter menos porções).

[0042] A blindagem do bocal 304 também pode ser feita de cobre e pode ser pressionada sobre um isolador de alumínio anodizado 314 em uma superfície 305A. Este conjunto pode então ser pressionado sobre o corpo do bocal 308 em uma superfície de encaixe por pressão 305B. Em tais modalidades, o isolador da blindagem 314 se conecta ao corpo do bocal 308 da blindagem 304. Em algumas modalidades, o isolador da blindagem 314 é encaixado por pressão ao corpo do bocal 308. Em algumas modalidades, o isolador da blindagem 314 é um anel eletricamente isolador e/ou inclui conjuntos de superfícies de encaixe por pressão 305A, 305B que se conectam a blindagem 304 e ao corpo do bocal 308. O isolador de blindagem 314 pode ligar o corpo do bocal 308 à blindagem 304 de tal modo que o corpo do bocal 308 e a blindagem 304 sejam eletricamente isolados um do outro ao mesmo tempo em que transferem energia térmica um para um outro. Em algumas modalidades, as superfícies de encaixe por pressão pode ser serrilhada para aumentar ainda mais a condução térmica entre os componentes (por exemplo, entre o corpo do bocal 308 e orifício do bocal 324, entre o corpo do bocal 308 e a blindagem 304, etc.). Em algumas modalidades, utilizando-se um isolador da blindagem de duas peças pode aumentar (por exemplo, dobrar) a capacidade de isolamento elétrico como resultado do aumento das superfícies de contato.

[0043] A blindagem do bocal 304 pode ser consideravelmente menor do que as blindagens anteriores, permitindo uma fabricação e montagem eficiente dos componentes, maior durabilidade e maiores garantias de orientação apropriada das peças do cartucho em relação à outra. A título de exemplo, para um sistema de 45 amp, uma blindagem da técnica anterior pode ter um diâmetro de cerca de uma polegada (2,54 cm) e uma massa de cerca de 0,04 libras (18,14g), enquanto que uma blindagem do cartucho de acordo com a presente invenção pode ter um diâmetro de cerca de 0,5 polegadas (1,27cm), com uma massa inferior a 0,01 libras (4,53g) (por exemplo, cerca de 0,007 libras (3,187g)). Para um sistema de 105 amp, uma blindagem da técnica anterior pode ter um diâmetro de cerca de uma polegada (2,54 cm) com uma massa de cerca de 0,05 libras (2,67g), enquanto que uma blindagem cartucho de acordo com a presente invenção pode ter um diâmetro de cerca de meia polegada (1,27), com uma massa de cerca de 0,01 libras (4,53 cm) (por exemplo, 0,013 libras (5,89 cm)).

[0044] A configuração de tamanho menor pode trazer vantagens significativas. Em primeiro lugar, os componentes com uma massa reduzida têm uma capacidade térmica reduzida, o que permite que os componentes sejam rapidamente arrefecidos durante o pós- fluxo e/ou permite que mais calor seja transferido para o gás de refrigeração durante a operação. Em segundo lugar, uma blindagem menor pode atingir temperaturas relativamente elevadas e durante a operação pode transferir mais calor para o gás de arrefecimento. Em algumas modalidades, a blindagem do bocal 304 é exposta a um gás frio que entra na área da blindagem, por exemplo, através dos orifícios de vazão de blindagem 328, o que pode reduzir ainda mais a temperatura. Os orifícios de escoamento 328 podem cada um ter uma área da seção transversal total de pelo menos cerca de uma polegada quadrada (6,452 cm2).

[0045] Em algumas modalidades, o eletrodo 320 inclui uma base feita de cobre. Em algumas modalidades, a base 320 tem um eletrodo de diâmetro pequeno com uma manga isolante pressionada 332 feita de alumínio anodizado e/ou de plástico utilizado para o isolamento elétrico. Em algumas modalidades, existe um canal de escoamento de gás de arrefecimento ou fenda 336 entre a manga isolante 332 e o corpo do bocal 308. Em algumas modalidades, o gás de refrigeração flui para dentro da fenda 336. Em algumas modalidades, uma configuração de "haltere" 340 definida por dois contatos de extremidade 340A, 340B é utilizada, o que pode reduzir ou minimizar a área de contato entre o corpo do bocal 308 e a manga isolante 332 e pode reduzir o atrito entre as peças.

[0046] Em algumas modalidades, a manga 332 faz contato com eletrodo 320, o que pode fazer parte de um trajeto de corrente separado do corpo do bocal 308 e/ou uma parte diferente do trajeto da corrente do corpo do bocal 308. Em algumas modalidades, o eletrodo 320 e o orifício do bocal 324 podem ser eletricamente separados por uma fenda para criar o arco e/ou para assegurar uma orientação adequada das porções na tocha. Em tais modalidades, o corpo do bocal 308 e o eletrodo 320 podem estar em contato físico entre a manga 332 e o corpo do bocal 308. Em tais modalidades, as camadas isolantes são necessárias nesta região de modo que a corrente é direcionada para passar através do elemento emissor 322.

[0047] Em algumas modalidades, uma parede do corpo do bocal 342 perto da qual o eletrodo 320 se move pode ficar relativamente fria durante a operação enquanto o fluxo de gás passa, tanto dentro do corpo do bocal 308 como do outro lado de uma superfície externa 344 do orifício do bocal 324. A escolha do material (por exemplo, alumínio ou outro metal) para o projeto do corpo do bocal 342 proporciona uma melhor trajetória de condução e capacidade de dissipação de calor, em comparação com os materiais anteriores tais como Vespel®. Tais fatores auxiliam no arrefecimento da peça de isolamento eletrodo e permitir que o eletrodo funcione mesmo após uma cavidade profunda ser formada no elemento emissor do uso do eletrodo.

[0048] Em algumas modalidades, um anel de bloqueio 316 (ou anel de isolamento) forma uma interface 346 entre o cartucho 300 e a tocha. Em algumas modalidades, o anel de bloqueio 316 pode ser feito de alumínio anodizado. O anel de bloqueio 316 pode ser pressionado para dentro do corpo do bocal para "prender" o eletrodo móvel 320. O anel de bloqueio 316 pode conter os componentes dentro do cartucho 300 e isolar eletricamente a tocha. Em algumas modalidades, o anel de bloqueio 316 é substituído pela retração ou colagem por calor. Em algumas modalidades, o anel de bloqueio 316 tem uma forma para orientar o cartucho 300 (por exemplo, axialmente), para aperfeiçoar o fluxo de gás, para permitir a ligação elétrica ao cátodo, e/ou para proporcionar o isolamento elétrico.

[0049] Em várias modalidades aqui descritas, os conjuntos de cartuchos ou consumíveis são de cerca de 3,5 polegadas (8,89 cm) de comprimento e 1,1 polegadas de diâmetro (2,79 cm). Em algumas modalidades, a tampa de retenção é considerada parte da tocha, por exemplo, um componente não consumível. Em tais configurações, as etapas de usinagem podem ser minimizadas, sem usinagens necessárias após a montagem (em comparação com alguns conjuntos de tocha que requerem uma etapa de acabamento para alcançar a axialidade funcional do cartucho). Em algumas modalidades, a redução dos orifícios de turbulência pode minimizar as operações de perfuração em relação aos anéis de turbilhonamento da arte anterior. Em algumas modalidades, substituir Vespel® por alumínio pode reduzir significativamente os custos de fabricação do cartucho. Em algumas modalidades, o cobre é utilizado apenas em certos locais do eletrodo, do bocal, e/ou do orifício, o que pode reduzir os custos de fabricação, reduzindo o uso deste material caro. Por exemplo, o cobre pode ser concentrado principalmente no núcleo ou em uma região interna. Embora o cobre possa ser desejável pelas suas propriedades térmicas e elétricas, este também é mais caro do que outros materiais, e assim projetos que minimizam a sua utilização são buscados.

[0050] As figuras 4A-4B e 5 são ilustrações da seção transversal de cartuchos consumíveis para um sistema de corte por arco de plasma, cada cartucho que tem um bocal, um eletrodo, um anel de turbilhonamento, um elemento resiliente e uma tampa de extremidade, de acordo com modalidades ilustrativas da invenção. A figura 4A mostra um projeto de cartucho exemplificativo 400. Como mostrado, o cartucho 400 inclui um anel de turbilhonamento 402, uma tampa de extremidade 406, um bocal 408 e um eletrodo 404. O eletrodo 404 pode ser um eletrodo de mola de indução para fazer contato com a tocha de arco de plasma, onde um elemento resiliente 412 (por exemplo, uma mola) exerce uma força de separação sobre a extremidade distal do eletrodo 404 para induzir o eletrodo 404 para longe da tampa da extremidade 406 e do bocal 408. O elemento resiliente 412, também pode ser uma peça do cartucho 400. O cartucho 400 pode incluir um mecanismo de partida para iniciar o contato com uma tocha de arco de plasma durante a montagem para a tocha.

[0051] O anel de turbilhonamento 402 pode se prolongar substancialmente ao longo do comprimento do eletrodo 404 ao longo de um eixo longitudinal 410 do eletrodo 404. Em algumas modalidades, o anel de turbilhonamento 402 é fabricado através de moldagem por injeção de termoplásticos de alta temperatura (por exemplo, PAI, PEI, PTFE, PEEK, PEKPEKK, e etc.). A utilização de materiais termoplásticos para a fabricação de anéis de turbilhonamento pode reduzir os custos do cartucho em comparação com Vespel®, que é um material que tem sido utilizado para fabricar anéis de turbilhonamento, mas é comparativamente mais caros. Sabe-se que os termoplásticos têm temperaturas de operação que são mais baixas do que Vespel™ (um termoendurecimento), o que pode afetar a integridade dos anéis de turbilhonamento e a vida do eletrodo. No entanto, os modelos de cartucho da presente tecnologia, os quais podem incorporar anéis turbilhonamento feitos de resinas termoplásticas com vários aditivos fortificantes que proporcionam a resistência térmica pretendida e/ou condutividade térmica (por exemplo, fibras de vidro, minerais, de nitreto de boro (BN), e/ou nitreto de boro cúbico), resolveram as questões de alto desempenho à temperatura, permitindo assim o uso eficaz de termoplásticos nesses cartuchos. Isto é alcançado uma vez que (1) os termoplásticos têm uma resistência suficiente à alta temperatura (2) um projeto de cartucho que incorpora adequadamente os termoplásticos pode evitar a exposição dos termoplásticos a temperaturas excessivas durante o funcionamento. Além disso, quando um eletrodo experimenta um evento de fim-de-vida, que é também o fim da vida útil do cartucho, a fusão simultânea do material plástico não é problemática.

[0052] A tampa da extremidade 406 pode ser feita de um material condutor, tal como cobre. A tampa da extremidade 406 pode ser formada de forma barata por meio de estampagem de uma peça bruta e pode ser inserida de modo que não possa ser retirada, encaixada por pressão ou moldada sobre o cartucho 400. A tampa da extremidade 406 é configurada para conter o elemento resiliente 412 dentro do cartucho 400 e comprimir o elemento resiliente 412 contra a extremidade distal do eletrodo 404 de modo a que o elemento resiliente 412 exerça uma força de separação sobre a extremidade distal do eletrodo 404 induzindo o eletrodo 404 para o bocal 408. Em algumas modalidades, a tampa de extremidade 406 pode ser moldada para se acoplar a uma cabeça da tocha e/ou pode incluir um conjunto de orifícios de escoamento formados através desta.

[0053] Em algumas modalidades, uma interface de encaixe à pressão não liberável 414 é formada entre o anel de turbilhonamento 402 e o bocal 408 para se unir os dois componentes consumíveis um no outro, como uma parte do cartucho 400. Além disso, uma segunda interface de encaixe por pressão 416 pode ser formada entre o anel de turbilhonamento 402 e a tampa da extremidade 406 para unir os dois componentes consumíveis juntos como uma parte do cartucho 400. Outras opções de fabricação e montagem são disponíveis e confiáveis.Por exemplo, o anel de turbilhonamento 402 pode ser sobremoldado na tampa da extremidade 406. A tampa da extremidade 406 também pode ser encapsulada pelo anel de turbilhonamento 402 e pelo elemento resiliente 412 (por exemplo, uma mola), em que a tampa da extremidade 406 pode se mover dentro do cartucho 400.

[0054] A figura 4B mostra outro projeto de cartucho exemplificativo 450. Como mostrado, o cartucho 450 inclui um anel de turbilhonamento 452, uma tampa de extremidade 456, um bocal 458 e um eletrodo 454. Em algumas modalidades, o cartucho 450 também inclui um elemento resiliente 462 que funciona de maneira semelhante ao elemento resiliente 412 da figura 4A. Os cartuchos das figuras 4A e 4B têm eletrodos diferentes (por exemplo, flanges do trocador de calor, flange circunferencial para fluxo uniforme de tamanhos diferentes), bocais diferentes (por exemplo, conexões do anel de turbilhonamento diferente), e diferentes anéis de turbilhonamento (por exemplo, conexões e orifícios de turbulência diferentes). No projeto do cartucho 450 da figura 4B, uma interface 464 é formada como o anel de turbilhonamento 452 é inserida na posição em relação ao bocal 458. Outra interface 466 pode ser formada entre o anel de turbilhonamento 452 e a tampa da extremidade 456.

[0055] A figura 5 mostra outro projeto de cartucho exemplificativo 500. Como mostrado, o cartucho 500 inclui um anel de turbilhonamento 502, uma manga 514, uma tampa de extremidade 506, um bocal 508 e um eletrodo 504. Em algumas modalidades, o cartucho 500 também inclui um elemento resiliente 512 que funciona de forma semelhante ao elemento resiliente 512 da figura 4A. A manga 514 e/ou a tampa da extremidade 506 podem ser feitas de um material condutor (por exemplo, cobre), utilizando um método de estampagem. A manga 514 pode ser encaixada por pressão ou moldada sobre o cartucho 500. A tampa de extremidade 506 pode ser uma parte da manga 514. Assim, a manga 514 e a tampa de extremidade 506 podem ser construídas como uma única peça componente.

[0056] Como mostrado, o anel de turbilhonamento 502 pode ser relativamente curto em comparação com o anel de turbilhonamento 402 de modo que o anel de turbilhonamento 502 apenas se estende ao longo de uma porção do comprimento do eletrodo 504 em relação ao eixo longitudinal 510. De modo similar ao anel de turbilhonamento 402, o anel de turbilhonamento 502 pode ser fabricado através de moldagem por injeção de termoplásticos de alta temperatura (por exemplo, Torlon®). Uma interface de encaixe por pressão 520 pode ser formada entre o anel de turbilhonamento 502 e o bocal 508 para juntar os dois componentes consumíveis um no outro, como uma parte do cartucho 500. Uma outra interface de encaixe à pressão 518 pode ser formada entre o anel de turbilhonamento 502 e a manga 514 para se juntar os dois componentes consumíveis um no outro, como uma parte do cartucho 500. De modo alternativo, o anel de turbilhonamento 502 pode ser sobremoldado na manga 514.

[0057] Existem muitos benefícios associados ao uso de um cartucho em uma tocha de arco de plasma. Em primeiro lugar, tal projeto promove a facilidade do uso por meio de recursos de troca rápida, encurta o tempo de configuração e facilita a seleção do consumível para um usuário final. Ele também fornece um desempenho de corte consistente porque um conjunto de consumíveis é trocado de uma só vez quando o cartucho é substituído. Em contraste, a variação no desempenho é introduzida quando os componentes são trocados individualmente em momentos diferentes. Por exemplo, a longo prazo, a reutilização do mesmo anel de turbilhonamento pode causar alteração dimensional após cada queima, alterando, assim, a qualidade do desempenho, mesmo que todos os outros componentes sejam trocados regularmente. Além disso, uma vez que o custo de fabricação e/ou da instalação de um cartucho é mais baixo do que o custo combinado de um conjunto de consumíveis existe um menor custo associado com, a troca do cartucho e a substituição de um conjunto de consumíveis. Além disso, diferentes cartuchos podem ser concebidos para aperfeiçoar a operação da tocha no que diz respeito a diferentes aplicações, tais como marcação, corte, manutenção da vida útil e etc.

[0058] Embora a invenção tenha sido particularmente mostrada e descrita com referência às modalidades específicas preferidas, deve ser entendido por aqueles versados na arte que várias alterações na forma e nos detalhes podem ser feitas sem se afastar do espírito e âmbito da invenção, tal como definido pela as reivindicações a seguir.

Claims

1. Cartucho substituível para uma tocha de arco de plasma, o cartucho substituível compreendendo: um corpo de cartucho substituível (100) e sendo CARACTERIZADO por o corpo de cartucho substituível (100) possuir uma primeira seção (112A) e uma segunda seção (112B), a segunda seção (112B) incluindo um orifício de saída de um elemento de constrição de arco (124) que forma uma parte da segunda seção (112B), a primeira e a segunda seções (112A, 112B) são unidas em uma interface para formar uma câmara oca, a interface proporciona uma força de acoplamento que prende as primeiras e segundas seções (112A, 112B) umas nas outras; um eletrodo (120) incluído dentro da câmara oca; e um elemento de mola de início de contato (128), afixado ao eletrodo (120), em que o elemento de mola de início de contato (128) e pelo menos uma porção do eletrodo (120) estão irremovivelmente dispostos dentro da câmara oca do corpo de cartucho substituível (100), o elemento de mola (128) confere uma força de separação que induz o eletrodo (120) para a segunda seção (112B) do corpo de cartucho substituível (100), em uma direção ao longo de um eixo do elemento de mola de início de contato (128), a força de separação tem uma magnitude que é menor do que uma magnitude da força de acoplamento, em que o elemento de mola de início contato (128) é integrado diretamente no cartucho e é projetado para não ser separado ou desmontado do cartucho.

2. Cartucho substituível de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma entrada de gás é fornecida para mover o eletrodo (120) e supera a força de separação.

3. Cartucho substituível de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma base do elemento de constrição de arco (124) é anodizada.

4. Cartucho substituível de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o cartucho tem uma região com uma condutividade térmica entre 200 a 400 watts por metro por grau Kelvin, em que opcionalmente, a blindagem tem uma capacidade térmica de taxa de corrente de 2 a 4 W/m-°K-A.

5. Cartucho substituível de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de também compreender uma tampa de inserção ligada à segunda seção (112B) do corpo do cartucho (100), a tampa de inserção orienta e mantém o eletrodo (120) dentro do corpo do cartucho (100).