BR112018002280B1

BR112018002280B1 - Cartucho para tocha de arco de plasma arrefecido por líquido

Info

Publication number: BR112018002280B1
Application number: BR112018002280-2A
Authority: BR
Inventors: Nicholas A. Sanders; E. Michael Shipulski; Michael Hoffa
Original assignee: Hypertherm, Inc
Priority date: 2015-08-04
Filing date: 2016-08-04
Publication date: 2022-09-13
Also published as: US10609805B2; AU2016301372A1; AU2016301372B2; US10561009B2; AU2016303619B2; CN113660760A; JP2018529183A; US20170042014A1; RU2018107298A; JP2022003646A; WO2017024155A1; EP3332616B1; KR102569883B1; CN107852809B; JP7073251B2; US20170042013A1; KR20180037255A; WO2017024160A1; EP3332617A1; EP3332616A1

Abstract

CARTUCHO PARA TOCHA DE ARCO DE PLASMA ARREFECIDO POR LÍQUIDO. A presente invenção se refere a um cartucho consumível para uma tocha de arco de plasma arrefecida por líquido. O cartucho consumível compreende uma estrutura de cartucho que inclui uma extremidade proximal com uma superfície da extremidade, uma extremidade distal e um corpo com um eixo longitudinal central que se prolonga através da mesma. O cartucho é configurado para formar uma interface de identificação por radiofrequência (RFID) com uma cabeça de tocha. O cartucho consumível também compreende um emissor de arco e um constritor de arco ligado à estrutura do cartucho na extremidade distal e uma característica de montagem RFID formada sobre ou dentro da estrutura do cartucho adjacente à face da extremidade. A característica de montagem RFID não é concêntrico com o eixo longitudinal central do corpo. O cartucho consumível compreende ainda uma etiqueta RFID disposta na ou sobre a característica de montagem RFID para transmitir informações sobre o cartucho para um dispositivo leitor na cabeça da tocha quando o cartucho está conectado à cabeça da tocha.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA RELACIONADA AO PEDIDO

[0001] Este pedido reivindica o benefício e a prioridade do Pedido de Patente Provisório Norte-Americano N° 62/200,913, depositado em 4 de agosto de 2015, cujo todo conteúdo pertence ao cessionário do presente pedido e é aqui incorporado por referência na sua totalidade.

CAMPO DA INVENÇÃO

[0002] A presente invenção se refere de modo geral aos cartuchos para uma tocha de arco de plasma arrefecida por líquido e mais particularmente a um ou mais cartuchos substituíveis e de baixo custo com componentes integrados.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0003] As tochas de processamento térmico, tais como as tochas de arco de plasma, são amplamente utilizadas para processamento de alta temperatura (por exemplo, aquecimento, corte, furação e marcação) de materiais. Uma tocha de arco de plasma geralmente inclui uma cabeça de tocha, um eletrodo montado dentro da cabeça da tocha, uma inserção emissiva disposta dentro de um orifício do eletrodo, um bico com um orifício de saída central montado dentro da cabeça da tocha, uma blindagem, conexões elétricas, passagens para arrefecimento, passagens para fluidos de controle de arco (por exemplo, gás de plasma) e uma fonte de alimentação. Um anel de turbilhonamento pode ser usado para controlar padrões de fluxo de fluido na câmara de plasma formada entre o eletrodo e o bico. Em algumas tochas, uma tampa de retenção é usada para manter o bico e/ou anel de turbilhonamento na tocha de arco de plasma. Em operação, a tocha produz um arco de plasma, que é um jato comprimido de um gás ionizado com alta temperatura e impulso suficiente para auxiliar na remoção de metal fundido. Os gases utilizados na tocha podem ser não reativos (por exemplo, argônio ou nitrogênio), ou reativos (por exemplo, oxigênio ou ar).

[0004] Os sistemas de corte por plasma existentes incluem uma grande variedade de consumíveis separados disponíveis para uso com diferentes correntes e/ou modos de operação que são repetidamente montados e desmontados no campo por um usuário para executar operações de processamento térmico. A grande quantidade de opções de consumíveis requer grandes contagens de peças e inventários para usuários, e pode confundir os usuários e aumentar a possibilidade de instalar consumíveis incorretos. O grande número de opções de consumíveis também pode levar a longos tempos para configurar a tocha e dificultar a transição entre os processos de corte que exigem diferentes arranjos de consumíveis na tocha que geralmente é realizada no campo um de cada vez. Por exemplo, antes de uma operação de corte, selecionar e instalar o conjunto correto de consumíveis para uma determinada tarefa de corte pode ser um trabalho pesado e demorado. Além disso, a seleção, montagem e instalação desses componentes no campo podem causar problemas de alinhamento ou problemas de compatibilidade quando os componentes antigos são usados com componentes novos. Durante a operação da tocha, os consumíveis existentes podem sofrer problemas de desempenho, como não manter o alinhamento e o espaçamento dos consumíveis adequados. Além disso, os consumíveis atuais incluem quantidades substanciais de materiais caros (por exemplo, Vespel®) e muitas vezes exigem um processo de fabricação relativamente complexo, o que leva a custos de fabricação significativos e inibe bastante sua comercialização, produção e adoção. Portanto é necessária uma plataforma consumível nova e melhorada para tochas de arco de plasma arrefecidas por líquido que diminuem os custos e o tempo de fabricação, diminuem a quantidade de peças, aumentam o desempenho do sistema (por exemplo, alinhamento de componentes, qualidade de corte, vida útil, variabilidade/versatilidade, e etc.), e que facilita a instalação e o uso de consumíveis pelos usuários finais.

RESUMO DA INVENÇÃO

[0005] A presente invenção proporciona um ou mais projetos de cartuchos integrados e de baixo custo para uma tocha de arco de plasma arrefecida por líquido. Geralmente, devido a um cartucho incluir um conjunto de dois ou mais componentes consumíveis, isto proporciona facilidade de uso e reduz o tempo de instalação em uma tocha de arco de plasma em comparação com a instalação/substituição de cada componente consumível individualmente. O uso de um cartucho consumível também reduz a possibilidade de um operador colocar as peças consumíveis erradas, contaminando as peças durante a instalação e/ou colocando uma parte fraca ou ruim de volta na tocha por acidente. Essas vantagens eliminam a necessidade de operadores experientes para operar as tochas de arco de plasma arrefecidas por líquido resultantes. Além disso, o uso de um cartucho em uma tocha arrefecida por líquido melhora o alinhamento dos componentes, reduz a consistência e reduz a experiência de qualidade. Além disso, o uso de cartuchos consumíveis melhora a experiência dos fornecedores, pois é necessário contar e armazenar menos peças consumíveis. Em alguns casos, um fornecedor pode resgatar cartuchos usados e componentes de reciclagem para outros usos. No entanto, os custos de fabricação e materiais podem proibir a comercialização generalizada e a produção de cartuchos. A presente invenção resolve este problema fornecendo um ou mais projetos de cartuchos econômicos que facilitam a comercialização e produção de cartuchos e melhoram sua instalação.

[0006] Em um aspecto, a presente invenção possui uma estrutura de cartucho consumível para uma tocha de arco de plasma arrefecida por líquido, a estrutura de cartucho consumível inclui um corpo isolante configurado para ser disposto entre uma cabeça de tocha e uma ponta do cartucho, um primeiro canal de arrefecimento, disposto no corpo, configurado para conduzir um primeiro fluxo de fluido recebido da cabeça da tocha para entrar em contato com um componente da ponta do cartucho conectado à estrutura do cartucho e um primeiro canal de retorno, disposto no corpo, configurado para conduzir pelo menos uma porção do primeiro fluxo de fluido do componente para a cabeça da tocha. O primeiro canal de arrefecimento e o primeiro canal de retorno não são concêntricos em relação ao eixo longitudinal central do corpo.

[0007] Em algumas modalidades, a estrutura do cartucho consumível inclui ainda uma característica de engate da tocha configurada para fixar radialmente a ponta do cartucho para a cabeça da tocha em uma orientação predeterminada. O primeiro canal de arrefecimento pode ser configurado para se alinhar substancialmente com um primeiro canal de arrefecimento correspondente da cabeça da tocha quando a ponta do cartucho é fixada radialmente à cabeça da tocha através da característica de engate da tocha. O primeiro canal de arrefecimento líquido pode ser adaptado para conduzir um líquido de arrefecimento da cabeça da tocha na ponta do cartucho. O primeiro canal de retorno pode ser configurado para se alinhar substancialmente com um primeiro canal de retorno correspondente da cabeça da tocha quando a ponta do cartucho é fixada radialmente à cabeça da tocha através da característica de engate da tocha. O primeiro canal de retorno pode ser adaptado para retornar o líquido de arrefecimento da ponta do cartucho para a cabeça da tocha.

[0008] Em algumas modalidades, a estrutura do cartucho consumível inclui ainda um canal central disposto no corpo isolante e concêntrico em relação ao eixo longitudinal central do corpo isolante, o canal central configurado para executar pelo menos um de (i) conduzir o primeiro fluxo de fluido da cabeça da tocha para um eletrodo ou (ii) passar uma corrente elétrica da cabeça da tocha para o eletrodo. A estrutura de cartucho consumível pode ainda incluir um segundo canal de arrefecimento, disposto no corpo isolante, configurado para conduzir pelo menos uma porção do primeiro fluxo de fluido recebido da cabeça da tocha para entrar em contato com um segundo componente da ponta do cartucho diferente do primeiro componente e um segundo canal de retorno, disposto no corpo isolante, configurado para conduzir pelo menos uma porção do primeiro fluxo de fluido do segundo componente para a cabeça da tocha. O segundo canal de arrefecimento e o segundo canal de retorno podem ser não concêntricos em relação ao eixo longitudinal central do corpo isolante.

[0009] Em algumas modalidades, a estrutura do cartucho consumível inclui ainda pelo menos um canal de gás, disposto no corpo isolante, configurado para conduzir um segundo fluxo de fluido para um segundo componente da ponta do cartucho. O pelo menos um canal de gás não é concêntrico em relação ao eixo longitudinal central do corpo isolante. O segundo fluxo de fluido pode compreender um fluxo de gás de plasma ou um fluxo de gás de proteção. O segundo componente pode compreender um bico ou blindagem.

[0010] Em algumas modalidades, o primeiro fluxo de fluido compreende um fluxo do líquido de arrefecimento. Em algumas modalidades, o componente da ponta do cartucho compreende um bico ou blindagem. Em algumas modalidades, o primeiro canal de arrefecimento e o primeiro canal de retorno se estendem longitudinalmente a partir de uma região proximal para uma região distal do corpo isolante e não se sobrepõem.

[0011] Em outro aspecto, é fornecida uma estrutura de cartucho para um cartucho de tocha de arco de plasma arrefecida por líquido. A estrutura do cartucho inclui um corpo da estrutura do cartucho que tem uma região central, uma superfície interna, uma superfície externa, uma porção proximal e uma porção distal, em que o corpo da estrutura do cartucho é pelo menos substancialmente feito de um material não condutor. A estrutura do cartucho também inclui uma superfície da interface de engate da tocha localizada na porção proximal do corpo da estrutura do cartucho, a superfície da interface de engate da tocha configurada para encaixar uma cabeça da tocha. A estrutura do cartucho inclui ainda uma pluralidade de características de alinhamento de componentes formadas na região central e uma pluralidade de canais entre a porção proximal e a porção distal. A pluralidade de canais está localizada a partir de um eixo central da região central. A pluralidade de canais está configurada para direcionar líquido e gás através da estrutura do cartucho.

[0012] Em algumas modalidades, uma ou mais das características de alinhamento dos componentes são configuradas para alinhar um bico para a superfície interna da estrutura do cartucho e encaixar de forma acoplada o bico na superfície interna. As características de alinhamento de um ou mais componentes podem compreender um ou mais degraus configurados para alinhar axialmente e encaixar de forma apropriada o bico na estrutura do cartucho. As características de alinhamento de um ou mais componentes podem compreender um diâmetro variável ao longo de uma seção da superfície interna da estrutura do cartucho para se alinhar radialmente e encaixar de forma apropriada o bico na estrutura do cartucho. Em algumas modalidades, uma ou mais das características de alinhamento de componentes estão configuradas para alinhar uma blindagem na superfície externa da estrutura do cartucho e encaixar de forma apropriada a blindagem na superfície externa.

[0013] Em algumas modalidades, a pluralidade de canais compreende um canal de gás de proteção configurado para proporcionar um fluxo de gás de proteção medido através do mesmo. A estrutura do cartucho pode ainda incluir um defletor e um anel de turbilhonamento de proteção dispostos na porção distal do corpo da estrutura do cartucho. O defletor e o anel de turbilhonamento de proteção podem estar em comunicação fluida com o canal de gás de proteção para ajustar pelo menos um parâmetro do fluxo de gás de proteção através desta.

[0014] Em algumas modalidades, a estrutura do cartucho inclui ainda uma abertura na superfície interna da estrutura do cartucho. A pluralidade de canais inclui um canal de refrigeração configurado para fornecer um líquido de arrefecimento a um bico, e a abertura está em comunicação fluida com o canal de refrigeração para conduzir o líquido de arrefecimento para longe do bico. Em algumas modalidades, a estrutura do cartucho inclui ainda uma abertura na superfície externa da estrutura do cartucho. A pluralidade de canais inclui um canal de refrigeração configurado para fornecer um líquido de arrefecimento a uma blindagem, e a abertura está em comunicação fluida com o canal de refrigeração para conduzir o líquido de arrefecimento para longe da blindagem.

[0015] Em algumas modalidades, a estrutura do cartucho inclui ainda uma passagem de ventilação que se prolonga a partir da superfície interna para a superfície externa da estrutura do cartucho.

[0016] Em outro aspecto, a presente invenção se refere a um cartucho consumível para uma tocha de arco de plasma arrefecida por líquido. O cartucho consumível inclui uma porção de corpo que tem uma região distal e uma região proximal, uma porção de ponta localizada na região distal, a porção de ponta incluindo um emissor de plasma e um constritor de arco de plasma, e dois ou mais canais não concêntricos que se prolongam da região proximal até a porção da ponta na região distal do corpo.

[0017] Em algumas modalidades, os dois ou mais canais não concêntricos estão dispostos em uma estrutura de cartucho feita de um material isolante. Em algumas modalidades, a estrutura do cartucho forma uma interface entre a porção da ponta e a cabeça da tocha.

[0018] Em algumas modalidades, a porção da ponta compreende pelo menos um entre um bico, uma blindagem ou um eletrodo. Em algumas modalidades, dois ou mais canais não concêntricos incluem (i) um primeiro conjunto de canais incluindo um canal de refrigeração e um canal de retorno em comunicação fluida com o bico para fornecer e receber um líquido de arrefecimento do bico e (ii) um segundo conjunto de canais, incluindo um canal de refrigeração e um canal de retorno em comunicação fluida com a blindagem para fornecer e receber pelo menos uma porção do líquido de arrefecimento da blindagem. Em algumas modalidades, dois ou mais canais não concêntricos incluem um canal de gás de plasma para fornecer um gás de plasma a uma passagem entre um anel de turbilhonamento e o bico. Em algumas modalidades, dois ou mais canais não concêntricos incluem um canal de gás de proteção para fornecer um gás de proteção a uma passagem entre a blindagem e o bico. Em algumas modalidades, o cartucho consumível inclui ainda um canal central em comunicação fluida com o eletrodo, onde o canal central está configurado para passar pelo menos um de um líquido de arrefecimento ou uma corrente elétrica para o eletrodo.

[0019] Em outro aspecto, é fornecida uma estrutura de cartucho consumível para uma tocha de arco de plasma arrefecida por líquido. A estrutura de cartucho consumível inclui uma primeira interface configurada para se conectar a uma cabeça da tocha de arco de plasma e uma segunda interface espaçada axialmente em relação à primeira superfície ao longo de um eixo longitudinal do consumível, em que a segunda interface está configurada para se conectar a uma pluralidade de componentes, incluindo pelo menos um bico, uma blindagem, um eletrodo e um anel de turbilhonamento. A estrutura de cartucho consumível inclui ainda uma porção de corpo que se prolonga ao longo do eixo longitudinal para conectar a primeira interface com a segunda interface. A porção de corpo inclui uma pluralidade de canais configurados para transportar líquido e gás entre a cabeça da tocha e a pluralidade de componentes através da primeira interface e a segunda interface.

[0020] Em algumas modalidades, a primeira interface inclui uma característica de alinhamento configurada para se fixar radialmente à cabeça da tocha em uma orientação predeterminada. A pluralidade de canais pode ser adaptada para se alinhar com os canais correspondentes na cabeça da tocha na orientação predeterminada para transportar líquido e gás entre a cabeça da tocha e a pluralidade de componentes. Em algumas modalidades, dois ou mais canais da pluralidade de canais não são concêntricos.

[0021] Em algumas modalidades, a segunda interface compreende (i) pelo menos uma etapa na superfície interna da estrutura do cartucho consumível para se encaixar e alinhar axialmente o bico na estrutura do cartucho e (ii) pelo menos uma seção da superfície interna do cartucho estrutura de cartucho consumível com diâmetro variável para se encaixar e alinhar radialmente o bico à estrutura do cartucho. A segunda interface também pode incluir características de alinhamento configuradas para alinhar axial e radialmente a blindagem com a estrutura do cartucho e encaixar de forma acoplada a blindagem na estrutura do cartucho. As características de alinhamento podem compreender pelo menos um degrau ou uma seção de acoplamento em uma superfície externa do cartucho consumível.

[0022] Em algumas modalidades, a estrutura de cartucho consumível pode ainda incluir uma cavidade disposta na porção do corpo adjacente à primeira interface. A cavidade está configurada para receber uma etiqueta de identificação por radiofrequência (RFID) para comunicar com um dispositivo leitor da cabeça da tocha.

[0023] Ainda em outro aspecto, é proporcionada uma estrutura de cartucho para um cartucho de tocha de arco de plasma arrefecida por líquido. A estrutura do cartucho inclui um corpo da estrutura do cartucho que tem uma porção proximal, uma porção distal, uma superfície externa e uma abertura interna a um canal central no corpo da estrutura do cartucho. A estrutura do cartucho também inclui um canal de gás de proteção que se prolonga desde a porção proximal do corpo da estrutura do cartucho até a porção distal do corpo da estrutura do cartucho, um canal de fornecimento de líquido de arrefecimento do bico que se prolonga desde a porção proximal do corpo da estrutura do cartucho até a abertura interna e um canal de retorno do líquido de arrefecimento do bico que se prolonga a partir da abertura interna do corpo de estrutura do cartucho para a porção proximal. A estrutura do cartucho inclui ainda um canal de fluxo do líquido de arrefecimento circunferencial na superfície externa do corpo da estrutura do cartucho, um canal de fornecimento de líquido de arrefecimento de proteção que se prolonga desde a porção proximal até o canal de fluxo do líquido de arrefecimento circunferencial e um canal de retorno do líquido de arrefecimento de proteção que se prolonga a partir do canal de fluxo do líquido de arrefecimento circunferencial para a porção proximal.

[0024] Ainda em outro aspecto, é fornecido um cartucho consumível arrefecido por líquido para uma tocha de arco de plasma. O cartucho inclui (i) um eletrodo, (ii) um anel de turbilhonamento com um primeiro elemento de retenção externo e um segundo elemento de retenção externo em uma superfície externa, onde o eletrodo é fixado ao anel de turbilhonamento, e (iii) um bico com um elemento de retenção interno em uma superfície interna, onde o elemento de retenção interno do bico está acoplado com o primeiro elemento de retenção externo do anel de turbilhonamento. O cartucho também inclui uma estrutura de cartucho com um elemento de retenção interno em uma superfície interna e um elemento de retenção externo em uma superfície externa. O elemento de retenção interno da estrutura do cartucho está acoplado com o segundo elemento de retenção externo do anel de turbilhonamento. O cartucho inclui ainda uma blindagem com um elemento de retenção interno sobre uma superfície interna acoplada com o elemento de retenção externo da estrutura do cartucho. Pelo menos o bico, o anel de turbilhonamento, a estrutura do cartucho e a blindagem são fixados axialmente em uma posição predeterminada após o acoplamento entre si para proporcionar pelo menos um caminho de fluxo de líquido da estrutura do cartucho para a blindagem ou o bico.

[0025] Em algumas modalidades, o eletrodo e o bico são alinhados axial e radialmente uns aos outros sem contato físico entre o eletrodo e o bico. Em algumas modalidades, o bico e a blindagem estão alinhados axial e radialmente uns aos outros sem contato físico entre o bico e a blindagem.

[0026] Em algumas modalidades, pelo menos uma das blindagens, o bico ou o anel de turbilhonamento se acoplam diretamente com a estrutura do cartucho. O eletrodo pode ser acoplado indiretamente com a estrutura do cartucho através de pelo menos um do anel de turbilhonamento ou um isolador de eletrodo.

[0027] Em algumas modalidades, o acoplamento entre o elemento de retenção interno do bico e o primeiro elemento de retenção externo do anel de turbilhonamento, alinha radialmente o bico com o anel de turbilhonamento. Em algumas modalidades, o acoplamento entre o elemento de retenção interno da estrutura do cartucho e o segundo elemento de retenção externo do anel de turbilhonamento proporciona pelo menos um alinhamento axial ou radial entre a estrutura do cartucho e o anel de turbilhonamento. Em algumas modalidades, o acoplamento entre um elemento de retenção interno da blindagem e o elemento de retenção externo da estrutura do cartucho fornece pelo menos um alinhamento axial ou radial entre a estrutura do cartucho e a blindagem. Em algumas modalidades, a estrutura do cartucho compreende ainda um segundo elemento de retenção interno na superfície interna, configurado para ser acoplado com um elemento de retenção externo sobre uma superfície externa do bico. O acoplamento entre a estrutura do cartucho e o bico fornece pelo menos um alinhamento axial ou radial entre a estrutura do cartucho e o bico.

[0028] Em algumas modalidades, o bico é um bico não ventilado acoplado a uma camisa do bico. Em algumas modalidades, o bico é um bico ventilado acoplado a uma camisa do bico.

[0029] Ainda em outro aspecto, é fornecido um cartucho consumível arrefecido por líquido para uma tocha de arco de plasma. O cartucho inclui (i) um eletrodo, (ii) um anel de turbilhonamento com um elemento de retenção externo em uma superfície externa e um elemento de retenção interno em uma superfície interna, onde o eletrodo é fixado à superfície de retenção interna do anel de turbilhonamento e (iii) um bico com um elemento de retenção externo sobre uma superfície externa. O cartucho também inclui uma estrutura de cartucho com um primeiro elemento de retenção interno e um segundo elemento de retenção interno em uma superfície interna e um elemento de retenção externo em uma superfície externa. O primeiro elemento de retenção interno da estrutura do cartucho está acoplado com o elemento de retenção externo do anel de turbilhonamento e o segundo elemento de retenção interno da estrutura do cartucho está acoplado com o elemento de retenção externo do bico. O cartucho inclui ainda uma blindagem com um elemento de retenção interno sobre uma superfície interna acoplada com o elemento de retenção externo da estrutura do cartucho. Pelo menos o bico, o anel de turbilhonamento, a estrutura do cartucho e a blindagem são axialmente presas em uma posição predeterminada após o acoplamento.

[0030] Ainda em outro aspecto, a presente invenção se refere a um cartucho consumível para uma tocha de arco de plasma arrefecida por líquido. O cartucho consumível inclui uma estrutura de cartucho não condutora e um conjunto de componentes consumíveis condutores que definem, em parte, uma câmara de plasma. O conjunto de componentes condutores é ligado na estrutura do cartucho. O cartucho consumível é composto por pelo menos 50% de material não condutor por volume. Em algumas modalidades, o cartucho consumível é composto de cerca de 60% a cerca de 80% de material não condutor por volume.

[0031] Em algumas modalidades, o cartucho consumível é um cartucho de uso único. O conjunto de componentes consumíveis condutores pode não ser individualmente descartável ou útil depois de ter sido afixado na estrutura do cartucho.

[0032] Em algumas modalidades, a estrutura do cartucho compreende canais de líquidos e gás em comunicação fluida com o conjunto de componentes condutores. Os canais de líquido e de gás não são concêntricos em relação ao eixo longitudinal central da estrutura do cartucho.

[0033] Em algumas modalidades, o conjunto de componentes consumíveis condutores compreende uma blindagem, um bico e um eletrodo.

[0034] Em outro aspecto, é proporcionado um método de fabricação de um cartucho consumível unitário a partir de uma pluralidade de componentes. O método inclui a fixação axial e radial de um eletrodo a um anel de turbilhonamento, fixando axialmente e radialmente um elemento de retenção sobre uma superfície externa do anel de turbilhonamento para pelo menos um dos elementos de retenção acoplados sobre uma superfície interna de uma estrutura de cartucho ou um bico, e fixando axialmente e radialmente um elemento de retenção sobre uma superfície externa da estrutura do cartucho para um elemento de retenção acoplado sobre uma superfície interna de uma blindagem. A fixação axial e radial dos componentes consumíveis em relação um ao outro posiciona pelo menos um canal de fluido interno da estrutura do cartucho com (i) uma passagem de fluido do bico ou (ii) uma passagem de fluido da blindagem.

[0035] Em algumas modalidades, a fixação axial e radial de um eletrodo a um anel de turbilhonamento compreende a fixação axial e radial do eletrodo a um isolador de eletrodo e a fixação axial e radial do isolador de eletrodo ao anel de turbilhonamento.

[0036] Em algumas modalidades, o método compreende ainda o alinhamento radial de um canal de gás de plasma dentro da estrutura do cartucho com uma passagem de gás entre o anel de turbilhonamento e o bico. Em algumas modalidades, o método compreende ainda o alinhamento radial de um canal de gás de proteção dentro da estrutura do cartucho com uma passagem de gás entre o bico e a blindagem. Em algumas modalidades, o método compreende ainda o alinhamento radial de um canal central dentro da estrutura do cartucho com o eletrodo. Em algumas modalidades, o método compreende ainda o alinhamento radial de um primeiro canal de refrigeração e um segundo canal de refrigeração dentro da estrutura do cartucho com o bico e alinhar radialmente um terceiro canal de refrigeração e um quarto canal de refrigeração dentro da estrutura do cartucho com a blindagem.

[0037] Em algumas modalidades, o método compreende ainda a formação do anel de turbilhonamento através do molde fundido utilizando zinco. Em algumas modalidades, o método compreende ainda a formação da estrutura do cartucho através da moldagem utilizando um material não condutor. Em algumas modalidades, o método compreende ainda a formação da blindagem através da estampagem utilizando um material condutor. Em algumas modalidades, a fixação axial e radial da pluralidade de componentes é através de um ou mais encaixes rápidos, ajuste de pressão ou interferência, crimpagem, colagem, cimentação ou soldagem.

[0038] Em outro aspecto, é proporcionado um método de montagem de um cartucho consumível arrefecido por líquido para uma tocha de corte por arco de plasma. O método inclui proporcionar uma estrutura de cartucho de isolador que tenha uma região central, uma superfície externa, uma extremidade distal e uma extremidade proximal. O método inclui ainda o acoplamento de um componente de turbilhonamento à estrutura do cartucho na região central, acoplando um eletrodo à estrutura do cartucho na região central, acoplando um bico à estrutura do cartucho na região central e acoplando uma blindagem a estrutura do cartucho na superfície externa.

[0039] Em algumas modalidades, o acoplamento de um componente de turbilhonamento à estrutura do cartucho compreende o acoplamento de uma superfície externa do componente de turbilhonamento a uma superfície interna da estrutura do cartucho que fornece pelo menos um dos alinhamentos axiais ou radiais do componente de turbilhonamento à estrutura do cartucho. Em algumas modalidades, o acoplamento de um bico à estrutura do cartucho compreende acoplar uma superfície externa do bico a uma superfície interna da estrutura do cartucho que fornece pelo menos um alinhamento axial ou radial do bico à estrutura do cartucho. Em algumas modalidades, o acoplamento de uma blindagem à estrutura do cartucho na superfície externa proporciona pelo menos um dos alinhamentos axiais ou radiais da blindagem à estrutura do cartucho. Em algumas modalidades, o método compreende ainda o acoplamento do eletrodo à estrutura do cartucho através de pelo menos um dos componentes de turbilhonamento e um isolador de eletrodo. Em algumas modalidades, o acoplamento alinha pelo menos um canal de fluido interno da estrutura do cartucho com (i) uma passagem de fluido do bico ou (ii) uma passagem de fluido da blindagem.

[0040] Em algumas modalidades, o método compreende ainda a disposição de um defletor e um segundo componente de turbilhonamento em uma extremidade distal da estrutura do cartucho na região central.

[0041] A presente invenção se refere a um cartucho consumível para uma tocha de arco de plasma arrefecida por líquido. O cartucho consumível compreende uma estrutura de cartucho que inclui uma extremidade proximal com uma superfície da extremidade, uma extremidade distal e um corpo com um eixo longitudinal central que se prolonga através da mesma. O cartucho é configurado para formar uma interface de identificação por radiofrequência (RFID) com uma cabeça de tocha. O cartucho consumível também compreende um emissor de arco e um constritor de arco ligado à estrutura do cartucho na extremidade distal e uma característica de montagem RFID formada sobre ou dentro da estrutura do cartucho adjacente à face da extremidade. A característica de montagem RFID não é concêntrica com o eixo longitudinal central do corpo. O cartucho consumível compreende ainda uma etiqueta RFID disposta na ou sobre a característica de montagem RFID para transmitir informações sobre o cartucho para um dispositivo leitor na cabeça da tocha quando o cartucho está conectado à cabeça da tocha e um elemento de relógio configurado para alinhar rotativamente a etiqueta RFID ao dispositivo do leitor na cabeça da tocha após a conexão do cartucho à cabeça da tocha.

[0042] Em algumas modalidades, a característica de montagem RFID compreende uma cavidade disposta no corpo da estrutura do cartucho. A etiqueta RFID pode ser incorporada na cavidade do corpo da estrutura do cartucho e cercada por um material isolador do corpo. Em algumas modalidades, a superfície da extremidade é substancialmente plana para permitir que um leitor RFID interrogue a etiqueta RFID de fora da tocha de arco de plasma. Em algumas modalidades, a etiqueta RFID é legível de dentro ou de fora da tocha de arco de plasma.

[0043] Em algumas modalidades, o corpo da estrutura do cartucho é construído a partir de um material isolante. Em algumas modalidades, o corpo da estrutura do cartucho compreende pelo menos um canal para conduzir um fluido líquido de arrefecimento através do mesmo. Pelo menos um canal pode ser configurado para se alinhar substancialmente com um canal correspondente da cabeça da tocha sobre o alinhamento rotacional pelo elemento de relógio para conduzir o líquido de arrefecimento entre a cabeça da tocha e o cartucho.

[0044] Em algumas modalidades, no alinhamento rotacional, a etiqueta RFID na estrutura do cartucho e o dispositivo leitor na cabeça da tocha estão orientados de tal modo que um eixo central se estende através de uma linha central da etiqueta RFID e uma linha central do dispositivo leitor. Em algumas modalidades, após o alinhamento rotacional, uma primeira distância entre a etiqueta RFID e o dispositivo leitor é inferior a uma segunda distância entre a etiqueta RFID e o material metálico adjacente disposto na cabeça da tocha ou no cartucho.

[0045] Em algumas modalidades, o elemento de relógio compreende uma cavidade configurada para receber um pino de bloqueio que se estende da cabeça da tocha.

[0046] Ainda em outro aspecto, é fornecido um cartucho consumível para uma tocha de corte por arco de plasma arrefecida por líquido. O cartucho consumível inclui uma ponta de cartucho localizada em uma primeira porção do cartucho. A ponta do cartucho possui um eletrodo, um bico e uma blindagem. O cartucho consumível inclui uma abertura de entrada do gás de plasma em uma segunda porção do cartucho consumível, uma abertura de entrada do gás de proteção na segunda porção, uma abertura de entrada do líquido de arrefecimento do eletrodo na segunda porção, uma abertura de entrada do líquido de arrefecimento do bico e uma abertura de saída do líquido de arrefecimento do bico na segunda porção, e uma abertura de entrada do líquido de arrefecimento da blindagem e uma abertura de saída do líquido de arrefecimento da blindagem na segunda porção.

[0047] Em algumas modalidades, a segunda porção compreende uma face da extremidade de uma porção proximal do cartucho. A face da extremidade pode ser substancialmente plana.

[0048] Em algumas modalidades, a abertura de entrada do gás de plasma, a abertura de entrada do gás de proteção, a abertura de entrada do líquido de arrefecimento do bico, a abertura de saída do líquido de arrefecimento do bico, a abertura de entrada do líquido de arrefecimento da blindagem e a abertura de saída do líquido de arrefecimento da blindagem não são concêntricas em relação a um eixo longitudinal central do cartucho.

[0049] Em algumas modalidades, a abertura de entrada do gás de plasma é configurada para se alinhar com uma abertura correspondente de uma cabeça de tocha para direcionar um fluxo de gás de plasma da cabeça da tocha para o bico. Em algumas modalidades, a abertura da entrada de gás de proteção está em comunicação fluida com a blindagem. A abertura de entrada do gás de proteção é configurada para se alinhar com uma abertura correspondente de uma cabeça de tocha para direcionar um fluxo de gás de proteção para a blindagem. Em algumas modalidades, a abertura de entrada do líquido de arrefecimento do eletrodo mantém pelo menos uma comunicação elétrica ou fluídica com o eletrodo. A abertura de entrada do líquido de arrefecimento de eletrodo é configurada para se alinhar com uma abertura correspondente de uma cabeça de tocha para direcionar pelo menos um de um líquido de arrefecimento ou uma corrente para o eletrodo. Em algumas modalidades, a abertura da entrada do líquido de arrefecimento do bico e a abertura de saída do líquido de arrefecimento do bico estão em comunicação fluida com o bico. A abertura de entrada do líquido de arrefecimento do bico e a abertura de saída do líquido de arrefecimento do bico são configuradas para alinhar as respectivas aberturas correspondentes na cabeça da tocha para direcionar o líquido de arrefecimento entre a cabeça da tocha e o bico. Em algumas modalidades, a abertura da entrada do líquido de arrefecimento da blindagem e a abertura de saída do líquido de arrefecimento da blindagem estão em comunicação fluida com a blindagem. A abertura de entrada do líquido de arrefecimento da blindagem e a abertura de saída do líquido de arrefecimento da blindagem são configuradas para se alinharem com as respectivas aberturas correspondentes na cabeça da tocha para direcionar o líquido de arrefecimento entre a cabeça da tocha e a blindagem. Em algumas modalidades, a abertura de saída do líquido de arrefecimento do bico é conectada de forma fluida à abertura de entrada do líquido de arrefecimento da blindagem.

[0050] Em algumas modalidades, o cartucho consumível compreende ainda uma cavidade do pino de bloqueio na segunda porção. O receptáculo do pino de bloqueio está configurado para receber um pino de bloqueio de uma cabeça da tocha para fixar radialmente o cartucho à cabeça da tocha em uma orientação predeterminada.

[0051] Em algumas modalidades, o cartucho consumível compreende ainda uma estrutura de cartucho que tem um corpo isolante. A estrutura do cartucho é acoplada à ponta do cartucho. A abertura de entrada do gás de plasma, a abertura de entrada do gás de proteção, a abertura de entrada do líquido de arrefecimento do eletrodo, a abertura de entrada do líquido de arrefecimento do bico, a abertura de saída do líquido de arrefecimento do bico, a abertura de entrada do líquido de arrefecimento da blindagem e a abertura de saída do líquido de arrefecimento da blindagem estão localizadas na extremidade proximal do corpo isolante. Em algumas modalidades, o cartucho consumível compreende ainda uma cavidade não concêntrica disposta no corpo isolante da estrutura do cartucho e uma etiqueta de identificação por radiofrequência (RFID) disposta na cavidade.

[0052] Ainda em outro aspecto, é fornecido um cartucho consumível para uma tocha de corte por arco de plasma arrefecida por líquido. O cartucho consumível inclui uma ponta de cartucho localizada em uma primeira porção do cartucho. A ponta do cartucho possui um eletrodo, um bico e uma blindagem. O cartucho consumível também inclui uma estrutura de cartucho em uma segunda porção do cartucho. A estrutura do cartucho compreende uma extremidade distal conectada à ponta do cartucho e uma extremidade proximal. A estrutura do cartucho inclui uma abertura de entrada do gás de plasma na extremidade proximal configurada para manter a comunicação fluida com o bico para introduzir um fluxo de gás de plasma para o bico, uma abertura de entrada de gás de proteção na extremidade proximal configurada para manter a comunicação fluida com a blindagem para introduzir um fluxo de gás de proteção para a blindagem e uma interface de eletrodo na extremidade proximal configurada para manter pelo menos uma comunicação elétrica ou fluida com o eletrodo para introduzir pelo menos um fluxo do líquido de arrefecimento ou corrente elétrica no eletrodo. A estrutura do cartucho inclui ainda uma abertura de entrada do líquido de arrefecimento do bico e uma abertura de saída do líquido de arrefecimento do bico na extremidade proximal configurada para circular o fluxo do líquido de arrefecimento entre a estrutura de cartucho e o bico e uma abertura de entrada do líquido de arrefecimento da blindagem e uma abertura de saída do líquido de arrefecimento da blindagem na extremidade proximal configurada para circular o fluxo do líquido de arrefecimento entre a estrutura do cartucho e a blindagem.

[0053] Em outro aspecto, é fornecida uma cabeça de tocha para uma tocha de arco de plasma arrefecida por líquido. A cabeça da tocha inclui um corpo da tocha e um isolador da tocha que possui um corpo isolante substancialmente não condutor. O isolador da tocha é acoplado ao corpo da tocha. O isolador da tocha inclui (i) um primeiro canal de refrigeração, disposto dentro do corpo isolante, configurado para conduzir um fluxo de fluido da cabeça da tocha para um cartucho consumível ao longo de um primeiro caminho de fluxo preexistente, (ii) um primeiro canal de retorno do líquido, disposto dentro do corpo isolante, configurado para retornar pelo menos uma porção do fluxo de fluido do cartucho para a cabeça da tocha ao longo do primeiro caminho de fluxo preexistente e (iii) um canal de gás, disposto dentro do corpo isolante, configurado para conduzir um primeiro fluxo de gás da cabeça da tocha para o cartucho ao longo de um segundo caminho de fluxo preexistente. Os primeiros e segundos caminhos de fluxo preexistentes são isolados de forma fluida um do outro.

[0054] Em algumas modalidades, a cabeça da tocha compreende ainda uma característica de alinhamento configurada para fixar radialmente a cabeça da tocha para o cartucho em uma orientação predeterminada para manter o primeiro e o segundo caminho de fluxo preexistente que se estendem através do isolador da tocha e do cartucho. O primeiro canal de refrigeração pode ser configurado para se alinhar substancialmente com um primeiro canal de líquido de arrefecimento correspondente do cartucho quando a cabeça da tocha é fixada radialmente ao cartucho através da característica de alinhamento. O primeiro canal de retorno do líquido pode ser configurado para se alinhar substancialmente com um primeiro canal de retorno do líquido correspondente do cartucho quando a cabeça da tocha é fixada radialmente ao cartucho através da característica de alinhamento. O primeiro caminho de fluxo preexistente pode compreender o primeiro canal de refrigeração da cabeça da tocha, o primeiro canal de refrigeração correspondente do cartucho, o primeiro canal de retorno do líquido correspondente do cartucho e o primeiro canal de retorno do líquido da cabeça da tocha.

[0055] Em algumas modalidades, o isolador da tocha compreende ainda uma válvula de gás embutida no corpo isolante, a válvula de gás está em comunicação fluida com o canal de gás, a válvula de gás é configurada para selecionar uma de uma pluralidade de gases a ser fornecida ao canal de gás Em algumas modalidades, o isolador da tocha compreende ainda um segundo canal de gás, disposto dentro do corpo isolante, configurado para conduzir um segundo fluxo de gás da cabeça da tocha para o cartucho ao longo de um terceiro caminho de fluxo preexistente. O segundo e terceiro caminhos de fluxo preexistentes são isolados de forma fluida um do outro. Em algumas modalidades, o isolador da tocha compreende ainda um canal central disposto no corpo isolante, o canal central é configurado para proporcionar pelo menos um canal central disposto no corpo isolante, o canal central é configurado para proporcionar (i) pelo menos uma corrente ou (ii) pelo menos uma porção do fluxo de fluido da cabeça de tocha para o cartucho. Em algumas modalidades, o isolador da tocha compreende ainda um canal elétrico disposto no corpo isolante, o canal elétrico configurado para receber uma conexão de contato ôhmico que estabelece um contato ôhmico entre a cabeça da tocha e o cartucho.

[0056] Em algumas modalidades, o isolador da tocha compreende ainda (i) um anel de corrente na extremidade distal do corpo isolante, o anel de corrente é configurado para receber uma corrente de arco piloto do cartucho e (ii) um canal de arco piloto configurado para receber uma conexão de arco piloto que está em comunicação elétrica com o anel de corrente para passar a corrente de arco piloto do cartucho para a cabeça da tocha.

[0057] Em algumas modalidades, o isolador da tocha compreende ainda (i) um segundo canal de refrigeração, disposto dentro do corpo isolante, configurado para conduzir pelo menos uma porção do fluxo de fluido da cabeça da tocha para dentro do cartucho ao longo do primeiro caminho de fluxo preexistente, (ii) um segundo canal de retorno do líquido, disposto dentro do corpo isolante, configurado para retornar pelo menos uma porção do fluxo de fluido do cartucho para a cabeça da tocha ao longo do primeiro caminho de fluxo preexistente e (iii) um canal de distribuição, disposto dentro do corpo isolante, conectando o primeiro canal de retorno do líquido com o segundo canal de refrigeração. O primeiro caminho de fluxo preexistente pode fluir sobre uma sequência de canais no corpo isolante compreendendo o primeiro canal de refrigeração, o primeiro canal de retorno do líquido, o canal de distribuição do segundo canal de refrigeração e o segundo canal de retorno do líquido.

[0058] Em algumas modalidades, o primeiro canal de refrigeração, o primeiro canal de retorno do líquido e o canal de gás não são concêntricos em relação a um eixo longitudinal que se estende através do corpo isolante.

[0059] Em outro aspecto, é fornecida uma cabeça de tocha para uma tocha de arco de plasma arrefecida por líquido. A cabeça da tocha inclui (i) um isolador de tocha com um corpo isolante, (ii) um primeiro canal de arrefecimento e um terceiro canal de arrefecimento, dispostos no corpo isolante, cada um configurado para conduzir um primeiro fluxo de fluido da cabeça da tocha para dentro de um cartucho, (iii) um segundo canal de arrefecimento e um quarto canal de arrefecimento, dispostos no corpo isolante, cada um configurado para retornar pelo menos uma porção do primeiro fluxo de fluido do cartucho para a cabeça da tocha, e (iv) um primeiro canal de distribuição, disposto no corpo isolante, conectando o segundo canal de arrefecimento e o terceiro canal de arrefecimento. O primeiro canal de distribuição sendo configurado para direcionar o primeiro fluxo de fluido do segundo canal para o terceiro canal.

[0060] Em algumas modalidades, o primeiro canal de distribuição é orientado de modo circunferencial para conectar o segundo canal de arrefecimento e o terceiro canal de arrefecimento. Em algumas modalidades, o primeiro, o segundo, o terceiro e o quarto canais de arrefecimento não são concêntricos em torno de um eixo longitudinal que se estende através do corpo isolante. Em algumas modalidades, cada um do primeiro, segundo, terceiro e quarto canais de arrefecimento é assimétrico em relação a um eixo longitudinal central que se estende através do corpo isolante.

[0061] Ainda em outro aspecto, é fornecida uma cabeça de tocha para uma tocha de arco de plasma arrefecida por líquido. A cabeça da tocha inclui (i) um isolador da tocha que tem um corpo isolante que inclui uma extremidade proximal e uma extremidade distal, (ii) uma pluralidade de canais de gás e líquido que se prolongam substancialmente da extremidade proximal para a extremidade distal do corpo isolante, (iii) uma cavidade no corpo isolante, e (iv) um dispositivo de comunicação que compreende uma placa de circuito e uma bobina de antena de identificação por radiofrequência (RFID). A bobina de antena RFID está conectada eletricamente à placa de circuito e posicionada adjacente a uma extremidade distal do dispositivo de comunicação. O dispositivo de comunicação está localizado na cavidade de modo que a bobina da antena RFID esteja posicionada na extremidade distal do corpo isolante.

[0062] Em algumas modalidades, o dispositivo de comunicação compreende ainda um invólucro selado para evitar que o líquido entre no mesmo. Em algumas modalidades, a placa de circuito do dispositivo de comunicação está configurada para alimentar a bobina da antena e ler um sinal RFID recebido pela bobina da antena. A bobina da antena pode ser posicionada na extremidade distal do dispositivo de comunicação. Em algumas modalidades, o dispositivo de comunicação compreende ainda um conector em uma extremidade proximal do dispositivo de comunicação.

[0063] Em algumas modalidades, a pluralidade de canais de gás e líquido e a cavidade não são concêntricas em relação a um eixo longitudinal central do corpo isolante.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0064] As vantagens da invenção acima descritas, juntamente com vantagens adicionais, podem ser melhores compreendidas fazendo referência à descrição a seguir tomada em conjunto com os desenhos anexos. Os desenhos não estão necessariamente em escala, em vez disso, a ênfase de modo geral é colocada para ilustrar os princípios da invenção.

[0065] As figuras 1a e 1b são vistas montadas e explodidas, respectivamente, de uma tocha de arco de plasma arrefecida por líquido 10 que compreende geralmente uma cabeça de tocha e um cartucho, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção.

[0066] A figura 2 é uma vista em corte transversal da tocha de arco de plasma montada da figura 1b, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção.

[0067] A figura 3 é uma vista da extremidade proximal da cabeça da tocha da figura 1, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção.

[0068] A figura 4 é uma vista da extremidade distal da cabeça da tocha da figura 1, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção.

[0069] A figura 5 é um desenho exemplificativo do cátodo da cabeça da tocha da figura 1, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção.

[0070] A figura 6 é um desenho exemplificativo do tubo de arrefecimento da cabeça da tocha da figura 1, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção.

[0071] A figura 7 é uma vista em corte da tocha de arco de plasma da figura 2 orientada para ilustrar um caminho de fluxo de corrente de arco piloto exemplificativo entre a cabeça da tocha e o cartucho da tocha de arco de plasma, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0072] A figura 8 é uma vista em corte da tocha de arco de plasma da figura 2 orientada para ilustrar um exemplo de caminho de contato ôhmico, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0073] A figura 9 é um desenho exemplificativo do anel presente na cabeça da tocha da figura 1, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0074] A figura 10 é um desenho exemplificativo do dispositivo de comunicação da cabeça de tocha 102, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0075] As figuras 11a e 11b são vistas em corte da tocha de arco de plasma da figura 2 orientada para ilustrar um caminho de fluxo de gás de proteção exemplificativo da cabeça da tocha para o cartucho da tocha de arco de plasma, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0076] As figuras 12a-c são vistas em corte da tocha de arco de plasma da figura 2 orientadas para ilustrar um exemplo de caminho de fluxo de gás de plasma da cabeça da tocha para o cartucho da tocha de arco de plasma, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0077] As figuras 13a e 13b são vistas em corte da tocha de arco de plasma da figura 2 orientadas para ilustrar um caminho de fluxo do líquido de arrefecimento exemplificativo que circula entre a cabeça da tocha e o cartucho da tocha de arco de plasma, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0078] As figuras 14a e 14b são vistas proximais e um perfil exemplificativo do bloco de cátodo da cabeça da tocha, respectivamente, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0079] A figura 15 é uma vista da extremidade proximal da estrutura do cartucho mostrado na figura 1, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0080] A figura 16 é uma vista em corte de um desenho exemplificativo da tampa de retenção 120 da figura 1, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0081] A figura 17 é uma vista em corte do cartucho da figura 1, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0082] A figura 18 é um desenho exemplificativo da estrutura do cartucho mostrado na figura 17, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0083] A figura 19 é um desenho exemplificativo do eletrodo do cartucho da figura 17, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0084] A figura 20 é uma vista em corte transversal do defletor e do anel de turbilhonamento de proteção ligado à estrutura do cartucho mostrado na figura 17, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0085] A figura 21 é uma vista em corte do anel de turbilhonamento de blindagem do cartucho da figura 17, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0086] A figura 22 é uma vista em perspectiva da estrutura do cartucho mostrado na figura 17 ilustrando várias aberturas de canal, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0087] A figura 23 é um desenho exemplificativo do anel de turbilhonamento do cartucho da figura 17, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0088] As figuras 24a e 24b são vistas externas do bico não ventilado e da camisa de bico do cartucho da figura 17, respectivamente, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0089] A figura 25 é uma vista em corte transversal da blindagem do cartucho da figura 17, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0090] A figura 26 é um cartucho ventilado exemplificativo compatível com a cabeça da tocha de arco de plasma da figura 1, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0091] As figuras 27a e 27b são vistas externas do forro do bico e o bico ventilado do cartucho da figura 26, respectivamente, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0092] A figura 28 é outra estrutura de cartucho exemplificativo que pode ser adequadamente configurada para formar um cartucho compatível com a cabeça da tocha da figura 1, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0093] A figura 29 é um cartucho ventilado exemplificativo que inclui uma extremidade proximal não plana, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0094] A figura 30 é uma vista explodida do cartucho da figura 17, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[0095] A figura 31 é uma porção da tocha de arco de plasma da figura 2 ilustrando locais exemplificativos do dispositivo de comunicação e do dispositivo de sinal, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0096] A presente invenção proporciona uma tocha de arco de plasma arrefecida por líquido que inclui uma cabeça de tocha e um cartucho consumível. Em algumas modalidades, o cartucho consumível é um componente unitário onde os componentes do cartucho não podem ser utilizados ou descartados individualmente. Assim, se um componente do cartucho consumível precisa ser substituído, o cartucho inteiro será substituído. Em algumas modalidades, o cartucho consumível é um cartucho de "uso único", onde o cartucho é substituído pelo operador depois que algum dos seus componentes atinge o final de sua vida útil em vez de reparar e substituir os consumíveis individuais, como em projetos de tochas tradicionais. Em algumas modalidades, o cartucho é substituído após uma única sessão, que pode envolver arcos múltiplos. Em algumas modalidades, o cartucho é substituído após um único caso de arco.

[0097] As figuras 1a e 1b são vistas montadas e explodidas, respectivamente, de uma tocha de arco de plasma arrefecida por líquido 10 compreendendo geralmente uma cabeça de tocha 102 e um cartucho 104, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção. O cartucho 104, que compreende uma pluralidade de componentes de tocha consumíveis, tem uma extremidade proximal (região) 14 e uma extremidade distal (região) 16 ao longo de um eixo longitudinal central A da tocha de arco de plasma 10. A cabeça de tocha 102 inclui um corpo de tocha 18, uma extremidade proximal (região) 20 e uma extremidade distal (região) 22 ao longo do eixo longitudinal A. O corpo da tocha 18 pode ser feito de um material eletricamente condutor, como o bronze. Em algumas modalidades, a extremidade proximal 14 do cartucho 104 é alinhada e fixada à extremidade distal 22 da cabeça da tocha 102 por uma tampa de retenção 120. Em algumas modalidades, a extremidade proximal 14 do cartucho 104 se engata/conecta de forma acoplada a extremidade distal 22 da tocha 102. Por exemplo, a extremidade proximal 14 e a extremidade distal 22 podem ser ligadas através de pelo menos sete articulações/junções/pontos de ligação diferentes. São possíveis outros meios de engate entre a cabeça da tocha 102 e o cartucho 104, incluindo rosqueamento, ajuste de interferência, encaixe rápido, bloqueio rápido, etc. Daqui em diante, uma extremidade proximal de um componente define uma região do componente ao longo do eixo longitudinal A que está afastado de uma peça de trabalho quando a tocha 10 é usada para processar a peça de trabalho, e uma extremidade distal do componente define uma região do componente que é oposta da extremidade proximal e próxima da peça de trabalho quando a tocha 10 é usada para processar a peça de trabalho.

[0098] A figura 2 é uma vista em corte transversal da tocha de arco de plasma montada 10 da figura 1b, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção. Como mostrado, uma interface 106 na figura 1 define o limite entre o cartucho 104 e a cabeça da tocha 102 depois que estes estão encaixados um com o outro. O cartucho 104, que é um elemento substancialmente unitário, inclui uma ponta do cartucho compreendendo um eletrodo 108 (isto é, um emissor de arco), um bico 110 (isto é, um constritor de arco) e uma proteção 114 disposta concêntrica em torno do eixo longitudinal central A. Os componentes da ponta do cartucho podem ser conectados a uma estrutura 112 do cartucho 104. Em algumas modalidades, o cartucho 104 também inclui um anel de turbilhonamento 150 disposto em torno do eixo longitudinal A. Os detalhes relativos ao cartucho 104 são explicados abaixo com referência às figuras 15 e 17-25. A cabeça de tocha 102 inclui um isolador de tocha 118, disposto no corpo de tocha 18 em relação ao eixo longitudinal A. Os detalhes relativos à cabeça de tocha 102 são explicados abaixo com referência às figuras 2 a 14b.

Cabeça de tocha

[0099] Como mostrado na figura 2, o isolador 118 da tocha da cabeça da tocha 102 está substancialmente disposta e rodeada pelo corpo da tocha 18 em torno do eixo longitudinal central A. O corpo da tocha 18 pode ser feito de um material eletricamente condutor, como o bronze. O isolador 118 da tocha, que inclui uma extremidade proximal 21 e uma extremidade distal 23, pode ser feito de um material eletricamente isolante, tal como plástico. O isolador de tocha 118, na sua extremidade proximal 21, pode acoplar a um ou mais de um cátodo 130, um dispositivo de comunicação 122, uma conexão de arco piloto 124 e uma conexão ôhmica 131 enquanto isolam eletricamente esses componentes um do outro e do corpo da tocha 18. Em algumas modalidades, pelo menos um do cátodo 130, o dispositivo de comunicação 122, a conexão de arco piloto 124 ou a conexão ôhmica 131 são fixados ao isolador de tocha 118 (por exemplo, roscado ou embutido no isolador 118 da tocha) de modo que não possam ser desconectados fácil ou rapidamente do isolador 118 da tocha. Além disso, o isolador 118 da tocha pode incluir pelo menos uma abertura de gás 126a para acoplar a uma fonte de gás (não mostrada) e a introdução do gás na tocha 10. O isolador de tocha 118 pode ainda incluir pelo menos uma abertura do líquido de arrefecimento 128a para acoplar a uma fonte de líquido de arrefecimento (não mostrada) e a introdução do refrigerante na tocha 10. A figura 3 é uma vista da extremidade proximal 20 da cabeça de tocha 102, que mostra várias aberturas elétricas, para gás e para líquido na extremidade proximal 21 do isolador de tocha 118, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção. A figura 4 é uma vista da extremidade distal 22 da cabeça de tocha 102, que mostra várias aberturas elétricas, de gás e de líquido na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção.

a. Arco piloto e conexão de arco transferido

[00100] Em um aspecto, o isolador de tocha 118 pode interconectar uma pluralidade de componentes que são usados para manter uma corrente de arco piloto e/ou uma corrente de arco transferida entre a cabeça de tocha 102 para o cartucho 104. Por exemplo, o isolador de tocha 118 está adaptado para conectar o cátodo 130, um tubo de arrefecimento116, a conexão de arco piloto 124 e um anel de corrente 800 em uma configuração que suporta a corrente de arco piloto e a transmissão de corrente de arco transferida entre a cabeça de tocha 102 e o cartucho 104.

[00101] Em algumas modalidades, o isolador de tocha 118 inclui um canal principal 132 (mostrado na figura 2) que se estende de uma abertura 132a na extremidade proximal 21 do isolador de tocha 118 (mostrado na figura 3) para uma abertura 132b na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118 (mostrado na figura 4). O canal principal 132 pode estar localizado centralmente dentro do isolador 118 da tocha de modo que seja concêntrico em relação ao eixo longitudinal central A. O canal principal 132 pode se estender substancialmente reto dentro do isolador 118 para conectar as aberturas 132a e 132b. O canal principal 132 pode ser configurado para alojar pelo menos uma porção do cátodo 130. Como mostrado na figura 2, o cátodo 130 pode se estender dentro do canal principal 132 ao longo do comprimento do isolador de tocha 118. Em algumas modalidades, um componente de bloqueio do bloco de cátodo 250 é usado para fixar o cátodo 130 ao canal principal 132 dentro do isolador 118 da tocha.

[00102] A figura 5 é um desenho exemplificativo do cátodo 130 da cabeça de tocha 102, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção. O cátodo 130 inclui um acessório de cátodo 602 com uma extremidade distal acoplada a um tubo de cátodo 604, que tem uma extremidade distal acoplada a um bloco de cátodo 606. Cada um dos acessórios de cátodo 602, o tubo de cátodo 604 e o bloco de cátodo 606 podem ser feitos de um material condutor, como latão ou cobre. Em um desenho exemplificativo, o acessório de cátodo 602 e o bloco de cátodo 606 são feitos de latão, enquanto o tubo de cátodo 604 é feito de cobre.

[00103] Como mostrado na figura 2, a extremidade distal do bloco de cátodo 606 pode se acoplar elétrica e/ou fisicamente ao tubo de arrefecimento 116 dentro do canal principal 132 do isolador de tocha 118. Em algumas modalidades, o tubo do líquido de arrefecimento 116 define uma ranhura O-ring que aloja um O-ring 133 para formar uma interface entre uma superfície externa do tubo de arrefecimento 116 e uma superfície interna do bloco de cátodo 606. Assim, pelo menos uma porção proximal do tubo de arrefecimento 116 é inserida dentro da extremidade distal do bloco de cátodo 606. Geralmente, durante o funcionamento, o tubo de arrefecimento 116 distribui um fluido de arrefecimento para o cartucho 104 uma vez que a cabeça da tocha 102 é acoplada ao cartucho 104. Em algumas modalidades, o tubo de arrefecimento 116 está configurado para passar adicionalmente uma corrente do cátodo 130 para o cartucho 104, tal como para o eletrodo 108 do cartucho 104. Em algumas modalidades, um tubo de eletrodo de bloco de cátodo 252 (mostrado na figura 2), que pode ser feito de um material não condutor, pode ser configurado para se conectar com (por exemplo, roscado ou selado por ajuste de interferência) o bloco de cátodo 606 na sua extremidade proximal e com o eletrodo 108 na sua extremidade distal. O invólucro resultante, que compreende o cátodo 130, o tubo de eletrodo do bloco de cátodo 252 e o eletrodo 108, envolve substancialmente o tubo de arrefecimento 116 para conter o fluxo do líquido de arrefecimento no mesmo.

[00104] A figura 6 é um desenho exemplificativo do tubo de arrefecimento 116 da cabeça de tocha 102, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção. O tubo de arrefecimento 116 pode ser feito de um material condutor, como o bronze. Em algumas modalidades, o tubo de arrefecimento 116 é afixado (por exemplo, através do rosqueamento) na extremidade distal do bloco de cátodo 606, de modo que não pode ser desconectado fácil ou rapidamente. Em algumas outras modalidades, o tubo de arrefecimento 116 é afixado (por exemplo, por ajuste de interferência) à extremidade distal do bloco de cátodo 606 de modo que possa ser desconectado fácil ou rapidamente. O tubo de arrefecimento 116 pode ter um conector elétrico, tal como uma banda de Louvertac® 702 em torno de uma superfície externa em uma extremidade proximal 740, que é a extremidade que está configurada para se acoplar com o bloco de cátodo 606. A banda de Louvertac® 702 está configurada para conduzir a corrente de corte conduzida da superfície interna do bloco de cátodo 606 para a superfície externa do tubo de arrefecimento 116 uma vez que a extremidade proximal 740 do tubo de arrefecimento 116 é inserida e fixada na extremidade distal do bloco de cátodo 606. Alternativamente, o tubo de arrefecimento 116 pode ser fixado ao cátodo 130 através de roscas ou outros métodos de condução de corrente sem a banda Louvertac® 702. Em algumas modalidades, o tubo de arrefecimento 116 tem um conector elétrico, tal como uma banda Louvertac® 704, em torno de uma superfície externa a uma extremidade distal 742 do tubo de arrefecimento 116, que é a extremidade que está configurada para se acoplar com uma superfície interna do eletrodo 108 uma vez que a cabeça de tocha 102 é presa ao cartucho 104. Em algumas modalidades o tubo de arrefecimento 116 inclui um ou mais canais longitudinais 744 na sua superfície externa abaixo da banda de Louvertac® 704 na extremidade distal 742 para limitar uma queda de pressão no fluxo do líquido de arrefecimento entre o tubo de arrefecimento 116 e o eletrodo 108. Além da condução da corrente elétrica, o tubo de arrefecimento 116 pode ser configurado para conduzir um fluxo do líquido de arrefecimento para o eletrodo 108. Por exemplo, o tubo de arrefecimento 116 tem uma abertura 745 na sua extremidade proximal 740 e uma abertura 746 na sua extremidade distal 742 para permitir um fluxo do líquido de arrefecimento para entrar e sair do tubo de arrefecimento 116, respectivamente. Em algumas modalidades, a utilização de uma banda Louvertac® 702 ou 704 em uma das extremidades distal 742 ou na extremidade proximal 740 ou em ambas extremidades permite que o tubo de arrefecimento 116 seja acoplado de forma deslizante à cabeça de tocha 102 e também permite que um cartucho 104 seja acoplado de forma deslizante ao tubo de arrefecimento 116. Esta característica é descrita abaixo em detalhes.

[00105] Em algumas modalidades, o isolador 118 da tocha inclui uma cavidade 148 (mostrada na figura 2) com uma abertura 148a na extremidade proximal 21 do isolador 118 da tocha (mostrado na figura 3). Como mostrado na figura 2, a cavidade 148 pode ser configurada para alojar a conexão de arco piloto 124. Em algumas modalidades, a cavidade 148 se estende parcialmente no isolador 118 da tocha ao longo do eixo longitudinal A.

[00106] Em algumas modalidades, um anel de corrente 800, feito de um material eletricamente condutor (por exemplo, latão), está localizado na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118. A figura 9 é um desenho exemplificativo do anel de corrente 800 do isolador de tocha 118 na cabeça de tocha 102, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. Como mostrado, o anel de corrente 800 tem uma porção de anel 800a e uma porção de protrusão 800b. A porção de anel 800a tem um rebordo distal fino 802 e a porção de protrusão 800b tem uma superfície distal 805. A porção de anel 800a do anel de corrente 800 pode estar concentricamente situada em relação ao tubo de arrefecimento 116 e ao cátodo 130 no isolador da tocha 118, enquanto que a porção de protrusão 800b do anel de corrente 800 pode ser orientada de modo que este faça contato de modo elétrico e físico fisicamente com a extremidade proximal da conexão de arco piloto 124 alojada na cavidade 148. Em algumas modalidades, o anel de corrente 800 é isolado eletricamente do tubo de arrefecimento 116 e o cátodo 130 por um isolador de cátodo 804 (mostrado na figura 2), de modo que substancialmente nenhuma corrente passa entre o anel de corrente 800 e o cátodo 130 ou entre o anel de corrente 800 e o tubo de arrefecimento 116. Em algumas modalidades, como mostrado na figura 4, pelo menos uma superfície do anel de corrente 800 é exposta a partir da extremidade distal 23 do isolador de tocha 118 através da abertura do canal elétrico principal 132b de tal modo que um componente do cartucho 104 pode fisicamente entrar em contato com o anel de corrente 800 uma vez que o cartucho 104 é ligado à cabeça da tocha 102. Por exemplo, tanto o rebordo distal fino 802 da porção de anel 800a como a superfície distal 805 da porção de protrusão 800b do anel de corrente 800 podem ser expostos a partir da abertura 132b.

[00107] A figura 7 é uma vista em corte da tocha de arco de plasma 10 da figura 2 orientada para ilustrar um caminho de fluxo de corrente de arco piloto exemplificativo 752 entre a cabeça de tocha 102 e o cartucho 104 da tocha de arco de plasma 10, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. Para iniciar um arco piloto, uma corrente de arco piloto 752 associada a um sinal de alta voltagem de alta tensão (HFHV) é acoplada a uma linha de energia a partir de uma fonte de alimentação (não mostrada) à tocha de arco de plasma 10. A corrente do arco piloto o fluxo 752 pode ser passada da fonte de alimentação para o cátodo 130 através do encaixe de cátodo 602. O tubo de cátodo 604 que está conectado ao encaixe de cátodo 602 passa então a corrente de arco piloto 752 para o bloco de cátodo 606 que transfere a corrente para o tubo de arrefecimento 116 através da banda Louvertac® 702 na extremidade proximal 740 do tubo de arrefecimento 116. A corrente de arco piloto 752 flui DE MODO distal através do tubo de arrefecimento 116 e é transferida para a superfície interna do eletrodo 108 através da banda de Louvertac® 704 na extremidade distal 742 do tubo de arrefecimento 116, energizando assim a superfície interna do eletrodo 108. Em modalidades alternativas, a corrente de arco piloto é passada do cátodo 130 para o eletrodo 108 sem utilizar o tubo de arrefecimento 116, tal como através de uma conexão física entre o cátodo 130 e o eletrodo 108. Uma vez que o eletrodo 108, o caminho da corrente de arco piloto 752 induz uma descarga de faísca em um gás de plasma que flui no vão entre o eletrodo 108 e o bico 110, gerando desse modo um arco piloto no vão. Para completar o circuito de arco piloto, o caminho da corrente de arco piloto 752 pode retornar à cabeça de tocha 102 fluindo de modo proximal do bico 110 para o anel de turbilhonamento 150 (que pode ser feito de um material condutor) e para o anel de corrente 800 na cabeça da tocha 102. Conforme ilustrado, a extremidade distal do anel de turbilhonamento 150 entra em contato físico com o bico 110 em uma interface 758. A extremidade proximal do anel de turbilhonamento 150 contata fisicamente pelo menos o rebordo distal 802 da porção de anel 800a do anel de corrente 800 através de um conector elétrico Louvertac® 756. O anel de turbilhonamento 150 é assim configurado para retornar a corrente de arco piloto 752 do bico 110 do cartucho 104 para a cabeça de tocha 102. A porção de anel 800a do anel de corrente 800 pode transferir a corrente de arco piloto 752 para a porção de protrusão 800b do anel de corrente 800, que passa o fluxo de corrente de arco piloto 752 para a conexão de corrente de arco piloto 124 dentro da cavidade 148 para retornar a corrente de arco piloto para a fonte de alimentação.

[00108] O fluxo de gás no espaço entre o eletrodo 108 e o bico 110 é ionizado pelo arco piloto de modo que a resistência elétrica entre o eletrodo 108 e uma peça de trabalho (não mostrada) se torna pequena. Uma tensão superior à tensão utilizada para iniciar o arco piloto pode ser aplicada através do eletrodo 108 e a peça de trabalho para induzir o arco a se transferir para a peça após o vão ser ionizado. Este arco entre o eletrodo 108 e a peça de trabalho é um arco transferido. Para manter o arco transferido, uma corrente de arco transferida, que fornece a maior tensão da fonte de energia, é passada do cátodo 130 para o eletrodo 108 através do tubo de arrefecimento 116 e as bandas de Louvertac® 702, 704 de forma substancialmente semelhante à distal fluxo de corrente de arco piloto 752. Para completar o circuito de arco transferido, a corrente de arco transferida é retornada da peça de trabalho para a fonte de alimentação através de conexões separadas (não mostradas).

b. Dispositivo de comunicação (leitor RFID)

[00109] Em outro aspecto, o isolador da tocha 118 pode ser configurado para suportar a comunicação sem fio entre a cabeça da tocha 102 e o cartucho 104. Em algumas modalidades, o isolador da tocha 118 inclui uma cavidade 144 (mostrada na figura 2) com uma abertura 144a na extremidade proximal 21 do isolador de tocha 118 (mostrado na figura 3). A cavidade 144 pode ser configurada para reter o dispositivo de comunicação 122 dentro do isolador de tocha 118. O dispositivo de comunicação 122 é removível da cavidade 144 através da abertura 144a. Em algumas modalidades, a cavidade 144 se estende parcialmente no isolador 118 da tocha ao longo do eixo longitudinal central A, de modo que não há abertura correspondente na extremidade distal 23 do isolador 118 da tocha.

[00110] A figura 10 é um desenho exemplificativo do dispositivo de comunicação 122 da cabeça de tocha 102, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. O dispositivo de comunicação 122 pode compreender um leitor de identificação de radiofrequência (RFID) adaptado para receber sinais de RFID transmitidos sem fios a partir de um dispositivo de sinal próximo 160 (por exemplo, uma etiqueta RFID) localizado no cartucho 104 (mostrado na figura 2). O dispositivo de comunicação 122 é adaptado para processar esses sinais para extrair dados pertinentes transmitidos pelo dispositivo de sinal 160 sobre o cartucho 104 (e/ou outra informação da tocha) e encaminhar os dados para um processador (não mostrado) para análise. Em geral, o dispositivo de comunicação 122 pode ser colocado em um local na tocha de arco de plasma 10, tal como no isolador 118 de torção, para minimizar a possibilidade de arco de plasma e a ignição de arco interromper a comunicação sem fio entre o dispositivo de sinal 160 e o dispositivo de comunicação 122. O dispositivo de comunicação 122 pode incluir um conector 806 na sua extremidade proximal, um conjunto de antena 808 na sua extremidade distal e um conjunto de processamento 810 entre o conector 806 e o conjunto de antena 808.

[00111] O conjunto de antena 808 pode incluir uma bobina de antena 814 configurada para transmitir de forma sem fio sinais de RF ao dispositivo de sinal 160 para interrogar o dispositivo de sinal 160 e/ou receber sinais de RF a partir do dispositivo de sinal 160 em resposta à interrogação. Esta bobina de antena 814 pode estar localizada na extremidade distal do conjunto de antena 808 (isto é, a extremidade distal do dispositivo de comunicação 122) de modo que, quando o dispositivo de comunicação 122 é inserido na cavidade 144, a bobina de antena 814 está embutida na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118. Tal posicionamento minimiza a distância de comunicação sem fio entre a bobina de antena 814 e o dispositivo de sinal 160 no cartucho 104 e reduz a interferência de comunicação entre eles. Em algumas modalidades, a bobina de antena 814 está posicionada em uma face da extremidade distal do dispositivo de comunicação. Por exemplo, a bobina de antena 814 pode ser enrolada em torno do poste 812 na extremidade distal do conjunto de antena 808. O conjunto 808 também pode incluir um alojamento cilíndrico de plástico configurado para alimentar um ou mais fios conectados à bobina de antena 814 ao processamento montagem 810. O conjunto de processamento 810 pode incluir um alojamento cilíndrico de plástico que possui um ou mais componentes de hardware (por exemplo, uma placa de circuito impresso (PCB)) disposta no mesmo. A PCB, que está ligada aos fios da bobina de antena 814 do conjunto de antena 808, está configurada para (i) alimentar o dispositivo de comunicação 122 incluindo o conjunto de antena 808, (ii) alimentar o dispositivo de sinal 160 e/ou (iii) se comunicar de forma sem fio com o dispositivo de sinal 160 através da bobina de antena 814 usando um protocolo de comunicação (por exemplo, um protocolo RFID, como ISO/IEC 15693) para processar dados do dispositivo de sinal 160. Em algumas modalidades, a PCB pode alimentar um todo circuito de comunicação da tocha a bordo da tocha 10 que inclui o dispositivo de comunicação 122, o dispositivo de sinal 160 e os componentes relacionados. O conector 806, que está em comunicação elétrica com a PCB do conjunto de processamento 810, está configurado para transmitir os dados processados pelo conjunto de processamento 810 para um dispositivo de computação (por exemplo, uma unidade de processamento central ou similar) externo à tocha 10 Por exemplo, o conector 806, em cooperação com a PCB do conjunto de processamento 810, pode transmitir informações obtidas do dispositivo de sinal 160 para o dispositivo de computação externo usando uma conexão sem fio ou com fio.

[00112] Em algumas modalidades, a circulação que permite a comunicação sem fio entre o dispositivo de comunicação 122 e o dispositivo de sinal 160 é análoga enquanto o circuito que permite a comunicação com fio ou sem fio entre o dispositivo de comunicação 122 e o dispositivo de computação externo é digital. Nesta configuração, colocar o dispositivo de comunicação 122, incluindo a PCB, na tocha 10 reduz a distância de comunicação entre o dispositivo de comunicação 122 e o dispositivo de sinal 160 e, portanto, reduz a captação de ruído nos circuitos analógicos correspondentes. No entanto, colocar o dispositivo de comunicação 122 na tocha 10 pode prolongar a distância de comunicação entre o dispositivo de comunicação 122 e o dispositivo de computação remota e, portanto, pode aumentar a captação de ruído nos circuitos digitais correspondentes, mas o circuito digital é mais robusto (ou seja, mais imune) ao captador de ruído do que o circuito analógico.

[00113] Em algumas modalidades, o dispositivo de comunicação 122 é encapsulado em uma ou mais camadas de material de proteção que fornecem, por exemplo, isolamento elétrico, proteção contra vazamento de líquido de arrefecimento (mais proteção contra resíduos transportados pelo fluxo do líquido de arrefecimento) e proteção contra outros fatores ambientais. Em algumas modalidades, o invólucro do conjunto de processamento 810 e/ou o invólucro do conjunto de antena 808 são feitos de plástico durável para proteger seus componentes do líquido e dos detritos. Os invólucros podem ser translúcidos de modo que os sinais LED da PCB neles possam ser visíveis do lado de fora dos invólucros. Em algumas modalidades, um ou mais anéis de vedação O-ring são usados para proteger o dispositivo de comunicação 122 contra danos líquidos e criar uma barreira isolada eletricamente.

[00114] Em algumas modalidades, o dispositivo de comunicação 122 no isolador 118 da tocha é eletricamente isolado dos circuitos de potência e de ignição do plasma, tal como por cerca de 30.000 V de isolamento elétrico. Em algumas modalidades, o dispositivo de comunicação 122 é configurado para se encaixar dentro do isolador de tocha 118, enquanto acomodam todos os outros componentes do isolador de tocha 118 descritos acima, bem como as camadas de proteção em torno do dispositivo de comunicação 122, o qual adiciona à sua massa. Por exemplo, o dispositivo de comunicação 122 pode ser projetado para ser longo, fino e/ou flexível para se ajustar melhor dentro do isolador 118 da tocha.

[00115] Em operação, a tocha de arco de plasma 100 pode fazer com que a temperatura ambiente chegue até 100° Celsius, o que deixa pouca margem para aumentar a temperatura de operação. Portanto, em algumas modalidades, o dispositivo de comunicação 122 é projetado para gerar temperatura de operação mínima. Por exemplo, o dispositivo de comunicação 122 pode ter uma tensão de alimentação de baixo circuito, uma frequência de relógio de baixa unidade de controle múltiplo (MCU), um ciclo de trabalho operacional baixo e/ou um modo de suspensão, enquanto não se realiza para minimizar a geração de calor.

[00116] Em algumas modalidades, o circuito de comunicação da tocha, que inclui o dispositivo de comunicação 122 e o dispositivo de sinal 160, está fora do eixo a partir do eixo longitudinal central A da tocha de arco de plasma 10. Esse deslocamento permite que o circuito de comunicação esteja afastado da região da tocha que define o desempenho do processo de plasma. Em geral, a área onde o circuito de comunicação é colocado não é vulnerável à variação nos projetos de processo de plasma, o que permite liberdade de projeto para o processo de plasma e estabilidade para o desempenho dos circuitos de comunicação. Em algumas modalidades, para reduzir o acoplamento indesejado entre o circuito de comunicação da tocha e os componentes metálicos próximos, o tamanho da bobina de antena 814 é minimizado (por exemplo, diâmetro reduzido da bobina) e/ou a energia RFID é minimizada para reduzir o tamanho do campo RFID resultante. Em geral, os componentes metálicos adjacentes que podem potencialmente se acoplar com o campo RFID podem ser contabilizados e mantidos substancialmente consistentes em tamanho e proximidade em relação ao circuito de comunicação da tocha.

[00117] Em modalidades alternativas, a tocha de arco de plasma 10 não inclui um sistema de comunicação que compreende, por exemplo, o dispositivo de comunicação 122 na cabeça de tocha 102 ou o dispositivo de sinal 106 no cartucho 104. Por exemplo, um sistema de comunicação pode estar ausente em uma tocha onde o cartucho 104 está ligado à cabeça da tocha 102 ou a uma cabeça de tocha de desconexão rápida que, por sua vez, está ligada a um receptáculo da tocha.

[00118] Em algumas modalidades, como ilustrado nas figuras 2 e 10, o sistema de comunicação da tocha de arco de plasma 10 inclui ainda um segundo dispositivo de sinal 162 (por exemplo, uma etiqueta RFID) disposta no dispositivo de comunicação 122 no isolador de tocha 118, tal como no conjunto de antena 808 do dispositivo de comunicação 122 perto da bobina de antena 814. Alternativamente, o segundo dispositivo de sinal 162 pode estar localizado na cabeça de tocha 102 externa ao dispositivo de comunicação 122 e/ou ao isolador de tocha 118. Uma base opcional 164 pode ser usada para manter o segundo dispositivo de sinal 162 no lugar. O segundo dispositivo de sinal 162 é configurado para ler e/ou escrever informação sobre a tocha de arco de plasma 10 (por exemplo, número de arcos disparados) e comunicar a informação ao sistema de corte de plasma, que pode então transmitir a informação para o primeiro dispositivo de sinal 160 no cartucho 104. Geralmente, o primeiro e segundo dispositivos de sinal 160, 162 podem transferir informações entre eles.

c. Contato ôhmico

[00119] Em outro aspecto, o isolador 118 da tocha pode ser configurado para suportar o contato ôhmico com a finalidade de controlar uma altura relativa entre a tocha 10 e uma peça de trabalho para facilitar a operação da tocha. Em algumas modalidades, o isolador de tocha 118 inclui uma cavidade de contato ôhmico 146 (mostrada na figura 8) com uma abertura 146a na extremidade proximal 21 do isolador de tocha 118 (mostrado na figura 3). A figura 8 é uma vista em corte da tocha de arco de plasma 10 da figura 2 orientada para ilustrar um caminho de contato ôhmico exemplificativo 780, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. Como mostrado, a cavidade de contato ôhmica 146 do isolador de tocha 118 na cabeça de tocha 102 pode ser configurada para reter uma conexão de contato ôhmico 131, que é removível da cavidade 146 através da abertura 146a (mostrada na Figura 3). Em algumas modalidades, a cavidade 146 de contato ôhmico se estende parcialmente no isolador 118 da tocha ao longo do eixo longitudinal A, de modo que não há abertura correspondente na extremidade distal 23 do isolador 118 da tocha.

[00120] O caminho de contato ôhmico 780 da figura 8 permite que um controlador (não mostrado) da tocha 10 detecte e perceba uma peça/placa de trabalho 782 com o objetivo de controlar a altura relativa entre a tocha 10 e a peça/placa de trabalho 782 antes ou durante uma operação de tocha. Com respeito ao caminho do contato ôhmico 780, quando a cabeça da tocha 102 é montada durante a operação da tocha, um pino de entrada (não mostrado) faz contato elétrico com a conexão de contato ôhmico 131 para formar o caminho de contato elétrico 780. O caminho 780 então continua pelo comprimento da ligação de contato ôhmico 131 para contatar eletricamente o corpo da tocha 18 através de um parafuso de fixação 784. O caminho 780 segue distalmente sobre o corpo da tocha 18 e a tampa de retenção 120 para alcançar a proteção 114 do cartucho 104. Este caminho 780 permite o controlador para detectar a localização da peça/placa 782 e ajustar a altura relativa de acordo. Em algumas modalidades, a blindagem 114 do cartucho 104 é isolada eletricamente a partir do bico 110 do cartucho 104 para permitir que o caminho do contato ôhmico 780 se desloque da cabeça de tocha 102 para a proteção 114 na superfície externa da tocha 10.

[00121] Em algumas modalidades, o caminho de contato ôhmico 780 da figura 8 é eletricamente isolado do caminho de fluxo de corrente de arco piloto 752 e/ou o caminho de fluxo de corrente de arco transferido pela utilização do isolador de tocha 118. Por exemplo, o caminho de fluxo de corrente de arco piloto 752 e o caminho de fluxo de corrente de arco podem ser transferidos através do isolador de tocha 118 enquanto o caminho de contato ôhmico 780 é principalmente através do corpo da tocha 18.

d. Gás de proteção

[00122] Em outro aspecto, o isolador 118 da tocha pode ser configurado para direcionar um ou mais gases que flui da cabeça da tocha 102 para o cartucho 104. Em algumas modalidades, o isolador 118 da tocha está configurado para direcionar pelo menos um gás de proteção da cabeça da tocha 102 para o cartucho 104. Os gases de proteção exemplificativos incluem ar, oxigênio (ou seja, O2) e argônio. Em algumas modalidades, o caminho de fluxo de gás de proteção e os canais aqui descritos são também compatíveis com a condução de um fluido de blindagem, tal como água, entre a cabeça da tocha 102 e o cartucho 104. O isolador da tocha 118 pode incluir um canal de gás de proteção 850 que se estende de uma abertura 126a na extremidade proximal 21 do isolador de tocha 118 (mostrado na figura 3) para uma abertura do gás de proteção 126b na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118 (mostrado na figura 4).

[00123] As figuras 11a e 11b são vistas em corte da tocha de arco de plasma 10 da figura 2 orientadas para ilustrar um exemplo de caminho de fluxo de gás de proteção 868 da cabeça de tocha 102 para o cartucho 104 sobre o canal de gás de proteção 850 (incluindo segmentos de canal de gás de proteção 850a e 850c), de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. Como mostrado, o canal de gás de proteção 850 pode compreender vários segmentos. Um primeiro segmento de canal 850a liga abertura 126a na extremidade proximal 21 do isolador de tocha 118 a uma abertura interna 860 no isolador 118. O primeiro segmento de canal 850a pode se estender substancialmente paralelo ao eixo longitudinal A. Um segundo segmento de canal (não mostrado) pode ligar a abertura 860 com outra abertura interna 862 no ou sobre o isolador 118, em que a segunda abertura interna 862 está radialmente deslocada da primeira abertura interna 860. Por exemplo, as aberturas internas 860, 862 podem ser deslocadas radialmente em cerca de 30 graus a cerca de 90 graus. O segundo segmento de canal pode se prolongar de modo circunferencial em torno do isolador de tocha 118 (ou em uma orientação diferente) para conectar as aberturas internas 860, 862. Um terceiro segmento de canal 850c conecta abertura interna 862 à abertura 126b na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118. O terceiro segmento de canal 850c pode se estender substancialmente paralelo ao eixo longitudinal A.

[00124] Em algumas modalidades, após a fixação do cartucho 104 na cabeça de tocha 102, um canal de gás de proteção correspondente 864 dentro da estrutura de cartucho 112 do cartucho 104 alinha de forma fluida com o segmento de canal de gás de proteção 850c. O fluxo de gás de proteção 868 pode entrar no cartucho 104 através de uma abertura proximal 864a do canal de gás de proteção 864 na estrutura de cartucho 112. O canal de gás de proteção 864 também possui uma abertura 864b em uma extremidade distal da estrutura de cartucho 112 que está conectada de forma fluida para uma passagem de gás 872 entre a blindagem 114 e o bico 110. Assim, o canal de gás de proteção 864 pode introduzir um gás de proteção da cabeça de tocha 102 para a passagem de gás 872. Em algumas modalidades, a estrutura de cartucho 112 inclui um ou mais componentes no caminho do canal de gás de proteção 864 para ajustar um ou mais parâmetros (por exemplo, padrão de fluxo e taxa) do fluxo de gás de proteção 868 nele. Os detalhes relativos ao canal de gás de proteção 864, os componentes de turbilhonamento da estrutura de cartucho 112 e o fluxo de gás de proteção 868 através do cartucho 104 são descritos abaixo.

[00125] Com respeito ao caminho de fluxo de gás de proteção 868 mostrado nas figuras 11a e 11b, um gás de proteção é introduzido na cabeça de tocha 102 através da abertura do gás de proteção 126a na extremidade proximal 21 do isolador de tocha 118. O gás 868 flui distalmente através do segmento de canal de gás de proteção 850a para alcançar a abertura interna 860. O gás 868 pode então fluir de modo circunferencial (ou em uma orientação diferente) ao redor do isolador de tocha 118 através do segundo segmento do canal de gás de proteção 850 para alcançar a abertura interna 862 que está espaçada em relação à abertura interna 860. O gás 868 flui longitudinalmente a partir da abertura 862 para abertura 126b na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118 através do segmento de canal de gás de proteção 850c para alcançar o cartucho 104. Ao sair da cabeça de tocha 102 através da abertura 126b, o fluxo de gás de proteção 868 entra no canal de gás de proteção 864 da estrutura de cartucho 112 no cartucho 104. O gás 868 flui distalmente através do canal de gás de proteção 864 da estrutura de cartucho 112 e sai da abertura 864b do canal de gás de proteção 864 para a passagem de gás 872 entre a blindagem 114 e o bico 110 para arrefecer os dois componentes. O gás de proteção 868 está adaptado para sair do cartucho 104 através do orifício de saída da blindagem 870.

e. Gás de plasmas

[00126] Em algumas modalidades, o isolador de tocha 118 da cabeça de tocha 102 pode direcionar um ou mais gases de plasma da cabeça de tocha 102 para o cartucho 104. Por exemplo, o isolador de tocha 118 pode ser configurado para receber múltiplas fontes de gás, selecionar um dos gases ou a mistura de gases e introduzir o gás ou a mistura de gases selecionados no cartucho 104. As figuras 12a-c são vistas em corte da tocha de arco de plasma 10 da figura 2 orientada para ilustrar um exemplo de caminho de fluxo de gás de plasma 900 da cabeça de tocha 102 para o cartucho 104, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção.

[00127] O isolador de tocha 118 inclui duas aberturas de gás de plasma 200a e 200b na extremidade proximal 21 do isolador de tocha 118, em que cada abertura está configurada para receber um gás de plasma, como gases baseados em oxigênio (O2), ar, nitrogênio (N2), hidrogênio (por exemplo, H35), gás combustível F5 ou uma mistura de um ou mais desses produtos químicos. Além disso, o isolador de tocha 118 pode incluir uma cavidade 202 (mostrada nas figuras 12a-c) configurada para alojar uma válvula de gás de plasma 204. A cavidade 202 está ligada a uma abertura 202a na extremidade proximal 21 do isolador de tocha 118 (mostrado na figura 3), através do qual a válvula de gás de plasma 204 pode ser disposta de forma removível na cavidade 202. A válvula de gás de plasma 204 está configurada para selecionar um dos gases ou misturar os gases recebidos das aberturas de gás de plasma 200a e 200b e introduzir o gás ou a mistura de gases resultante no cartucho 104 sobre um canal de gás de plasma 206 (mostrado nas figuras 12a-c) e através de uma abertura 200c na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118 (também mostrado na figura 4).

[00128] Como mostrado na figura 12a, o caminho de fluxo de gás de plasma exemplificativo 900 compreende um primeiro fluxo de gás de plasma 900a introduzido da abertura do gás de plasma 200a para a válvula de gás de plasma 204 localizada na cavidade 202 através de um canal de conexão 902. O canal de conexão 902 liga de forma fluida abertura 200a com uma entrada 904 da válvula de gás de plasma 204 para introduzir o primeiro fluxo de gás de plasma 902 na válvula 204. Conforme ilustrado na figura 12b, o caminho de fluxo de gás de plasma 900 compreende um segundo fluxo de gás de plasma 900b introduzido a partir da abertura do gás de plasma 200b para a válvula de gás de plasma 204 por meio de um canal de conexão 906. O canal de conexão 906 conecta de forma fluida abertura200b com uma segunda entrada 908 para introduzir o segundo fluxo de gás de plasma 900b na válvula de gás de plasma 204. Conforme ilustrado na figura 12c, a válvula de gás de plasma 204 seleciona um dos gases ou mistura os gases e transmite o fluxo de gás de plasma resultante 900c sobre o canal de gás de plasma 206 para sair da abertura 200c na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118. O canal de gás de plasma 206 está adaptado para se prolongar longitudinalmente ao longo do comprimento da tocha 10 e ligar de forma fluídica uma saída 910 da válvula de gás de plasma 204 à abertura 200c na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118.

[00129] Com respeito ao caminho de fluxo de gás de plasma 900c mostrado na figura 12c, ao sair da cabeça de tocha 102 através da abertura 200c, o fluxo de gás de plasma 900c entra em um canal de gás de plasma correspondente 912 da estrutura de cartucho 112 no cartucho 104 através de uma abertura 912a em uma extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112. O gás 900c flui longitudinalmente através do canal de gás de plasma 912 da estrutura de cartucho 112 e sai de uma abertura 912b na extremidade distal 17 da estrutura de cartucho 112, que introduz o gás para a passagem de gás de plasma 918 entre o eletrodo 108 e o bico 110 do cartucho 104. O gás de plasma 900c está adaptado para fluir distalmente através da passagem 918 e sair do cartucho 104 através do orifício de saída do bico central 916 e do orifício de saída da blindagem central 870. Em algumas modalidades, o anel de turbilhonamento 150 no caminho do fluxo de gás de plasma 900c pode introduzir um movimento de turbilhonamento para o fluxo de gás de plasma 900c. Os detalhes relativos ao canal de gás de plasma 912, ao anel de turbilhonamento 150 e ao fluxo de gás de plasma 900c através do cartucho 104 são descritos abaixo.

[00130] Em algumas modalidades, o fluxo de gás de proteção 868 e o fluxo de gás de plasma 900 são isolados de fluido um do outro tanto na cabeça de tocha 102 como no cartucho 104, de tal modo que esses gases não se cruzam ou compartilham os mesmos canais. Por exemplo, o canal de gás de plasma 206 e o canal de gás de proteção 850 são isolados de forma fluida um do outro. Em algumas modalidades, o isolador 118 da tocha da cabeça da tocha 102 está configurado para controlar o fluxo de gás através da tocha 10 direcionando o fluxo de gás de proteção 868 e o fluxo de gás de plasma 900 para os canais apropriados dentro da estrutura do cartucho 112 para distribuição as passagens de gás no cartucho 104 apropriadas (por exemplo, a passagem 872 entre o bico 110 e a blindagem 114 para o fluxo de gás de proteção 868 e a passagem 918 entre o eletrodo 108 e o bico 110 para o fluxo de gás de plasma 900c).

f. Fluxo do líquido de arrefecimento

[00131] Em outro aspecto, o isolador de tocha 118 pode ser configurado para direcionar uma sequência de fluxo do líquido de arrefecimento para circulação entre a cabeça de tocha 102 e o cartucho 104. O líquido de arrefecimento exemplificativo inclui água, propileno glicol, etileno glicol ou quaisquer líquidos de refrigeração comercialmente disponíveis especialmente concebidos para sistemas de corte por plasma. Como mostrado na figura 3, o isolador de tocha 118 pode incluir uma abertura do líquido de arrefecimento 128a na extremidade proximal 21 do isolador de tocha 118 para introduzir um líquido de arrefecimento na cabeça de tocha 102.

[00132] As figuras 13a e 13b são vistas em corte da tocha de arco de plasma 10 da figura 2 orientadas para ilustrar um exemplo de caminho de fluxo do líquido de arrefecimento 950 que circula entre a cabeça da tocha 102 e o cartucho 104 em uma série de segmentos de fluxo, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. Ao longo do caminho de fluxo do líquido de arrefecimento 950 da figura 13a, um líquido de arrefecimento é introduzido pela primeira vez na cabeça da tocha 102 através da abertura 128a na extremidade proximal 21 do isolador de tocha 118. O líquido de arrefecimento 950 flui da abertura 128a para o bloco de cátodo 606 dentro do isolador de tocha 118 sobre um canal de conexão 952 e entra no bico de cátodo 606 através de pelo menos uma entrada do bloco de cátodo 606. As figuras 14a e 14b é um perfil exemplificativo e são vistas proximais do bloco de cátodo 606 da cabeça de tocha 102, respectivamente, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. Como mostrado na figura 14b, o bloco de cátodo 606 pode incluir um primeiro conjunto de três entradas de líquido 620a-c dispersas em torno de uma circunferência interna do bloco de cátodo 606. Em outras modalidades, mais ou menos entradas são definidas. O canal de ligação 952 conecta de forma fluida abertura de isolador 128a da tocha ao primeiro conjunto de entradas de líquido 620a-c para conduzir o fluido de arrefecimento no bloco de cátodo 606. As entradas de líquido 620a-c do bloco de cátodo 606 podem ainda conduzir o líquido de arrefecimento na abertura 745 na extremidade proximal 740 do tubo de arrefecimento 116 que pode ser fisicamente ligado ao bloco de cátodo 606 como descrito acima. Em algumas modalidades, as ligações entre as entradas 620a-c e a abertura 745 na extremidade proximal do tubo de arrefecimento 116 são entrecruzadas (por exemplo, para fins de economia de espaço) para liberar o líquido de arrefecimento do bloco de cátodo 606 para o tubo de arrefecimento 116.

[00133] Uma vez no tubo de arrefecimento 116, o caminho de fluxo do líquido de arrefecimento 950 continua longitudinalmente em direção à extremidade distal 742 do tubo de arrefecimento 116. O fluxo do líquido de arrefecimento 950 sai do tubo de arrefecimento 116 através da abertura distal 746 do tubo de arrefecimento 116 e entra em uma cavidade 954 definida pela superfície interna do eletrodo 108 do cartucho 104, enfraquecendo desse modo substancialmente o eletrodo 108. Assim, o caminho de fluxo inicial do líquido de arrefecimento 950 é substancialmente confinado no interior do canal principal 132 do isolador de tocha 118 (que recebe pelo menos uma porção do cátodo 130 e o tubo de arrefecimento 116) e um canal principal correspondente 1020 da estrutura de cartucho 112 (que se conecta à cavidade 954 do eletrodo 108). Quando guiado pela parede da cavidade 954, o fluxo do líquido de arrefecimento 950 inverte a direção e continua na proximidade nos canais principais 1020, 132, ao longo da superfície externa do tubo de arrefecimento 116. Esse fluxo reverso também esfria substancialmente a banda de Louvertac 704 que envolve uma porção externa da extremidade distal 742 do tubo de arrefecimento 116.

[00134] O fluxo do líquido de arrefecimento 950 continua em direção ao bloco de cátodo 606 da cabeça de tocha 102. O fluxo do líquido de arrefecimento 950 pode entrar no bloco de cátodo 606 através da abertura distal 622 do bloco de cátodo 606 (mostrado na Figura 14a). Uma vez dentro do bloco de cátodo 606, o líquido de arrefecimento 950 flui radialmente para fora sobre um canal de saída 624 do cátodo 130. O canal de existência 624 conecta de forma fluida o cátodo 606 a um primeiro canal de refrigeração 958 do isolador de tocha 118 que se prolonga longitudinalmente ao longo do comprimento da cabeça da tocha 102 para conduzir novamente o fluxo do líquido de arrefecimento 950 da cabeça da tocha 102 para o cartucho 104. Especificamente, o primeiro canal de refrigeração 958 conecta de forma fluida o canal de saída 624 a uma primeira abertura do líquido de arrefecimento 960a na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118 (também mostrado na figura 4). O primeiro canal de refrigeração 958 conduz o fluxo do líquido de arrefecimento 950 do cátodo 130 ao cartucho 104 através da abertura 960a do isolador de tocha 118 e introduz o fluxo do líquido de arrefecimento 950 para dentro de uma abertura 962a na extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112, onde a abertura proximal 962a está ligada a um primeiro canal de refrigeração 962 correspondente da estrutura de cartucho 112 no cartucho 104.

[00135] O líquido de arrefecimento 950 flui distalmente através da estrutura de cartucho 112 sobre o primeiro canal de refrigeração 962 para alcançar uma abertura 962b na extremidade distal 17 da estrutura de cartucho 112, que conecta de forma fluida o primeiro canal de refrigeração 962 na estrutura de cartucho 112 a uma abertura do bico 966 associado ao bico 110. Especificamente, o bico 110 pode ser acoplado a um componente de bico externo 111 (tal como um revestimento de bico para um bico não ventilado ou uma camisa do bico para um bico ventilado) e a abertura 966 pode estar na parte de fora do componente de bico 111 de modo que pode introduzir o fluxo do líquido de arrefecimento da abertura do canal de refrigeração distal 962b para uma câmara de fluxo do líquido de arrefecimento do bico 965 entre uma superfície externa o bico 110 e uma superfície interna do componente de bico externo 111. À medida que o fluxo do líquido de arrefecimento 950 é conduzido distalmente através da câmara de fluxo do líquido de arrefecimento do bico 965 através da abertura do bico 966, esfriam substancialmente o bico 110 e o componente de bico externo 111. Ao atingir uma ponta distal do bico 110, o fluxo do líquido de arrefecimento 950 pode rodar em torno de pelo menos uma porção de uma circunferência do bico 110 através de um canal circunferencial (não mostrado) disposto na superfície externa do bico 110. O fluxo do líquido de arrefecimento 950 pode retornar de modo proximal em um lado diferente do bico 110 dentro da câmara de fluxo 965 e em direção à outra abertura 967 no componente de bico externo 111. A segunda abertura do bico 967 é, por sua vez, conectada de forma fluida a um segundo canal de refrigeração 968 na estrutura de cartucho 112. Especificamente, o segundo canal de refrigeração 968 se conecta com a segunda abertura 967 do componente de bico externo 111 em uma abertura 968b na extremidade distal 17 da estrutura de cartucho 112. O segundo canal de refrigeração 968 da estrutura de cartucho 112 está adaptado para conduzir o fluxo do líquido de arrefecimento 950 para longe da câmara de fluxo do líquido de arrefecimento do bico 965 e para um segundo canal de refrigeração correspondente 970 do isolador de tocha 118 na cabeça de tocha 102 através de uma segunda abertura do canal de refrigeração 968a na extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112 e uma segunda abertura do canal de refrigeração 960b na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118 (também mostrado na figura 4). À medida que o fluxo do líquido de arrefecimento 950 viaja de modo proximal através do isolador de tocha 118 dentro do segundo canal de refrigeração 970 da cabeça de tocha 102, o fluxo do líquido de arrefecimento encontra uma abertura interna 972 do segundo canal de refrigeração 970 no isolador de tocha 118. Isto é, o segundo refrigerante o canal 970 conecta abertura interna 972 com a abertura 960b na extremidade distal 23 do isolador 118 da tocha.

[00136] Como ilustrado na figura 13b, a abertura interna 972 do segundo canal de refrigeração 970 pode ser ligada de modo fluido a uma abertura interna 974 de um terceiro canal de refrigeração 976 do isolador de tocha 118 através de um canal de distribuição (não mostrado) que se prolonga de modo circunferencial em torno do isolador de tocha 118. O segundo o canal de refrigeração 970 e o terceiro canal de refrigeração 976 podem ser deslocados radialmente um do outro por cerca de 30 graus a cerca de 90 graus (por exemplo, 70 graus). O canal de distribuição conecta assim as aberturas internas 972, 974 para fornecer o fluxo do líquido de arrefecimento 950 do segundo canal de refrigeração 970 para o terceiro canal de refrigeração 976. No terceiro canal de refrigeração 976, o líquido de arrefecimento 950 flui distalmente em direção a uma terceira abertura do canal de refrigeração 960c na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118 (também mostrado na figura 4) para entrar novamente no cartucho 104. Especificamente, ao sair do terceiro canal de refrigeração 976 do isolador de tocha 118 da cabeça de tocha 102 através da abertura 960c, o fluxo do líquido de arrefecimento 950 está adaptado para entrar no cartucho 104 através de uma terceira abertura do canal de refrigeração correspondente 978a na extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112 que está ligada a um terceiro canal de refrigeração 978 da estrutura de cartucho 112 para continuar o fluxo distal em direção à blindagem 114 no cartucho 104. O fluxo do líquido de arrefecimento 950 sai do terceiro canal de refrigeração 978 através de uma abertura 978b na extremidade distal 17 da estrutura de cartucho 112 para entrar em uma região de fluxo do líquido de arrefecimento da blindagem circunferencial 1222 definida entre uma superfície lateral externa da estrutura de cartucho 112 e uma superfície interna correspondente da blindagem 114. O fluxo do líquido de arrefecimento 950 pode circular de modo circunferencial em torno da região de fluxo do líquido de arrefecimento da blindagem 1222, arrefecendo desse modo à blindagem 114. Seguindo o refrigerante de blindagem circunferencial região de fluxo 1222, o fluxo do líquido de arrefecimento 950 pode voltar para a estrutura de cartucho 112 em um lado diferente da região de fluxo 1222 entrando em uma abertura 982b na extremidade distal 17 da estrutura de cartucho 112. A abertura 982b, que está em comunicação fluida com a região de fluxo do líquido de arrefecimento de blindagem 1222 está conectada a um quarto canal de refrigeração 982 da estrutura de cartucho 112. O fluxo do líquido de arrefecimento 950 percorre a próxima do quarto canal de refrigeração 982, sai do quarto canal de refrigeração 982 através de uma abertura 982a na extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112 e flui para dentro da cabeça de tocha 102. O fluxo do líquido de arrefecimento 950 entra na cabeça de tocha 102 através de uma quarta abertura do canal de refrigeração 960d na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118 (também mostrado na figura 4). A abertura 960d na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118 é conectada de modo fluido a um quarto canal de refrigeração 984 do isolador de tocha 118 configurado para fornecer o fluxo do líquido de arrefecimento 950 do cartucho 104 para uma abertura interna 986 no isolador de tocha 118, o qual está conectado de forma fluida ao bloco de cátodo 606.

[00137] Como mostrado nas figuras 14a e 14b, o bloco de cátodo 606 compreende um segundo conjunto de uma ou mais entradas de líquido 626 que se prolongam de uma superfície externa para uma superfície interna do bloco de cátodo 606. Em algumas modalidades, o bloco de cátodo 606 inclui um segundo conjunto de três entradas de líquido 626a-c disperso em torno de uma circunferência externa do bloco de cátodo 606. Em outras modalidades, mais ou menos entradas são definidas. Com respeito à figura 13b, é mostrado um canal de conexão 988 que liga de forma fluida a abertura interna 986 do quarto canal de refrigeração 984 do isolador de tocha 118 ao segundo conjunto de entradas de líquido 626a-c para conduzir o líquido de arrefecimento 950 do quarto canal de refrigeração 984 para o bloco de cátodo 606. Em algumas modalidades, as conexões entre o segundo conjunto de entradas 626a-c e a abertura interna 986 são entrecruzadas (por exemplo, para fins de economia de espaço) para liberar o líquido de arrefecimento do quarto canal de refrigeração 984 para o bloco de cátodo 606 de forma giratória. Uma vez dentro do bloco de cátodo 606, o fluxo do líquido de arrefecimento 950 continua na proximidade para sair do isolador de tocha 118 através do tubo de cátodo 604 e o acessório de cátodo 602 naquela ordem.

[00138] Em algumas modalidades do isolador de tocha 118, o primeiro canal de refrigeração 958 e o segundo canal de refrigeração 970 podem ser deslocados radialmente um do outro entre cerca de 30 graus a 90 graus (por exemplo, cerca de 90 graus). O terceiro canal de refrigeração 976 e o quarto canal de refrigeração 984 podem ser deslocados radialmente uns dos outros por cerca de 30 graus a 90 graus (por exemplo, cerca de 90 graus). Em algumas modalidades da estrutura de cartucho 112, o primeiro canal de refrigeração 962 e o segundo canal de refrigeração 968 podem ser deslocados radialmente uns dos outros pelo mesmo grau que o deslocamento entre o primeiro canal de refrigeração 958 e o segundo canal de refrigeração 970 do isolador de tocha 118 (por exemplo, cerca de 90 graus). O terceiro canal de refrigeração 978 e o quarto canal de refrigeração 982 podem ser deslocados radialmente um do outro pelo mesmo grau que o deslocamento entre o terceiro canal de refrigeração 976 e o quarto canal de refrigeração 984 do isolador de tocha 118 (por exemplo, cerca de 90 graus). Em algumas modalidades da tocha de arco de plasma 10, os segundos canais de refrigeração 970, 968 são deslocados radialmente dos terceiros canais de refrigeração 976, 978 em cerca de 30 graus a cerca de 90 graus (por exemplo, 70 graus).

[00139] Em geral, o isolador de tocha 118 da cabeça de tocha 102, em colaboração com a estrutura de cartucho 112 do cartucho 104, é configurado para controlar a distribuição de um fluxo do líquido de arrefecimento 950 dentro e fora da cabeça de tocha 102 e o cartucho 104 para vários componentes da ponta do cartucho, como descrito acima em relação às figuras13a e 13b. Por exemplo, o isolador de tocha 118 e a estrutura de cartucho 112 podem direcionar o fluxo do líquido de arrefecimento 950 na seguinte sequência: (i) do cátodo 600 para o tubo de arrefecimento 116 e reverso no canal principal 132 do isolador de tocha 118 e canal principal 1020 da estrutura de cartucho 112 para arrefecer o eletrodo 108, onde cada um dos canais principais 132, 1020 atua como um canal de fornecimento e de retorno; (ii) do primeiro canal de refrigeração 958 do isolador de tocha 118 (isto é, um canal de alimentação) para o primeiro canal de refrigeração 962 do cartucho 104 (isto é, um canal de alimentação), ao segundo canal de refrigeração 968 do cartucho 104 (ou seja, um canal de retorno) e ao segundo canal de refrigeração 970 do isolador de tocha 118 (isto é, um canal de retorno) para arrefecer o bico 110; (iii) do terceiro canal de refrigeração 976 do isolador de tocha 118 (isto é, um canal de alimentação), ao terceiro canal de refrigeração 978 do cartucho 104 (isto é, um canal de alimentação) para o canal de refrigeração 982 do cartucho 104 (isto é, um canal de retorno) e ao quarto canal de refrigeração 984 do isolador de tocha 118 (isto é, um canal de retorno) para arrefecer a blindagem 114. Em modalidades alternativas, o fluxo do líquido de arrefecimento 950 compreende apenas um dos três conjuntos da fonte e canais de retorno para arrefecer um componente de ponta do cartucho. Em modalidades alternativas, o fluxo do líquido de arrefecimento 950 compreende dois dos três conjuntos dos canais de alimentação e de retorno para arrefecer dois componentes da ponta do cartucho.

[00140] Mesmo que o caminho de fluxo do líquido de arrefecimento 950 das figuras13a e 13bseja ilustrado em uma sequência que arrefece o eletrodo 108, seguido pelo bico 110 e, em seguida, a proteção 114 da ponta do cartucho, outras sequências de arrefecimento são igualmente aplicáveis. Por exemplo, uma sequência diferente pode incluir o arrefecimento da blindagem 114, seguida pelo bico 110 e depois pelo eletrodo 108. Ainda outra sequência pode incluir o arrefecimento do bico 110, seguido da proteção 114 e depois do eletrodo 108. Em algumas modalidades, qualquer ordem para o arrefecimento destes três componentes da ponta do cartucho é contemplada pela presente invenção.

[00141] Em algumas modalidades, o caminho de fluxo de gás de proteção 868, o caminho de fluxo de gás de plasma 900 e o caminho de fluxo do líquido de arrefecimento 950 são isolados de fluido um do outro tanto na cabeça de tocha 102 como no cartucho 104 de tal modo que esses fluidos não se cruzam nem compartilham os mesmos canais. Em algumas modalidades, o caminho de fluxo de gás de proteção 868, o caminho de fluxo de gás de plasma 900 e o caminho de fluxo do líquido de arrefecimento 950 são predefinidos com base no bloqueio da cabeça de tocha 102 com o cartucho 104 em uma orientação predeterminada. Este recurso de bloqueio será descrito abaixo em detalhes. Em algumas modalidades do isolador de tocha 118, um ou mais dos canais de refrigeração 968, 970, 976, 984, o canal de gás de plasma 206 e o canal de gás de proteção 850 não são concêntricos em relação ao eixo longitudinal central A. Uma ou mais cavidades de ligação do arco piloto 148, a cavidade do dispositivo de comunicação 144 e a cavidade da válvula de gás de plasma 202 não são concêntricas em relação ao eixo longitudinal central A. Em algumas modalidades do isolador de tocha 118 (mostrado na figura 3) uma ou mais da abertura 202a para receber a válvula de gás de plasma 204, as aberturas de gás de plasma 200a, 200b, a abertura de cavidade 148a para receber a conexão de arco piloto 123, a abertura do líquido de arrefecimento 128a, a abertura de cavidade 146a para receber a conexão ôhmica 131, a abertura do gás de proteção 126a, a abertura de cavidade 144a para receber o dispositivo de comunicação 122 e a abertura do canal principal 132a estão dispostas em uma face da extremidade da extremidade proximal 21 do isolador de tocha 118, onde a face da extremidade pode ser praticamente planejável. Essas aberturas, com exceção da abertura do canal principal 132a, podem ser dispostas de forma não concêntricas na face da extremidade proximal em relação ao eixo longitudinal central A. Em algumas modalidades do isolador de tocha 118 (mostrado na figura 4), uma ou mais entre a abertura do gás de plasma 200c, as aberturas de líquido de arrefecimento 960a-d e a abertura do gás de proteção 126b, a abertura do canal principal 132b está disposta em uma face da extremidade da extremidade distal 23 do isolador de tocha 118, onde a face de extremidade pode ser substancialmente plana. Estas aberturas, com exceção da abertura do canal principal 132a, podem ser dispostas de forma não concêntrica na face da extremidade distal em relação ao eixo longitudinal central A. No contexto da presente invenção, "não concêntrica" significa que o canal aplicável, a cavidade ou a abertura são deslocados em relação ao eixo longitudinal A. Em algumas modalidades, cada canal, cavidade ou abertura não concêntrica é orientada de forma não simétrica em relação ao eixo longitudinal A.

[00142] Em algumas modalidades, a abertura do canal principal 132a na extremidade proximal 21 do isolador de tocha 118, o canal principal 132 e a abertura do canal principal 132b na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118 estão localizados centralmente e disposto de modo concêntrico em relação ao eixo longitudinal central A. Conforme descrito acima, o canal principal 132 é configurado para proporcionar pelo menos um de (i) um arco piloto ou uma corrente de arco transferido ou (ii) pelo menos uma porção do fluxo do líquido de arrefecimento 950 da cabeça da tocha para o cartucho. Interface entre a cabeça da tocha e o cartucho

[00143] Com referência à figura 4, a extremidade distal 23 do isolador de tocha 118 pode ainda incluir uma característica de relógio 220 (por exemplo, um pino) configurado para proteger o isolador de tocha 118 com a estrutura de cartucho 112 em uma orientação radial predeterminada após o engate entre a cabeça de tocha 102 e o cartucho 104. A figura 15 é uma vista da extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. A extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112 pode incluir um elemento de relógio (por exemplo, uma cavidade de pino) 1002 que pode interagir com a característica de cronograma correspondente 220 na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118 para formar pelo menos uma seção da interface 106 (mostrado na figura 2) entre a cabeça da tocha 102 e o cartucho 104. Tal interface 106 permite o alinhamento de vários canais de fluido elétrico, líquido de arrefecimento e gás entre a cabeça da tocha 102 e o cartucho 104, mantendo assim os caminhos de fluxo de gás, elétrico, e liquido de refrigeração pré-definido, descritos acima com referência às figuras 7, 8 e 11a-13b. Em algumas modalidades, a face da extremidade distal 23 do isolador de tocha 118 é substancialmente plana. A face da extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112 também pode ser substancialmente plana de tal modo que a interface 106 entre elas é substancialmente plana.

[00144] Com respeito à continuidade do fluxo do líquido de arrefecimento entre a cabeça da tocha 102 e o cartucho 104, após a marcação do isolador de tocha 118 com a estrutura do cartucho 112 na orientação radial predeterminada, a primeira abertura do canal de refrigeração 960a na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118 (mostrada nas figuras 4 e 13a) está alinhada com a primeira abertura do canal de refrigeração 962a na extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112 (mostrada nas figuras 13a e 15) para ligar de forma fluídica o primeiro canal de refrigeração 958 do isolador de tocha 118 com o primeiro canal de refrigeração 962 da estrutura de cartucho 112 (mostrado na figura 13a). Na mesma orientação radial predeterminada, a segunda abertura do canal de refrigeração 960b do isolador de tocha 118 (mostrada nas Figuras 4 e 13a) está alinhada com a segunda abertura do canal de refrigeração 968a na extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112 (mostrada nas figuras 13a e 15) para ligar de forma fluídica o segundo canal de refrigeração 970 do isolador de tocha 118 com o segundo canal de refrigeração 968 da estrutura de cartucho 112 (mostrado na figura 13a). Na mesma orientação radial predeterminada, a terceira abertura do canal de líquido de arrefecimento 960c do isolador de tocha 118 (mostrado nas figuras 4 e 13b) está alinhada com a terceira abertura do canal de refrigeração 978a na extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112 (mostrada nas figuras 13b e 15) para ligar de forma fluídica o terceiro canal de refrigeração 976 do isolante de refrigeração 118 com o terceiro canal de refrigeração 978 da estrutura de cartucho 112 (mostrada na figura 13b). Na mesma orientação radial predeterminada, a quarta abertura do canal de refrigeração 960d do isolador de tocha 118 (mostrada nas figuras 4 e 13b) está alinhada com a quarta abertura do canal de refrigeração 982a da estrutura de cartucho 112 (mostrada nas figuras 13b e 15) para ligar de forma fluídica o quarto canal de refrigeração 984 do isolante de refrigeração 118 com o quarto canal de refrigeração 982 da estrutura de cartucho 112 (mostrado na figura 13b).

[00145] No que diz respeito à continuidade dos fluxos de gás entre a cabeça da tocha 102 e o cartucho 104, na orientação radial predeterminada, a abertura do gás de proteção 126b na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118 (mostrada nas figuras 4 e 11b) está alinhada com a abertura do gás de proteção 864a na extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112 (mostrada nas figuras 11b e 15) para ligar de forma fluídica o terceiro segmento do canal de gás de proteção 850c do isolador de tocha 118 com o canal de gás de proteção 864 da estrutura de cartucho 112 (mostrado na figura 11b). Na mesma orientação radial predeterminada, a abertura do gás de plasma 200c na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118 (mostrada nas figuras 4 e 12c) está alinhada com a abertura proximal do gás de plasma 912a na extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112 (mostrada nas figuras 12c e 15) para ligar de forma fluídica o canal de gás de plasma 206 do isolador de tocha 118 com o canal de gás de plasma 912 da estrutura de cartucho 118 (mostrado na figura 12c).

[00146] No que diz respeito à comunicação de dados entre a cabeça de tocha 102 e o cartucho 104, na orientação radial predeterminada habilitada pelas características de relógio 220, 1002, o dispositivo leitor 122 é alinhado rotacionalmente com o dispositivo de sinal 160. Por exemplo, a bobina de antena 814 embutida no isolador 118 da tocha pode se mapear para uma área 230 na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118 (mostrado na figura 4) com um centro 232 que alinha substancialmente com um centro 1018 de uma área 1016 na extremidade proximal 15 da estrutura do cartucho 112 (mostrado na figura 15), que mapeia para o dispositivo de sinal 160 embutido no cartucho 104. Tal alinhamento rotacional entre os centros 232, 1018 reduz a interferência de comunicação entre o dispositivo leitor 122 e o dispositivo de sinal 160.

[00147] A figura 31 é uma porção da tocha de arco de plasma 10 da figura 2 ilustrando locais exemplificativos do dispositivo de comunicação 122 e do dispositivo de sinal 160 uma vez que a cabeça de tocha 102 e o cartucho 104 estão na orientação radial predeterminada um em relação ao outro, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. Em algumas modalidades, na posição alinhada, uma distância 816 entre o centro longitudinal e radial da bobina de antena 814 e o centro longitudinal e radial do dispositivo de sinal 160 é inferior a uma distância entre o centro longitudinal e radial do dispositivo de sinal 160 e qualquer material metálico adjacente disposto na cabeça da tocha 102 ou no cartucho 104. Em algumas modalidades, o campo RFID gerado pela bobina de antena 814 é de forma toroidal em torno do perímetro da etiqueta RFID em forma de disco 160. Uma seção transversal do campo toroidal em qualquer ponto é um círculo. Para evitar interferências, a distância entre a etiqueta RFID 160 e o dispositivo leitor 122 ao longo de um eixo x (medido no ponto central da secção transversal circular do campo) é menor ou mais próxima da distância entre a etiqueta RFID 160 a qualquer metal adjacente ao longo do eixo Y. Assim, à medida que o campo RFID se move em um caminho circular em torno da forma toroidal, o campo é configurado de modo que não encontre nenhum metal antes de encontrar a etiqueta RFID 160. Em algumas modalidades, na posição alinhada, o dispositivo de sinal 160 e o dispositivo leitor 122 são orientados de modo que um eixo de linha reta se estende através de uma linha central do dispositivo de sinal 160 e uma linha central do dispositivo leitor 122. Em algumas modalidades, a bobina de antena 814 do dispositivo leitor 122 é orientada substancialmente paralela ao dispositivo de sinal 160. Em algumas modalidades, a bobina de antena 814 e a etiqueta RFID 160 se comunicam a uma frequência de cerca de 13,5 MHz.

[00148] Com relação à continuidade das conexões elétricas entre a cabeça da tocha 102 e o cartucho 104 como mostrado na figura 2, após a interface do isolador de tocha 118 com a estrutura de cartucho 112, a abertura distal 132b do canal principal 132 do isolador de tocha 118 é adaptada para alinhar com a abertura 1020a na extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112 para se conectar ao canal principal 1020 da estrutura de cartucho 112. Assim, a extremidade distal 742 do tubo de arrefecimento 116 está adaptada para ser inserida no canal principal 1020 da estrutura de cartucho 112 através da abertura 1020a. Uma abertura 1020b do canal principal 1020 na extremidade distal 17 da estrutura de cartucho 112 está ligada à cavidade 954 do eletrodo 108 de tal modo que o tubo de arrefecimento 116 se prolonga através da abertura 1020b e dentro da cavidade 954. Conforme explicado acima, a corrente do arco piloto e/ou a corrente do arco de transferência da fonte de alimentação pode ser encaminhada do cátodo 130 da cabeça de tocha 102 para o tubo de arrefecimento 116 ambos afixados ao isolador de tocha 118 e ao eletrodo 108 do cartucho 104 através da superfície interna da cavidade de eletrodo 954. O tubo de arrefecimento condutor de corrente 116 energiza assim a superfície interna do eletrodo 108. Em algumas modalidades, uma ou mais bandas Louvertac 702, 704 em uma ou ambas extremidades 740, 742 do tubo de arrefecimento 116 é usado para facilitar a condução de eletricidade da fonte de energia para a superfície interna do eletrodo 108. O uso, pelo menos, da banda Louvertac 704 na extremidade distal 742 do tubo de arrefecimento 116 alinha/centraliza radialmente o eletrodo 108 em relação ao tubo de arrefecimento 116, mas não encaixa o eletrodo 108 em qualquer orientação radial particular. Por exemplo, durante a montagem, um operador pode aplicar uma força axial para empurrar o eletrodo 108 de forma proximal contra o tubo de arrefecimento 116 até que a banda de Louvertac 704 na extremidade distal 742 do tubo de arrefecimento 116 esteja totalmente encaixada dentro da cavidade 954 do eletrodo 108 e está coberto pela maior parte da cavidade 954. A banda Louvertac 704 do tubo de arrefecimento 116 permite assim que o eletrodo 108 seja empurrado axialmente ou puxado durante o engate ou o desengate, respectivamente, sem o uso de rosca (ou outro movimento rotacional), permitindo assim o uso de um eletrodo 108 livre de ferramentas e/ou sem fio.

[00149] A facilidade simples de empurrar/puxar é também compatível com o engate entre o elemento de relógio 220 do isolador de tocha 118 e o elemento de relógio 1002 da estrutura de cartucho 112 para formar a interface 106. Isto é, o acoplamento entre a tocha a cabeça 102 e o cartucho 104 podem ser regidos pelas características de bloqueio 220, 1002 sem a necessidade de ter em conta qualquer rosqueamento ou outro requisito de relógio entre o eletrodo 108 e o tubo de arrefecimento 116. Em geral, permitindo que o tubo de arrefecimento 116 e a banda de Louvertac 704 para conduzira corrente arco piloto/arco transferida para o cartucho 104 separa (i) a interface física entre o isolador de tocha 118 e a estrutura de cartucho 112 (ii) a conexão elétrica entre o cátodo 130/tubo de arrefecimento 116 e o eletrodo 108. Esta separação é adaptada para maximizar o espaço do projeto e simplificar a montagem da tocha. Além disso, a instalação axial relativamente reta e a remoção do tubo de arrefecimento 116 (e, portanto, a cabeça da tocha 102) do eletrodo 108 (e, portanto, o cartucho 104) promovem a substituição e a instalação de consumíveis mais rápidos. Além disso, devido à colocação da banda Louvertac 704 em relação ao tubo de arrefecimento 116 (por exemplo, na superfície externa do tubo de arrefecimento 116), a banda Louvertac 704 pode ser facilmente inspecionada e prontamente atendida. Em modalidades alternativas, em vez de usar a banda Louvertac 704, podem ser utilizados outros recursos de condução e/ou de retenção de corrente, como conexões de rosca, ajustes de interferência, e etc.

[00150] Em algumas modalidades, uma vez que a corrente de corte é conduzida da fonte de alimentação para o eletrodo 108 pelo tubo de arrefecimento 116, o eletrodo 108 não precisa estar diretamente em contato elétrico ou físico com a cabeça da tocha 102 para fins de transferência de corrente. Em algumas modalidades, o eletrodo 108 é isolado eletricamente da cabeça de tocha 102 pelo tubo de eletrodo de bloco de cátodo 252, que liga o eletrodo 108 ao cátodo 130 e o tubo de arrefecimento 116. O tubo de eletrodo de bloco de cátodo 252 pode ser feito de um material não elétrico, como plástico. Em outro aspecto, o eletrodo 108 é mais curto do que um eletrodo que é usado para receber uma corrente diretamente do cátodo. Neste caso, uma vez que o eletrodo 108 não contata fisicamente ou eletricamente o cátodo 130, o eletrodo 108 pode ser mais curto, tal como mais de 25% mais curto do que um eletrodo de contato direto.

[00151] Após a inserção axial do tubo de arrefecimento 116 na cavidade 954 do eletrodo 108 e relógio radial do isolador 118 da tocha com a estrutura do cartucho 112 (por exemplo, através da inserção do pino de relógio 220 do isolador 118 da tocha na cavidade/receptáculo 1002 da estrutura de cartucho 112), o cartucho 104 pode ser retido contra a cabeça de tocha 102 usando a tampa de retenção 120 (mostrada na figura 1). Outros métodos de engate entre a cabeça da tocha 102 e o cartucho 104, são possíveis, incluindo rosqueamento, encaixe rápido, ajuste de interferência, e etc. A figura 16 é uma vista em corte de um desenho exemplificativo da tampa de retenção 120 da figura 1 usado para proteger o cartucho 104 e a cabeça de tocha 102, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. A tampa de retenção 120 inclui um corpo 764, uma extremidade proximal 760 e uma extremidade distal 762 que se prolongam ao longo do eixo longitudinal A. A extremidade proximal 760 do corpo da tampa de retenção 764 inclui uma característica de encaixe 766 (por exemplo, ranhura, rosca ou degrau) de modo circunferencial disposto sobre uma superfície interna para capturar a cabeça da tocha 102 contra o corpo da tampa de retenção 764. De modo semelhante, a extremidade distal 762 do corpo da tampa de retenção 764 inclui uma característica de encaixe 768 (por exemplo, ranhura, rosca ou degrau) disposta sobre uma superfície interna para captar o cartucho 104 contra o corpo da tampa de retenção 764. Assim, após o ajuste do cartucho 104 com a cabeça de tocha 102, a tampa de retenção 120 pode cercar de forma segura e circunferencial uma superfície externa da cabeça de tocha 102 na extremidade distal 22 da tocha a cabeça 102 e uma superfície externa do cartucho 104 na extremidade proximal 14 do cartucho 104. Em algumas modalidades, a cabeça da tocha 102 e/ou o cartucho não rodam em relação à tampa de retenção 120. Neste caso, um operador pode deslizar a tampa de retenção 120 sobre o cartucho 104 e/ou a cabeça de tocha 102 para bloquear as peças sem usar qualquer movimento de rotação. Em algumas modalidades, a tampa de retenção 120 é proporcionada como parte da cabeça de tocha 102. Em algumas modalidades, a tampa de retenção 120 é proporcionada como uma parte do cartucho 104. Em algumas modalidades, a tampa de retenção 120 é fornecida como um componente distinto separado do cartucho 104 ou da cabeça de tocha 102.

Cartucho

[00152] A figura 17 é uma vista em corte do cartucho 104 da figura 1, em que o cartucho 104 é um cartucho não ventilado, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. Conforme descrito acima, o cartucho 104 pode geralmente incluir a estrutura do cartucho 112 acoplada à ponta do cartucho que inclui o eletrodo 108, o bico 110, que é um bico não ventilado ligado a um revestimento de bico 111 e a blindagem 114. O corpo de cartucho 112 é adaptado para formar uma interface entre a ponta do cartucho e a cabeça da tocha 102, ligando desse modo a ponta do cartucho à cabeça da tocha 102. Os vários componentes do cartucho 104, incluindo a estrutura do cartucho 112, o eletrodo 108, o bico110, a camisa de bico 111 e a blindagem 114 podem ser dispostos concêntricos em torno do eixo longitudinal A da tocha de arco de plasma 10. Em algumas modalidades, o cartucho 104 inclui múltiplos elementos de retenção que permitem que os componentes da ponta do cartucho se alinhem e encaixem para um ou mais canais na estrutura do cartucho 112 de tal modo que estes canais possam transportar líquidos e gás da cabeça da tocha 102, através da estrutura do cartucho 112 e para os componentes desejados na ponta do cartucho. Em algumas modalidades, a extremidade proximal 14 do cartucho 104, incluindo a extremidade proximal 15 da estrutura do cartucho 112, é substancialmente plana.

[00153] Em geral, os vários componentes da ponta do cartucho podem ser fixados, direta ou indiretamente, à estrutura do cartucho 112 enquanto se alcança o alinhamento axial e o alinhamento radial (isto é, centrado) em relação à estrutura do cartucho 112. O eletrodo 108 pode ser preso na estrutura de cartucho 112 com pelo menos uma porção do eletrodo 108 disposta no canal central 1020 da estrutura de cartucho 112. Em algumas modalidades, o eletrodo 108 é fixado à estrutura do cartucho 112 através do anel de turbilhonamento 150 que envolve pelo menos uma porção do canal principal 1020. Especificamente, um diâmetro externo do eletrodo 108 pode ser fixado a um diâmetro interno do anel de turbilhonamento 150 de tal modo que pelo menos uma porção proximal do eletrodo 108 é inserida em uma porção distal do anel de turbilhonamento 150. Se o anel de turbilhonamento 150 é eletricamente condutor, o anel de turbilhonamento 150 pode ser fixado ao eletrodo 108 através do isolador de eletrodo 754. Conforme ilustrado, o eletrodo 108 inclui um elemento de retenção externo 1066 (por exemplo, um ou mais degraus de diâmetro variável do eletrodo 108) em uma superfície externa configurada para se acoplar a um elemento de retenção interno 1068 (por exemplo, um ou mais degraus ou protrusões complementares) em uma superfície interna do isolador de eletrodo 754 para impedir o movimento axial do eletrodo 108 e do isolador de eletrodo 754 em relação um ao outro. O acoplamento entre os elementos de retenção 1066, 1068 pode ser de ajuste rápido, ajuste de pressão ou ajuste de interferência. A interface resultante 1067 entre o eletrodo 108 e o isolador de eletrodo 754 também alinha/centraliza radialmente os dois componentes. Por sua vez, o isolador de eletrodo 754 inclui um elemento de retenção externo 1056 (por exemplo, um degrau de diâmetro variável do isolador de eletrodo 754) em uma superfície externa para se acoplar um elemento de retenção interno 1054 (por exemplo, um degrau ou protrusão complementar) em uma superfície interna do anel de turbilhonamento 150 para evitar o movimento axial do isolador de eletrodo 754 e do anel de turbilhonamento 150 em relação um ao outro. O acoplamento entre o elemento de retenção 1054, 1056 pode ser de ajuste rápido, ajuste de pressão ou ajuste de interferência. A interface resultante 1055 entre o isolador de eletrodo 754 e o anel de turbilhonamento 150 também alinha/centraliza radialmente os dois componentes. Se o anel de turbilhonamento 150 for substancialmente não condutor, o anel de turbilhonamento 150 pode ser fixado diretamente ao eletrodo 108 sem o uso do isolador de eletrodo 754. Em algumas modalidades, um diâmetro externo do anel de turbilhonamento 150 é acoplado de forma acoplada a um interior diâmetro da estrutura do cartucho 112 para acoplar o eletrodo 108 à estrutura do cartucho 112. Por exemplo, o anel de turbilhonamento 150 pode ser fixado à estrutura do cartucho 112 pelo acoplamento a um elemento de retenção externo 1052 (por exemplo, um degrau do diâmetro variável do anel de turbilhonamento 150) sobre uma superfície externa com um elemento de retenção interno 1058 (por exemplo, um degrau ou protrusão complementar) sobre uma superfície interna da estrutura de cartucho 112 para evitar o movimento axial do anel de turbilhonamento 150 e da estrutura de cartucho 112 em relação um ao outro. O acoplamento entre os elementos de retenção 1052, 1058 podem ser de ajuste rápido, ajuste de pressão ou ajuste de interferência. A interface resultante 1053 entre o anel de turbilhonamento 150 e a estrutura de cartucho 112 também alinha/centraliza radialmente os dois componentes.

[00154] O bico 110 e a camisa de bico 111 podem ser engatados entre o anel de turbilhonamento 150 e a estrutura de cartucho 112. Em algumas modalidades, um diâmetro externo do anel de turbilhonamento 150 é acoplado a um diâmetro interno do bico 110. O anel de turbilhonamento 150 pode ser fixado ao bico 110 pelo acoplamento a um elemento de retenção externo 1050 (por exemplo, um ou mais degraus de diâmetro variável do anel de turbilhonamento 150) sobre uma superfície externa com um elemento de retenção interno 1060 (por exemplo, um degrau ou protrusão complementar) sobre uma superfície interna do bico 110 para impedir o movimento axial do anel de turbilhonamento 150 e o bico 110 em relação um ao outro. O acoplamento entre os elementos de retenção 1050, 1060 pode ser de ajuste rápido, ajuste de pressão ou ajuste de interferência. A interface resultante 1051 entre o anel de turbilhonamento 150 e o bico 110 também alinha/centraliza radialmente os dois componentes. Em algumas modalidades, um diâmetro externo do bico 110 é fixado a um diâmetro interno da estrutura de cartucho 112. O bico 110 pode ser fixado à estrutura do cartucho 112 pelo acoplamento a, pelo menos, um elemento de retenção externo 1070 (por exemplo, uma ou mais degraus de diâmetro variável do bico 110) em uma superfície externa em pelo menos um elemento de retenção interno 1072 (um ou mais degraus ou protrusões complementares) sobre uma superfície interna da estrutura de cartucho 112 para evitar o movimento axial do bico 110 e da estrutura do cartucho 112 em relação um ao outro. O acoplamento entre os elementos de retenção 1070, 1072 pode ser de ajuste rápido, ajuste de pressão ou ajuste de interferência. A interface resultante 1071 entre o bico 110 e a estrutura de cartucho 112 também alinha/centraliza radialmente os dois componentes.

[00155] A blindagem 114 pode ser acoplada a uma superfície externa da estrutura de cartucho 112. Por exemplo, um diâmetro externo da estrutura de cartucho 112 é fixado a um diâmetro interno da blindagem 114 pelo acoplamento a um elemento de retenção externo 1062 (por exemplo, um degrau de diâmetro variável da estrutura de cartucho 112) em uma superfície externa da estrutura de cartucho 112 com um elemento de retenção interno 1064 (por exemplo, um degrau ou protrusão complementar) sobre uma superfície interna da blindagem 114 para evitar o movimento axial da estrutura de cartucho 112 e a blindagem 114 em relação um ao outro. O acoplamento entre os elementos de retenção 1062, 1064 pode ser de ajuste rápido, ajuste de pressão ou ajuste de interferência. A interface resultante 1063 entre a estrutura de cartucho 112 e a blindagem 114 também alinha/centraliza radialmente os dois componentes. Além disso, a estrutura de cartucho 112 pode incluir um rebite 1065 em uma superfície externa configurada para receber uma porção distal da blindagem 114 por meio de crimpagem, garantindo e alinhando ainda mais a blindagem 114 à estrutura do cartucho 112.

[00156] Em algumas modalidades, os elementos de retenção 1050 a 1072 descritos acima podem se acoplar com seus elementos de retenção correspondentes através de um ajuste rápido, ajuste de pressão, ajuste de interferência, crimpagem, encaixe de fricção, colagem, cimentação ou soldagem. Em algumas modalidades, os elementos de retenção 1050 a 1072 incluem uma ou mais juntas tóricas de vedação ou juntas, feitas de epóxi ou borracha de endurecimento, por exemplo. Em algumas modalidades, os elementos de retenção1050 a 1072 permitem que o bico 110, a camisa 111, a blindagem 114 e/ou o eletrodo 108 da ponta do cartucho para alinhar e engatar em um ou mais canais na estrutura do cartucho 112 de tal modo que estes canais podem conduzir líquido e/ou gás da cabeça da tocha 102, através da estrutura do cartucho 112 e aos componentes desejados na ponta do cartucho. As conexões de líquido e gás entre a estrutura do cartucho 112 e a ponta do cartucho são descritas abaixo em detalhes.

[00157] A figura 18 é um desenho exemplificativo da estrutura de cartucho 112 do cartucho 104 da figura 17, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. A estrutura do cartucho 112 inclui um corpo isolante geralmente cilíndrico 1100 disposto entre a cabeça da tocha 102 e a ponta do cartucho. Mais especificamente, o corpo isolante 1100 inclui uma região interna 1106, uma superfície lateral externa 1108, uma superfície lateral interna 1110 que circunda e forma o canal principal 1020, a extremidade proximal 15 tendo uma face da extremidade 1102 e a extremidade distal 17 possuindo uma extremidade face 1104. A extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112, que é descrita acima em relação à figura 15, compreende a abertura central 1020a para receber uma corrente elétrica e/ou o fluxo do líquido de arrefecimento 950 a partir de um tubo de arrefecimento 116 da cabeça de tocha 102, uma abertura do gás de plasma 912a para receber o fluxo de gás de plasma 900c do isolador de tocha 118, uma blindagem abertura de gás 864a para receber o fluxo de gás de proteção 868 do isolador de tocha 118 e quatro aberturas de líquido de arrefecimento 968a, 978a, 962a e 982a para conduzir o fluxo do líquido de arrefecimento 950 dentro e fora do cartucho 104. Em algumas modalidades, estas aberturas estão dispostas na face da extremidade 1102 da extremidade proximal 15 do corpo isolante 1100. Em algumas modalidades, a face da extremidade 1102 é substancialmente coplanar com a extremidade proximal 14 do cartucho 104. Em geral, estas aberturas estão configuradas para estarem em condições elétricas e/ou comunicação de fluido com as suas aberturas correspondentes na extremidade distal 23 do isolador de tocha 118 uma vez que a cabeça de tocha 102 está alinhada e conectada ao cartucho 104 em uma orientação predeterminada através do elemento de relógio 1002 da estrutura do cartucho 112 e a característica de bloqueio correspondente 220 do isolador 118 da tocha.

Conexão elétrica no cartucho

[00158] Em algumas modalidades, o eletrodo 108 está alinhado e ligado ao canal principal 1020 disposto no corpo isolante 1100 da estrutura do cartucho 112. O canal 1020 pode ser disposto centralmente no corpo isolante 110 com o eixo longitudinal central A que se prolonga através dele para conectar a abertura 1020a na face da extremidade 1102 da extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112 à abertura 1020b na face da extremidade 1104 da extremidade distal 17 da estrutura de cartucho 112. A abertura distal 1020b é, por sua vez, conectada e alinhada com a cavidade 954 do eletrodo 108 (mostrado na figura 2). Tal interface de eletrodo permite que o tubo de arrefecimento 116 seja inserido no canal principal 1020 para passar uma corrente elétrica (isto é, um arco piloto ou corrente de arco transferida) do cátodo 130 da cabeça de tocha 102 para a superfície interna do eletrodo 108, como descrito acima. Nesse caso, o eletrodo 108 pode ser isolado eletricamente a partir do cátodo 130, conforme descrito acima. Em modalidades alternativas, o eletrodo 108 é ligado eletricamente ao cátodo 130 para receber uma corrente diretamente do cátodo 130. Em algumas modalidades, a mesma interface de eletrodo (isto é, entre o eletrodo 108 e a cabeça de tocha 102 através do canal principal 1020 da estrutura de cartucho 112) pode permitir que a cabeça da tocha 102 introduza um líquido de arrefecimento no eletrodo 118 do interior do tubo de arrefecimento 116. Esta característica de condução de líquido de arrefecimento do canal principal 1020 da estrutura de cartucho 112 é explicada em detalhe abaixo.

[00159] A figura 19 é um desenho exemplificativo do eletrodo 108 do cartucho 104 da figura 17, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. Uma inserção emissiva 1200 pode ser disposta na extremidade distal 1202 do eletrodo 108 de modo que uma superfície de emissão seja exposta. O inserto 1200 pode ser feito de háfnio ou outros materiais que possuem características físicas adequadas, incluindo resistência à corrosão e uma alta emissividade termiônica. Forjadura, extrusão por impacto ou formação a frio podem ser usados para formar inicialmente o eletrodo 108 antes do acabamento da usinagem do componente. A extremidade proximal 1204 do eletrodo 108 pode ser disposta e alinhada com o canal principal 1020 da estrutura de cartucho 112 através da abertura distal 1020b da estrutura de cartucho 112. O eletrodo 108 pode ser ligado à estrutura do cartucho 112 utilizando pelo menos o anel de turbilhonamento 150 e o isolador de eletrodo 754. Em algumas modalidades, o eletrodo 108 não inclui quaisquer roscas para ligação ao isolador de eletrodo 754 ou ao anel de turbilhonamento 150. Como explicado acima, tal ligação pode ser feita através de um ajuste de pressão, ajuste de interferência, crimpagem ou encaixe rápido. Em algumas modalidades, o eletrodo 108 é mais curto do que um eletrodo que é usado para receber uma corrente elétrica diretamente do cátodo 130 (isto é, sem usar o tubo de arrefecimento 116). Nestes casos, uma vez que o eletrodo 108 não precisa contatar fisicamente ou eletricamente o cátodo 130, o eletrodo 108 pode ser mais curto, tal como mais de 25% mais curto do que um eletrodo de contato direto. Em algumas modalidades, o eletrodo 108 inclui uma ranhura O-ring1205 na extremidade proximal 1204, onde a ranhura O-ring1205 está configurada para alojar uma junta tórica que pode ser utilizada para selar uma câmara de plasma/plenum 109 definida cooperativamente pelo eletrodo 108 e o bico 110. Tal vedação impede que o fluxo de gás de plasma 900c circule entre o eletrodo 108 e o isolador de eletrodo 754 (mostrado na figura 17).

Conexões de gás blindado no cartucho

[00160] Em algumas modalidades, a passagem de gás de proteção 872 formada entre a blindagem 114 e a camisa de bico 111 está alinhada com o canal de gás de proteção 864 disposto no corpo isolante 1100 da estrutura de cartucho 112 (mostrado nas figuras11a e 11b). O canal de gás de proteção 864 (mostrado nas figuras 11a e 11b) pode se estender substancialmente paralelo ao eixo longitudinal A na região interna 1106 do corpo isolante 1100, mas deslocado do eixo longitudinal central A (isto é, não concêntrico em relação ao eixo longitudinal A). O canal de gás de proteção 864 liga abertura 864a na face da extremidade 1102 na extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112 à abertura 864b na extremidade distal 17 da estrutura de cartucho 112. Em algumas modalidades, a abertura 864b está disposta na face da extremidade 1104 da extremidade distal 17 da estrutura de cartucho 112. Em modalidades alternativas, a abertura 864b do canal de gás de proteção 864, que é distante da abertura 864a ao longo do eixo longitudinal A, está disposta na superfície lateral externa 1108 ou na superfície lateral interna 1110 do corpo da estrutura do cartucho 1100 (isto é, o canal 864 não se prolonga por todo o comprimento do corpo 1100 na direção longitudinal). A abertura 864b é, por sua vez, conectada de forma fluida à passagem de gás de proteção 872, que permite que o fluxo de gás de proteção 868 passe da cabeça de tocha 102, através da estrutura de cartucho 112 do cartucho 104 e para a passagem de gás de proteção 872 (mostrado nas figuras 11a e 11b). Em algumas modalidades, o canal de gás de proteção 864 pode ser configurado para proporcionar uma função de medição ao fluxo de gás de proteção 868. Por exemplo, o diâmetro do canal de gás de proteção 864 pode variar ao longo do comprimento do canal para proporcionar a função de medição. O diâmetro do canal de gás de proteção 864 na extremidade distal 17 da estrutura de cartucho 112 pode ser cerca de metade do diâmetro do canal de gás de proteção 864 na extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112 para reduzir a taxa de fluxo do gás de proteção fluxo 868.

[00161] Em algumas modalidades, a estrutura do cartucho 112 inclui mais um componente no caminho do canal de gás de proteção 864 para ajustar uma ou mais propriedades do fluxo de gás da blindagem 868 no mesmo. Por exemplo, a estrutura do cartucho 112 pode incluir um componente de ajuste, tal como um componente de duas peças compreendendo um defletor 1112 e um anel de turbilhonamento de blindagem 1114. Como mostrado na figura 17, o defletor 1112 e o anel de turbilhonamento de blindagem 1114 estão dispostos de modo circunferencial dentro do corpo isolante 1100 da estrutura de cartucho 112 na sua extremidade distal 17 e os dois componentes estão no caminho da abertura do canal de gás de proteção 864b de tal modo que ajustam determinado fluxo parâmetros e introduzir um movimento de turbilhonamento para o fluxo de gás de proteção 868 à medida que ele sai da estrutura de cartucho 112 e para dentro da passagem de gás de proteção 872. A utilização desses dois componentes separados 1112, 1114 fornece vantagens de fabricação e montagem como um operador pode usar diferentes combinações de defletores e anéis de turbilhonamento de blindagem para desenvolver diferentes tipos de fluxos de gás de proteção.

[00162] A figura 20 é uma vista em corte do defletor 1112 e o anel de turbilhonamento de blindagem 1114 ligado à estrutura do cartucho 112 do cartucho 104 da figura 17, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. Em algumas modalidades, pelo menos um entre o defletor 1112 ou o anel de turbilhonamento de blindagem 1114 é feito de um material não condutor, tal como Torlon®. Em algumas modalidades, pelo menos um do defletor 1112 ou do anel de turbilhonamento de blindagem 1114 é feito de um material condutor. O defletor 1112 e o anel de turbilhonamento de blindagem 1114 podem ser fabricados individualmente através de moldagem, estampagem ou fundição.

[00163] Conforme ilustrado, o defletor 1112 está situado próximo do anel de turbilhonamento de blindagem 1114 de modo que, quando o fluxo de gás de proteção 868 se desloca distalmente, ele é primeiro regulado pelo defletor 1112 e depois pelo anel de turbilhonamento de blindagem 1114. Em outras modalidades, a posição do defletor 1112 e do anel de turbilhonamento de blindagem 1114 é invertida. O defletor 1112 pode ser disposto de modo circunferencial dentro do corpo isolante 1100 da estrutura do cartucho 112, tal como dentro de uma cavidade 1116 na extremidade distal 17 do corpo isolante 1100. O defletor 1112 pode ser fixado à cavidade 1116 por um dispositivo de interferência ou ajuste por pressão. O defletor 1112 inclui uma porção longitudinal 1118 e uma porção radial 1120 que está ligada à porção longitudinal 1118 com um ângulo, tal que a porção radial 1120 cobre uma porção da largura 1122 da cavidade 1116, mas deixa uma folga radial 1124 entre um diâmetro externo da porção radial 1120 e uma superfície interna da cavidade 1116. O fluxo de gás de proteção 868 dentro do canal de gás de proteção 864 está adaptado para ser disperso pelo defletor 1112 para fluir uniformemente em torno de seu diâmetro externo através da folga radial 1124 e no anel de turbilhonamento 1114. A folga radial 1124 é moldada e dimensionada para ajustar pelo menos um parâmetro do fluxo de gás de proteção 868. Por exemplo, a folga radial 1124 pode ajustar uma taxa de fluxo e/ou pressão de fluido do fluxo de gás de proteção 868. Em algumas modalidades, o aumento do tamanho da folga radial 1124 aumenta o fluxo de gás de proteção 868, caso em que o sistema de tocha de arco de plasma pode se ajustar de acordo para manter uma pressão constante. Em algumas modalidades, o aumento do tamanho da folga radial 1124 diminui a pressão do gás, caso em que o sistema de tocha de arco de plasma pode se ajustar adequadamente para manter uma taxa de fluxo constante.

[00164] O anel de turbilhonamento de blindagem 1114 pode ser inserido em pelo menos uma porção da cavidade 1116 em pelo menos um entre o ajuste de interferência ou o ajuste de pressão de modo que seja distal em relação ao defletor 1112. A figura 21 é uma vista em corte transversal do anel de turbilhonamento de blindagem 1114, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. O anel de turbilhonamento de blindagem 1114 pode definir um primeiro conjunto de portas 1126 em torno de uma primeira circunferência do anel de turbilhonamento 1114 e um segundo conjunto de portas 1128 em torno de uma segunda circunferência do anel de turbilhonamento 1114, em que cada porta conecta uma superfície interna da estrutura do cartucho 112 para uma superfície externa da estrutura de cartucho 112. O primeiro conjunto de portas 1126 está deslocado das respectivas do segundo conjunto de portas 1128. Tal deslocamento transmite um movimento de turbilhonamento para o fluxo de gás de proteção 868 através dele. Por conseguinte, a combinação do defletor 1112 e do anel de turbilhonamento de blindagem 1114 pode ajustar parâmetros do fluxo de gás de proteção 868 à medida que ele se desloca distalmente através do canal de gás de proteção 864 para a passagem de gás de proteção 872. Geralmente, o fluxo de gás de proteção 868 no plasma a tocha de arco 10 é configurável variando o tamanho da folga 1124 do defletor e/ou os tamanhos do primeiro e segundo conjuntos de portas 1126, 1128 no anel de turbilhonamento de blindagem 1114.

Conexões do gás de plasma no cartucho

[00165] Em algumas modalidades, a passagem de gás de plasma 918 formada entre o eletrodo 108 e o bico 110 está alinhada com o canal de gás de plasma 912, disposto no corpo isolante 1100 da estrutura de cartucho 112 (mostrado nas figuras 12a c). O canal de gás de plasma 912 (mostrado nas figuras 12a-c) pode se estender substancialmente paralelo ao eixo longitudinal A na região interna 1106 do corpo isolante 1100, mas deslocado do eixo longitudinal A (isto é, não concêntrico em relação ao eixo longitudinal A). O canal de gás de plasma 912 conecta abertura 912a na superfície proximal 1102 na extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112 à abertura 912b. Em algumas modalidades, a abertura 912b do canal de gás de plasma 912, que é distal à abertura 912a ao longo do eixo longitudinal A, está disposta na superfície lateral interna 1110 do corpo de estrutura do cartucho 1100 e em comunicação fluida com o canal central 1020. Assim, nesta configuração, o canal de gás de plasma 912 não se estende por toda a extensão do corpo da estrutura do cartucho 1100 na direção longitudinal.

[00166] A figura 22 é uma vista em perspectiva da estrutura de cartucho 112 ilustrando várias aberturas de canal, incluindo a abertura 912b do canal de gás de plasma 912, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. Como mostrado, a abertura 912b está na superfície lateral interna 1110 em uma região central da estrutura de cartucho 112 e a abertura 912b é conectada de modo fluido ao canal central 1020. Em modalidades alternativas, o canal de gás de plasma 912 se estende por todo o comprimento da estrutura de cartucho 112 com a abertura 912b localizada na face da extremidade distal 1104 do corpo isolante de estrutura de cartucho 1100. A abertura 912b está conectada de modo fluido à passagem de gás de plasma 918. Essa conexão permite que o fluxo de gás de plasma 900c passe a partir da cabeça da tocha 102, através da estrutura do cartucho 112 e na passagem de gás de plasma 918, que se funde no canal principal central 1020, antes do fluxo de gás de plasma 900c sair da tocha 10 através do orifício de saída do bico central 916 e do orifício de saída da blindagem central 870 (mostrado nas figuras 12a-c).

[00167] Em algumas modalidades, a estrutura de cartucho 112 inclui mais um componente no caminho do canal de gás de plasma 912 configurado para ajustar uma ou mais propriedades do fluxo de gás de plasma 900c no mesmo. Por exemplo, a estrutura de cartucho 112 pode incluir o anel de turbilhonamento 150 situado de modo circunferencial entre o isolador de eletrodo 754 e o bico 110 em torno do canal principal 1020. O anel de turbilhonamento 150 pode ser alinhado com a abertura distal de canal de gás de plasma 912b de tal modo que o anel de turbilhonamento 150 pode introduzir um movimento de turbulência para o fluxo de gás de plasma 900c à medida que este sai do canal de gás de plasma 912 através da abertura 912b na superfície lateral interna 1110 da estrutura de cartucho 112 e na passagem de gás de plasma 918.

[00168] A figura 23 é um desenho exemplificativo do anel de turbilhonamento 150 do cartucho 104 da figura 17, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. Conforme ilustrado, o anel de turbilhonamento 150 pode ser definido por um corpo alongado substancialmente oco 1170 que tem uma extremidade proximal 1174 e uma extremidade distal 1172 ao longo do eixo longitudinal central A da tocha de arco de plasma 10. Em algumas modalidades, o corpo oco 1170 do anel de turbilhonamento 102 na extremidade distal 1172 é dimensionado para receber pelo menos uma porção do eletrodo 104, quer direta ou indiretamente, através do isolador de eletrodo 754. Em algumas modalidades, o anel de turbilhonamento 150 inclui um conjunto de aberturas de fluxo de gás radialmente espaçadas 1176 dispostas em torno da extremidade distal 1172 do corpo alongado 1170, tal como em torno de uma circunferência da sua extremidade distal 1172. Cada abertura de fluxo de gás 1176 pode se estender a partir de uma superfície interna para uma superfície externa do corpo alongado 1170 e está orientada para conferir uma velocidade tangencial componente para o fluxo de gás de plasma 900c que viaja na passagem de gás 918 entre o eletrodo 108 e o bico 110, provocando o turbilhonamento do fluxo de gás 900c. Este turbilhonamento cria um vórtice que constringe o arco de plasma e estabiliza a posição do arco na inserção 1200 do eletrodo 108.

Conexões do líquido de arrefecimento no cartucho

[00169] Em algumas modalidades, como descrito acima, um componente da ponta do cartucho (por exemplo, o eletrodo 108, o bico 110 ou a blindagem 114) pode ser alinhado com pelo menos um canal de arrefecimento (por exemplo, canal 1002, 962 ou 978) e pelo menos um canal de retorno do líquido de arrefecimento (canal 1002, 968 ou 982) no corpo isolante 1100 da estrutura de cartucho 112 para receber um fluxo do líquido de arrefecimento da cabeça de tocha 102 e devolver pelo menos uma porção do fluxo de fluido para a cabeça de tocha 102, respectivamente. Cada um dos canais de resfriamento e dos canais de retorno, com exceção do canal principal 1002, pode ser não concêntrico em relação ao eixo longitudinal central A e assimétrico em torno do eixo longitudinal A. Em algumas modalidades, com exceção do canal principal 1002, nenhum dos canais de resfriamento e retorno é sobreposto. Isto é, com exceção do canal principal 1002, cada um dos canais de resfriamento e retorno é um canal de entrada de líquido ou um canal de saída de líquido.

[00170] Em algumas modalidades, o canal central 1020 se estende através do corpo isolante 1100 da estrutura do cartucho 112 para conectar a sua abertura 1020a na face da extremidade 1102 na extremidade proximal 15 da estrutura do cartucho 112 até a sua abertura 1020b na extremidade distal 17 da estrutura do cartucho 112. A abertura proximal 1020a está alinhada e conectada à abertura do canal principal 132b do isolador de tocha 118. A abertura distal 1020b está alinhada e conectada à cavidade 954 do eletrodo 108, o que permite que o fluxo do líquido de arrefecimento 950 passe pela cabeça da tocha 102, através da estrutura do cartucho 112 enquanto está dentro do tubo de arrefecimento 116 e na cavidade 954 do eletrodo 108 (mostrado nas figuras 13a e 13b). Esta ligação também permite que o fluxo do líquido de arrefecimento 950 incida na superfície interna da extremidade distal da cavidade 954 de tal modo que o fluxo do líquido de arrefecimento 950 possa inverter a direção e passar de modo proximal através do canal principal 1020 ao longo de uma superfície externa do tubo de arrefecimento 116 em direção à cabeça de tocha 102 (mostrada nas figuras 13a e 13b). Este fluxo do líquido de arrefecimento reverso sobre a superfície externa do tubo de arrefecimento 116 também esfria substancialmente a banda de Louvertac 704 ligada à extremidade distal 742 do tubo de arrefecimento 116. Em algumas modalidades, o fluxo do líquido de arrefecimento reverso pode percorrer os canais longitudinais 744 na superfície externa do tubo de arrefecimento 116 por baixo da banda Louvertac 704, limitando deste modo uma queda de pressão entre o tubo de arrefecimento 116 e o eletrodo 108.

[00171] Em algumas modalidades, a abertura do bico 966, que pode ser formada na camisa do bico 111, está alinhada com o primeiro canal de refrigeração 962 disposto no corpo isolante 1100 da estrutura de cartucho 112 (mostrado nas figuras 13a e 13b). A abertura do bico 966 permite que o fluxo do líquido de arrefecimento 950 do primeiro canal de refrigeração 962 entre na câmara de fluxo do líquido de arrefecimento do bico 965 entre uma superfície externa do bico 110 e uma superfície interna da camisa de bico 111. O primeiro canal de refrigeração 962 (mostrado nas figuras 13a e 13b) pode se prolongar substancialmente paralelamente ao eixo longitudinal A na região interna 1106 do corpo isolante 1100, mas deslocado do eixo longitudinal A (isto é, não concêntrico em relação ao eixo longitudinal A). O primeiro canal de refrigeração 962 pode ligar a abertura 962a na face da extremidade 1102 na extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112 à abertura 962b da estrutura de cartucho 112, que é distal à abertura 962a ao longo do eixo longitudinal A. A abertura 962b é, por sua vez, ligada de forma fluida à abertura do bico 966, o que permite que o fluxo do líquido de arrefecimento 950 se desloque distalmente da cabeça de tocha 102, através da estrutura de cartucho 112 do cartucho 104 e dentro da câmara de fluxo do líquido de arrefecimento do bico 965 (mostrado nas figuras13a e 13b).

[00172] Em algumas modalidades, a abertura 962b do primeiro canal de refrigeração 962 está disposta na superfície lateral interna 1110 do corpo da estrutura do cartucho 1100 e em comunicação fluida com o canal central 1020. Assim, nesta configuração, o primeiro canal de refrigeração 962 não se estende por todo o comprimento do corpo da estrutura do cartucho 1100 na direção longitudinal. A abertura 962b do primeiro canal de refrigeração 962 está ilustrada na figura 22. Como mostrado, a abertura 962b está na superfície lateral interna 1110 em direção à extremidade distal 17 da estrutura de cartucho 112 e a abertura 962b está conectada de forma fluida ao canal central 1020. Em modalidades alternativas, o primeiro canal de refrigeração 962 se estende sobre todo o comprimento da estrutura de cartucho 112 com a abertura 962b localizada na face da extremidade distal 1104 do corpo isolante de estrutura de cartucho 1100. A abertura 962b é conectada de modo fluido à abertura do bico 966 na camisa do bico 111. Essa conexão permite que o fluxo do líquido de arrefecimento 950 passa da cabeça da tocha 102, através da estrutura do cartucho 112 e para dentro da câmara de fluxo do líquido de arrefecimento do bico 965 entre o bico 110 e a camisa de bico 111 para arrefecer os dois componentes do bico.

[00173] Conforme explicado acima, a abertura do bico 966 está configurada para ser alinhada com o primeiro canal de refrigeração 962 da estrutura de cartucho 112 de modo que o fluxo do líquido de arrefecimento 950 possa ser introduzido na câmara de fluxo do líquido de arrefecimento do bico 965 a partir do primeiro canal de refrigeração 962 através da abertura do bico 966. A abertura do bico 966 pode estar em comunicação fluida com a segunda abertura do bico 967 na camisa de bico 111, onde as duas aberturas para refrigeração 966, 967 estão deslocadas radialmente uma da outra (isto é, em diferentes lados do bico 110). O fluxo do líquido de arrefecimento 950 pode entrar na câmara de fluxo do líquido de arrefecimento do bico 965 através da abertura do bico 966, para fluir de modo proximal através da câmara de fluxo 965, retornar distalmente em um lado diferente da câmara 965 e sair da câmara 965 através da segunda abertura 967. Em alguns as modalidades, a segunda abertura 967 está alinhada e conectada ao segundo canal de refrigeração 968 disposto na estrutura de cartucho 112 (mostrado nas figuras 13a e 13b). O segundo canal de refrigeração 968 pode se estender substancialmente paralelo ao eixo longitudinal dentro da região interna 1106 do corpo isolante 1100, mas deslocado do eixo longitudinal A (isto é, não concêntrico em relação ao eixo longitudinal A). O segundo canal de refrigeração 968 liga abertura 968a na face da extremidade 1102 na extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112 à abertura 968b na extremidade distal 17 da estrutura de cartucho 112, a qual é, por sua vez, ligada à segunda abertura do bico 967. Tal conexão permite que o fluxo do líquido de arrefecimento 950 se desloque de modo proximal da câmara de refrigeração do bico 965, através da estrutura de cartucho 112 do cartucho 104 e na cabeça de tocha 102 (mostrado nas figuras 13a e 13b). Em algumas modalidades, a abertura 968b do segundo canal de refrigeração 968, que é distal à abertura 968a ao longo do eixo longitudinal A, está disposta na superfície lateral interna 1110 do corpo da estrutura do cartucho 1100. Assim, o primeiro e segundo canais de refrigeração 962, 968, em cooperação com as aberturas do bico 966, 967 permitem que o fluxo do líquido de arrefecimento 950 arrefece o bico 110 e a camisa do bico 111 através da câmara de fluxo do líquido de arrefecimento do bico 965.

[00174] As figuras 24a e 24b são vistas externas do bico não ventilado 110 e a camisa do bico 111 da figura 17, respectivamente, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. O bico não ventilado 110 inclui uma extremidade/porção proximal 1206, uma porção média 1208 e uma extremidade/porção distal 1210 ao longo do eixo longitudinal A da tocha 10. A extremidade distal 1210 do bico 108 inclui o orifício de saída do bico916 localizado centralmente para a introdução de um arco de plasma, tal como um jato de gás ionizado, para uma peça de trabalho (não mostrada) a ser cortada. A camisa do bico 111 inclui um corpo substancialmente oco 1212 que define uma extremidade proximal 1214 e uma extremidade distal 1216 ao longo do eixo longitudinal A. O bico 110 é adaptado para ser inserido no corpo oco 1212 da camisa do bico 111 de tal modo que a extremidade distal 1210 do bico 108 se prolonga através da abertura da extremidade distal 1216 da camisa do bico 111.

[00175] Em algumas modalidades, a camisa do bico 111 inclui as aberturas do bico 966, 967 na sua extremidade proximal 1214, em que cada abertura conecta uma superfície externa a uma superfície interna do corpo 1212 de revestimento de bico. As aberturas 966, 967 podem ser orientadas substancialmente opostas lados da camisa do bico 111 (por exemplo, cerca de 180 graus um do outro). Em algumas modalidades, a superfície externa da porção média 1208 do bico 111 e uma superfície interna correspondente da camisa do bico 111 definem de forma cooperativa a câmara de fluxo do líquido de arrefecimento do bico 965. A câmara de fluxo 965 pode estar localizada aproximadamente no meio do bico 110 e a camisa de bico 111 ao longo do eixo longitudinal A e/ou nas suas seções radiais mais largas. Em algumas modalidades, a porção distal 1210 do bico 110 inclui um canal de fluxo circunferencial 1218 em torno do bico 110 (isto é, um canal de fluxo que se estende aproximadamente a 360 graus em torno do bico 110) que está localizado através da abertura na extremidade distal 1216 da camisa do bico 111. O canal circunferencial 1218 permite que um líquido de arrefecimento flua sobre a superfície externa da ponta do bico 110, promovendo assim o arrefecimento convectivo da ponta do bico durante a operação da tocha e reduzindo a estagnação do líquido. O canal de fluxo circunferencial 1218 pode ser definido pelo menos em parte por uma superfície curvilínea do bico 110.

[00176] Durante o funcionamento, o fluxo do líquido de arrefecimento 950 pode entrar na câmara de fluxo 965 através da abertura 966 em um lado da camisa de bico 111. O fluxo do líquido de arrefecimento 950 pode viajar distalmente em direção ao canal de fluxo circunferencial 1218 em uma direção longitudinal sobre um lado da câmara de fluxo 965. Ao atingir o canal de fluxo circunferencial 1218, o fluxo do líquido de arrefecimento 950 pode girar em torno da ponta do bico e retornar de modo proximal do outro lado do bico 110 substancialmente oposto (por exemplo, cerca de 180 graus) do fluxo distal. O fluxo de retorno 950 pode sair da câmara de fluxo do líquido de arrefecimento do bico 965 para a estrutura de cartucho 112 através da abertura 967.

[00177] Em algumas modalidades, uma superfície interna da blindagem 114 está em comunicação fluida com o terceiro canal de refrigeração 978 disposto no corpo isolante 1100 da estrutura de cartucho 112 (mostrado nas figuras 13a e 13b). O terceiro canal de refrigeração 978 pode se estender substancialmente paralelo ao eixo longitudinal A na região interna 1106 do corpo isolante 1100, mas deslocado do eixo longitudinal A (isto é, não concêntrico em relação ao eixo longitudinal A). O terceiro canal de refrigeração 978 pode ligar a abertura 978a na face da extremidade 1102 na extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112 à abertura 978b na estrutura de cartucho 112, que é distal à abertura 978a ao longo do eixo longitudinal A. Em algumas modalidades, a abertura 978b do terceiro canal de refrigeração 978 está disposta na superfície lateral externa 1108 do corpo da estrutura do cartucho 1100. Assim, nesta configuração, o terceiro canal de refrigeração 978 não se estende por todo o comprimento do corpo da estrutura do cartucho 1100 na direção longitudinal. A abertura 978b do terceiro canal de refrigeração 978 está ilustrada na figura 22. Como mostrado, a abertura 978b está na superfície lateral externa 1108 na porção central da estrutura de cartucho 112. Em modalidades alternativas, o terceiro canal de refrigeração 978 se estende por todo o comprimento da estrutura de cartucho 112 com a abertura 978b localizada na face da extremidade distal 1104 do corpo do isolador da estrutura do cartucho 1100. A abertura 978b pode ser exposta de modo fluido a uma superfície interna da blindagem 114, o que permite que o fluxo do líquido de arrefecimento 950 passe distalmente da cabeça de tocha 102, através da estrutura de cartucho 112 do cartucho 104 e na blindagem 114 (mostrado nas figuras 13a e 13b).

[00178] Em algumas modalidades, como mostrado na figura 22, a superfície lateral externa 1108 da seção central da estrutura de cartucho 112 define um canal de fluxo circunferencial 1220 em torno da estrutura de cartucho 112 (isto é, um canal de fluxo que se estende aproximadamente 360 graus em torno da estrutura de cartucho 112). O canal circunferencial 1220 é conectado de forma fluida à abertura 978b do terceiro canal de refrigeração 978. O canal circunferencial 1220, em cooperação com uma circunferência interna da blindagem 114, forma uma região de fluxo do líquido de arrefecimento 1222 (mostrada na figura 13b) que permite que o fluxo do líquido de arrefecimento 950 flua através dela, arrefecendo assim a circunferência interna da blindagem 114. Em algumas modalidades, o canal circunferencial 1220 está em comunicação fluida com a abertura 982b do quarto canal de refrigeração 982 da estrutura de cartucho 112 que também pode estar localizada na superfície lateral externa 1108 da estrutura de cartucho 112. A abertura 982b é distal à abertura 982a ao longo do eixo longitudinal A. As aberturas 978b, 982b podem ser deslocadas radialmente uma em relação à outra, tal como em 180 graus para que elas estejam ligadas em lados opostos da estrutura de cartucho 112. O quarto canal de refrigeração 982 pode se estender substancialmente paralelo ao eixo longitudinal A, mas deslocado do eixo longitudinal A (Por exemplo, não concêntrico em relação ao eixo longitudinal A). O quarto canal de refrigeração 982 está adaptado para ligar a abertura 982a na face da extremidade 1102 na extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112 à abertura 982b.

[00179] Durante o funcionamento, o fluxo do líquido de arrefecimento 950 pode viajar distalmente para a blindagem 114 através da abertura 978b do terceiro canal de refrigeração 978. Ao entrar na região de fluxo do líquido de arrefecimento da blindagem 1222 (isto é, definida pelo canal de fluxo circunferencial 1220 na superfície lateral externa 1108 da estrutura de cartucho 112 e a circunferência interna correspondente da blindagem 114), o fluxo do líquido de arrefecimento 950 pode girar em torno da região de fluxo do líquido de arrefecimento da blindagem 1222 e retornar de modo proximal no outro lado da região do fluxo do líquido de arrefecimento da blindagem 1222 substancialmente oposta (por exemplo, cerca de 180 graus) do fluxo distal. O fluxo de retorno 950 pode sair da região de fluxo do líquido de arrefecimento da blindagem 1222 para a estrutura de cartucho 112 através da abertura 982b do quarto canal de refrigeração 982.

[00180] A figura 25 é uma vista em corte transversal da blindagem 114 do cartucho 104 da figura 17, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. A blindagem 114 compreende um corpo substancialmente oco que inclui um orifício de saída de blindagem central 870 e, opcionalmente, um ou mais orifícios de ventilação de gás (não mostrados) que se prolongam a partir de uma superfície interna para uma superfície externa da blindagem 114. A blindagem 114 pode ser fria formada ou estampada usando cobre.

[00181] Em geral, com referência à extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112, a primeira abertura do canal de refrigeração 962a pode funcionar como uma entrada do líquido de arrefecimento para o bico 110, a segunda abertura do canal de refrigeração 968a pode funcionar como uma saída do líquido de arrefecimento do bico 110, a terceira abertura do canal de refrigeração 978a pode funcionar como uma entrada do líquido de arrefecimento para a blindagem 114 e a quarta abertura do canal de refrigeração 982a pode funcionar como uma saída do líquido de arrefecimento da blindagem 114. Em algumas modalidades, quando a cabeça de tocha 102 é acoplada ao cartucho 104, a segunda abertura do canal de refrigeração 968a, que funciona como uma saída do líquido de arrefecimento do bico 110 é conectada de modo fluido à terceira abertura do canal de refrigeração 978a, que funciona como uma entrada do líquido de arrefecimento para a blindagem 114. Especificamente, um canal de distribuição no isolador de tocha 118, que liga as aberturas internas 972, 974 do isolador de tocha 118 como descrito acima com referência às figuras13a e 13b, podem direcionar o fluxo do líquido de arrefecimento 950 do segundo canal de refrigeração 968 para o terceiro canal de refrigeração 978 para arrefecer tanto o bico como a blindagem.

[00182] Em algumas modalidades, uma ou mais das aberturas de canal de refrigeração 962a, 968a, 978a, 982a, a abertura do canal de gás de plasma 912a, a abertura do canal de gás de proteção 864a e a abertura do canal principal 1020a estão dispostas na face da extremidade 1102 da extremidade proximal 21 do isolador de tocha 118, onde a face da extremidade pode ser substancialmente plana. Essas aberturas, com exceção da abertura do canal principal 1020a, podem ser dispostas de forma não concêntrica na face da extremidade proximal 1102 em relação ao eixo longitudinal central A. Em algumas modalidades, um ou mais dos canais de refrigeração 962, 968, 978, 982, o canal de gás de plasma 912 e o canal de gás de proteção 864 da estrutura de cartucho 112 não são concêntricos em relação ao eixo longitudinal central A.

Comunicação RFID no cartucho

[00183] Em algumas modalidades, a estrutura do cartucho 112 forma uma interface de comunicação (por exemplo, uma interface de comunicação RFID) entre a cabeça da tocha 102 e a ponta do cartucho. Com referência à figura 17, o corpo isolante 1100 da estrutura do cartucho inclui uma característica de montagem RFID 1230 formada sobre ou na estrutura do cartucho 112 adjacente à face da extremidade 1102 da extremidade proximal 15 da estrutura do cartucho 112. Por exemplo, a característica de montagem 1230 pode ser uma cavidade disposta no corpo da estrutura do cartucho 1110 a partir da face da extremidade 1102. A característica de montagem de RFID 1230 (por exemplo, uma cavidade) pode ser disposta na região interna 1106 da estrutura de cartucho 112 e pode ser localizada/orientada de forma não concentrada em relação ao eixo longitudinal central A.

[00184] O dispositivo de sinal 160 pode ser disposto na característica de montagem 1230 para transmitir informações sobre o cartucho 104 (por exemplo, sobre o eletrodo 108, o bico 110, a blindagem 114 e/ou a própria estrutura do cartucho 112) para um dispositivo leitor adjacente, tal como para o dispositivo de comunicação 122 no isolador 118 da tocha quando a cabeça de tocha 102 é acoplada ao cartucho 104. Por exemplo, o dispositivo de sinal 160 pode ser encaixado na cavidade 1230 e rodeado pelo material isolador do corpo da estrutura do cartucho 1100. O dispositivo de sinal 160 pode ser uma etiqueta RFID de escrita e/ou leitura. As informações exemplificativas codificadas no dispositivo de sinal 160 podem incluir informações genéricas ou fixas, tias como o nome de um componente, marca registrada, fabricante, número de série e/ou modelo. Em algumas modalidades, a informação codificada é exclusiva do componente, tal como composição metálica do componente, peso do componente, data, hora e/ou localização de quando o componente foi fabricado, e etc. Informações codificadas para o dispositivo de sinal 160 também podem especificar parâmetros operacionais e/ou dados sobre o componente que é independente de uma característica física detectável do componente. O dispositivo de sinal 160 pode ser uma etiqueta ou cartão RFID, rótulo ou etiqueta de código de barras, placa de circuito integrado (IC) ou semelhante.

[00185] Em algumas modalidades, a face da extremidade 1102 da extremidade proximal 15 da estrutura de cartucho 112 é substancialmente plana. Nesta configuração, se o cartucho 104 não estiver acoplado à cabeça da tocha 102, um operador pode colocar um leitor, tal como um leitor de RFID instalado em um dispositivo portátil, plano contra a face da extremidade substancialmente plana 1102 para interrogar o dispositivo de sinal 160 e extrair informações armazenadas no dispositivo de sinal 160. Por conseguinte, a estrutura do cartucho 112 pode ser configurada de modo que o dispositivo de sinal 160 montado na estrutura do cartucho 112 seja legível a partir do interior da tocha de arco de plasma 10 (por exemplo, pelo dispositivo de comunicação 122 da cabeça de tocha 102) ou fora da tocha de arco de plasma 10 (por exemplo, por um leitor externo).

[00186] Em outro aspecto da presente invenção, a cabeça da tocha 102 pode ser acoplada a um cartucho que inclui um bico ventilado, caso em que a cabeça da tocha 102 ainda proporciona substancialmente as mesmas funções que proporciona para o cartucho não ventilado 104. A figura 26 é um cartucho exemplificado de ventilação 1300 compatível com a cabeça de tocha 102 de arco de plasma 10 da figura 1, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. A estrutura do cartucho 1302 do cartucho ventilado 1300 pode ser substancialmente a mesma na configuração e/ou na composição do material como a estrutura do cartucho 112 do cartucho 104 não ventilado, de tal modo que a estrutura do cartucho 1302 mantém a mesma interface entre a cabeça de tocha 102 e os componentes da ponta do cartucho, incluindo um eletrodo 1308, um bico ventilado 1310 acoplado a uma camisa do bico 1311 e uma blindagem 1314. Por exemplo, o eletrodo 1308 pode ser substancialmente o mesmo que o eletrodo 108 do cartucho não ventilado 104. O eletrodo 1308 pode ser preso à estrutura do cartucho 1302 do mesmo modo que o eletrodo 108 é preso na estrutura do cartucho 112. A blindagem 1314 pode ser substancialmente a mesma da blindagem 114 do cartucho não ventilado 104, e a blindagem 1314 pode ser presa na estrutura do cartucho 1302 do mesmo modo que a blindagem 114 é na estrutura do cartucho 112.

[00187] A camisa do bico 1311 pode ser disposta e fixada em uma superfície interna do bico ventilado 1310. Cada uma das camisas de bico 1311 e o bico 1310 podem ser fixados diretamente à estrutura do cartucho 1302 de tal modo que a camisa do bico 1311 e o bico 1310 são alinhados axial e radialmente à estrutura do cartucho 1302. Em algumas modalidades, conforme ilustrado na figura 26, uma distância radial 1360 entre uma superfície interna de um anel de turbilhonamento 1316 do cartucho ventilado 1300 e uma superfície externa do eletrodo 1308 é de cerca de 0,08 polegadas (2,0 mm). Em algumas modalidades, a distância de fenda de ruptura mais próxima 1362 entre uma superfície externa do eletrodo 108 e uma superfície internada camisa de bico 1311 é de cerca de 0,05 polegadas (1,27 mm).

[00188] As figuras 27a e 27b são vistas externas da camisa de bico 1311 e o bico ventilado 1310 do cartucho 1300 da figura 26, respectivamente, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. Como mostrado na figura 27b, o bico ventilado 1310 inclui um corpo substancialmente oco que tem uma extremidade/porção proximal 1326 e uma extremidade/porção distal 1328 ao longo do eixo longitudinal A da tocha 10. A extremidade distal 1328 do bico 1310 inclui uma saída de bico centralmente localizada orifício 1332 para a introdução de um arco de plasma, tal como um jato de gás ionizado, para uma peça de trabalho (não mostrada) a ser cortada. Em algumas modalidades, o bico 1310 inclui um canal de refrigeração circunferencial 1339 em torno de uma superfície externa do bico 1310 (isto é, um canal de fluxo que se estende aproximadamente 360 graus em torno do bico 110) que está localizado na extremidade proximal 1326. O canal circunferencial 1339 permite um fluido líquido para fluir sobre a superfície externa do bico 1310 em um padrão de turbulência, promovendo o arrefecimento convectivo e reduzindo a estagnação do líquido.

[00189] Como mostrado na figura 27a, a camisa do bico 1311 inclui um corpo substancialmente oco que define uma extremidade proximal 1334 e uma extremidade distal 1336 ao longo do eixo longitudinal A. A camisa do bico 1311 inclui uma abertura central 1338 na extremidade distal 1336 e um ou mais canais de gás de plasma 1337 orientados longitudinalmente sobre uma superfície externa da camisa 1311 em torno da abertura central 1338. Em algumas modalidades, a camisa do bico 1311 inclui um ou mais orifícios de ventilação 1346 na sua extremidade proximal 1334 para permitir que um fluxo de gás de plasma ventilado passe de uma superfície interna para uma superfície externada camisa de bico 1311. Os orifícios de ventilação 1346 podem ser adequadamente medidos para controlar um ou mais parâmetros de fluxo. A camisa do bico 1311 está adaptada para ser disposta no corpo oco do bico 1310 a partir de uma abertura na porção distal 1326 do bico 1310. A camisa do bico 1311 pode ser alinhado/centrada radialmente em relação ao bico 1310. A abertura central 1338 pode estar em comunicação fluida com o orifício de saída do bico 1332, uma vez que a camisa do bico 1311 está disposta no bico 1310. A extremidade distal 1334 da camisa do bico 1311 pode ser exposta de tal modo que os orifícios de ventilação 1346 não estão obstruídos pelo bico 1310.

[00190] Em algumas modalidades, o fluxo de gás da blindagem através do cartucho ventilado 1300 é substancialmente o mesmo que o fluxo de gás de proteção 868 através do cartucho 104 não ventilado. Em algumas modalidades, o fluxo de gás de plasma através da estrutura do cartucho 1302 é o mesmo fluxo de gás de plasma 900c que flui através da estrutura de cartucho 112. O caminho do fluxo de gás de plasma depois que sai da estrutura de cartucho 112 é ilustrado na figura 26. O caminho do fluxo de gás de plasma 900b da estrutura de cartucho 112, o anel de turbilhonamento 1316 pode ser configurado para introduzir um movimento de turbilhonamento para o fluxo de gás de plasma 1340 à medida que flui distalmente para sair da estrutura de cartucho 1302. O gás de plasma o fluxo 1340 se desloca distalmente entre o eletrodo 1308 e a camisa do bico 1311 para alcançar uma câmara 1342 definida cooperativamente pelo eletrodo 1308, a camisa do bico 1311 e o bico 1310. O fluxo de gás de plasma 1340 pode sair da tocha de arco de plasma 10 através da passagem da câmara 1342, a abertura central 1338 da camisa de bico 1311, o orifício de saída do bico central 1332 e um orifício de saída da blindagem central 1344. Uma pequena porção 1341 do fluxo de gás de plasma 1340 na câmara 1342 pode ser ventilada distalmente através de um ou mais canais de gás de plasma 1337 entre a superfície externa da camisa 1311 e a superfície interna do bico 1310.

[00191] À medida que o fluxo de gás de plasma 1341 viaja distalmente entre a camisa 1311 e o bico 1310, atinge a extremidade proximal 1324 da camisa de bico 1311 e pode sair da camisa de bico 1311 através do orifício de ventilação 1346 na extremidade proximal 1324 que liga uma superfície interna do corpo da camisa de bico 1311 para uma superfície externa do corpo da camisa de bico 1311. O orifício de ventilação 1346 está adaptado para estar em comunicação fluida com um canal de ventilação 1348 que está orientado radialmente no corpo da estrutura de cartucho 1302 para conectar uma superfície interna lateral da estrutura de cartucho 1302 e uma superfície lateral externa da estrutura de cartucho 1302, que por sua vez é exposta à atmosfera. Em algumas modalidades, um canal de ventilação semelhante pode ser construído no corpo isolante 1100 da estrutura do cartucho 112 para o cartucho 112 não ventilado, de tal modo que a mesma estrutura do cartucho seja utilizável no projeto do cartucho ventilado e não ventilado. Assim, o fluxo de gás de plasma distal 1341 pode sair do bico 1310 através do orifício de ventilação 1346 para entrar no canal de ventilação 1348 disposto no corpo da estrutura de cartucho 1302. O fluxo de gás de plasma distal 1341 pode ser ventilado para a atmosfera seguindo o canal de ventilação 1348 da superfície lateral interna para a superfície lateral externa da estrutura de cartucho 1302. Em algumas modalidades, se uma tampa de retenção 120 é usada para conectar a estrutura de cartucho 1302 à cabeça de tocha 102, um orifício de ventilação disposto no corpo da retenção à tampa 120 pode se alinhar com o canal de ventilação 1348 da estrutura do cartucho para permitir que o fluxo de gás de plasma distal 1341 escape da torção 10. Em geral, permitindo que o fluxo de gás de plasma 1341 seja ventilado a partir do cartucho 1300 em vez da cabeça da tocha 102, o ozônio no fluxo de gás de plasma 1341 não destruiria a tocha 10, uma vez que a cabeça da tocha 102 é um componente mais durável que pode ser usado repetidamente enquanto o cartucho 1300 é um componente consumível que pode ser regularmente substituído (por exemplo, por cerca de cada 2 a 20 horas de operação, como por exemplo, aproximadamente a cada 8 horas de operação) ou substituído após cada uso.

[00192] Em algumas modalidades, o fluxo do líquido de arrefecimento através da estrutura do cartucho 1302 é substancialmente o mesmo que o fluxo do líquido de arrefecimento 950 através da estrutura do cartucho 112. No cartucho ventilado 1300, o fluxo do líquido de arrefecimento pode arrefecer o eletrodo 1308 e a blindagem 1314 substancialmente da mesma maneira como o fluxo do líquido de arrefecimento 950 para o cartucho 104 não ventilado usando os mesmos canais de refrigeração e as regiões passagens/fluxo. Por exemplo, o arrefecimento do eletrodo 1308 no cartucho ventilado 1300 pode ser o mesmo que o arrefecimento do eletrodo 108 do cartucho não ventilado 104 utilizando o canal de refrigeração principal 1002 ligado à cavidade 954 do eletrodo 108. Como outro exemplo, o arrefecimento da blindagem 1314 no cartucho ventilado 1300 pode ser o mesmo que arrefece a blindagem 114 do cartucho 104 não ventilado usando os terceiro e quarto canais de refrigeração 978, 982 conectados à região de fluxo do líquido de arrefecimento de blindagem 1222 da blindagem 114.

[00193] Para o arrefecimento do bico ventilado 1310 no cartucho ventilado 1300, o fluxo do líquido de arrefecimento através da estrutura do cartucho 1302 é substancialmente o mesmo que o fluxo do líquido de arrefecimento 950 através da estrutura do cartucho 112 sobre o primeiro e segundo canais de refrigeração 962, 968. O caminho de fluxo do líquido de arrefecimento em direção ao bico ventilado 1310 depois que ele sai da estrutura do cartucho 112 é ilustrado na figura 26. Como mostrado, a abertura 962b do primeiro canal de refrigeração 962, que está situada na superfície lateral interna da estrutura de cartucho 1302, conduz um fluxo do líquido de arrefecimento 1350 da região interna da estrutura de cartucho 1302 para um canal central principal 1351 (por exemplo, o mesmo que o canal principal 1020 da estrutura de cartucho 112). O fluxo do líquido de arrefecimento 1350 pode viajar distalmente para fora do cartucho 1302 sobre o canal principal 1351 e para dentro de uma região de fluxo do líquido de arrefecimento do bico 1352 definida entre o canal circunferencial 1339 na superfície externa do bico 1310 e uma superfície interna da blindagem 1314. Por exemplo, a abertura 962b do primeiro canal de refrigeração 962 pode estar em comunicação fluida com o canal circunferencial 1339 (e a região de fluxo do líquido de arrefecimento do bico 1352) de modo que conduz de forma centralizada o fluxo do líquido de arrefecimento 1350 da estrutura de cartucho 1302 para a região de fluxo do líquido de arrefecimento do bico 1352 de um lado do bico 1310. O fluxo do líquido de arrefecimento 1350 pode viajar distalmente em direção ao canal de fluxo circunferencial 1339 em uma direção longitudinal sobre um lado da região de fluxo do líquido de arrefecimento do bico 1352. Ao alcançar o canal de fluxo circunferencial 1339, o fluxo do líquido de arrefecimento 1350 pode girar em torno do o bico 1310 e retornar de modo proximal no outro lado do bico 1310 substancialmente oposto (por exemplo, cerca de 180 graus) do fluxo distal. O canal de fluxo circunferencial 1339 também pode estar em comunicação fluida com a abertura 968b do segundo canal de refrigeração 968, de tal modo que o fluxo de retorno 1350 pode sair da região de fluxo do líquido de arrefecimento do bico 1352 e entrar na estrutura do cartucho 1302 através da abertura 968b do segundo canal de refrigeração 968.

[00194] Em algumas modalidades, ao contrário do fluxo do líquido de arrefecimento 950 em relação ao bico não ventilado 110, o fluxo do líquido de arrefecimento 1350 para o cartucho ventilado 1300 não entra em uma região entre a camisa 1311 e o bico ventilado 1310. Em vez disso, o fluxo do líquido de arrefecimento 1350 flui em torno de uma circunferência exterior do bico 1310 que está espaçada distalmente em relação à camisa 1311.

[00195] Geralmente, a estrutura de cartucho 112 para o cartucho não ventilado 104 e a estrutura de cartucho 1302 para o cartucho de ventilação 1300 podem ser iguais. Em algumas modalidades, a mesma estrutura do cartucho pode ser usada em diferentes tipos de cartuchos alinhando e anexando diferentes tipos de componentes a estrutura do cartucho. Por exemplo, como descrito acima, uma estrutura de cartucho da presente invenção pode ser acoplada a um bico ventilado ou não ventilado para personalizar as capacidades de ventilação do gás de plasma. Como outro exemplo, diferentes anéis de turbilhonamento (por exemplo, o anel de turbilhonamento 150 ou o anel de turbilhonamento 1316) podem ser ligados à estrutura do cartucho para personalizar o padrão de turbulência do fluxo de gás de plasma através do cartucho. Como outro exemplo, diferentes defletores (por exemplo, o defletor 1112) ou anéis de turbilhonamento de proteção (por exemplo, o anel de turbilhonamento de blindagem 1114) podem ser anexados à estrutura do cartucho para personalizar as propriedades do fluxo de gás de proteção através do cartucho. Assim, a estrutura do cartucho da presente invenção permite que o cartucho consumível possa ser configurado e adaptável para realizar diferentes objetivos de corte.

[00196] A figura 28 é outra estrutura de cartucho exemplificativo 1400 que pode ser adequadamente configurada para formar um cartucho compatível com a cabeça de tocha 102 da figura 1, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. A estrutura do cartucho 1400 é substancialmente a mesma que a estrutura do cartucho 112 ou a estrutura do cartucho 1302. A diferença principal é a forma da extremidade proximal 1402 da estrutura do cartucho 1400, que tem uma configuração de "pétala de flor". Todas outras características da estrutura do cartucho 1400, incluindo as aberturas e canais de entrada e saída, permanecem iguais às da estrutura do cartucho 112. Mesmo que a estrutura do cartucho 112 e a estrutura do cartucho 1400 podem ser feitas de um material isolador, tal como Torlon® ou sulfureto de polifenileno. A configuração "pétala de flor" da extremidade proximal 1402 da estrutura do cartucho 1400 permite que a estrutura do cartucho 1400 seja fabricada usando uma técnica de moldagem por injeção, o que proporciona uma abordagem de fabricação mais rápida e econômica em comparação com processos tradicionais, incluindo o uso de menos massa, melhor resfriamento e mais uniformidade sem cavitação. Em modalidades alternativas, a estrutura do cartucho 112 ou 1400 pode ser usinada.

[00197] Em algumas modalidades, pelo menos uma das camisas de bico 111 ou o isolador de eletrodo 754 é feito a partir de um material não condutor, tal como Torlon® ou sulfureto de polifenileno. Pelo menos um dos eletrodos 108, 1308, a inserção 1200, o bico não ventilado 110, o bico ventilado 1310, a camisa do bico 1311 ou as blindagens 114, 1314 podem ser feitas a partir de um material condutor, como cobre ou latão. Os anéis de turbilhonamento 150, 1316 podem ser feitos a partir de um material condutor, tal como zinco (por exemplo, Zamac 3). Cada um entre o defletor 1112 ou o anel de turbilhonamento de blindagem 1114 pode ser feito a partir de um material isolador ou de um material condutor. Em algumas modalidades, cada um do cartucho 104 não ventilado ou do cartucho ventilado 1300 é composto por pelo menos cerca de 50% de plástico por volume. Em algumas modalidades, um comprimento total do cartucho 104 ou 1300 ao longo do eixo longitudinal A é de cerca de 2 polegadas (5,08 cm) e o maior diâmetro do cartucho 104 ou 1300 ao longo de um plano perpendicular ao eixo longitudinal A é de cerca de 1,7 polegadas (4,3 cm).

[00198] Os eletrodos 108, 1308 e as blindagens 114, 1314 podem ser fabricados usando uma técnica de formação, estampagem ou usinagem a frio. O bico não ventilado 110 ou o bico ventilado 1310 podem ser fabricados usando formação, estampagem ou usinagem a frio com características (por exemplo, orifícios) perfuradas. Os anéis de turbilhonamento 150, 1316 podem ser fabricados usando fundição com orifícios de turbilhonamento perfurados, injeção moldagem com orifícios de turbilhonamento perfurados ou usinagem. O defletor 1112 pode ser formado usando estampagem, fundição, usinagem ou moldagem. O anel de turbilhonamento da blindagem 1114 pode ser formado usando fundição, moldagem ou usinagem. Em geral, para reduzir o custo de fabricação e a complexidade, o cartucho 104 ou 1300 inclui pouco ou nenhum Vespel®, pouca ou nenhuma lava, pouco ou nenhum alumínio, uso mínimo de cobre e/ou muito poucas ranhuras Oring. Além disso, os componentes dos cartuchos 104, 1300 são fabricados para minimizar os orifícios.

[00199] Em algumas modalidades, o cartucho 104 ou o cartucho 1300 são projetados para não serem planos na extremidade proximal, de modo que a interface entre o cartucho e a cabeça de tocha 102 também não seja plana. A figura 29 é um cartucho ventilado exemplificativo 1450 que inclui uma extremidade proximal não plana 154, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. O cartucho ventilado 1450 pode compreender uma face da extremidade 1458 e uma porção distal disjuntiva 1460 disposta sobre uma estrutura de cartucho 1454. Especificamente, a porção distal saliente 1460 é uma porção da estrutura de cartucho 1454 que forma o canal central principal 1456. A porção distal saliente 1460 podem se estender distalmente ao longo do eixo longitudinal A para além da face da extremidade 1458 da região interna 1462 da estrutura de cartucho 1454. Todas outras características/funções do cartucho 1450 podem permanecer substancialmente iguais ao cartucho de ventilação 1300 descrito acima.

[00200] A figura 30 é uma vista explodida do cartucho 104 da figura 18, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. Para montar o cartucho 104, o inserto emissivo 1200 pode primeiro ser inserido no eletrodo 108 na extremidade distal 1202 do eletrodo 108. O eletrodo 108 pode então ser acoplado ao isolador de eletrodo 754 a partir da extremidade distal do isolador de eletrodo 754. Por exemplo, os elementos de retenção externos 1066 do eletrodo 108 podem se acoplar aos elementos de retenção internos 1068 do eletrodo 754 para se alinhar axialmente aos componentes e alinhá-los/centralizá-los radialmente ao longo da interface 1067. Os componentes resultantes podem ser acoplados ao anel de turbilhonamento 150 para formar um primeiro subconjunto 1502. Por exemplo, o elemento de retenção externo 1056 do isolador de eletrodo 754 pode se acoplar ao elemento de retenção interno 1054 do anel de turbilhonamento 150 para se alinhar axialmente aos componentes e alinhá-los/centralizá-los radialmente ao longo da interface 1055. Em algumas modalidades, uma ou mais juntas tóricas são usadas para proteger ainda mais os componentes (por exemplo, o anel de turbilhonamento 150, o isolador elétrico 75 e o eletrodo 108) em relação um ao outro no primeiro subconjunto 1502. Um segundo subconjunto 1504 pode ser formado fixando o bico 110 à camisa do bico 111, onde o bico 110 pode ser disposto no corpo oco da camisa de bico 111. Em algumas modalidades, uma ou mais juntas tóricas são usadas para proteger ainda mais o bico 110 e a camisa do bico 111 em relação um ao outro no segundo subconjunto 1504.

[00201] O primeiro subconjunto 1502, o segundo subconjunto 1504 e a blindagem 114 podem ser ligados diretamente à estrutura de cartucho 112 para formar o cartucho 104. Por exemplo, um elemento de retenção externo 1052 do anel de turbilhonamento 150 pode se acoplar ao elemento de retenção interno 1058 da estrutura do cartucho 112 para se alinhar axialmente aos componentes e alinhá-los/centralizá-los radialmente ao longo da interface 1053. Um elemento de retenção externo 1070 do bico 110 pode se acoplar aos outros elementos de retenção interno 1072 da estrutura de cartucho 112 para se alinhar axialmente aos componentes e alinhá-los/centralizá-los radialmente ao longo da interface 1071. Um elemento de retenção externo 1062 da estrutura de cartucho 112 pode se acoplar a um elemento de retenção interno 1064 da blindagem 114 para se alinhar axialmente aos componentes e alinhá-los/centralizá-los radialmente ao longo da interface 1063. Além disso, uma extremidade distal da blindagem 114 pode ser fechada por compressão para dentro de um rebite 1065 na superfície externa da estrutura de cartucho 112 para prender os dois componentes juntos. Em algumas modalidades, são utilizadas uma ou mais juntas tóricas para auxiliar no engate do primeiro subconjunto 1502, do segundo subconjunto 1504 e/ou da blindagem 114 na estrutura de cartucho 112.

[00202] Também deve ser entendido que os vários aspectos e modalidades da invenção podem ser combinados de diversas formas. Com base nos ensinamentos deste relatório, uma pessoa versada na técnica pode prontamente determinar como combinar estas várias modalidades. Além disso, modificações podem ocorrer para aqueles versados na arte após a leitura do relatório.

Claims

1. Estrutura de cartucho consumível para uma tocha de arco de plasma arrefecida por líquido, a estrutura de cartucho consumível sendo CARACTERIZADA por compreender: um corpo isolante configurado para ser disposto entre uma cabeça de tocha e uma ponta do cartucho; um primeiro canal de arrefecimento, disposto no corpo, configurado para conduzir um primeiro fluxo de fluido recebido da cabeça da tocha para entrar em contato com um componente da ponta do cartucho conectado à estrutura do cartucho; e um primeiro canal de retorno, disposto no corpo, configurado para conduzir pelo menos uma porção do primeiro fluxo de fluido do componente para a cabeça da tocha, em que o primeiro canal de arrefecimento e o primeiro canal de retorno não são concêntricos em relação ao eixo longitudinal central do corpo.

2. Estrutura de cartucho consumível de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de ainda compreender uma característica de engate de tocha configurada para fixar radialmente a ponta do cartucho para a cabeça da tocha em uma orientação predeterminada.

3. Estrutura de cartucho consumível de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que o primeiro canal de arrefecimento é configurado para se alinhar substancialmente com um primeiro canal de arrefecimento correspondente da cabeça da tocha quando a ponta do cartucho é fixada radialmente à cabeça da tocha através da característica de engate da tocha, o primeiro canal de arrefecimento por líquido adaptado para conduzir um líquido de arrefecimento da cabeça da tocha para dentro da ponta do cartucho.

4. Estrutura de cartucho consumível de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que o primeiro canal de retorno é configurado para se alinhar substancialmente com um primeiro canal de retorno da cabeça da tocha correspondente, quando a ponta do cartucho é fixada radialmente à cabeça da tocha através da característica de engate da tocha, o primeiro canal de retorno adaptado para retornar o líquido de arrefecimento da ponta do cartucho para a cabeça da tocha.

5. Estrutura de cartucho consumível de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de compreender uma ou mais das seguintes aplicações, a) o primeiro canal de arrefecimento e o primeiro canal de retorno se estendem longitudinalmente de uma região proximal para uma região distal do corpo isolante e não se sobrepõem. b) a estrutura de cartucho consumível adicionalmente compreende um canal central disposto no corpo isolante e concêntrico em relação ao eixo longitudinal central do corpo isolante, o canal central configurado para executar pelo menos um de (i) conduzir o primeiro fluxo de fluido da cabeça da tocha para um eletrodo ou (ii) passar uma corrente elétrica da cabeça da tocha para o eletrodo; c) a estrutura de cartucho consumível adicionalmente compreende um segundo canal de arrefecimento, disposto no corpo isolante, configurado para conduzir pelo menos uma porção do primeiro fluxo de fluido recebido da cabeça da tocha para contatar um segundo componente da ponta do cartucho diferente do primeiro componente; e um segundo canal de retorno, disposto no corpo isolante, configurado para conduzir pelo menos uma porção do primeiro fluxo de fluido do segundo componente para a cabeça da tocha, em que o segundo canal de arrefecimento e o segundo canal de retorno não são concêntricos em relação ao eixo longitudinal central do corpo isolante; d) o primeiro fluxo de fluido compreende um fluxo do líquido de arrefecimento; e) o componente da ponta do cartucho compreende um bico ou blindagem; e f) a estrutura de cartucho consumível adicionalmente compreende pelo menos um canal de gás, disposto no corpo isolante, configurado para conduzir um segundo fluxo de fluido para um segundo componente da ponta do cartucho, em que o pelo menos um canal de gás não é concêntrico em relação ao eixo longitudinal central do corpo isolante, onde opcionalmente o segundo fluxo de fluido compreende um fluxo de gás de plasma ou um fluxo de gás de proteção, ou onde o segundo componente compreende um bico ou blindagem.

6. Estrutura de cartucho para um cartucho de tocha de arco de plasma arrefecida por líquido, a estrutura do cartucho sendo CARACTERIZADA pelo fato de compreender: um corpo da estrutura do cartucho possuindo uma região central, uma superfície interna, uma superfície externa, uma porção proximal e uma porção distal, em que o corpo da estrutura do cartucho é pelo menos substancialmente feito de um material não condutor; uma superfície da interface de engate da tocha localizada na porção proximal do corpo da estrutura do cartucho, a superfície da interface de engate da tocha configurada para encaixar uma cabeça da tocha; uma pluralidade de características de alinhamento de componentes formadas na região central; e uma pluralidade de canais entre a porção proximal e a porção distal, a pluralidade de canais instalada fora do eixo central da região central e a pluralidade de canais configurados para direcionar líquido e gás através da estrutura do cartucho.

7. Estrutura de cartucho de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADA pelo fato de que uma ou mais das características de alinhamento de componente são configuradas para alinhar um bico para a superfície interna da estrutura do cartucho e se encaixar de modo apropriado com o bico para a superfície interna.

8. Estrutura de cartucho consumível de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que uma ou mais características de alinhamento de um componente compreendem um ou mais etapas configuradas para alinhar axialmente e encaixar de forma apropriada o bico na estrutura do cartucho.

9. Estrutura de cartucho consumível de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que uma ou mais características de alinhamento de componente compreendem um diâmetro variável ao longo de uma seção da superfície interna da estrutura do cartucho para alinhar radialmente e encaixar de maneira apropriada o bico na estrutura do cartucho.

10. Estrutura de cartucho consumível de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADA pelo fato de compreender uma ou mais das seguintes aplicações, a) uma ou mais das características de alinhamento dos componentes são configuradas para alinhar uma blindagem para a superfície externa da estrutura do cartucho e encaixar de forma acoplada a blindagem na superfície externa; b) a pluralidade de canais compreende um canal de gás de proteção configurado para proporcionar um fluxo de gás de proteção medido através do mesmo, opcionalmente a estrutura de cartucho consumível compreende ainda um defletor e um anel de turbilhonamento de proteção dispostos na porção distal do corpo da estrutura do cartucho, o defletor e o anel de turbilhonamento de proteção estão em comunicação fluida com o canal de gás de proteção para ajustar pelo menos um parâmetro do fluxo de gás de proteção através desta; c) a estrutura de cartucho consumível adicionalmente compreende: uma abertura na superfície interna da estrutura do cartucho, em que a pluralidade de canais inclui um canal de refrigeração configurado para fornecer um líquido de arrefecimento a um bico, e em que a abertura está em comunicação fluida com o canal de refrigeração para conduzir o líquido de arrefecimento para longe do bico; d) a estrutura de cartucho consumível adicionalmente compreende: uma abertura na superfície externa da estrutura do cartucho, em que a pluralidade de canais inclui um canal de refrigeração configurado para fornecer um líquido de arrefecimento a uma blindagem, e em que a abertura está em comunicação fluida com o canal de refrigeração para conduzir o líquido de arrefecimento para longe da blindagem; e e) a estrutura de cartucho consumível adicionalmente compreende uma passagem de ventilação que se prolonga a partir da superfície interna para a superfície externa da estrutura do cartucho.

11. Cartucho consumível para uma tocha de arco de plasma arrefecida por líquido, o cartucho CARACTERIZADO pelo fato de compreender: uma porção de corpo que tem uma região distal e uma região proximal; uma porção de ponta localizada na região distal, a porção de ponta incluindo um emissor de plasma e um constritor de arco de plasma; e dois ou mais canais não concêntricos que se prolongam da região proximal até a porção da ponta na região distal do corpo.

12. Estrutura de cartucho consumível de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADA pelo fato de compreender uma ou mais das seguintes aplicações, a) dois ou mais canais não concêntricos estão dispostos em uma estrutura de cartucho feita de um material isolante, onde opcionalmente a estrutura do cartucho forma uma interface entre a porção da ponta e a cabeça da tocha; e b) a porção de ponta compreende pelo menos um entre um bico, uma blindagem ou um eletrodo, onde opcionalmente i) dois ou mais canais não concêntricos incluem: um primeiro conjunto de canais, incluindo um canal de refrigeração e um canal de retorno em comunicação fluida com o bico para fornecer e receber pelo menos uma porção do líquido de arrefecimento do bico; e um segundo conjunto de canais, incluindo um canal de refrigeração e um canal de retorno em comunicação fluida com a blindagem para fornecer e receber pelo menos uma porção do líquido de arrefecimento da blindagem, onde opcionalmente dois ou mais canais não concêntricos incluem um canal de gás de plasma para fornecer um gás de plasma a uma passagem entre um anel de turbilhonamento e o bico; e/ou c) ) os dois ou mais canais não concêntricos incluem um canal de gás de proteção para fornecer um gás de proteção a uma passagem entre a blindagem e o bico; e/ou d) i) o cartucho consumível compreende ainda um canal central em comunicação fluida com o eletrodo, o canal central configurado para passar pelo menos um de um líquido de arrefecimento ou uma corrente elétrica para o eletrodo.

13. Estrutura de cartucho consumível para uma tocha de arco de plasma arrefecida por líquido, a estrutura de cartucho consumível sendo CARACTERIZADA pelo fato de compreender: uma primeira interface configurada para se conectar a uma cabeça da tocha de arco de plasma, em que a primeira interface inclui uma característica de alinhamento configurada para se fixar radialmente à cabeça da tocha em uma orientação predeterminada; uma segunda interface espaçada axialmente em relação à primeira superfície ao longo de um eixo longitudinal do consumível, a segunda interface configurada para se conectar a uma pluralidade de componentes incluindo pelo menos um bico, uma blindagem, um eletrodo e um anel de turbilhonamento; e uma porção de corpo que se prolonga ao longo do eixo longitudinal para conectar a primeira interface com a segunda interface, a porção de corpo incluindo uma pluralidade de canais configurados para transportar líquido e gás entre a cabeça de tocha e a pluralidade de componentes através da primeira interface e a segunda interface.

14. Estrutura de cartucho consumível de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de compreender uma ou mais das seguintes aplicações, a) a primeira interface, onde opcionalmente a pluralidade de canais é adaptada para se alinhar com os canais correspondentes na cabeça da tocha na orientação predeterminada para transportar líquido e gás entre a cabeça da tocha e a pluralidade de componentes; b) a segunda interface compreende: pelo menos um degrau sobre uma superfície interna da estrutura do cartucho consumível para encaixar de forma apropriada e alinhar axialmente o bico à estrutura do cartucho; e pelo menos uma seção da superfície interna da estrutura do cartucho consumível com diâmetro variável para encaixar de forma acoplável e alinhar radialmente o bico à estrutura do cartucho; c) a segunda interface compreende características de alinhamento configuradas para alinhar axialmente e radialmente a blindagem com a estrutura do cartucho e encaixar de forma acoplada a blindagem na estrutura do cartucho, as características de alinhamento compreendem pelo menos um entre um degrau ou uma seção de acoplamento em uma superfície externa do cartucho consumível; d) a estrutura de cartucho consumível compreende ainda uma cavidade disposta na porção de corpo adjacente à primeira interface, a cavidade é configurada para receber uma etiqueta de identificação de radiofrequência (RFID) para se comunicar com um dispositivo leitor da cabeça da tocha; e e) dois ou mais canais da pluralidade de canais não são concêntricos.

15. Estrutura de cartucho para um cartucho de tocha de arco de plasma arrefecida por líquido, a estrutura de cartucho sendo CARACTERIZADA pelo fato de compreender: um corpo da estrutura de cartucho que tem uma porção proximal, uma porção distal, uma superfície externa e uma abertura interna a um canal central no corpo da estrutura do cartucho; um canal de gás de proteção que se prolonga a partir da porção proximal do corpo da estrutura do cartucho para a porção distal do corpo da estrutura do cartucho; um canal de fornecimento de líquido de arrefecimento do bico que se prolonga desde a porção proximal do corpo da estrutura do cartucho até a abertura interna; um canal de retorno do líquido de arrefecimento do bico que se prolonga a partir da abertura interna do corpo de estrutura do cartucho para a porção proximal; um canal de fluxo do líquido de arrefecimento circunferencial na superfície externa do corpo da estrutura do cartucho; um canal de fornecimento de líquido de arrefecimento da blindagem que se prolonga da porção proximal até o canal de fluxo do líquido de arrefecimento circunferencial; e um canal de retorno do líquido de arrefecimento da blindagem que se prolonga do canal de fluxo do líquido de arrefecimento circunferencial para a porção proximal.