BR112019025847A2

BR112019025847A2 - eletrodo eletromecânico linearmente atuado

Info

Publication number: BR112019025847A2
Application number: BR112019025847-7A
Authority: BR
Inventors: Andrew Raymond; David A. Tatham; Leonid Pekker; Daniel A. Cote; Geoffrey H. Putnam; Ryan Lynaugh
Original assignee: The Esab Group Inc.
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2020-07-14
Also published as: CA3066404A1; US10616988B2; CN110771269A; AU2018288647A1; WO2018236662A1; EP3643146A1; MX2019014495A; US20180368246A1

Abstract

As abordagens deste documento proporcionam um maçarico a arco de plasma incluindo uma ponta ao redor de um eletrodo, o eletrodo possuindo uma extremidade proximal e uma extremidade distal e uma blindagem ao redor da ponta, a blindagem incluindo um orifício de saída próximo à extremidade distal do eletrodo. O maçarico pode ainda incluir um dispositivo de atuação linear acoplado com o eletrodo para atuar o eletrodo de modo que a extremidade distal do eletrodo se mova axialmente em relação à ponta e ao orifício de saída da blindagem. Em algumas abordagens, o dispositivo de atuação linear é operável para atuar o eletrodo ao longo de um eixo geométrico longitudinal central que se estende através da ponta. Em algumas abordagens, o dispositivo de atuação linear pode incluir um dentre: um motor de atuação microlinear, um motor de passo microlinear, uma bobina de voz, uma bobina solenoide e um atuador magnetostritivo. Em algumas abordagens, o eletrodo é atuado durante um ciclo de soldagem ou de corte do maçarico.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ELE- TRODO ELETROMECÂNICO LINEARMENTE ATUADO". Referência Cruzada a Pedidos Relacionados

[001] O presente pedido internacional reivindica prioridade para o Pedido de Patente Não Provisório U.S. No. 15/628.278, depositado em de junho de 2017, cuja revelação é incorporada por referência em sua totalidade neste documento. Campo da revelação

[002] A presente revelação refere-se, em geral, a maçaricos a arco de plasma e mais particularmente, a dispositivos e métodos para linearmente atuar um eletrodo de um maçarico a arco de plasma. Discussão da Técnica Relacionada

[003] Dispositivos de plasma tais como os maçaricos a arco de plasma, podem ser utilizados para cortar, marcar, goivar e soldar pe- ças de trabalho de metal por direcionar um fluxo de plasma de alta energia que consiste em partículas de gás ionizadas em direção à pe- ça de trabalho. Em um maçarico a arco de plasma típico, o gás a ser ionizado é alimentado para uma extremidade distal do maçarico e flui passando por um eletrodo antes de sair através de um orifício na pon- ta ou no bocal do maçarico a arco de plasma. O eletrodo possui um potencial relativamente negativo e opera como um cátodo. Inversa- mente, a ponta do maçarico possui um potencial relativamente positivo e opera como um ânodo. Adicionalmente, o eletrodo está em uma re- lação espaçada com a ponta, desse modo criando um espaço, na ex- tremidade distal do maçarico. Em operação, um arco piloto é criado no espaço entre o eletrodo e a ponta, o qual aquece e subsequentemente ioniza o gás. O gás ionizado é então expelido do maçarico e aparece como um fluxo de plasma que se estende distalmente da ponta. À me- dida que a extremidade distal do maçarico é movida para uma posição próxima à peça de trabalho, o arco salta ou é transferido a partir da ponta do maçarico para a peça de trabalho devido à impedância da peça de trabalho em relação ao solo ser menor que a impedância da ponta do maçarico em relação ao solo. Consequentemente, a peça de trabalho serve como ânodo, e o maçarico a arco de plasma é operado em um modo de "arco transferido".

[004] As abordagens atuais incluem um eletrodo de posição fixa não ajustável ou um eletrodo de posição fixa alterável apenas por ajus- tar manualmente o eletrodo, o que pode exigir a desmontagem parcial do maçarico. Por exemplo, nos projetos atuais, o recuo do eletrodo pode ser fixado com um dispositivo de travamento rosqueado junto a uma pinça ou ao corpo adjacente da pinça. Com esse projeto, para ajustar o recuo do eletrodo, é necessário desligar o maçarico e reinici- ar o sistema subsequentemente. Sumário da Revelação

[005] Em vista do dito acima, em uma abordagem, um maçarico a arco de plasma inclui uma ponta em torno de um eletrodo, o eletrodo possuindo uma extremidade proximal e uma extremidade distal, e uma blindagem em torno da ponta, a blindagem incluindo um orifício de sa- ída próximo à extremidade distal do eletrodo. O maçarico a arco de plasma pode adicionalmente incluir um dispositivo de atuação linear acoplado com o eletrodo ou com a ponta para atuar o eletrodo ou a ponta, de modo que a extremidade distal do eletrodo se mova axial- mente em relação ao orifício de saída da blindagem.

[006] Em outra abordagem, um sistema a arco de plasma inclui um maçarico a arco de plasma possuindo um eletrodo cercado por uma ponta, o eletrodo incluindo uma extremidade proximal e uma ex- tremidade distal, e uma blindagem ao redor da ponta, a blindagem in- cluindo um orifício de saída próximo à extremidade distal do eletrodo. O sistema a arco de plasma adicionalmente inclui um dispositivo de atuação linear acoplado com o eletrodo ou com a ponta para ajustar uma posição relativa do eletrodo e da ponta ao longo de um eixo geo- métrico longitudinal central, onde o eixo geométrico longitudinal central se estende através de um furo central da ponta.

[007] Em ainda outra abordagem, um método inclui proporcionar um maçarico a arco de plasma, incluindo um eletrodo rodeado por uma ponta, o eletrodo possuindo uma extremidade proximal e uma ex- tremidade distal. O método adicionalmente inclui proporcionar uma blindagem em torno da ponta, a blindagem incluindo um orifício de sa- ída próximo à extremidade distal do eletrodo, e atuar, por um dispositi- vo de atuação linear, o eletrodo ou a ponta ao longo de um eixo geo- métrico longitudinal central que se estende através de um furo da pon- ta. Breve Descrição dos Desenhos

[008] Os desenhos acompanhantes ilustram abordagens ilustrati- vas da revelação e, nos quais:

[009] A Figura 1 é uma vista lateral em corte de um maçarico a arco de plasma de acordo com modalidades ilustrativas da revelação;

[0010] A Figura 2 é uma vista lateral em corte do maçarico a arco de plasma da Figura 1 de acordo com modalidades ilustrativas da re- velação;

[0011] As Figuras 3A e B são vistas em corte lateral de uma ope- ração de soldagem do maçarico a arco de plasma da Figura 1 de acordo com modalidades ilustrativas da revelação;

[0012] A Figura 4 é uma vista lateral de um dispositivo de atuação linear e consumíveis de um maçarico a arco de plasma de acordo com modalidades ilustrativas da revelação;

[0013] A Figura 5 é uma vista lateral de um dispositivo de atuação linear e consumíveis de um maçarico a arco de plasma de acordo com modalidades ilustrativas da revelação;

[0014] A Figura 6 é uma vista lateral de um dispositivo de atuação linear e consumíveis de um maçarico a arco de plasma de acordo com modalidades ilustrativas da revelação;

[0015] A Figura 7 é uma vista lateral de um dispositivo de atuação linear e consumíveis de um maçarico a arco de plasma de acordo com modalidades ilustrativas da revelação; e

[0016] A Figura 8 é um fluxograma ilustrando um processo ilustra- tivo de acordo com modalidades ilustrativas da revelação.

[0017] Os desenhos não estão necessariamente em escala. Os desenhos são meramente representações, não pretendendo retratar parâmetros específicos da revelação. Os desenhos são pretendidos para representar modalidades ilustrativas da revelação e, portanto, não são considerados limitativos no escopo. Nos desenhos, numera- ção igual representa elementos iguais. Descrição das Modalidades

[0018] A presente revelação prosseguirá agora com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais várias abordagens são apresen- tadas. Entretanto, será apreciado que o cabo do maçarico revelado pode ser incorporado de muitas formas diferentes e não deve ser in- terpretado como limitado às abordagens expostas neste documento. Ao invés disso, essas abordagens são proporcionadas de modo que esta revelação seja inteira e completa, e transmitirá totalmente o esco- po da revelação para os versados na técnica. Nos desenhos, números iguais se referem a elementos iguais por todas as partes.

[0019] Conforme utilizado neste documento, um elemento ou ope- ração citada no singular e precedida com a palavra "um" ou "uma" de- ve ser entendida como não excluindo elementos ou operações plurais, a menos que tal exclusão seja explicitamente citada. Adicionalmente, referências a "uma abordagem" da presente revelação não são pre- tendidas para serem interpretadas como excluindo a existência de abordagens adicionais que também incorporam as características cita-

das.

[0020] Adicionalmente, os termos espacialmente relativos, tais como "sob", "abaixo", "inferior", "central", "acima", "superior", "no", "so- bre", dentre outros, podem ser utilizados neste documento para facili- tar a descrição da relação de um elemento com outro(s) elemento(s), conforme ilustrado nas figuras. Será entendido que os termos espaci- almente relativos podem abranger diferentes orientações do dispositi- vo em utilização ou operação em adição da orientação representada nas figuras.

[0021] Alguns exemplos podem ser descritos utilizando a expres- são "acoplado" e "conectado" junto com seus derivados. Esses termos não são necessariamente pretendidos como sinônimos um para o ou- tro. Por exemplo, as descrições utilizando os termos "conectado" e/ou "acoplados" podem indicar que dois ou mais elementos estão em con- tato físico ou elétrico direto um com o outro. Entretanto, o termo "aco- plado" também pode significar que dois ou mais elementos não estão em contato direto um com o outro, mas ainda assim cooperam ou inte- ragem.

[0022] Como descrito acima, nos sistemas de corte da técnica an- terior, é difícil iniciar um arco de maneira confiável e detectar o fim da vida útil do cátodo e do bocal. Os sistemas de corte a plasma existen- tes utilizando o início de contato proporcionam contato entre o cátodo e o ânodo para iniciar um arco para iniciar o processo de corte. O iní- cio bem-sucedido de um arco em um sistema é uma função do movi- mento relativo entre o cátodo e o ânodo, bem como da taxa de fluxo de gás na câmara de plasma. O arco é criado através da ponte do es- paço estacionário entre o cátodo e o ânodo com outro condutor. O in- tervalo ânodo-cátodo é criado por um aumento na pressão do gás na câmara do arco até que o cátodo condutor ou de movimento se mova a partir do ânodo e desenhe um arco entre o cátodo e o ânodo. O fluxo de gás empurra o arco através do bocal, movendo o mesmo para a peça de trabalho.

[0023] Existe um equilíbrio entre o fluxo de massa do gás e a velo- cidade em que o cátodo se move a partir do ânodo. Em alguns casos, o arco pode ser extinto ou exigirá tanta energia para sustentar o arco que pode levar ao desgaste prematuro do ânodo e/ou do cátodo. Outro problema que existe com o início do contato é utilizar o padrão de ar, o que resulta na formação de uma camada de óxido no ânodo e no cá- todo o qual isola o ânodo/cátodo, causando o fim prematuro da vida útil.

[0024] Para endereçar a essa necessidade, as modalidades deste documento proporcionam um eletrodo/elemento emissivo atuado line- ar. A atuação do elemento emissivo pode controlar o fluxo de gás (por exemplo, a pressão do gás na câmara de plasma) e a posição do cá- todo em relação ao bocal. Isso pode permitir que o fluxo de gás seja uma função da posição, e aumenta a habilidade de manter arcos de plasma para uma ampla variedade de faixas de fluxo por reduzir os requerimentos de tensão em qualquer espaço, enquanto permitindo que as fontes de alimentação aumentem a corrente em qualquer nível de energia particular em função da distância entre o cátodo e o ânodo. Adicionalmente, o fim da vida útil pode ser determinado pela medição da posição do elemento emissivo em relação ao cátodo e ao ânodo para um dado nível de energia e/ou corrente.

[0025] Adicionalmente, a detecção da posição do cátodo pode ser incorporada ao projeto para permitir que o controle preciso da posição esteja apto a correlacionar a posição do cátodo com o desgaste e o consumo da peça. Os métodos utilizados para determinar a posição do cátodo podem incluir potenciômetros lineares e rotativos, transforma- dor diferencial variável linear (LVDT), codificador absoluto, codificador relativo, capacitivo, opto, HAL e outros sensores de campo magnético que variam uma tensão de saída em resposta a um campo magnético.

[0026] Com referência às Figuras | e 2, um maçarico a arco de plasma (daqui em diante "maçarico") 10 de acordo com as modalida- des da revelação será descrito em mais detalhes. Como utilizado nes- te documento, um maçarico a arco de plasma deve ser interpretado pelos versados na técnica como sendo um aparelho que gera ou utiliza plasma para operações de corte, soldagem, pulverização, goivagem ou marcação, entre outras, sejam manuais ou automatizadas. Conse- quentemente, a referência específica aos maçaricos de corte a arco de plasma ou aos maçaricos a arco de plasma não deve ser interpretada como limitativa do escopo da presente revelação. Adicionalmente, a referência específica ao fornecimento de gás para um maçarico a arco de plasma não deve ser interpretada como limitativa do escopo da presente revelação, de modo que outros fluidos, por exemplo, líquidos, também podem ser proporcionados para o maçarico a arco de plasma de acordo com os ensinamentos da presente revelação.

[0027] Como apresentado, o maçarico 10 inclui um ou mais con- sumíveis 16, como um eletrodo 100, uma ponta 102 e uma tampa de blindagem ou blindagem 114. A blindagem 114 pode incluir um orifício de saída 118 próximo a uma extremidade distal 122 do eletrodo 100. Será apreciado que o maçarico 10 também inclui outros componentes, os quais não são apresentados por questões de brevidade e facilidade de explicação. O maçarico 10 pode adicionalmente incluir um disposi- tivo de atuação linear 120 acoplado com o eletrodo 100 ou com a pon- ta 102 para atuar o eletrodo 100 ou a ponta 102, de modo que a ex- tremidade distal 122 do eletrodo 100 se mova axialmente (por exem- plo, linearmente para cima/para baixo) em relação ao orifício de saída 118 da blindagem 114. Mais especificamente, o dispositivo de atuação linear 120 é operável para atuar o eletrodo 100 ao longo de um eixo geométrico longitudinal central 'CA' se estendendo através de um furo central da ponta 102 e do eletrodo 100. Como será descrito em mais detalhes abaixo, o dispositivo de atuação linear 120 pode incluir um dentre: um motor de atuação microlinear, um motor de passo microli- near, uma bobina de voz, uma bobina solenoide ou um atuador mag- netostritivo.

[0028] Em algumas modalidades, o maçarico 10 pode incluir um sistema de controle 125 operável com o maçarico 10, por exemplo, operável com o dispositivo de atuação linear 120 e/ou com o eletrodo

100. Especificamente, o sistema de controle 125 pode incluir um sen- sor 127 configurado para receber uma tensão elétrica gerada a partir do eletrodo 100 e/ou receber uma indicação de uma posição da ex- tremidade distal 122 do eletrodo 100 em relação ao orifício de saída 118 da blindagem 114. Em um exemplo, o sensor 127 pode monitorar especificamente uma posição e/ou tamanho de uma inserção emissiva do eletrodo 100. Em algumas modalidades, o sistema de controle 125 pode recuperar dados históricos de posição do eletrodo a partir da memória 129 e então comparar a saída recebida com os dados históri- cos da posição do eletrodo. O sistema de controle 125 é então confi- gurado para detectar a degradação do eletrodo 100 no caso em que a saída se desvia dos dados históricos de posição do eletrodo em uma quantidade predeterminada. Baseado em um nível de degradação, o fim da vida útil pode ser determinado e/ou previsto. Isso pode ser ar- mazenado na memória 129 e comunicado a um operador do maçarico

10.

[0029] Em algumas modalidades, o sistema de controle 125 pode ser um sistema especialista no maçarico a arco de plasma 10 ou em um computador remoto. O sistema de controle 125 pode incluir um componente de processamento para processar ou executar operações lógicas para um ou mais componentes do maçarico a arco de plasma

10. O componente de processamento pode incluir vários elementos de hardware, elementos de software ou uma combinação de ambos. Exemplos de elementos de hardware podem incluir dispositivos, dis- positivos lógicos, componentes, processadores, microprocessadores, circuitos, circuitos de processador, elementos de circuito (por exemplo, transistores, resistores, capacitores, indutores, dentre outros), circuitos integrados, circuitos integrados específicos de aplicação (ASIC) , dis- positivos lógicos programáveis (PLD), processadores de sinal digital (DSP), arranjo de portas programável em campo (FPGA), unidades de memória, portas lógicas, registradores, dispositivo semicondutor, chips, microchips, conjuntos de chips, dentre outros. Exemplos de elementos de software podem incluir componentes de software, pro- gramas, aplicativos, programas de computador, programas aplicativos, controladores de dispositivo, programas de sistema, programas de de- senvolvimento de software, programas de máquina, software de siste- ma operacional, middleware, firmware, componentes de software, roti- nas, subrotinas, funções, métodos, procedimentos, interfaces de sof- tware, interfaces de programa aplicativo (API), conjuntos de instru- ções, código de computação, código de computador, segmentos de código, segmentos de código de computador, palavras, valores, siím- bolos ou qualquer combinação dos mesmos. Determinar se um exem- plo é implementado utilizando elementos de hardware e/ou elementos de software pode variar de acordo com qualquer número de fatores, tal como a taxa computacional desejada, os níveis de energia, as tolerân- cias de calor, o orçamento do ciclo de processamento, as taxas de da- dos de entrada, as taxas de dados de saída, os recursos de memória, as velocidades do barramento de dados e outras restrições de projeto ou desempenho, conforme desejado para um dado exemplo.

[0030] Em algumas modalidades, o componente de processamen- to pode incluir elementos de computação comuns, tal como os proces- sadores multinúcleo, os coprocessadores, as unidades de memória, os chipsets, os controladores, os periféricos, as interfaces, os osciladores, os dispositivos de temporização, as placas de vídeo, as placas de áu- dio, os componentes de entrada/saída (E/S) de multimídia (por exem- plo, vídeos digitais), fontes de alimentação, dentre outros. Exemplos de unidades de memória podem incluir, sem limitação, vários tipos de mídia de armazenamento legível por computador e legível por máqui- na na forma de uma ou mais unidades de memória de velocidade mais alta, tal como a memória somente para leitura (ROM), a memória de acesso aleatório (RAM), a RAM dinâmica (DRAM), a DRAM de taxa dupla de dados (DDRAM), a DRAM síncrona (SDRAM), a RAM estáti- ca (SRAM), a ROM programável (PROM), a ROM programável apagá- vel (EPROM), a ROM programável eletricamente apagável (EE- PROM), a memória flash, a memória de polímero, tal como a memória de polímero ferroelétrico, a memória ovônica, a memória ferroelétrica ou de mudança de fase, a memória de óxido de silício-nitreto-óxido- silício (SONOS), os cartões magnéticos ou ópticos, um conjunto de dispositivos tais como unidades de Arranjo Redundante de Discos In- dependentes (RAID), os dispositivos de memória de estado sólido (por exemplo, a memória USB), as unidades de estado sólido (SSD) e qualquer outro tipo de mídia de armazenamento adequado para arma- zenar informações.

[0031] Como apresentado na Figura 1, o dispositivo de atuação linear 120 pode fazer com que o eletrodo 100 se mova distalmente em direção ao orifício de saída 118, por exemplo, até que o eletrodo 100 faça contato físico direto com a ponta 102. Como apresentado na Figu- ra 2, o dispositivo de atuação linear 120 pode fazer com que o eletrodo 100 se mova proximamente para longe do orifício de saída 118, de modo que um espaço entre o eletrodo 100 e a ponta 102 aumente. Du- rante a operação do maçarico 10, o eletrodo 100 e a ponta 102 podem ser colocados em contato durante um modo de partida do arco. En-

quanto isso, durante um modo de operação, o eletrodo 100 e a ponta 102 podem ser separados um do outro. Ao contrário dos projetos ante- riores empregando um grampo traseiro com roscas ou pinça fixa, mo- dalidades da revelação permitem que o eletrodo 100 seja movido entre as posições máxima e mínima de recuo sem desligar o sistema. Isso pode permitir alterar a posição do eletrodo 100 em relação à ponta 102, mesmo durante o ciclo de soldagem, o que altera o ponto focal do arco de soldagem, possibilitando a troca de uma solda do tipo pene- trante profunda (modo "buraco da fechadura") para uma solda do tipo fusão macia de superfície (isto é, modo "derreter") enquanto o movi- mento está em progresso.

[0032] As Figuras 3A e B apresentam o efeito na forma de plasma por alterar o recuo do eletrodo 100. Por exemplo, a Figura 3A demons- tra uma posição máxima de recuo do eletrodo 100 em relação à ponta 102, a qual proporciona uma solda de penetração focalizada/profunda para uma peça de trabalho 130. Enquanto isso, a Figura 3B demonstra uma posição mínima de recuo do eletrodo 100, a qual corresponde a uma solda de fusão de superfície para a peça de trabalho 130. Como afirmado acima, é possível fazer a transição entre cada posição máxi- ma e mínima do recuo sem desligar o maçarico 10.

[0033] Em algumas modalidades, o sistema de controle 125 pode ser acoplado com os parâmetros/controles de gás e amperagem do maçarico 10. Esses parâmetros podem ser variáveis em uma varieda- de de parâmetros aceitáveis e podem ser recuperados por número de trabalho ou outro identificador. Isso proporciona uma forma mais repe- tível do arco, além de um controle mais preciso do gás e da corrente, de modo a ainda otimizar as características do arco para um material particular e/ou projeto conjunto.

[0034] Referindo-se agora à Figura 4, uma vista lateral em corte de um ou mais consumíveis 216 de um maçarico 210 será descrita em mais detalhes. Como apresentado, os consumíveis 216 podem incluir um eletrodo 200, um bocal 204 e um espaçador 240. O maçarico 210 pode adicionalmente incluir um dispositivo de atuação linear 220 dire- tamente acoplado com o eletrodo 200. Como apresentado adicional- mente, o espaçador 240 pode incluir uma ou mais passagens de fluido 250 formadas no mesmo para permitir que um gás flua através dos consumíveis 216.

[0035] Em algumas modalidades, o eletrodo 200 pode ser fabrica- do de um material erodível, tal como tungstênio, cobre, uma liga de cobre, prata ou uma liga de prata. Adicionalmente, o eletrodo 200 pode definir um furo em uma extremidade distal do mesmo, o furo configu- rado em algumas modalidades para receber um elemento emissivo 226, que pode ser fabricado de um material erodível, como háfnio, liga de háfnio, zircônio, liga de zircônio, ou outro material conhecido na técnica e possuindo característica adequada. Em alguns casos, o ele- mento emissivo 226 pode estar na forma de uma haste circular, a qual é encaixada por pressão, soldada ou de outra forma incorporada no furo do eletrodo 200. O elemento emissivo 226 pode ser disposto con- centricamente. Durante a utilização, o dispositivo de atuação linear 220 pode acionar o elemento emissivo 226 por uma distância A X/A v em relação ao orifício de saída 218 do bocal 204.

[0036] Em algumas modalidades, o dispositivo de atuação linear 220 é um motor de atuação microlinear configurado para atuar o ele- mento emissivo 226 para controlar o fluxo de gás através da passa- gem de fluido 250 e/ou do orifício de saída 218, bem como para con- trolar uma posição do ânodo (por exemplo, o eletrodo 200 e o elemen- to emissivo 226) em relação ao cátodo (por exemplo, o bocal 204). Is- so pode permitir que o fluxo de gás seja uma função da posição e au- mente a capacidade de manter arcos de plasma para uma ampla vari- edade de faixas de fluxo por reduzir os requisitos de tensão em qual-

quer espaço, enquanto permitindo que as fontes de alimentação au- mentem a corrente em qualquer nível de energia específico em função da distância entre o cátodo e o ânodo. O fim da vida útil pode ser de- terminado por medir a posição do elemento emissivo 226 em relação ao bocal 204 para manter um nível de energia em uma dada corrente. A atuação do elemento emissivo 226 pode aprimorar o início por pro- porcionar para o maçarico 210 um método para desimpedir as cama- das de óxido por ciclar rapidamente o elemento emissivo 226.

[0037] Referindo-se agora à Figura 5, uma vista lateral em corte de um ou mais consumíveis 316 de um maçarico 310 será descrita em mais detalhes. Como apresentado, os consumíveis 316 podem incluir vários consumíveis, incluindo um eletrodo 300, um bocal 304 e um es- paçador 340. O maçarico 310 pode ainda incluir um dispositivo de atu- ação linear 320 diretamente acoplado com o eletrodo 300. Como ainda apresentado, o espaçador 340 pode incluir uma ou mais passagens de fluido 350 formadas no mesmo para permitir que um gás flua através dos consumíveis 316. Durante a utilização, o dispositivo de atuação linear 320 pode acionar o elemento emissivo 326 por uma distância º x/º v em relação a um orifício de saída 318 do bocal 304.

[0038] Nesta modalidade, o dispositivo de atuação linear 320 inclui uma bobina 352 configurada para atuar o eletrodo 300 e o elemento emissivo 326 para controlar o fluxo de gás através da passagem de fluido 350 e/ou do orifício de saída 318, bem como para controlar uma posição do cátodo 360 (por exemplo, o eletrodo 300 e o elemento emissivo 326) em relação ao ânodo 362 (por exemplo, o bocal 304). Por exemplo, o dispositivo de atuação linear 320 pode ser uma bobina de voz, similar a uma bobina acústica, de alto-falante ou solenoide, que pode atuar o cátodo com ou sem um isolador elétrico entre o ele- mento de acionamento e emissivo 326. Utilizando o acionamento de corrente da bobina para resistir a um elemento de retorno 354, tal co-

mo uma mola, a posição do cátodo 360 pode ser determinada pela quantidade de corrente necessária para manter o fluxo de gás e ten- são do arco no local apropriado para um processo de etapa única ou múltipla.

[0039] Em algumas modalidades, para estabelecer a posição de partida inicial, a bobina 352 pode mover o cátodo 360 na posição apropriada (por exemplo, para baixo em direção ao bocal 304) para fechar um circuito de continuidade entre o cátodo 360 e o ânodo 362. Se não houver continuidade detectada, a bobina 352 ou o solenoide pode estabelecer a continuidade oscilando várias vezes até que a ca- mada de óxido seja quebrada ou seja determinado que o cátodo 360 é utilizado de volta ao ponto em que o contato elétrico entre o ânodo 362 e o cátodo 360 não pode ser alcançado, sinalizando assim o fim da vida útil. Em outras modalidades, o início do arco também pode ser alcançado por utilizar um atuador magnetorrestritivo para mover o elemento emissivo 326. O atuador magnetorrestritivo trabalha por pas- sar a corrente de trabalho ou piloto através da bobina 352 e expandin- do o eletrodo 300, movendo, portanto, um elo mecânico para posicio- nar o elemento emissivo 326 longe do ânodo 362.

[0040] Referindo-se agora à Figura 6, uma vista lateral em corte de um ou mais consumíveis 416 de um maçarico 410 será descrita em mais detalhes. Como apresentado, os consumíveis 416 podem incluir um eletrodo 400, um bocal 404 e um espaçador 440. O maçarico 410 pode adicionalmente incluir um dispositivo de atuação linear 420 aco- plado diretamente ao eletrodo 400. Como apresentado adicionalmente, o espaçador 440 pode incluir uma ou mais passagens de fluido 450 formadas no mesmo para permitir que um gás flua através dos con- sumíveis 416. Durante a utilização, o dispositivo de atuação linear 420 pode acionar o elemento emissivo 426 por uma distância A X/A v em relação a um orifício de saída 418 do bocal 404.

[0041] Nesta modalidade, o dispositivo de atuação linear 420 inclui um motor de passo linear proporcionado com ou sem um isolador elé- trico entre a unidade de acionamento e um elemento emissivo 426. Utilizando a contagem de passos do motor de passo linear, a posição do cátodo 460 pode ser determinada enquanto estiver em operação. Por exemplo, para estabelecer a posição de partida inicial, o motor de passo linear pode mover o cátodo 460 na direção apropriada (por exemplo, linearmente para baixo em direção ao orifício de saída 418) por girar o eletrodo 400 utilizando degraus ou roscas externas 464 pa- ra fechar um circuito de continuidade entre o cátodo 460 e o ânodo 462 (por exemplo, o bocal 404). Se nenhuma continuidade elétrica for detectada, o motor de passo linear pode estabelecer a continuidade elétrica retraindo e engatando várias vezes até que a camada de óxido seja quebrada, ou que seja determinado que o catodo está desgastado até o ponto em que o espaço entre o ânodo 462 e o cátodo 460 é tão grande que não pode ser alcançado movendo o cátodo 460, sinalizan- do assim o fim da vida útil. Para iniciar o arco, podem existir aspectos na câmara de plasma que abririam uma porta de gás, permitindo que o fluxo de gás na câmara de plasma seja uma função da posição do cá- todo 460 em relação ao ânodo 462.

[0042] Referindo-se agora à Figura 7, uma vista lateral em corte de um ou mais consumíveis 516 de um maçarico 510 será descrita em maiores detalhes. Como apresentado, os consumíveis 516 podem in- cluir um eletrodo 500 e um bocal/espaçador 504. Embora não apre- sentado, o maçarico 510 pode ainda incluir um dispositivo de atuação linear diretamente acoplado com o eletrodo 500. Como ainda apresen- tado, o bocal/espaçador 504 pode incluir uma ou mais passagens de fluido 550 formadas no mesmo para permitir que um ou mais gases fluam através dos consumíveis 516. Nesta modalidade, o eletrodo 500 pode ser um cátodo escalonado possuindo uma geometria externa complementar a uma geometria interna do bocal/espaçador 504, que é um ânodo. As passagens de fluido 550 são formadas através do bo- cal/espaçador 504, por exemplo, em uma orientação perpendicular, ou substancialmente perpendicular, ao eixo geométrico longitudinal cen- tral que se estende através do eletrodo 500. Em algumas modalida- des, os gases (por exemplo, o gás 1, o gás 2 e o gás 3) são configura- dos para fazer redemoinho ao redor das partes escalonadas do eletro- do 500 e do bocal/espaçador 504. Por atuar o eletrodo 500 em relação ao bocal/espaçador 504, os gases podem ser controlados conforme desejado.

[0043] Referindo-se agora à Figura 8, um método 600 para atuar um eletrodo em um maçarico a arco de plasma de acordo com modali- dades ilustrativas será descrito em mais detalhes. O método 600 pode incluir proporcionar um maçarico a arco de plasma incluindo um ele- trodo rodeado por uma ponta, o eletrodo incluindo uma extremidade proximal e uma extremidade distal, como apresentado no bloco 602. Em uma modalidade, o eletrodo inclui um elemento emissivo disposto na extremidade distal. Em uma modalidade, o eletrodo é um cátodo e a ponta é um ânodo.

[0044] O método 600 pode ainda incluir proporcionar uma blinda- gem em torno da ponta, a blindagem incluindo um orifício de saída próximo à extremidade distal do eletrodo, como apresentado no bloco

604. O método 600 pode ainda incluir atuar, por um dispositivo de atu- ação linear, o eletrodo ao longo de um eixo geométrico longitudinal central que se estende através de um furo da ponta, como apresenta- do no bloco 606. Em algumas modalidades, o método inclui acionar, em relação à blindagem, a inserção emissiva. Em algumas modalida- des, o eletrodo é atuado utilizando um ou mais dos seguintes dispositi- vos de atuação linear: um motor de atuação microlinear, um motor de passo microlinear, uma bobina de voz, uma bobina solenoide e um atuador magnetostritivo. Em algumas modalidades, o método inclui atuar o eletrodo durante um ciclo de soldagem ou corte do maçarico a arco de plasma. Em algumas modalidades, o método inclui atuar o ele- trodo axialmente ao longo de um eixo geométrico longitudinal central que se estende através de um furo de uma ponta para colocar a ex- tremidade distal do eletrodo em contato com a ponta durante um modo de início do arco.

[0045] Em algumas modalidades, o método 600 adicionalmente inclui receber uma saída a partir de um sensor operável com o maçari- co a arco de plasma, como apresentado no bloco 608. Em algumas modalidades, a saída pode ser pelo menos uma dentre: uma tensão elétrica gerada a partir do eletrodo e uma posição da extremidade dis- tal do eletrodo em relação ao orifício de saída da blindagem. O método 600 inclui ainda a recuperação de dados históricos da posição do ele- trodo a partir da memória, como apresentado no bloco 610, e a com- paração da saída com os dados históricos da posição do eletrodo, co- mo apresentado no bloco 612. O método 600 pode ainda incluir detec- tar a degradação do eletrodo no caso em que a saída se desvia dos dados históricos da posição do eletrodo por uma quantidade prede- terminada, como apresentado no bloco 614.

[0046] Embora a presente revelação tenha sido descrita com refe- rência a algumas abordagens, inúmeras modificações, alterações e mudanças nas abordagens descritas são possíveis sem divergir a par- tir da esfera e do escopo da presente revelação, conforme definido nas reivindicações anexas. Consequentemente, é pretendido que a pre- sente revelação não se limite às abordagens descritas, mas que tenha o escopo completo definido pela linguagem das reivindicações a seguir e seus equivalentes. Embora a revelação tenha sido descrita com refe- rência a algumas abordagens, inúmeras modificações, alterações e mudanças nas abordagens descritas são possíveis sem divergir do espírito e do escopo da revelação, conforme definido nas reivindica- ções anexas.

Consequentemente, é pretendido que a presente revela- ção não se limite às abordagens descritas, mas que tenha o escopo completo definido pela linguagem das reivindicações a seguir e de seus equivalentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Maçarico a arco de plasma, caracterizado pelo fato de que compreende: uma ponta ao redor de um eletrodo, o eletrodo possuindo uma extremidade proximal e uma extremidade distal; uma blindagem em torno da ponta, a blindagem incluindo um orifício de saída próximo à extremidade distal do eletrodo; e um dispositivo de atuação linear acoplado com o eletrodo ou com a ponta para atuar o eletrodo ou a ponta de modo que a ex- tremidade distal do eletrodo se mova axialmente em relação ao orifício de saída da blindagem.

2. Maçarico a arco de plasma, de acordo com a reivindica- ção 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de atuação linear é operável para atuar o eletrodo ou a ponta ao longo de um eixo geomé- trico longitudinal central que se estende através da ponta.

3. Maçarico a arco de plasma, de acordo com a reivindica- ção 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de atuação linear inclui um dentre: um motor de atuação microlinear, um motor de passo microlinear, uma bobina de voz, uma bobina solenoide e um atuador magnetostritivo.

4. Maçarico a arco de plasma, de acordo com a reivindica- ção 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um inserto emissivo disposto na extremidade distal do eletrodo.

5. Maçarico a arco de plasma, de acordo com a reivindica- ção 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um bocal possuindo uma ou mais passagens de fluido formadas no mesmo.

6. Maçarico a arco de plasma, de acordo com a reivindica- ção 5, caracterizado pelo fato de que o eletrodo é um cátodo escalo- nado e o bocal é um ânodo, e em que a uma ou mais passagens for- madas dentro do ânodo proporcionam um gás para o cátodo escalo-

nado.

7. Maçarico a arco de plasma, de acordo com a reivindica- ção 6, caracterizado pelo fato de que a uma ou mais passagens são orientadas substancialmente perpendiculares ao eixo geométrico longi- tudinal central.

8. Maçarico a arco de plasma, de acordo com a reivindica- ção 1, caracterizado pelo fato de que o eletrodo está em contato com a ponta durante um modo de partida, e em que o eletrodo é retraído a partir da ponta durante um modo de operação.

9. Sistema a arco de plasma, caracterizado pelo fato de que compreende: um maçarico a arco de plasma incluindo um eletrodo rode- ado por uma ponta, o eletrodo incluindo uma extremidade proximal e uma extremidade distal; uma blindagem em torno da ponta, a blindagem incluindo um orifício de saída próximo à extremidade distal do eletrodo; e um dispositivo de atuação linear acoplado com o eletrodo ou com a ponta para ajustar uma posição relativa entre o eletrodo e a ponta ao longo de um eixo geométrico longitudinal central, em que o eixo geométrico longitudinal central se estende através de um furo central da ponta.

10. Sistema a arco de plasma, de acordo com a reivindica- ção 9, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de atuação linear inclui um dentre: um motor de atuação microlinear, um motor de passo microlinear, uma bobina de voz, uma bobina solenoide e um atuador magnetostritivo.

11. Sistema a arco de plasma, de acordo com a reivindica- ção 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um inserto emissivo disposto dentro da extremidade distal do eletrodo.

12. Sistema a arco de plasma, de acordo com a reivindica-

ção 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um bocal, em que o bocal inclui uma ou mais passagens de fluido formadas no mesmo.

13. Sistema a arco de plasma, de acordo com a reivindica- ção 12, caracterizado pelo fato de que o eletrodo é um cátodo escalo- nado e o bocal é um àânodo, e em que a uma ou mais passagens for- madas dentro do ânodo proporcionam um gás para o cátodo escalo- nado.

14. Sistema a arco de plasma, de acordo com a reivindica- ção 9, caracterizado pelo fato de que o eletrodo está em contato com a ponta durante o início de um arco, e em que o eletrodo e a ponta são retraídos um do outro durante um modo de operação.

15. Sistema a arco de plasma, de acordo com a reivindica- ção 11, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um sistema de controle operável com o dispositivo de atuação linear, o sistema de controle compreendendo um sensor para determinar pelo menos um dentre: uma tensão elétrica gerada a partir do eletrodo, e uma posição da extremidade distal do eletrodo em relação ao orifício de saída da blindagem.

16. Sistema a arco de plasma, de acordo com a reivindica- ção 15, caracterizado pelo fato de que o sensor determina uma posi- ção do inserto emissivo.

17. Sistema a arco de plasma, de acordo com a reivindica- ção 15, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle compre- ende ainda memória e um processador, em que o processador detecta a degradação do eletrodo por comparar os dados históricos de posição do eletrodo armazenados na memória com a tensão elétrica gerada a partir do eletrodo ou a posição da extremidade distal do eletrodo.

18. Método, caracterizado pelo fato de que compreende: proporcionar um maçarico a arco de plasma incluindo um eletrodo rodeado por uma ponta, o eletrodo incluindo uma extremidade proximal e uma extremidade distal; proporcionar uma blindagem em torno da ponta, a blinda- gem incluindo um orifício de saída próximo à extremidade distal do ele- trodo; e atuar, por um dispositivo de atuação linear, o eletrodo ou a ponta ao longo de um eixo geométrico longitudinal central que se es- tende através de um furo central da ponta.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracteriza- do pelo fato de que compreende ainda atuar, em relação à blindagem, um inserto emissivo acoplado com a extremidade distal do eletrodo.

20. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracteriza- do pelo fato de que compreende ainda receber uma saída de um sen- sor operável com o maçarico a arco de plasma, a saída compreenden- do pelo menos um dentre: uma tensão elétrica gerada a partir do ele- trodo, e uma posição da extremidade distal do eletrodo em relação ao orifício de saída da blindagem.

21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracteriza- do pelo fato de que compreende ainda: recuperar dados históricos de posição do eletrodo a partir da memória; comparar a saída com os dados históricos da posição do eletrodo; e detectar degradação do eletrodo quando a saída se desvia dos dados históricos de posição do eletrodo por uma quantidade pre- determinada.

22. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracteriza- do pelo fato de que compreende ainda atuar o eletrodo utilizando um dos seguintes dispositivos de atuação linear: um motor de atuação mi- crolinear, um motor de passo microlinear, uma bobina de voz, uma bo-

bina solenoide e um atuador magnetostritivo.

23. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracteriza- do pelo fato de que compreende ainda atuar o eletrodo durante um ciclo de soldagem ou corte do maçarico a arco de plasma.

24. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracteriza- do pelo fato de que compreende ainda atuar o eletrodo axialmente ao longo do eixo geométrico longitudinal central para colocar a extremi- dade distal do eletrodo em contato com a ponta durante um modo de início do arco.

25. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracteriza- do pelo fato de que compreende ainda atuar a ponta axialmente ao longo do eixo geométrico longitudinal central para colocar a extremi- dade distal do eletrodo em contato com a ponta durante um modo de início do arco.

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