BRPI0608903A2 - geração de jatos distintos de gás em aplicações de maçarico a arco de plasma - Google Patents

Abstract

GERAçãO DE JATOS DISTINTOS DE GAS EM APLICAçõES DE MAçARICO A ARCO DE PLASMA. A invenção é genericamente dirigida a um bocal para um maçarico de plasma, o bocal tendo uma parte traseira que define pelo menos uma parte de uma câmara de plasma e uma parte frontal que inclui uma primeira extremidade e uma segunda extremidade. A primeira extremidade é adjacente à parte traseira, e a segunda extremidade define uma parte de saída de plasma. Uma ou mais passagens de fluido são dispostas dentro da parte frontal e estendem-se da primeira extremidade até a segunda extremidade. As passagens de fluido têm partes de saída de passagem que fornecem um ou mais jatos distintos de um fluido secundário para circundar um jato de plasma que é ejetado da parte de saída de plasma. Características da invenção incluem corte mais rápido, capacidade de perfuração de peça de trabalho mais grossa, ruido reduzido, estabilidade de arco aperfeiçoada, e vida consumível aumentada, todas as quais melhoram a produtividade associada ao processamento de peça de trabalho com maçarico a arco de plasma.

Description

GERAÇÃO DE JATOS DISTINTOS DE GÁS EM APLICAÇÕES DE MAÇARICO

A ARCO DE PLASMA

CAMPO TÉCNICO

A invenção refere-se genericamente a operações de maçarico a arco de plasma, utilizadas para processamento de peça de trabalho, por exemplo, cortar, perfurar ou marcar peças de trabalho de metal e particularmente ao fluxo aperfeiçoado de um jato de plasma.

ANTECEDENTES

Maçaricos a arco de plasma são amplamente utilizados para processamento de peça de trabalho, por exemplo, o corte, perfuração e/ou marcação de materiais metálicos (isto é, metais elementares, ligas de metal, etc.)- Um maçarico a arco de plasma inclui genericamente um eletrodo montado dentro de um corpo do maçarico (isto é, um corpo de maçarico) , um bocal tendo uma porção de saida de plasma (às vezes denominado um orificio de saida ou furo de saida) também montado dentro do corpo de maçarico, conexões elétricas, passagens de fluido para fluidos de resfriamento, fluidos de proteção, e fluidos de controle de arco, um anel de redemoinho para controlar padrões de fluxo de fluido em uma câmara de plasma formada entre o eletrodo e bocal, e um fornecimento de energia. 0 maçarico produz um arco de plasma, que é um jato ionizado contraído de um gás de plasma com temperatura elevada e momento elevado (isto é, uma corrente de fluxo de gás de plasma ionizado). Gases utilizados no maçarico a arco de plasma podem ser não oxidantes (por exemplo, argônio, nitrogênio) ou oxidantes (por exemplo, oxigênio, ar).

Em operação, um arco piloto é primeiramente gerado entre o eletrodo (isto é, catodo) e o bocal (isto é, anodo). A geração do arco piloto pode ser por intermédio deum sinal de alta freqüência, alta voltagem acoplado a umfornecimento de energia CC e o maçarico a arco de plasma,ou qualquer de uma variedade de métodos de partida decontato. Em algumas configurações, uma proteção é montadano corpo de maçarico para evitar que metal que é salpicadoda peça de trabalho (às vezes mencionado como escória)durante processamento se acumule nas partes do maçarico(isto é, bocal ou eletrodo). Genericamente, a proteçãoinclui uma porção de saida de proteção (também denominadoum orifício de proteção) que permite que o jato de plasmapasse através do mesmo. A proteção pode ser montadacoaxialmente com relação ao bocal de tal modo que a porçãode saida de plasma seja alinhada com a porção de saida deproteção -

A estabilidade de arco tem sido uma limitação nossistemas de corte a arco de plasma. Em particular,espessura máxima de separação, velocidade de corte eestabilidade de arco através de cantos e cortes decruzamento presentes podem afetar negativamente a qualidadedo processamento de peça de trabalho, por exemplo, pelacriação de uma superfície processada irregular (isto é,áspera). Um método conhecido de aperfeiçoar a estabilidadede arco pode ser obtido por desenhos de fluxo de proteçãocoaxial, por exemplo, como descrito na patente US no.6.207.923 de Lindsay (e cedida para Hypertherm, Inc., deHanover, New Hampshire). Desenhos de fluxo de proteçãocoaxial utilizam genericamente uma coluna axialmenteorientada de gás proteção para circundar um jato de plasma.A coluna de gás proteção pode ser criada por um bico debocal estendida disposta no interior de uma proteção noformato de funil.

As figuras 1A-1B representam uma configuração quepode fornecer uma coluna de gás de proteção utilizandodesenhos de fluxo de proteção coaxiais. A figura IA mostraum maçarico 100 incluindo um eletrodo 105 montado em umarelação espaçada com um bocal 110 para formar uma câmara deplasma 115 através do mesmo ao longo do eixo geométricolongitudinal A. Uma proteção 120 é montada em relação aobocal 110 de tal modo que uma passagem de gás 125 sejaformada entre os mesmos. 0 bocal 110 define uma porção desaida de plasma 130 através da qual o jato de plasmaionizado (não mostrado) é ejetado do maçarico. A proteção12 0 define uma porção de saida de proteção 135 que ésubstancialmente coaxial com a porção de saida de plasma130, Um gás secundário (não mostrado) flui através dapassagem de gás 125 e sai do maçarico 100 através da porçãode saida de proteção 135 para formar uma coluna de gássecundário em torno do j ato de plasma. A proteção 120também define uma pluralidade de furos de saida 140. Umpouco de gás secundário passa através dos furos 140 duranteoperação do maçarico 100. Esse gás secundário evitainterações entre fluido ambiente e a coluna de gás deplasma/gás de proteção.

Bocais 110 e proteções 120 desse desenho mostramaperfeiçoamento acentuado em velocidades de corte,estabilidade de arco, e capacidade de perfuração em relaçãoa configurações anteriores. Entretanto, os desenhos defluxo de proteção coaxial falharam em sistemas de maçaricoa arco de plasma resfriados com água que operam acima deaproximadamente 2 60 Amps e em sistemas de maçarico a arcode plasma resfriados a ar que operam acima deaproximadamente 100 Amps. O desempenho reduzido ocorre emparte porque a porção de bico de diâmetro pequeno,estendido, 150 do bocal 110 (isto é, a parte do bocal 110que se estende axialmente em direção à porção de saida deproteção 135) tende a superaquecer. 0 superaquecimento podedegradar a qualidade de um corte e causar falha prematurado bocal 110. Outra limitação é o comprimento axialrelativamente longo, Í55, do orifício de saida de proteçãoque é necessário para estabelecer uma coluna axialmenteorientada de gás de proteção. O comprimento axial maislongo 155 genericamente envolve distâncias relativamentegrandes entre o bocal 110 e a peça de trabalho (nãomostrada).

A figura 1B é uma vista em seção ao longo doplano 1-1' do maçar ico 100 da figura IA. A figura 1Bilustra a origem das colunas coaxiais de fluxo de gás. Ojato de plasma é ejetado a partir do maçarico 100 atravésda porção de saida de plasma 130 do bocal 110. A coluna degás é gerada no espaço 160 entre uma superfície externa 165do bocal 110 e uma superfície interna 170 da porção desaida de proteção 135 da proteção 120. A diferença emdiâmetro entre a porção de saida de plasma 130 e o espaço160 permite que o gás secundário encerre o jato de plasma.

Um problema especifico encontrado ao utilizar umgás de proteção para aperfeiçoar a estabilidade de arcoocorre quando o gás de proteção incide sobre ou interfereno próprio jato de plasma. Em uma configuração conhecida,um maçarico a arco de plasma inclui um eletrodo e um bocalmontado em relação espaçada com uma proteção para formaruma ou mais passagens para fluidos (por exemplo, gás deproteção) para passar através de um espaço disposto entre aproteção e o bocal. Fluxo de gás de plasma passa através domaçarico ao longo do eixo geométrico longitudinal domaçarico (por exemplo, em torno do eletrodo, através dobocal, e para fora através do orifício de saida de bocal).O gás de proteção ou outro fluido passa através de uma oumais passagens para resfriar o bocal e incide no fluxo degás de plasma ionizado em um ângulo de 90 graus à medidaque o fluxo de gás de plasma passa através do orifício desaida de bocal, Como resultado do impacto, o fluxo de gásde plasma ionizado pode ser rompido (por exemplo, gerandoinstabilidades no fluxo de gás de plasma), que podem levara processamento degradado de peça de trabalho -SUMÁRIO

Há necessidade de resfriamento intensificado debocal e estabilidade aperfeiçoada de arco que não leve àfalha prematura de componente. Adicionalmente, hánecessidade de aperfeiçoar a estabilidade de ar esubstancialmente diminuir impacto no arco por fluidoambiente. Há também necessidade de aumentar a estabilidadede arco e reduzir a distância entre o bocal e a peça detrabalho para melhorar o corte de peças de trabalho finas.A estabilidade aumentada de arco pode levar a tempos maisrápidos de corte de peça de trabalho e capacidades deperfuração de peça de trabalho mais espessa, os quais podemambos aperfeiçoar a produtividade de operadores demaçarico.

A invenção supera as desvantagens na estabilidadede arco pela redução de impacto ou interferência com o arcoenquanto também resfria suficientemente o bocal que leva àvida prolongada do bocal e processamento aperfeiçoado depeça de trabalho. A invenção supera as desvantagens deconfigurações conhecidas com um novo desenho utilizandoentalhes, perfurações ou outras passagens de fluxo(mencionadas aqui como passagens de fluido ou passagens degás) dispostas, total ou em parte, dentro ou no bocal paraformar jatos distintos de um fluxo de fluido adjacente aojato de plasma. Os jatos distintos podem, por exemplo, serformados de um gás de proteção, gás de plasma, gássecundário ou um gás terciário. À medida que fluido passaatravés das passagens, um efeito de resfriamento é obtidocom relação ao bocal. Além disso, os jatos distintos e acombinação dos jatos distintos e o jato de plasma fornecemmomento substancialmente axial para melhorar a velocidade eprofundidade de aplicações de perfuração de peça detrabalho. Resfriamento suficiente de bocal combinado commomento substancialmente axial dos j atos melhora também aeficiência e tempo de vida de outros componentes domaçarico. Os conceitos descritos aqui podem ser empregadosem tipos diferentes de maçaricos a arco de plasma, porexemplo, maçaricos de alta freqüência alta voltagem,maçaricos a arco transferido, ou maçaricos de partida decontato (por exemplo, maçaricos de partida de contato "parafrente" ou "para trás")-

Em um aspecto, a invenção inclui um bocal para ummaçarico a arco de plasma. 0 bocal inclui uma porçãotraseira que define uma porção de uma câmara de plasma euma porção frontal que inclui uma primeira extremidadeadjacente à porção traseira e uma segunda extremidade quedefine uma porção de saida de plasma. Uma ou mais passagensde fluido são dispostas no interior da porção frontal e seestendem a partir da primeira extremidade para a segundaextremidade. As passagens de fluido têm, individualmente,uma porção de saida de passagem que prove um ou mais jatosdistintos de um fluido secundário disposto em torno de umjato de plasma. Em algumas modalidades, um ou mais jatosdistintos coletivamente circundam o jato de plasma. Emalgumas modalidades, um ou mais j atos distintos sãodispostos em torno do jato de plasma para, por exemplo,evitar que um fluido ambiente interaja com o jato deplasma.

Em algumas modalidades, cada uma das porções desaida de passagem é substancialmente adjacente à porção desaida de plasma. Em algumas modalidades, as passagens defluido definem individualmente um percurso que gera fluxodos jatos distintos que saem das porções de saida depassagem. O fluxo dos jatos distintos pode ser coaxial com,substancialmente paralelo a, angularmente convergindo para,ou angularmente divergindo a partir do jato de plasma. 0ângulo no qual os jatos distintos convergem em direção oudivergem do jato de plasma varia com base, por exemplo, naaplicação de processamento especifica e estabilidade dearco desejada para o mesmo. A porção traseira e a porçãofrontal podem ser integralmente formadas. Uma ou maispassagens de fluido podem incluir uma pluralidade depassagens de fluido que formam uma disposição radial emtorno da porção de saida de plasma.

A porção frontal pode incluir uma parte plana comrelevo que é disposta ao longo de um lado de cada daspassagens de fluido para aumentar a quantidade do fluxo defluido secundário que entra nas passagens de fluido. 0fluido secundário pode fazer um redemoinho através daspassagens de fluido. As passagens de fluido podemtransmitir um movimento de redemoinho para o fluidosecundário. Em algumas modalidades, a porção traseirainclui um mecanismo de fixação para fixar o bocal em umcorpo de maçarico de plasma. As porções frontal e traseirado bocal podem ser formadas a partir de um materialeletricamente condutor.

Em algumas modalidades, o bocal inclui umcomponente circunscrito que define uma superfície interiore uma superfície exterior. 0 componente circunscrito podeser montado em relação à porção frontal de tal modo quepelo menos uma porção da superfície interior coopera com aporção frontal para formar uma ou mais passagens de fluido.A superfície interior do componente circunscrito podedefinir uma ou mais passagens de fluido distintas quecorrespondem a uma ou mais passagens de fluido dispostas naporção frontal do bocal.

Em algumas modalidades, o bocal inclui umcomponente circunscrito que define uma superfície interiore uma superfície exterior. 0 componente circunscrito podeser montado em relação à porção frontal do bocal de talmodo que pelo menos uma porção da superfície interiorcoopera com a porção frontal para formar uma passagem defluido secundária. Um fluido secundário pode fluir atravésda passagem de fluido secundária independentemente de umgás de plasma que flui através da câmara de plasma ou umgás de proteção que flui sobre a superfície exterior docomponente circunscrito. Em algumas modalidades, cada umaou mais passagens de fluido fornece um percurso distintopara o fluido secundário. Em algumas modalidades, omaçarico a arco de plasma é um maçarico a arco de plasma dearco transferido.

Em outro aspecto, a invenção inclui uma proteção.A proteção pode proteger o bocal de um maçarico a arco deplasma. A proteção inclui um corpo de proteção que defineuma porção de saida de proteção e tem também uma porçãoexterior e uma porção interior. A porção interior podeincluir uma torção angular que desvia um fluido para dentrode uma passagem de fluido disposta dentro do bocal. Emalgumas modalidades, a porção interior do corpo de proteçãoinclui uma ou mais torções angulares para desviar um fluidopara dentro de uma ou mais passagens de fluidocorrespondentes dispostas dentro do bocal.

Em outro aspecto, a invenção apresenta umaproteção para um maçar ico a arco de plasma. A proteçãoinclui um corpo de proteção que define uma porção de saidade proteção e tendo uma porção exterior e uma porçãointerior. A porção interior do corpo de proteção inclui umaou mais passagens de fluido que têm, individualmente umaporção de saida de passagem que fornece um ou mais jatosdistintos de um fluido secundário disposto em torno de umjato de plasma.

Em outro aspecto, a invenção inclui um bico demaçarico para um maçarico a arco de plasma, e a bico tem umeixo geométrico longitudinal. A bico de maçarico inclui umbocal que tem uma porção traseira que define pelo menos umaporção de uma câmara de plasma e uma porção frontal. Aporção frontal inclui uma primeira extremidade que édisposta adjacente à porção traseira e uma segundaextremidade que define uma porção de saida de plasma. Umaou mais passagens de fluido são dispostas dentro da porçãofrontal, e cada uma das passagens de fluido se estende apartir da primeira extremidade para a segunda extremidade.Cada uma das passagens de fluido tem uma porção de saida depassagem que prove um jato distinto de um fluido secundáriodisposto em torno de um jato de plasma. A bico de maçaricoinclui uma proteção tendo um corpo de proteção que defineuma porção de saida de proteção e tem também uma porçãoexterior e uma porção interior. A proteção é montada em umarelação espaçada com respeito ao bocal e em relação ao eixogeométrico longitudinal do bico de maçarico de tal modo queuma passagem secundária seja formada entre a proteção e obocal. Em algumas modalidades, a porção interior inclui umaou mais torções angulares para desviar um gás para dentrode uma ou mais passagens de fluido.

Em algumas modalidades, as passagens de fluidosão dispostas dentro da porção frontal do bocal e incluemporções de saida de passagem que são dispostassubst ancialmente adjacentes à porção de saida de plasma dobocal.Em outro aspecto, a invenção apresenta um método. O método envolve gerar um jato de plasma que sai de um maçarico a arco de plasma a partir de uma porção de saida de plasma de um bocal que é montado em um corpo de maçarico de forma que possa ser desprendido. O método envolve formar um ou mais jatos distintos de um fluido secundário a partir das porções de saida de passagem de uma ou mais passagens de fluido dispostas pelo menos em parte no bocal ou uma proteção montada no maçarico substancialmente coaxialmente com o bocal. Os jatos distintos são dispostos em torno de um eixo geométrico longitudinal do jato de plasma. Em algumas modalidades, o método envolve reduzir interações entre fluido ambiente e o jato de plasma. O fluido ambiente pode incluir ar ambiental, ar ambiente ou um liquido. Em algumas modalidades, os j atos distintos são radialmente dispostos em torno do eixo geométrico longitudinal. Em algumas modalidades, o método envolve aperfeiçoar o momento axial dos j atos distintos, j ato de plasma ou ambos.

Em outro aspecto, a invenção apresenta um bico de maçarico para um maçarico de plasma, e o bico de maçarico inclui um bocal tendo uma porção traseira que define pelo menos uma porção de uma câmara de plasma e uma porção frontal. A porção frontal inclui uma primeira extremidade disposta adjacente à porção traseira, uma segunda extremidade que define uma porção de saida de plasma, e pelo menos uma porção de uma ou mais trajetos de fluido distintas dispostas na porção frontal e que se estendem da primeira extremidade até a segunda extremidade. O bico de maçarico inclui também um componente circunscrito que define uma superficie interior e uma superficie exterior. O componente circunscrito é montado em relação ao bocal de tal modo que pelo menos uma porção da superficie interior coopera com a porção frontal do bocal para formar uma oumais passagens de fluido para gerar um ou mais jatos distintos de um fluido secundário. Em algumas modalidades, a superfície interior do componente circunscrito define uma porção de uma ou mais passagens de fluido distintas que correspondem a uma ou mais trajetos de fluido distintos que são dispostos na porção frontal do bocal. Em algumas modalidades, a bico de maçarico inclui um componente de vedação disposto entre o bocal e a superfície interior do componente circunscrito.

Em outro aspecto, a invenção apresenta um bico de maçar ico para um maça rico a arco de plasma. 0 bico inclui um bocal que tem uma porção traseira que define pelo menos uma porção de uma câmara de plasma e uma porção frontal que define uma porção de saida de plasma. 0 bico também inclui um meio para gerar um ou mais jatos distintos de um fluido secundário disposto em torno de um jato de plasma que sai do maçar ico a partir da porção de saida de plasma. 0 bico inclui um meio circunscrito montado em relação ao bocal e definindo uma porção de saida de fluido que permite que os j atos distintos saiam do bico de maçar ico. 0 meio circunscrito pode ser, por exemplo, uma proteção montada no maçarico, um revestimento ou galvanização aplicado no bocal, uma tampa de invólucro que opera para formar uma porção do bocal, ou um componente de vedação. 0 meio para gerar os jatos distintos pode ser, por exemplo, passagens de fluido tendo porções de saida de passagem de fluido dispostas em torno de uma porção de saida de plasma. As passagens de fluido e as porções de saida de passagem de fluido podem ser dispostas no bocal, o meio circunscrito ou uma combinação dos dois. Em algumas modalidades, as passagens de fluido são definidas por um componente que não é o bocal ou o meio circunscrito.Em outro aspecto, a invenção apresenta um maçarico a arco de plasma. 0 maçarico inclui um eletrodo que tem uma superfície exterior que define uma porção de uma câmara de plasma. 0 maçarico inclui um bocal que é montado em um corpo de maçarico de forma que possa ser desprendido. 0 bocal inclui uma porção traseira definindo pelo menos uma porção da câmara de plasma e uma porção frontal. 0 maçarico inclui um meio para gerar um ou mais jatos distintos de um fluido secundário. Os jatos distintos são dispostos em torno de um jato de plasma que sai da porção de saida de plasma do bocal. 0 maçarico inclui uma proteção que é montada em uma tampa de retenção que é fixada no corpo de maçarico. A proteção define uma porção de saida de proteção que é substancialmente alinhada com a porção de saida de plasma para permitir que o j ato de plasma e os jatos distintos saiam do maçarico. 0 maçarico também inclui um anel de redemoinho que é montado em relação ao corpo de maçarico. 0 anel de redemoinho transmite um movimento de redemoinho para pelo menos um entre um gás de plasma, um gás secundário, ou um gás terciário dentro do maçarico. Em qualquer um dos aspectos ou modalidades descritas aqui, o maçarico a arco de plasma pode ser um maçarico a arco de plasma de arco transferido. Em quaisquer dos aspectos ou modalidades descritas aqui, o maçarico a arco de plasma pode ser um maçarico a arco de plasma de arco não transferido.

Em tais modalidades, a invenção prove características vantaj osas como resfriamento aperfeiçoado do bocal de maçarico e/ou componentes circunscritos como proteções. Outras características vantaj osas incluem uma vida útil aumentada do bocal, momento axial aumentado de fluidos em fluxo, e estabilidade aumentada de arco. Estabilidade aumentada de arco e/ou momento axial aumentadopodem levar a corte mais rápido (por exemplo, em alta velocidade) de peças de trabalho e capacidade de perfuração de peça de trabalho mais grossa entre-outros benefícios. A estabilidade aumentada de arco pode reduzir aspereza e ondulação de superfície de peças de trabalho processadas durante operações com maçarico a arco de plasma. Algumas modalidades da invenção reduzem ruido associado a operações com maçarico a arco de plasma, particularmente ruido gerado pelo arco de plasma. As características descritas melhoram a produtividade de operadores de maçarico a arco de plasma por permitirem processamento de peça de trabalho de qualidade mais elevada e mais eficiente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A discussão acima será entendida mais facilmente a partir da seguinte descrição detalhada da invenção tomada em combinação com os desenhos em anexo.

As figuras 1A-1B representam uma configuração de maçarico a arco de plasma, conhecida associada a um desenho de fluxo de proteção coaxial.

As figuras 2A-2B representam uma modalidade exemplar da invenção apresentando passagens de gás dispostas dentro do bocal.

As figuras 3A-3B representam uma modalidade de um bocal incluindo uma parte plana com relevo.

A figura 4 ilustra uma proteção para um maçarico a arco de plasma incluindo uma torção angular para orientar um gás secundário para dentro de passagens de fluido.

As figuras 5A-5C representam uma modalidade de um bico de maçarico incluindo um componente circunscrito que forma uma parte de passagens de fluido.

As figuras 6A-6C representam uma modalidade de um bocal incluindo passagens de fluido dispostas dentro do bocal.As figuras 7A-7C ilustram uma modalidade exemplar de um bico de maçarico incluindo um componente de vedação.

As figuras 8A-8B representam uma modalidade alternativa de um bico de maçarico incluindo um componente circunscrito.

As figuras 9A-9C ilustram uma modalidade exemplar de um bocal incluindo um componente circunscrito.

A figura 10 é uma vista em perspectiva de uma modalidade de uma proteção de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

A figura 2A representa passagens de fluido de modalidade exemplar, dispostas dentro do bocal de acordo com a invenção. A figura 2 ilustra um bico de maçarico 200 incluindo um bocal 205 tendo uma proteção 210 montada em uma relação espaçada coaxial relativa ao eixo geométrico longitudinal A. Tanto o bocal 205 como a proteção 210 pode ser formada de materiais eletricamente condutores. Em algumas modalidades, o bocal 205 e proteção 210 são formados dos mesmos materiais eletricamente condutores. Em outras modalidades, o bocal 205 e proteção 210 são feitos de materiais eletricamente condutores, diferentes. Os exemplos de materiais eletricamente condutores apropriados para uso no bico de maçarico 200 incluem, porém não são limitados a, cobre, aluminio ou latão. Na modalidade ilustrada, o bocal 205 e proteção 210 são montados em uma relação espaçada com uma passagem de fluido secundária 215 disposta entre os mesmos.

Durante processamento de peça de trabalho, um fluido, como um gás secundário, pode passar ao longo de uma passagem de fluido secundário 215 e pode ser finalmente descarregado do bico de maçarico 200 através de uma porção de saida de proteção 220 definida pela proteção 210. e substancialmente alinhado coaxialmente com uma porção desaida 225 do bocal 205. Em aplicações de arco de plasma, um arco (não mostrado) é formado no espaço 230 entre um eletrodo 235 (por exemplo, um catodo) e o bocal 205 (por exemplo, um anodo) por estabelecer um potencial elétrico 5 relativo entre o eletrodo 235 e o bocal 205. Na modalidade

ilustrada, o bocal 205 inclui uma porção traseira 240 que forma pelo menos uma porção de uma câmara de plasma 245. O eletrodo 235 coopera com a porção traseira 240 do bocal 205 para formar pelo menos uma porção da câmara de plasma 245 entre os mesmos. Após formação de um arco, um gás de plasma

(não mostrado) é fornecido à câmara de plasma 245. 0 gás de plasma é ionizado pelo potencial elétrico entre o eletrodo 235 e o bocal, e o arco é transferido a partir do bocal 205 para uma peça de trabalho (não mostrada) . A operação do maçarico 200 quando o arco se moveu do bocal 205 para a

peça de trabalho é conhecida como modo de arco transferido.

0 bocal 2 05 inclui uma porção frontal 250 que tem uma primeira extremidade 255 disposta adjacente à porção traseira 240. Na modalidade ilustrada, o bocal 205 inclui várias passagens de fluido 260 dispostas dentro da porção

frontal 250 do bocal 205 e se estendendo da primeira extremidade 255 até uma segunda extremidade 2 65 da porção frontal 2 50 que define a porção de saída de bocal 225.

À medida que um fluido (não mostrado) flui através da passagem de fluido secundária 215, um pouco de

fluido passa para dentro das passagens de fluido 2 60. O fluido passa através das passagens de fluido 260, e sai do bico de maçarico 200 através da porção de saída de proteção 220. Cada passagem de fluido 260 inclui uma porção de saída de passagem 270. À medida que o fluido sai das passagens de

fluido 260 através das porções de saída de passagem 270, um jato distinto (não mostrado) de gás secundário é formado. Na modalidade ilustrada, tais jatos -distintos de gássecundário circundam um jato de plasma (não mostrado) que sai da porção de saida de bocal 225. Os jatos de gás distintos protegem e estabilizam o j ato de plasma pela redução de retenção de um fluido ambiente ou gás secundário 5 no jato de plasma. Em algumas modalidades, as passagens de

fluido 260 ou as porções de saida de passagem 270 podem ser orientadas de tal modo que os jatos distintos de gás secundário convergem em direção ou divergem do j ato de plasma com relação ao eixo geométrico A. Em algumas 10 modalidades, os jatos de gás distintos circundam

coaxialmente o j ato de plasma. Os j atos de gás distintos dificultam interações entre um fluido ambiente e o jato de plasma.

A figura 2B representa uma vista em seção ao

15 longo do plano 2-2' do bico de maçarico 200 da figura 2A. A

figura 2B ilustra a origem dos jatos de gás distintos. O jato de plasma é ejetado do bico de maçarico através da porção de saida de plasma 225 do bocal 205. Os jatos de gás distintos são gerados por um gás secundário que sai do bico

20 de maçarico 200 através das porções de saida de passagem

27 0 através da porção de saida de proteção 22 0. Em algumas modalidades, as porções de saida de passagem 27 0 cooperam com a porção de saida de proteção 220 para formar os jatos de gás distintos.

25 A figura 3A é uma vista em perspectiva de um

bocal incluindo uma parte plana com relevo. 0 bocal 300 inclui uma pluralidade de passagens de fluido 305 dispostas em uma superfície externa 310 do bocal 300. Como ilustrado, as passagens de fluido 305 incluem entalhes dispostos

30 dentro da porção frontal 315 do bocal 300 próximo a uma

porção a montante 320 das passagens de fluido 305. Porções de saida de passagem 325 são dispostas adjacentes a e radialmente arranjadas em torno de uma porção de saida debocal 330. O bocal 330 inclui partes planas com relevo 335 dispostos ao longo das passagens de fluido 305, por exemplo, em uma porção a montante 320 de uma ou mais das passagens de fluido 305. As partes planas com relevo 335 podem ser configuradas para aumentar a área de fluxo disponível para um fluido fornecido a partir de um fornecimento de fluido, por exemplo, a passagem de fluido secundária 215 da figura 2A. A área de fluxo adicional reduz a contrapressão de fluxo nesse local na passagem de fluido secundária 215, desse modo aumentando a velocidade do gás secundário e induzindo fluxo de gás adicional. As partes planas com relevo 335 podem atuar como "pás" ou "aletas" aerodinâmicas que aumentam a quantidade de fluxo de fluido para dentro das passagens de fluido 305.

Em algumas modalidades, as passagens de fluido 305 são orientadas em vários ângulos em relação ao eixo geométrico longitudinal A. Por exemplo, as passagens de fluido 305 podem ser inclinadas em aproximadamente 11° com relação ao eixo geométrico A. Tal passo ou ângulo pode transmitir um movimento semelhante a parafuso ou redemoinho para o fluido (por exemplo, o gás de proteção ou secundário) e pode melhorar a qualidade de bordas cortadas ou cortes na peça de trabalho sendo processada. Além disso, as passagens de fluido 305 podem ser inclinadas em um ângulo relativo com respeito ao jato de plasma de tal modo que os jatos distintos possam convergir em direção ou divergir a partir do jato de plasma.

O bocal 300 também inclui uma porção traseira 340. As passagens de fluido 305 estendem-se de uma primeira extremidade 34 5 da porção frontal 315 até uma segunda extremidade 350 da porção frontal 315. Em algumas modalidades, a porção frontal 315 é integralmente formada com a porção traseira 340 (por exemplo, a porção frontal315 e a porção traseira 340 são fabricadas do mesmo pedaço de material). Em algumas modalidades, a porção frontal 315 e a porção traseira 340 não são integralmente formadas. Por exemplo, a porção frontal 315 e a porção traseira 340 podem ser feitas de materiais diferentes ou diferentes pedaços de material. A porção frontal 315 e a porção traseira 340 podem ser então montados (por exemplo, por um encaixe rosqueado ou por fricção). Tal configuração está compreendida no escopo da invenção. Além disso, componentes adicionais são considerados, por exemplo, um componente (não mostrado) axialmente em direção à porção traseira 34 0 pode ser utilizado para orientar um gás secundário em direção às passagens de fluido 305 antes que o fluxo de gás se aproxime da porção frontal 315. Tal configuração está compreendida no escopo da invenção.

A figura 3B é uma vista extrema do bocal 300 da figura 3A. A área de fluxo adicional criada pelas partes planas com relevo 335 adjacente às passagens de fluido 305 é mostrada. Além disso, a proximidade relativa das porções de saida de passagem 325 com a porção de saida de plasma 330 é claramente representada. Em algumas modalidades, porções de saida de passagem 325 que são relativamente próximas à porção de saida de plasma 330 permitem que um maçarico a arco transferido opere em correntes mais baixas. Correntes operacionais mais baixas aumentam o tempo de vida em operação do bocal 300.

A figura 4 ilustra uma proteção para um maçarico a arco de plasma incluindo uma torção angular para orientar um gás secundário para dentro das passagens de fluido. O bico de maçarico 4 00 inclui uma proteção 4 05 e um bocal 410. A proteção 405 é montada em uma relação espaçada com o bocal 410 em relação ao eixo geométrico longitudinal A de tal modo que uma passagem de gás secundária 415 é dispostaentre os mesmos. Em algumas modalidades, o bocal 410 é o bocal 205 da figura 2A ou o bocal 300 das figuras 3A & 3B. A proteção 4 05 inclui uma torção angular 420 para orientar fluido que está fluindo através da passagem de gás secundária 415 para dentro das passagens de fluido 425.

Similar às partes planas com relevo 335 das figuras 3A & 3B, o torção angular 420 pode alterar o trajeto de fluxo da passagem de fluido secundária 415. A área de fluxo adicional pode reduzir a contrapressão em fluxo nesse

ponto, o que desse modo aumenta a velocidade do gás e induz

fluxo de gás adicional para dentro . da passagem de fluido 425. Em algumas modalidades, a torção angular 420 define uma região continuamente anular da proteção 410 em torno do eixo geométrico longitudinal A. Em outras modalidades, a

torção angular 42 0 é disposto de forma distinta radialmente

em torno do eixo geométrico longitudinal A. Torções angulares dispostas de forma distinta 420 podem ser dispostos em alinhamento radial ou coaxial com as passagens de fluido 425, porém isso não é necessário.

Algumas modalidades de bicos de maçarico 400

apresentam as partes planas com relevo 335 das figuras 3A & 3B em combinação com as torções angulares 420 da figura 4, desse modo aumentando adicionalmente o fluxo de fluido para dentro das passagens de fluido 425. O fluxo de fluido

aumentado nas passagens de fluido 425 aumenta a eficácia

dos jatos distintos que circundam o jato de plasma. Uma característica vantajosa das modalidades das figuras 3A & 3B e figura 4 inclui corte mais rápido da peça de trabalho e perfuração de peça de trabalho mais grossa. Um método

para aperfeiçoar adicionalmente o processamento de peça de

trabalho inclui aumentar o comprimento de um furo 430 definido pelo bocal 410. O furo 430 é a porção do bocal 410 que se estende axialmente a partir de uma superfícieinterior 435 do bocal 410 até a porção de saida de plasma 440. O aumento do comprimento do furo 430 melhora a razão de comprimento para diâmetro dessa porção do bocal e aumenta a área de condução de calor do bocal 410 enquanto também aumenta o potencial para resfriamento convectivo do bico de bocal 445 pelo fluido, levando à vida operacional mais longa do bocal. Pela disposição das passagens de fluido 425 dentro do bocal 410, tanto a área de condução de calor como os efeitos de resfriamento convectivo são aumentados.

As figuras 5A-5C representam uma modalidade de um bico de maçarico incluindo um componente circunscrito que forma uma parte de passagens de fluido. A figura 5A é uma vista em seção transversal de um bico de maçarico 500. O bico de maçarico inclui um bocal 505 e um componente circunscrito 510 em contato fisico ou relação de encontro com uma porção frontal 515 do bocal 505. O componente circunscrito 510 é genericamente não montado em uma relação espaçada com o bocal em relação ao eixo geométrico longitudinal A. A porção frontal 515 do bocal 505 inclui passagens de fluido 520. Uma superfície interior 525 do componente circunscrito 510 coopera com uma superfície externa 530 do bocal 505 para formar uma passagem de fluido secundária 535. A interface 540 entre a superfície interior 525 do componente circunscrito 510 e a superfície externa 530 do bocal prove uma vedação de fluido na passagem de fluido secundário 535. A vedação de fluido cria uma queda de pressão entre a passagem de fluido secundária 535 e as passagens de fluido 520, que aumenta o fluxo de um fluido para dentro das passagens de fluido 520.

A figura 5B é uma vista em seção transversal em perspectiva do bico de maçarico da figura 5A. A superfície interior 525 do componente circunscrito 510 coopera com asuperfície externa 530 do bocal 505 para formar passagens de fluido de dois lados 520 para criar jatos distintos (não mostrados) de um gás secundário em torno do jato de plasma (não mostrado). A superfície interior 525 do componente circunscrito e as passagens de fluido 520 formam um trajeto

encerrado para que o gás secundário se desloque da primeira extremidade 540 do bocal 505 até a segunda extremidade 545 do bocal 505. 0 gás secundário sai da segunda extremidade 545 do bocal através de orifícios de saída de passagem 550 para formar jatos de gás distintos. 0 jato de plasma sai do

bico de maçarico 500 através da porção de saída de plasma 555. A porção de saída 5 60 do componente circunscrito 510 coopera com uma superfície extrema 565 do bocal 510 para formar as porções de saída de passagem 550.

Uma característica vantajosa da configuração das

figuras 5A-5C é que relativamente mais fluido flui através das passagens de fluido 520 e finalmente a partir das porções de saída de passagem 550. O fluxo de fluido aumentado através das passagens de fluido 520 ocorre porque não existe traj eto de fluxo alternado para o fluido secundário (por exemplo, para que o fluido saia do maçarico). Mais particularmente, substancialmente todo fluxo de gás ocorrer através das passagens de fluido resultantes 520.

A figura 5C ilustra uma vista em perspectiva do bico de maçarico 500 das figuras 5A & 5B. Em algumas modalidades, o componente circunscrito 510 inclui porções de passagens de fluido (não mostradas) que correspondem a porções de passagens de fluido 520 dispostas no bocal 505-

Por exemplo, o componente circunscrito 510 pode incluir entalhes (não mostrados) que correspondem às passagens de fluido 520 dispostas no bocal 510. Uma vantagem de entalhes no componente circunscrito 510 é área adicional de fluxo degás na porção a montante 570 do bocal 510 que leva à velocidade de gás mais elevada quando os jatos distintos saem das porções de saida de passagem 550. Por exemplo, o bocal 505 e componente circunscrito 510 podem definir individualmente um número igual de meias-passagens de talmodo que a montagem do componente circunscrito 510 em engate de encontro com o bocal 505 forma o número igual de passagens de dois lados por cooperação.

As figuras 6A-6C representam um bocal incluindopassagens de fluido formadas no bocal. A figura 6A é umavista em seção transversal de um bocal 600. Uma superfície interior 605 do bocal 600 define uma porção de uma câmara de plasma 610. O bocal 600 inclui uma porção frontal 615 e uma porção traseira 620. A superfície interior 605 do bocal 600 define uma porção de saida de plasma 625 através daqual um jato de plasma é ejetado a partir de um maçarico a arco de plasma (não mostrado) ao longo do eixo geométrico longitudinal A. 0 bocal 600 também inclui passagens de fluido 630 dispostas dentro da porção frontal 615 do bocal600. As passagens de fluido 630 estendem-se a partir de umponto de entrada de gás secundário 635 até uma porção de saida de passagem 64 0 disposta próximo à porção de saida de plasma 625. Em algumas modalidades, as passagens de fluido 630 são furos que passam através do material do qual o bocal 600 é formado (por exemplo, as passagens de fluido630 são trajetos ou canais fechados que passam através do bocal 600).

A figura 6B é uma vista em seção transversal em perspectiva do bocal 600 da figura 6A. Uma característica vantajosa do bocal nas figuras 6A-6C inclui que as porçõesde saida de passagem 64 0 são formadas totalmente pelo material do qual o bocal 600 é formado. Mais particularmente, as porções de saida de passagem 64 0 são23/32

definidas pela superfície extrema 64 5 do bocal 600 adjacente à porção de saida de plasma. Nenhum componente adicional é necessário para formar jatos de gás distintos (por exemplo, uma proteção ou componente circunscrito não é necessário para formar as passagens de fluido 630) . Além disso, passagens de fluido 630 que são formadas no bocal 600 permitem posicionamento das porções de saida de passagem 64 0 relativamente mais próximo à porção de saida de plasma 625, que é vantajoso para operações de baixa corrente.

A figura 6C é uma vista em perspectiva do bocal 600 das figuras 6A e 6B. . Em algumas modalidades, um componente circunscrito 650 é disposto em torno do bocal 600 para fins de isolamento e vedação e para prolongar a vida do bocal 600. Como ilustrado o componente circunscrito 650 estende-se a partir da porção frontal 615 (por exemplo, o orifício de saida de plasma 625) até a porção traseira 620 do bocal 600 (por exemplo, axialmente para trás dos pontos de entrada de gás 635) . Em algumas modalidades, 'o componente circunscrito 650 não estende além dos pontos de entrada de gás 635. O componente circunscrito 650 pode evitar que escória cause impacto ou se acumule no bocal 600. Além disso, um componente circunscrito 650 com uma espessura relativamente pequena permite que o bocal 600 seja posicionado em proximidade operativa mais estreita à peça de trabalho (não mostrada) do que uma proteção tradicional.

As figuras 7A-7C ilustram uma modalidade exemplar de um bico de maçarico incluindo um componente de vedação. A figura 7A é uma vista em seção transversal de um bico de maçarico 700. O bico de maçarico 700 inclui um bocal 705 e uma proteção 7 montado em uma relação espaçada com respeito a um eixo geométrico longitudinal A para formaruma passagem de gás secundária 715 entre os mesmos. Um componente de vedação 720 é posicionado entre o bocal 705 e a proteção 710. Em algumas modalidades, o componente de vedação 720 é montado em uma relação circunscrita com o 5 bocal 705. O componente de vedação 720 está em contato

fisico tanto com o bocal 7 05 como com a proteção 710. Como representado, o componente de vedação 720 coopera com o bocal 705 para formar uma porção de passagens de fluido 725. Uma superfície interior 7 30 da proteção 710 coopera

também com o bocal 705 para formar as passagens de fluido

725. O bocal 705 inclui uma porção frontal 735 e uma porção traseira 740 substancialmente adjacente à porção frontal 735. As passagens de fluido 725 estendem-se de uma primeira extremidade 734 da porção frontal 735 até uma segunda

extremidade 750.

A figura 7B é uma vista em seção transversal em perspectiva do bico de maçarico da figura 7A. 0 bocal 705 define uma porção de saida de plasma 755 para ejetar o jato de plasma a partir do bico de maçarico. 0 componente de

vedação 72 0 define uma porção de saida 7 60 substancialmente

coaxial com uma porção de saida de proteção 7 65 e a porção de saida de plasma 7 55. Os j atos de gás distintos são formados nas porções de saida de passagem 770 das passagens de fluido 725 para circundar um jato de plasma ejetado a

partir da porção de saida de plasma 755.

Em algumas modalidades, o componente de vedação 720 cria uma obstrução na passagem secundária 715 para efetivamente orientar fluido através das passagens de fluido 725 pela redução de contrapressão em fluxo naquele

ponto no trajeto de fluxo de fluido, desse modo aumentando

a velocidade na direção das passagens de fluido 725 e induzindo fluxo de gás adicional. As porções de saida de passagem 77 0 podem ser formadas por cooperação daspassagens de fluido 725, componente de vedação 720, e proteção 710.

A figura 7C é uma vista em perspectiva do bico de maçar ico 700 das figuras 7 A & 7B. O componente de vedação 720 é disposto entre o bocal 705 e a proteção 710. A porção de saida 760 do componente de vedação 720 é ilustrada como tendo um comprimento axial aproximadamente igual à porção de saida de proteção 765. Em algumas modalidades, a porção de saida 760 tem um comprimento axial que é menor do que o comprimento axial da porção de saida de proteção 765. Por exemplo, o componente de vedação 720 pode ser um revestimento que pode ser aplicado ou depositado em uma superfície exterior 775 do bocal 7 05 (como mostrado na figura 7A) . A aplicação de um revestimento como o componente de vedação 720 reduz a distância entre o bocal 705 e a proteção 710, que por sua vez, reduz a distância a partir do bocal 705 até a peça de trabalho (não mostrada) . Tal configuração melhora o processamento (por exemplo, corte e perfuração) de peças de trabalho relativamente finas. Em algumas modalidades, as passagens de fluido 725 formam trajetos de fluido encerradas dentro do bocal 705, e o bocal 7 05 não coopera com o componente de vedação 720 para formar as passagens de fluido 725 ou as porções de saida de passagem 770.

As figuras 8A-8B representam uma modalidade alternativa de um bico de maçarico incluindo um componente circunscrito. A figura 8A é uma vista em seção transversal em perspectiva de um bico de maçarico 800. O bico de maçar ico 800 inclui um bocal 805 e um componente circunscrito 810 disposto em torno do bocal 805. O bocal inclui uma porção frontal 815 e uma porção traseira 820. A porção traseira 820 forma uma porção de uma câmara de plasma 825. A porção frontal 815 define uma porção de saidade plasma 830 e passagens de fluido 835. As passagens de fluido 835 estendem-se a partir de uma primeira extremidade 840 da porção frontal 815 até uma segunda extremidade 845 da porção frontal 815 que é adjacente à porção traseira 820. Jatos de gás distintos (não mostrados) saem do bico de maçarico 800 através das porções de saida de passagem 850 que circundam um jato de plasma (não mostrado) ejetado do bico de maçarico 800 através da porção de saida de plasma 830. Em algumas modalidades, os jatos distintos circundam o j ato de plasma coaxialmente em relação ao eixo geométrico longitudinal A. Em algumas modalidades, os jatos distintos convergem em direção ou divergem para longe do j ato de plasma. Em algumas modalidades, os jatos distintos se movem em um movimento de redemoinho em torno do jato de plasma.

A figura 8B é uma vista em perspectiva do bico de

maçarico 800 da figura 8A. Como ilustrado, o componente circunscrito 810 coopera com o bocal 805 para formar as passagens de fluido 835 e formar porções de saida de passagem 850. Mais especificamente, o bocal 8 05 define uma porção das porções de saida de passagem 850, e o componente

circunscrito 810 define uma porção das porções de saida de passagem 850. Um fluido pode ser fornecido às passagens de fluido 835 com as porções de entrada de passagem 855. Como ilustrado, o componente circunscrito 810 não circunscreve as porções de entrada de passagem 855. Em algumas

modalidades, o componente circunscrito 810 efetivamente circunscreve as porções de entrada de passagem. Uma vantagem do bico de maçarico 8 00 é a necessidade reduzida de uma proteção montada em relação ao bico de maçarico 800.

O componente circunscrito 810 permite que o bico de

maçarico 800 opere em proximidade mais estreita com a peça de trabalho (não mostrada) enquanto ainda realiza as vantagens dos j atos distintos (por exemplo, estabilidadeaperfeiçoada de arco, ruido reduzido, e resfriamento aperfeiçoado do bocal 805) .

As figuras 9A-9C ilustram uma modalidade exemplar de um bocal incluindo um componente circunscrito. A figura 9A ilustra um sistema de bocal 900 que inclui uma porção de revestimento 905, uma porção de invólucro 910 e uma porção de tampa de invólucro 915. Uma superfície interior 920 da porção de revestimento forma uma porção de uma câmara de plasma 925 e define uma porção de saida de revestimento 930. Um gás de plasma (não mostrado) flui com um componente axial através da câmara de plasma 925, através da porção de saida de revestimento 930, e sai do sistema de bocal 900 através da porção de saida de plasma 935 definida pela porção de invólucro 910.

Em algumas modalidades, a porção de revestimento 905 e a porção de invólucro 910 são posicionadas em contato fisico, por exemplo, por um encaixe por fricção. O contato fisico pode ser uma interface de metal com metal para boa condutividade de calor e corrente elétrica. Em algumas modalidades, a porção de revestimento e a porção de invólucro 910 são integralmente formadas (por exemplo, fabricadas da mesma peça de material).

A. porção de tampa de invólucro 915 é montada na porção de invólucro 910 em uma relação espaçada com relação ao eixo geométrico longitudinal A para formar uma passagem de gás secundário 940 entre as mesmas. A porção de tampa de invólucro 915 é fixada em um componente de vedação condutivo 945 que está em contato com a porção de invólucro 910 para fornecer um trajeto condutivo de baixa resistência entre a porção de invólucro 910 e a porção de tampa de invólucro 915. Em algumas modalidades, a porção de tampa de invólucro 915 é feita de um material isolante. Em algumas modalidades, a porção de tampa de invólucro 915 pode serfixada diretamente na porção de invólucro 910, por exemplo, por um encaixe por fricção.

A figura 9B é uma vista em seção transversal em perspectiva do bocal 900 da figura 9A. Um fluido (não mostrado) pode ser fornecido para a passagem de gás secundário 940. O fluido flui através da passagem de fluido 940 e sai do bocal 900 como jatos de gás distintos através de porções de saida de passagem 945 dispostas na porção de invólucro 910. A porção de invólucro 910 define um flange radialmente estendido 950 adjacente à porção de saida de plasma 935. O flange 950 define as porções de saída de passagem 945. O flange 950 está em contato físico com a porção de tampa de invólucro 915 para formar uma interface 955 entre os mesmos - A interface 955 evita que gás secundário vaze para fora do bocal 900.

Em algumas modalidades, a interface 955 é formada pelo contato de metal com metal. Em algumas modalidades, uma vedação (não mostrada) é disposta entre o flange 950 e a porção de tampa de invólucro. Em algumas modalidades, a porção de tampa de invólucro 915 tem um flange diferente que define porções de saída de passagem (não mostradas) integralmente formadas com o esmo, e o flange de tampa coopera com a porção de invólucro 910 para formar a região adjacente à porção de saída de plasma 935.

A figura 9C é uma vista em perspectiva do bocal 900 das figuras 9A & 9B. Várias vantagens são realizadas pelo bocal 900. O fluido que é fornecido às passagens de gás secundário 94 0 pode ser controlado independentemente do gás de plasma e gás de proteção. Particularmente, uma fonte de fornecimento de gás separada pode ser utilizada para fornecer um gás secundário para o bocal 900 que pode ter temperatura, pressão, taxa de fluxo ou outros parâmetros que diferem do gás de plasma ou gás de proteção. O gás deplasma pode ser separadamente controlado e flui através da câmara de plasma 925. Um gás de proteção pode ser separadamente controlado e flui sobre uma superfície exterior 960 da porção de tampa de invólucro 915. Mais 5 especificamente, o gás de proteção flui entre a porção de

tampa de invólucro 915 e uma proteção (não mostrada) . O bocal 900 permite também que as porções de saida de passagem 945 sejam posicionadas relativamente próximas à porção de saida de plasma 935. 0 posicionamento das porções

de saida de passagem 945 em tal configuração permite que os

jatos de gás distintos estejam mais próximos ao jato de plasma, que é útil para aplicações em baixa corrente. Em algumas modalidades, os jatos distintos são formados com um gás secundário em uma pressão mais baixa em relação ao gás

de proteção para reduzir impacto dos jatos distintos sobre

o jato de plasma.

A figura 10 é uma vista em perspectiva de uma modalidade de uma proteção de acordo com a invenção. A porção 1000 inclui um corpo de proteção 1005 que define uma

proteção 1005 inclui uma porção traseira 1020 para montar em um maça rico a arco de plasma de forma que possa ser desprendido (não mostrado). 0 corpo de proteção 1005 também inclui uma porção frontal 1025 que define uma porção de

saida de proteção 1030. A proteção 1000 é montada

coaxialmente em relação a um bocal (não mostrado) de tal modo que um jato de plasma (não mostrado) saia do maçarico através da porção de saida de proteção 1030.

O corpo de proteção 1005 define também uma ou

mais porções de passagem de proteção 1035 que se estendem

ao longo da porção frontal 1025 do corpo de proteção 1005. As porções de passagem de proteção 1035 incluem, cada uma, uma porção de saida de passagem de proteção 1040. À medidaque um segundo fluido flui a partir da porção traseira 1020 para a porção frontal 1025 do bocal, o fluido entra nas porções de passagem de proteção 1035 e sai da proteção 1000 (e maçarico) como jatos distintos através das porções de saida de passagem de proteção 1040. Os jatos distintos são

dispostos em torno do jato de plasma para, por exemplo, melhorar a estabilidade do jato de plasma ou reduzir interações entre um fluido ambiente e o jato de plasma.

A porção frontal 1025 do corpo de proteção 1005

define protuberâncias 1045 que separam (por exemplo, e

definem) as porções de passagem de proteção 1035. Em algumas modalidades, as protuberâncias 104 5 estão em contato fisico com uma superfície exterior do bocal quando a proteção 1000 é montada no maçarico. Em tais modalidades,

a superfície exterior do bocal (por exemplo, similar a um

bocal da figura IA) coopera com as porções de passagem de proteção 1035 para formar passagens de fluido que podem gerar j atos distintos a partir das porções de saida de passagem de proteção 104 0. Em algumas modalidades, as

protuberâncias 104 5 são dispostas em uma relação espaçada

relativa ao bocal quando a proteção 1000 é montada no maçarico. Em algumas modalidades, as protuberâncias 1045 e as porções de passagem de proteção 1035 são alinhadas com passagens de fluido correspondentes dispostas em um bocal

ou outro componente circunscrito. Desse modo, a proteção

1000 pode cooperar com o bocal ou outro componente circunscrito para formar passagens de fluido tendo uma área em seção transversal relativamente maior do que é obtido pela disposição das passagens de fluido em um único

componente- Além disso, a área superficial adicional obtida

por passagens cooperantes auxilia no resfriamento tanto da proteção 1000 como do bocal ou outro componente circunscrito.As protuberâncias estendem-se a partir da porção de saida de proteção 1030 até uma parede traseira 1050 da porção dianteira 1025 da proteção 1000. Em algumas modalidades, as protuberâncias 1045 não se estendem até a parede traseira 1050 • Em tais modalidades, as protuberâncias podem estender-se até um ponto (não mostrado) na porção frontal 1025 entre a parede traseira 1050 e a porção de saida de proteção 1030. Em algumas modalidades, a geometria da região 1055 adjacente à porção de saida de proteção 1030 pode influenciar a orientação de fluxo em relação ao eixo geométrico longitudinal A. Por exemplo, a região 1055 pode orientar o fluxo dos j atos distintos para convergir no jato de plasma, divergir do jato de plasma, fazer um movimento de redemoinho em torno do jato de plasma, ou fluir coaxialmente em relação ao jato de plasma. Em algumas modalidades, as protuberâncias 1045 e conseqüentemente as porções de passagem de proteção 1035 são formadas integralmente com o corpo de proteção 1005. Em algumas modalidades, um componente separado (não mostrado) pode ser disposto.entre uma superfície exterior do bocal e a proteção 1000. Tal componente prove passagens de fluido que geram jatos distintos para dispor em torno do jato de plasma. O componente pode fornecer passagens encerradas (por exemplo, uma porção das passagens não é formada por pelo menos um entre o corpo de proteção 1005 ou bocal). Tal componente pode ser feito, por exemplo, com um material isolante ou eletricamente condutivo.

Outras configurações que estão compreendidas no escopo e espirito da invenção serão evidentes para aqueles versados na técnica. Por exemplo, um anel (não mostrado) definindo porções de saida de passagem pode ser disposto entre um bocal e uma proteção para formar um bico de maçarico de três peças. Um fluido secundário que fluiatravés da passagem de gás secundário disposta entre o bocal e a proteção pode gerar jatos distintos disposto em torno de um jato de plasma quando o fluido secundário flui através das porções de saida de passagem. 0 anel pode ser fixado entre o bocal e a proteção, por exemplo, por um encaixe de interferência diametral. Outros mecanismos para fixar os componentes podem ser utilizados, por exemplo, ligação, soldagem ou fusão de qualquer das três peças juntas.

Embora a invenção tenha sido descrita com relação a várias modalidades, variações, modificações e outras implementações do que é descrito aqui ocorrerão para aqueles com conhecimentos comuns na técnica sem se afastar do espirito ou escopo da invenção. Por conseguinte, a invenção não deve ser limitada somente às descrições ilustrativas precedentes.

Claims (36)

REIVINDICAÇÕES

1. Bocal para um maçarico a plasma de arco transferido, o bocal compreendendo:uma porção traseira definindo pelo menos uma porção de uma câmara de plasma; euma porção frontal incluindo uma primeira extremidade disposta adjacente à porção traseira, uma segunda extremidade definindo uma porção de salda de plasma, e uma ou mais passagens de fluido dispostas dentro da porção frontal, cada uma ou mais passagens de fluido se estendendo da primeira extremidade para a segunda extremidade e tendo uma porção de saida de passagem disposta substancialmente adj acente à porção de saida de plasma que prove um ou mais jatos distintos de um fluido secundário disposto em torno de um jato de plasma.

2. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em que uma ou mais passagens de fluido definem, individualmente um trajeto de fluido que gera fluxo substancialmente paralelo entre o fluido secundário que sai da porção de saida de passagem e o jato de plasma.

3. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em que uma ou mais passagens de fluido definem, individualmente um traj eto de fluido que gera fluxo angular convergente do fluido secundário que sai da porção de saida de passagem em relação ao jato de plasma.

4. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em que uma ou mais passagens de fluido definem, individualmente um trajeto de fluido que gera fluxo angular divergente do secundário que sai da porção de saida de passagem em relação ao jato de plasma.

5. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em que um ou mais jatos distintos compreendem uma pluralidade de jatos distintos para circundar o jato de plasma.

6. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em que a porção traseira e a porção frontal são integralmente formadas.

7. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em que os jatos distintos reduzem uma interação entre um fluido ambiente e o j ato de plasma.

8. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em que uma ou mais passagens de fluido compreendem uma pluralidade de passagens de fluido, a pluralidade de passagens de fluido formando uma disposição radial em torno da porção de saida de plasma.

9. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em que a porção frontal inclui ainda uma parte plana com relevo disposto ao longo de um lado de cada uma ou mais passagens de fluido para aumentar uma quantidade do fluxo de fluido secundário que entra em uma ou mais passagens de fluido.

10. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em que uma ou mais passagens de fluido transmite um movimento de redemoinho para o fluido secundário.

11. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em que a porção traseira inclui ainda um mecanismo de fixação para fixar o bocal em um corpo de maçarico de plasma.

12. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em que as porções frontal e traseira são formadas de um material eletricamente condutivo.

13. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda um componente circunscrito definindo uma superfície interior e uma superfície exterior, o componente circunscrito montado em relação à porção frontal de tal modo que pelo menos uma porção da superfície interior coopera com a porção frontal para formar uma ou mais passagens de fluido.

14. Bocal, de acordo com a reivindicação 14, em que a superfície interior do componente circunscrito define uma porção de uma ou mais passagens de fluido distintas que correspondem a uma ou mais passagens de fluido dispostas na porção frontal do bocal.

15. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda um componente circunscrito definindo uma superfície interior e uma superfície exterior, o componente circunscrito montado em relação à porção frontal do bocal de tal modo que pelo menos uma porção da superfície interior coopera com a porção frontal para formar uma passagem de fluido secundária.

16. Bocal, de acordo com a reivindicação 16, em que um fluido secundário flui através da passagem de fluido secundário independentemente de um gás de plasma que flui através da câmara de plasma e um gás de proteção que flui sobre a superfície exterior do componente circunscrito.

17. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em que cada uma ou mais passagens de fluido fornecem um trajeto distinto para o fluido secundário.

18. Proteção para proteger um bocal de um maçarico a plasma de arco transferido, a proteção compreendendo:um corpo de proteção definindo uma porção de saida de proteção e tendo uma porção exterior e uma porção interior, a porção interior incluindo uma torção angular para desviar um fluido para dentro de uma passagem de fluido disposta dentro do bocal.

19. Proteção, de acordo com a reivindicação 18, em que a porção interior do corpo de proteção inclui um ou mais torções angulares para desviar um fluido para dentro de uma ou mais passagens de fluido correspondentes dispostas dentro do bocal.

20. Proteção para um maçarico a plasma de arco transferido, a proteção compreendendo:um corpo de proteção definindo uma porção de saída de proteção e tendo uma porção exterior e uma porção interior, a porção interior incluindo uma ou mais passagens de fluido cada um tendo uma porção de saída de passagem que fornece um ou mais jatos distintos de um fluido secundário disposto em torno de um jato de plasma.

21. Bico de maçarico para um maçarico a plasma de arco transferido, o bico de maçarico tendo um eixo geométrico longitudinal e compreendendo:um bocal compreendendo uma porção traseira definindo pelo menos uma porção de uma câmara de plasma, e uma porção frontal incluindo uma primeira extremidade disposta adj acente à porção traseira, uma segunda extremidade definindo uma porção de saída de plasma, e uma ou mais passagens de fluido dispostas dentro da porção frontal, cada uma ou mais passagens de fluido se estendendo da primeira extremidade para a segunda extremidade e tendo porções de saída de passagem dispostas substancialmente adjacentes à porção de saída de plasma que fornecem jatos distintos de um fluido secundário disposto em torno de um jato de plasma; euma proteção compreendendo um corpo de proteção definindo uma porção de saída de proteção e tendo uma porção . exterior e uma porção interior, a proteção sendo montada em uma relação espaçada para o bocal em relação ao eixo geométrico longitudinal do bico de maçarico de tal modo que uma passagem secundária é formada entre a proteção e o bico.

22. Método compreendendo:gerar um jato de plasma que sai de um maçarico a plasma de arco transferido a partir de uma porção de saídade plasma de um bocal montado em um corpo de maçarico que pode ser desprendido; e formar um ou mais jatos distintos de um fluido secundário a partir das porções de saida de passagem de uma ou mais passagens de fluido dispostas pelo menos em parte no bocal substancialmente adj acente à porção de saida de plasma ou uma proteção montada no maçarico substancialmente coaxialmente com o bocal, onde um ou mais jatos distintos são dispostos em torno de um eixo geométrico longitudinal do jato de plasma.

23. Bico de maçarico para um maçarico a plasma de arco transferido, o bico de maçarico compreendendo: um bocal incluindo uma porção traseira definindo pelo menos uma porção de uma câmara de plasma, e uma porção frontal incluindo uma primeira extremidade disposta adj acente à porção traseira, uma segunda extremidade definindo uma porção de saida de plasma, e pelo menos uma porção de um ou mais trajetos de fluido distintos dispostos na porção frontal e se estendendo a partir da primeira extremidade até a segunda extremidade; e um componente circunscrito definindo uma superfície interior e uma superfície exterior, o componente circunscrito montado em relação ao bocal de tal modo que pelo menos uma porção da superfície interior coopera com a porção frontal do bocal para formar uma ou mais passagens de fluido para gerar um ou mais jatos distintos de um fluido secundário disposto substancialmente adj acente à porção de saida de plasma.

24. Bico de maçarico, de acordo com a reivindicação 23, em que a superfície interior define uma porção de uma ou mais passagens de fluido distintas que correspondem a um ou mais trajetos de fluido distintos dispostos na porção frontal do bocal.

25. Bico de maçarico, de acordo com a reivindicação 23, compreendendo ainda um componente de vedação disposto entre o bocal e a superfície interior do componente circunscrito.

26. Bico de maçarico para um maçarico a plasma de arco transferido, o bico compreendendo:um bocal compreendendo uma porção traseira definindo pelo menos uma porção de uma câmara de plasma, e uma porção frontal definindo uma porção de saida de. plasma,um meio para gerar um ou mais jatos distintos de um fluido secundário disposto substancialmente adjacente em torno de um jato de plasma que sai do maçarico a partir da porção de saida de plasma; eum meio circunscrito montado em relação ao bocal e definindo uma porção de saida de fluido que permite que jatos distintos saiam do bico de maçarico.

27. Maçarico a arco de plasma compreendendo:um eletrodo tendo uma superfície exterior que define uma porção de uma câmara de plasma;um bocal montado em um corpo de maçarico que pode ser desprendido, o bocal incluindo uma porção traseira definindo pelo menos uma porção da câmara de plasma e uma porção frontal definindo uma porção de saida de plasma,um meio para gerar um ou mais jatos distintos de um fluido secundário, os j atos dispostos substancialmente de forma adjacente em torno de um jato de plasma que sai da porção de saida de plasma;uma proteção montada em uma tampa de retenção que é fixada no corpo de maçarico, a proteção definindo uma porção de saida de proteção substancialmente alinhada com a porção de saida de plasma para permitir que o jato de plasma e os jatos distintos saiam do maçarico; eum anel de redemoinho montado em relação ao corpo de maçarico para transmitir um movimento de redemoinho a pelo menos um entre um gás de plasma, um gás secundário, ou um gás terciário dentro do maçarico.

28. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em que um ou mais j atos distintos fornecem um fluxo tendo momento ao longo de um eixo geométrico definido pelo jato de plasma.

29. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em que o jato de plasma define um eixo geométrico e tem um primeiro fluxo que fornece primeiro momento de ejeção axial e um ou mais jatos distintos fornecem um segundo fluxo tendo um segundo momento de ejeção axial combinando com o primeiro momento de ejeção axial para gerar um fluxo com um terceiro momento axial maior do que o primeiro e segundo momento axial.

30. Bocal, de acordo com a reivindicação 29, em que não existe terceiro fluxo entre o. primeiro fluxo e o segundo fluxo -

31. Bocal para um maçarico a plasma de arco transferido, o bocal compreendendo:uma porção traseira definindo pelo menos uma porção de uma câmara de plasma; euma porção frontal incluindo uma primeira extremidade disposta adj acente à porção traseira, uma segunda extremidade incluindo uma porção de saida de plasma para um jato de plasma definindo um eixo geométrico e tendo um primeiro fluxo com um primeiro momento axial na porção de saida, e uma ou mais passagens de fluido dispostas dentro da porção frontal, cada uma ou mais passagens de fluido se estendendo a partir da primeira extremidade para a segunda extremidade e tendo uma porção de saida de passagem disposta substancialmente adj acente à porção desaída de plasma para fornecer um ou mais jatos distintos deum fluido secundário disposto em torno do jato de plasma efornecendo um fluxo secundário com um momento axialsecundário em cada uma ou mais porções de saída depassagem.

32. Bocal para um maçarico a plasma de arcotransferido, o bocal compreendendo:uma porção traseira definindo pelo menos umaporção de uma câmara de plasma;uma porção frontal incluindo uma primeiraextremidade disposta adj acente à porção traseira, umasegunda extremidade definindo uma porção de saída deplasma, e pelo menos uma porção de um ou mais trajetos defluido distintos dispostos na porção frontal e seestendendo a partir da primeira extremidade até a segundaextremidade, cada um dos trajetos de fluido definindo umaporção de saída de passagem disposta substancialmenteadjacente à porção de saída de plasma para gerar um ou maisjatos distintos de um fluido secundário; eum componente circunscrito disposto em torno daporção frontal.

33. Bocal, de acordo com a reivindicação 32, emque o componente circunscrito compreende um materialisolante.

34. Bocal, de acordo com a reivindicação 32, emque o componente circunscrito é disposto em torno de umasuperfície exterior do bocal.

35. Bocal, de acordo com a reivindicação 32, emque pelo menos uma entre a porção traseira ou a porçãofrontal compreende cobre.

36. Bocal, de acordo com a reivindicação 32, emque a porção frontal compreende pelo menos um entre cobreou alumínio.