BRPI0610299A2

BRPI0610299A2 - maçarico de arco de plasma provendo injeção angular do fluxo de anteparo

Info

Publication number: BRPI0610299A2
Application number: BRPI0610299-9A
Authority: BR
Inventors: Zheng Duan; Stephen M Liebold; Aaron D Brandt
Original assignee: Hypertherm Inc
Priority date: 2005-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2010-06-08
Also published as: MX2007013067A; WO2006113737A2; WO2006113737A3; KR20080007335A; CN101204123B; KR101371979B1; US8395077B2; US20070007256A1; US20110062124A1; US20060289396A1; BRPI0610299B1; EP1878324A2; EP2384097B1; US7605340B2; EP1878324B2; US7829816B2; EP1878324B1; CN101204123A; EP2384097A1

Abstract

Descrevem-se maçaricos a arco de plasma que incluem um bico de maçarico com um bocal aperfeiçoado que provê injeçâo de fluxo protetor angular. Em particular, o bocal provê colisào cónica/angular de um fluido (por exemplo, um gás protetor) em um gás de plasma ionizado fluindo através de um maçarico a arco de plasma. Alguns dos bicos de maçarico descritos aqui incluem um bocal com um formato externo cónico combinado com um protetor com geometria interna de complementação para formar o fluxo de fluido angular. Como resultado, um maçarico a arco de plasma incluindo o bocal aperfeiçoado tem os benefícios de um fluxo de gás de plasma ionizado, estabilizado juntamente com resfriamento de bocal intensificado e proteção contra escória em reflexão durante uso do maçarico.

Description

MAÇAR ICO DE ARCO DE PLASMA PROVENDO INJEÇÃO ANGULAR DOFLUXO DE ANTEPARO

CAMPO DA INVENÇÃO

A invenção refere-se genericamente a maçaricos dearco de plasma utilizados para cortar, perfurar e marcarmetal, e mais particularmente, a maçaricos de arco deplasma que fornecem injeção de fluxo de proteção angular(por exemplo, cônica) a um arco de plasma.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Maçaricos a arco de plasma são amplamenteutilizados para processamento de peça de trabalho, porexemplo, o corte, perfuração e/ou marcação de materiaismetálicos (isto é, metais elementares, ligas de metal,etc.) . Um maçarico a arco de plasma inclui genericamenteum eletrodo montado dentro de um corpo do maçarico (isto é,.um corpo de maçarico), um bocal tendo um orifício de saidatambém montado dentro do corpo de maçarico, conexõeselétricas, passagens de fluido para fluidos deresfriamento, fluidos de proteção, e fluidos de controle dearco, um anel de redemoinho para controlar padrões de fluxode fluido em uma câmara de plasma formada entre o eletrodoe bocal, e um fornecimento de energia. 0 maçarico produzum arco de plasma, que é um jato ionizado contraído de umgás de plasma com temperatura elevada e momentum elevado(isto é, uma corrente de fluxo de gás de plasma ionizado).Gases utilizados no maçarico a arco de plasma podem ser nãooxidantes (por exemplo, argônio, nitrogênio) ou oxidantes(por exemplo, oxigênio, ar).

Em operação, um arco piloto é primeiramentegerado entre o eletrodo (isto é, catódio) e o bocal (istoé, anódio). A geração do arco piloto pode ser porintermédio de um sinal de freqüência elevada, voltagemelevada acoplado a um fornecimento de energia CC e omaçarico a arco de plasma, ou qualquer de uma variedade demétodos de partida de contato.

Em geral, o eletrodo, bocal e passagens de fluidosão configurados em relação mútua para fornecer um arco deplasma para cortar, perfurar ou marcar materiais metálicos.

Com referência à figura 1, em uma configuração conhecida,um maçarico a arco de plasma inclui um eletrodo 1 e umbocal 2 montados em relação espaçada com uma proteção 3para formar uma ou mais passagens para fluidos (porexemplo, gás de proteção) para passar através de um espaçodisposto entre a proteção e o bocal. Nessa configuraçãoconhecida, fluxo de gás de plasma 4 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 do bocal.)0 gás de proteção 5 ou outro fluido passa através de uma oumais passagens para resfriar o bocal e incidir o fluxo degás de plasma ionizado em um ângulo de 90 graus à medidaque o fluxo de gás de plasma passa através do orificio desaida de bocal. Como resultado da incidência, o fluxo degás de plasma ionizado pode ser rompido (por exemplo, gerarinstabilidades no fluxo de gás de plasma), que pode levar adesempenho degradado de corte, perfuração ou marcação.

Com referência à figura 2, em outra configuraçãoconhecida, o bocal 2 e a proteção 3 podem ser montados parafornecer fluxo substancialmente colunar do gás de proteção5 e gás de plasma ionizado 4. Isto é, em vez de incidir ofluxo de gás de plasma ionizado 4 à medida que sai doorificio de saida de bocal em um ângulo de 90 graus, o gásde proteção 5 é injetado para fora das passagens em umadireção paralela ao fluxo de gás de plasma (isto é, fluxode coluna) como descrito na patente US no. 6.207.923expedida para Lindsay. Maçaricos a arco de plasma tendoessa configuração experimentam estabilidade aperfeiçoada emrelação a maçaricos que têm um fluxo de gás de proteção 5que incide no fluxo de gás de plasma 4 em um ângulo de 90graus. Além disso, maçaricos a arco de plasma que incluemfluxo de coluna tendem a ter uma razão de comprimento deorificio de saida de bocal para diâmetro, grande (porexemplo, maior do que 2,4), L/D. Alguns pesquisadoresverificaram que uma razão L/D grande levará à capacidade decortar peças de trabalho metálicas mais grossas e obtervelocidades de corte mais rápidas. Entretanto, em geral,maçaricos a arco de plasma que têm fluxo substancialmentecolunar do gás de proteção e gás de plasma têm dificuldadeem resfriar o bico do bocal e fornecem menos proteção apartir da escória em reflexão durante corte do quemaçaricos a arco de plasma que utilizam injeção de fluxo degás de proteção incidindo em 90 graus.

Desse modo, seria desejável fornecer um maçaricoa arco de plasma que possa obter resfriamento eficaz dobocal e fornecer proteção a partir da escória em reflexãoque também forneça um fluxo estável de gás de plasma e umarazão L/D grande.

Sumário da invenção

A invenção, em uma modalidade, soluciona asdeficiências da técnica anterior pela provisão de ummaçarico a arco de plasma que prove resfriamento eficaz dobocal do maçarico e proteção contra reflexão de escóriaenquanto também fornece fluxo de gás de plasma, estável. Omaçarico a arco de plasma da presente invenção pode serutilizado para cortar, perfurar e/ou marcar materiaismetálicos. O maçarico inclui um corpo de maçarico tendo umbocal montado em relação a um eletrodo no corpo paradefinir uma câmara de plasma. O maçarico também inclui umaproteção fixada no corpo do maçarico. 0 bocal, eletrodo eproteção são partes consumiveis que se desgastam e exigemsubstituição periódica. Desse modo, essas partes sãodesprendiveis e, em algumas modalidades, fixáveis novamentede modo que essas partes podem se facilmente removidas,inspecionadas em relação a desgaste, e substituídas.

Em um aspecto, a invenção apresenta um bocal paraum maçarico a arco de plasma. 0 bocal inclui um corpo debocal incluindo uma porção interior substancialmente oca eexterior substancialmente cônica. A porção exteriorsubstancialmente cônica tendo um ângulo de meio-cone debocal selecionado a partir de uma primeira faixa deaproximadamente 20 graus a aproximadamente 60 graus. 0corpo de bocal define um orifício de saida, que é dispostoem uma face extrema do bocal. O orifício de saida édefinido por um diâmetro de orifício (D), um comprimento deorifício (L) , e um diâmetro de face extrema de bocal (<|>1),onde uma razão de L para D é maior ou igual a 2,4, e umarazão de §1 para D está compreendida em uma segunda faixade aproximadamente 1,9 a 2,5.

As modalidades desse aspecto da invenção podemincluir uma ou mais das seguintes características. Emalgumas modalidades, a primeira faixa está entreaproximadamente 30 graus e aproximadamente 50 graus. Emcertas modalidades, a primeira faixa está entreaproximadamente 34 graus e aproximadamente 44 graus, como,por exemplo, 42,5 graus. A razão L para D, em algumasmodalidades, está entre aproximadamente 2,5 eaproximadamente 3,0, como por exemplo, 2,8. Em algumasmodalidades, a razão de <j>l para D é aproximadamente 2,1. Ocorpo de bocal da presente invenção pode incluir ainda ummecanismo de fixação para fixar o corpo do bocal em umcorpo de maçarico de plasma. Os exemplos de mecanismos defixação incluem anéis-o e roscas. Em certas modalidades, ocorpo do bocal é formado a partir de um materialeletricamente condutivo, como, por exemplo, cobre,alumínio, ou latão.

Em outro aspecto, a invenção apresenta um bico demaçarico para um maçarico a arco de plasma. 0 bico demaçarico tem um eixo geométrico longitudinal e inclui umbocal e uma proteção. 0 bocal do bico de maçarico inclui umcorpo de bocal incluindo uma porção interiorsubstancialmente oca e exterior substancialmente cônica. Aporção exterior substancialmente cônica tem um ângulo demeio-cone de bocal selecionado de uma primeira faixa deaproximadamente 20 graus a aproximadamente 60 graus. Ocorpo de bocal define um orifício de saida disposto em umaface extrema do bocal. O orifício de saida é definido porum diâmetro de orifício (D), um comprimento de orifício(L) , e um diâmetro de face extrema de bocal (<|>1), onde umarazão de L para D é maior ou igual a 2,4. A proteção daponta de maçarico inclui um corpo de proteção definindo umorifício de saida de proteção tendo um diâmetro de orifíciode saida de proteção (<))2) . O corpo de proteção inclui umaporção interior substancialmente cônica que tem um ângulode meio-cone de proteção, que é substancialmente igual aoângulo de meio-cone de bocal. A proteção sendo montada emuma relação espaçada com o bocal em relação ao eixogeométrico longitudinal do bico do maçarico de tal modo queuma passagem de fluido é formada em um espaço entre aporção interior substancialmente cônica da proteção e aporção exterior substancialmente cônica do bocal.

As modalidades desse aspecto podem incluir uma oumais das seguintes características. Em algumas modalidades,a proteção é espaçada ao longo do eixo geométricolongitudinal a partir do bocal em uma distância (s) e apassagem tem uma espessura definida por s multiplicado porseno do ângulo de meio-cone de bocal. Em certas modalidadesum valor de s é selecionado para fornecer uma espessura dapassagem que resulta em uma velocidade de fluxo de saida deproteção de aproximadamente 50,8 metros por segundo aaproximadamente 152,4 metros por segundo. Em algumasmodalidades, o valor de s é selecionado para fornecer umaespessura de aproximadamente 0,055 cm. O bocal pode ter umarazão de §1 para D compreendida em uma faixa deaproximadamente 1,9 a aproximadamente 2,5, como porexemplo, 2,1. A primeira faixa (isto é, a faixa do ângulode meio-cone de bocal), em algumas modalidades, pode estarentre aproximadamente 30 graus e aproximadamente 50 graus.Em outras modalidades, a primeira faixa está entreaproximadamente 34 graus e aproximadamente 44 graus, comopor exemplo, 42,5 graus. A razão de L para D pode estarentre aproximadamente 2,5 e aproximadamente 3,0 como, porexemplo, 2,8. O bico do maçarico pode incluir uma razão de(j)2 para <j>l compreendida em uma faixa de aproximadamente 0,8a aproximadamente 1,2. Em certas modalidades, a razão de <|>2para <j>l é maior do que 1. Em algumas modalidades, aproteção inclui um ou mais furos de ventilação. Em certasmodalidades, a proteção não inclui nenhum furo deventilação. A proteção bem como o bocal pode ser formado deum material eletricamente condutor. Em certas modalidades,o corpo de bocal inclui ainda um mecanismo de fixação parafixar o corpo de bocal em um corpo de maçarico de plasma.

Em outro aspecto, a invenção apresenta ummaçarico a arco de plasma. O maçarico a arco de plasma temum eixo geométrico longitudinal e inclui um corpo demaçarico a arco de plasma, um bocal e uma proteção. O corpode maçarico a arco de plasma inclui uma trajetória de fluxode plasma para orientar um gás de plasma para uma câmara deplasma na qual um arco de plasma é formado. 0 bocal incluium corpo de bocal incluindo uma porção interiorsubstancialmente oca e exterior substancialmente cônica. Aporção exterior substancialmente cônica tem um ângulo demeio-cone de bocal selecionado de uma primeira faixa deaproximadamente 20 graus a aproximadamente 60 graus. Ocorpo de bocal define um orifício de saída disposto em umaface extrema do bocal. O orifício de saída é definido porum diâmetro de orifício (D), um comprimento de orifício(L) , e um diâmetro de face extrema de bocal (<|>1) , onde umarazão de L para D é maior ou igual a 2,4. A proteção incluium corpo de proteção definindo um orifício de saída deproteção tendo um diâmetro de orifício de saída de proteção(<|)2) . O corpo de proteção inclui uma porção interiorsubstancialmente cônica que tem um ângulo de meio-cone deproteção, que é substancialmente igual ao ângulo de meio-cone de bocal. A proteção sendo montada em uma relaçãoespaçada com o bocal em relação ao eixo geométricolongitudinal do maçarico a arco de plasma de tal modo queuma passagem de fluido é formada em um espaço entre aporção interior substancialmente cônica da proteção e aporção exterior substancialmente cônica do bocal.

As modalidades desse aspecto podem incluir uma oumais das seguintes características. Em algumas modalidades,a proteção é espaçada ao longo do eixo geométricolongitudinal a partir do bocal em uma distância (s) e apassagem tem uma espessura definida por s multiplicado porseno do ângulo de meio-cone de bocal. Em certasmodalidades, um valor de s é selecionado para fornecer umaespessura da passagem que resulta em uma velocidade defluido de saída de proteção de aproximadamente 50,8 metrospor segundo a aproximadamente 152,4 metros por segundo. Emalgumas modalidades, o valor de s é selecionado parafornecer uma espessura de aproximadamente 0,055 cm. O bocalpode ter uma razão de §1 para D compreendido em uma faixade aproximadamente 1,9 a aproximadamente 2,5, como porexemplo, 2,1. A primeira faixa (isto é, a faixa do ângulode meio-cone de bocal), em algumas modalidades, pode estarentre aproximadamente 30 graus e aproximadamente 50 graus.Em outras modalidades, a primeira faixa está entreaproximadamente 34 graus e aproximadamente 44 graus, comopor exemplo, 42,5 graus. A razão de L para D pode estarentre aproximadamente 2,5 e aproximadamente 3,0, como, porexemplo, 2,8. O maçarico de arco de plasma pode incluir umarazão de §2 a (j)l compreendida em uma faixa deaproximadamente 0,8 a aproximadamente 1,2. Em certasmodalidades, a razão de <|>2 para <|>1 é maior do que 1. Emalgumas modalidades, a proteção inclui um ou mais furos deventilação. Em certas modalidades, a proteção não incluinenhum furo de ventilação. A proteção bem como o bocal podeser formado de um material eletricamente condutor. Emcertas modalidades, o corpo de bocal inclui ainda ummecanismo de fixação para fixar o corpo de bocal em umcorpo de maçarico de plasma.

Em outro aspecto, a invenção apresenta um bocalpara um maçarico a arco de plasma. O bocal inclui um corpode bocal incluindo uma porção interior substancialmente ocae exterior substancialmente cônica tendo um ângulo de meio-cone de bocal. O corpo de bocal define um orificio de saidadisposto em uma face extrema do bocal. O orificio de saidaé definido por um diâmetro de orificio (D), um comprimentode orificio (L) , e um diâmetro de face extrema de bocal(<|>1), em que o ângulo de meio-cone de bocal, uma razão de Lpara D, e uma razão de <|>1 para D são selecionados parafornecer ao maçarico a arco de plasma resfriamento eficazdo bocal, proteção contra reflexão de escória, e um fluxoestável de gás de plasma ionizado.

Em outro aspecto, a invenção apresenta um bico demaçarico para um maçarico a arco de plasma. O bico demaçarico tem um eixo geométrico longitudinal e inclui umbocal e uma proteção. 0 bocal inclui um corpo de bocalincluindo uma porção interior substancialmente oca eexterior substancialmente cônica tendo um ângulo de meio-cone de bocal. O corpo de bocal define um orificio de saidadisposto em uma face extrema do bocal. O orificio de saidaé definido por um diâmetro de orificio (D), um comprimentode orificio (L) , e um diâmetro de face extrema de bocal(<|>1). A proteção inclui um corpo de proteção definindo umdiâmetro de orificio de saida de proteção (<|>2) . O corpo deproteção inclui uma porção interior substancialmente cônicatendo um ângulo de meio-cone de proteção, que ésubstancialmente igual ao ângulo de meio-cone de bocal. Aproteção é montada em uma relação espaçada com o bocal emrelação ao eixo geométrico longitudinal de tal modo que umapassagem de fluido é formada em um espaço entre a porçãointerior substancialmente cônica da proteção e a porçãoexterior substancialmente cônica do bocal. 0 ângulo demeio-cone do bocal, uma razão de L para D, e uma razão de<|>2 para §1 são selecionados para fornecer ao maçarico aarco de plasma resfriamento eficaz do bocal, proteçãocontra reflexão de escória, e um fluxo estável de gás deplasma ionizado.

Em outro aspecto, a invenção apresenta ummaçarico a arco de plasma incluindo um eixo geométricolongitudinal. 0 maçarico a arco de plasma inclui um corpode maçarico a arco de plasma, um bocal e uma proteção. 0corpo de maçarico a arco de plasma inclui uma trajetória defluxo de plasma para orientar um gás de plasma até umacâmara de plasma na qual um arco de plasma é formado. Obocal é montado em relação a um eletrodo no corpo demaçarico de plasma para definir uma câmara de plasma. Obocal inclui um corpo de bocal incluindo uma porçãointerior substancialmente oca e exterior substancialmentecônica tendo um ângulo de meio-cone de bocal. O corpo debocal define um orificio de saida disposto em uma faceextrema do bocal. O orificio de saida é definido por umdiâmetro de orificio (D), um comprimento de orificio (L), eum diâmetro de face extrema de bocal (<j)l) . A proteçãoinclui um corpo de proteção definindo um diâmetro deorificio de saida de proteção (<|>2). O corpo de proteçãoinclui uma porção interior substancialmente cônica tendo umângulo de meio-cone de proteção, que é substancialmenteigual ao ângulo de meio-cone de bocal. A proteção é montadaem uma relação espaçada com o bocal em relação ao eixogeométrico longitudinal de tal modo que uma passagem defluido é formada em um espaço entre a porção interiorsubstancialmente cônica da proteção e a porção exteriorsubstancialmente cônica do bocal. O ângulo de meio-cone debocal, uma razão de L para D, e uma razão de (j>2 para tyl sãoselecionados para fornecer ao maçarico a arco de plasmaresfriamento eficaz do bocal, proteção contra reflexão deescória, e um fluxo estável de gás de plasma ionizado.

Em outro aspecto, a invenção apresenta um artigoconsumi vel para um maçarico a arco de plasma. O artigoconsumivel inclui uma primeira passagem para um fluido deplasma ionizado e uma segunda passagem para um fluido deproteção. A primeira passagem é paralela a um eixogeométrico longitudinal do artigo consumivel. A primeirapassagem inclui um primeiro orificio de saida para ejetar ofluido de plasma ionizado. A segunda passagem inclui umsegundo orificio de saida e é disposto em um ângulo emrelação à primeira passagem de tal modo que o fluido deproteção incida no fluido de plasma após ejeção em umângulo selecionado para fornecer ao maçarico a arco deplasma resfriamento eficaz de uma porção do artigoconsumivel, proteção contra reflexão de escória e um fluxoestável de fluido de plasma ionizado.

Breve descrição dos desenhos

A figura 1 é uma vista em seção transversal deuma porção (isto é, bico de maçarico) de um maçarico a arcode plasma da técnica anterior utilizando uma injeção defluxo de proteção de 90 graus convencional. Isto é, o fluxode proteção incide no fluxo de gás de plasma em um ângulode 90 graus.

A figura 2 é uma vista em seção transversal dobico do maçarico de outro maçarico a arco de plasma datécnica anterior utilizando uma injeção de fluxo deproteção colunar. Isto é, o fluxo de proteção é coaxial aofluxo de gás de plasma.

A figura 3 é uma vista em seção transversal de umbico de maçarico de acordo com uma modalidade da invenção.Na figura 3, o bico de maçarico prove injeção de fluxo deproteção cônica ao fluxo de gás de plasma.

A figura 4A é uma vista esquemática de uma porçãoextrema de um bico de maçarico de acordo com uma modalidadeda invenção. As figuras 4B-4D são vistas esquemáticas deuma porção extrema do bico de maçarico de acordo commodalidades adicionais da invenção.

As figuras 5A e 5B são vistas esquemáticasampliadas de uma porção da figura 4.A figura 6 é uma vista em seção transversal de ummaçarico a arco de plasma incluindo o bico de maçarico dafigura 3.

A figura 7 é uma vista em seção transversal deuma porção do bico de maçarico da figura 2 mostrando osresultados de análise térmica.

A figura 8 é uma vista em seção transversal deuma porção do bico de maçarico da figura 3 mostrando osresultados de análise térmica.

Descrição

A presente invenção utiliza uma porção exteriorde bocal cônica combinada com uma porção interior deproteção cônica, correspondente, para formar uma colisãoangular (por exemplo, cônica) de um fluxo de fluido deresfriamento (por exemplo, um gás de proteção) em um fluxode gás de plasma ionizado. A colisão de fluxo de proteçãoangular pode ser matematicamente considerada como doiscomponentes (isto é, um componente colunar ou x e umcomponente perpendicular ou y) . 0 componente colunar podeauxiliar em uma redução de instabilidades de gás de plasmaionizado, enquanto o componente perpendicular pode fornecerproteção contra escória em reflexão e capacidades eficazesde resfriamento de bocal. Pelo ajuste do ângulo do fluxoangular, a razão dos componentes colunar e perpendicularpode ser otimizada para fornecer um fluxo de gás de plasmaionizado altamente estável e proteção eficaz contrareflexão de escória e resfriamento de bocal.

Com referência à figura 3, um bico de bocal 10inclui um bocal 15 e uma proteção 20, que são separados umdo outro ao longo de um eixo geométrico longitudinal 25 dobico de maçarico 10. Tanto o bocal 15 como a proteção 20 éformada de materiais eletricamente condutivos. Em algumasmodalidades, tanto o bocal como a proteção é formada domesmo material eletricamente condutivo e, em outrasmodalidades, o bocal e proteção são formados de materiaiseletricamente condutivos diferentes. Os exemplos demateriais eletricamente condutivos apropriados para uso coma invenção incluem cobre, alumínio e latão.

Formada dentro do espaço entre o bocal 15 e aproteção 20 está uma passagem 30 para fluidos. Fluidos,como por exemplo, um gás de proteção, fluem através dapassagem 30 para resfriar o bocal 15 durante uso. Fluidosfluindo através da passagem 30 incidem em uma corrente degás de plasma ionizado que flui através do bocal 15. Comoresultado, o fluxo de gás de plasma é dotado de injeção defluxo de proteção cônica ou, em outras palavras, o gás deproteção tem um fluxo angular em comparação com o gás deplasma. O fluxo de gás de plasma e fluxo de gás de proteçãosão ilustrados na figura 3 como setas rotuladas 4 e 5,respectivamente. Isto é, o fluxo de gás de plasma érepresentado como a seta 4 e o fluxo de gás de proteção érepresentado como a seta 5.

Como mostrado na figura 3, a proteção 15 podeincluir um ou mais furos de ventilação 32 para fornecerresfriamento adicional (isto é, ventilação) para o bocal15. Entretanto, em algumas modalidades, a proteção 15 nãoinclui nenhum furo de ventilação.

Com referência à figura 4A, que mostra uma vistaesquematica de uma porção extrema do bico de maçarico 10, obocal 15 inclui um corpo de maçarico 35 incluindo umaporção exterior substancialmente cônica 40 e uma porçãointerior substancialmente oca 45. Como mostrado na figura4A, a porção exterior cônica 40 é definida por um ângulo demeio-cone de bocal (a) , isto é, o ângulo formado entre oeixo geométrico longitudinal 25 e a porção exterior cônica40 do bocal 15. Em geral, o ângulo de meio-cone de bocal(a) pode ser variado de modo que a inclinação da porçãoexterior 40, e desse modo a passagem 30, também podem servariadas. Em geral, quanto maior o ângulo de meio-cone debocal selecionado, mais provável que instabilidades sejamintroduzidas quando o fluido que se desloca através dapassagem 30 incide no fluxo de gás de plasma ionizado.Desse modo, em algumas modalidades, prefere-se selecionarum ângulo de meio-cone de bocal em uma faixa deaproximadamente 20 graus a aproximadamente 60 graus de modoa limitar a probabilidade de gerar um fluxo instável de gásde plasma ionizado.

O bocal 15 também inclui um orifício de saida 50localizado em uma face extrema 55 do bocal 15. O fluxo degás de plasma ionizado gerado em uma câmara de plasma (istoé, dentro de um espaço definido entre um eletrodo e aporção interior substancialmente oca 45) flui através doorifício de saida 50 para fora, passa pela proteção 20 atéuma peça de trabalho condutiva para fins de corte, marcaçãoe/ou perfuração. O orifício de saida 50 é definido por umdiâmetro de orifício (D), um comprimento de orifício (L), eum diâmetro de face extrema de bocal ((j>l) .

Com referência às figuras 4A, 4B, 4C e 4D ocomprimento de orifício (L) é o comprimento total de umaperfuração (isto é, uma passagem) através do bocal 15. Istoé, L é igual ao comprimento da perfuração como definido apartir de uma entrada de perfuração 52 para uma extremidadeda perfuração na face extrema 55 do bocal 15. O diâmetro dobocal (D), também conhecido como o diâmetro hidráulico, édefinido como a área total da parede que circunda aperfuração dividida pelo produto do comprimento total (L)da perfuração e pi. Em certas modalidades, como amodalidade mostrada na figura 4A, o diâmetro da perfuraçãopermanece constante ao longo do comprimento inteiro L. Comoresultado, D é definido pela seguinte equação:

D = (ti Di Li)/7i: L;onde Li=L.

Entretanto, em outras modalidades, como amodalidade ilustrada na figura 4B, onde a perfuração temuma seção cilíndrica (isto é, uma seção tendo um diâmetroconstante Di sobre um comprimento Li) e uma seção cônica(isto é, uma seção onde o diâmetro aumenta a partir de seudiâmetro menor Di para seu diâmetro maior D2), D é definidopela seguinte equação:

D = (ti Di Li + %I2 (Di +D2) sqrt(l/4(D2-Di)A2 + (L-Li)a2))/jiL.

Na modalidade mostrada na figura 4C, a perfuraçãotem duas seções cilíndricas diferentes. A primeira seçãocilíndrica estende-se ao longo do comprimento Li e asegunda seção cilíndrica estende-se ao longo de L2, onde Li+ L2 igual a L. Como resultado, D é definido pela seguinteeauacão:

D = (ti Di Li + n D2 (L~Li))/tuL.

A figura 4D ilustra uma modalidade na qual odiâmetro na entrada da perfuração 52 é maior do que odiâmetro na saida da perfuração ou face extrema 55 do bocal15. Nessa modalidade, a geometria de perfuração inclui umaprimeira seção na qual o diâmetro é o maior, Di, na entradada perfuração 52 e diminui sobre um comprimento Li até seudiâmetro menor D2. A perfuração também inclui uma segundaseção na qual o diâmetro é constante sobre o comprimentorestante (isto é, L-Li) . Como resultado, D é definido pelaseguinte equação:

D = (n/2 (Di +D2) sqrt (l/4(D2-Di)A2+(Li)A2) + n D2 (L-Lt))/7tL.Embora as figuras 4A-4D mostrem quatro geometriasde perfuração possíveis, outras geometrias também sãopossíveis.

Cada um dos valores de D, L e (j)l pode serselecionado para fornecer corte, marcação e/ou perfuraçãoótimos de uma peça de trabalho condutiva por um maçarico aarco de plasma. Por exemplo, a velocidade de corte eespessura de peça de trabalho podem ser aumentadas peloaumento de uma razão de L para D do bocal 15. Em geral, umarazão de L para D (L/D) igual a, maior do que 2,5 foiassociada à provisão de benefícios de espessura de corte evelocidade de corte. Entretanto, em bocais convencionais,que utilizam colisão de gás de proteção perpendicular oucolunar, uma razão L/D maior ou igual a 2,4 era difícil dese obter devido a superaquecimento (isto é, desgasteexcessivo) do bocal ou devido a problemas de estabilidadede gás de plasma ionizado. 0 uso de colisão angular de umfluido de resfriamento com um bocal ventilado ou nãoventilado minimiza os problemas de bocais da técnicaanterior, enquanto permite que a razão L/D seja aumentadapara um valor de pelo menos aproximadamente 2,4. Em algumasmodalidades, a razão L/D pode ser aumentada para um valorcompreendido em uma faixa de aproximadamente 2,5 aaproximadamente 3,0, como por exemplo, 2,8.

Através de experimentação e análise, uma faixaótima de razões foi determinada entre o diâmetro de faceextrema de bocal ()>1 e o diâmetro de orifício D. A razão(|)1/D é importante porque auxilia na determinação dalocalização de um ponto de fusão de fluxo de fluido (porexemplo, gás de proteção) com a corrente de gás de plasmaionizado. O ponto de fusão é localizado no ponto M nafigura 4, e a distância do ponto M a partir do ponto desaída de gás de proteção, P determinará a extensão derecirculação de fluidos próximo ao orifício de saída 50. Àmedida que a quantidade de recirculação aumenta, aumentatambém a probabilidade de instabilidades de fluxo de gás deplasma ionizado. Desse modo, em algumas modalidades, corte,perfuração ou marcação ótima de uma peça de trabalho podeser obtida pela variação das localizações de M e P. Porexemplo, à medida que a razão <J)1 /D se aproxima de um valorde 1 (e desse modo a distância entre M e P é diminuída) , aface extrema do bocal fica demasiadamente quente e limita avida do bocal, o que é indesejável. À medida que essa razãoé aumentada, o bocal e a face extrema do bocal funcionarãomais frios, porém o fluxo de gás de proteção seránegativamente afetado porque a distância entre M e P seráaumentada, desse modo levando a um aumento eminstabilidades de fluxo de gás de plasma ionizado. Emalgumas modalidades, valores ótimos para a razão (j)l/D foramdeterminados como estando compreendidos em uma faixa deaproximadamente 1,9 a aproximadamente 2,5.

A proteção 20 tem um corpo de proteção 60 que édefinida por uma porção interior substancialmente cônica 65tendo um ângulo de meio-cone de proteção, b. O ângulo demeio-cone de proteção, b é substancialmente igual a (porexemplo, ± 5 graus) ângulo de meio-cone de bocal, a, demodo que quando a proteção é montada em uma relaçãoespaçada com bocal 15 ao longo do eixo geométricolongitudinal 25, a porção exterior substancialmente cônica40 do bocal e a porção interior substancialmente cônica 65da proteção formam paredes paralelas da passagem 30. Comoresultado da geometria da passagem 30, fluidos (porexemplo, gás de proteção) fluindo através da passagem 30fluem para fora para incidir angularmente no fluxo de gásde plasma ionizado.

0 corpo de proteção 60 inclui um orifício desaida de proteção 70, que é disposto adjacente ao orifíciode saida 50 do bocal 15 de modo que o fluxo de gás deplasma ionizado, juntamente com o fluxo de fluido deproteção, possa ser orientado em direção a uma peça detrabalho. O orifício de saida de proteção é definido por umdiâmetro de orifício de saida de proteção (<|>2). Em algumasmodalidades, o orifício de saida de proteção pode ter umtamanho similar ao diâmetro de face extrema de bocal <)>1para formar um fluxo de fluido de proteção suave. Se arazão (<|>2/<|>1) for demasiadamente pequena (isto é, 0,5 oumenos), um aumento em recirculação de fluido pode ocorrerpróximo ao orifício de saida 50 e como resultado, umaumento em instabilidades será observado. Se a razão de<j)2/<|>1 for demasiadamente grande (isto é, maior do que 1,5)a face extrema do bocal 55 pode ser exposta à escória emreflexão durante uso de maçarico devido a um orifício desaida de proteção excessivamente grande 70. Em certasmodalidades, uma razão de <|>2/<|>1 pode estar compreendida emuma faixa de 0,8 a aproximadamente 1,2, para fornecerproteção eficaz contra escória em reflexão enquanto aindafornece um fluxo de gás de plasma ionizado estável.

A velocidade do fluido que se desloca entre aproteção 20 e o bocal 14, tem também um impacto sobre osresultados de corte, marcação e perfuração de peça detrabalho. Por exemplo, se a velocidade do gás de proteçãofor demasiadamente baixa, a capacidade do bico de maçarico10 de proteger o bocal 15 contra escória em reflexão édiminuída. Se a velocidade for demasiadamente elevada,instabilidades serão introduzidas na corrente de gás deplasma ionizado. Desse modo, em algumas modalidades,prefere-se ter a velocidade do fluido dentro da passagem 30se deslocando entre aproximadamente 50,8 metros por segundoa aproximadamente 152,4 metros por segundo. A velocidadedesse fluido é determinada, em parte, por uma espessura (t)da passagem 30. A espessura da passagem 30 por sua vez édeterminada pela distância (s) ao longo do eixo geométricolongitudinal 25 o bocal 15 e proteção são espaçados. Comreferência às figuras 5A e 5B, a espessura (t) da passagem30 é igual as* sin(a), onde b = a. A velocidade do fluido(por exemplo, gás de proteção) no ponto P é igual a umataxa de fluxo eficaz do fluido dividido pela área no pontode saida P. A área no ponto P é igual a n * t * (<j)l + t *cos(a)). Desse modo, a distância (s) e finalmente, aespessura da passagem (t) determinarão a velocidade dofluido que se desloca através da passagem 30.

Com referência à figura 6, o bico do maçarico 10pode ser fixado em um maçarico a arco de plasma 100incluindo um corpo de maçarico 105, um eletrodo 110, e umapassagem de gás de plasma 115. O bocal 15 do bico demaçarico 10 pode ser fixado diretamente no corpo demaçarico 105 através de um mecanismo de fixação 120, como,por exemplo, um par de anéis-o deformáveis ou roscasmoldadas em uma superfície 130 do bocal. Em algumasmodalidades, a proteção 20 pode ser fixada no maçarico aarco de plasma 100 através de um mecanismo de fixação,como, por exemplo, através do uso de uma tampa de retenção150.

Os exemplos a seguir são fornecidos para ilustraradicionalmente e facilitar a compreensão da invenção. Essesexemplos específicos pretendem ser ilustrativos da invençãoe não pretendem ser limitadores.

Exemplo 1Um bico de maçarico tendo uma porção de bocalexterior substancialmente cônica e uma porção de bocalinterior substancialmente cônica foi utilizado para cortaraço brando de 1,90 cm em uma velocidade livre de escória deaté 100 ipm. Esse mesmo bico de maçarico foi utilizado emcombinação com um maçarico a arco de plasma para perfuraraço brando de 0,95 cm, 1,27 cm, 2,54 cm, e 3,175 cm. Tantoa porção de bocal exterior substancialmente cônica como aporção de proteção interior substancialmente cônica tinhamum ângulo de meio-cone de 42,5 graus. Cada um da proteção ebocal foram usinados de cobre e incluíram anéis-o parafixar o bico de maçarico no maçarico a arco de plasma. Aproteção tinha doze furos de ventilação dispostos na mesmapara fornecer resfriamento adicional.

A proteção e o bocal foram montados em relaçãomútua ao longo do eixo geométrico longitudinal em umadistância de 0,082 cm para formar uma passagem tendo umaespessura de 0,022. A velocidade do gás de proteção (ar) àmedida que saiu da passagem no ponto P era de 104,14 metrospor segundo. O orifício de saida do bocal tinha umcomprimento L de 0,59 cm, um diâmetro D de 0,205 cm, e umdiâmetro de face extrema de bocal <j)l de 0,45 cm. Comoresultado, o bocal tinha um L/D de 2,8 e <(>1/D de 2,1. Aproteção tinha um diâmetro de orifício de saida de proteçãode (j)2 de 0,46 cm. Desse modo, a razão de (|)2/<j)l do bico domaçarico era de 1,03.

0 bico de maçarico descrito nesse exemplo foiutilizado com um maçarico a arco de plasma HPR disponíveljunto à Hypertherm, Inc. de Hanover, New Hampshire. Osresultados de vários testes em espessura diferente de açobrando mostraram que os bicos de maçarico que fornecemcolisão angular tiveram desempenho melhor do que os bicosde maçarico que fornecem colisão colunar. Na realidade, osbicos de maçarico que forneceram colisão colunar eramdifíceis de resfriar e foram danificados ao perfurar peçasde trabalho tendo espessura de 2,54 cm ou maior.

Exemplo 2

Um bico de maçarico tendo uma porção de bocalexterior substancialmente cônica e uma porção de proteçãointerior substancialmente cônica foi modelado utilizandoanálise térmica e os resultados foram comparados com ummodelo de um bico de maçarico convencional que forneceufluxo colunar. Com referência às figuras 7 e 8, a figura 7mostra os resultados de análise térmica para o bico demaçarico que forneceram fluxo coluna e a figura 8 mostra osresultados de análise térmica para o bico de maçarico quefornece fluxo angular de 42,5 graus. Tanto o bico demaçarico da técnica anterior como o bico de maçarico deacordo com a invenção tinha um L/D de 2,6, um <|>1/D de 2,1,

e um <(>2/<>1 de 1,03.

Como mostrado na figura 7, o bico de maçaricotendo fluxo colunar experimenta uma temperatura máxima de996 graus C, ao passo que o bico de maçarico que fornecefluxo angular (figura 8) experimenta uma temperaturaoperacional máxima de 696 graus C sob carga igual de calor.Como resultado, o bico de maçarico da presente invençãoprove melhor condução de calor para longe do bocal duranteuso. Desse modo, o bocal, da presente invençãoexperimentará menos desgaste em uso, desse modo diminuindoa freqüência de manutenção necessária.

Exemplo 3

Um bico de maçarico tendo uma porção de bocalexterior substancialmente cônica e uma porção de proteçãointerior substancialmente cônica pode ser utilizado paracortar aço brando de 1,905 cm e uma velocidade livre deescória de até 100 ipm. Tanto a porção de bocal exteriorsubstancialmente cônica como a porção de proteção interiorsubstancialmente cônica tinha um ângulo de meio-cone de 30graus. Cada um da proteção e bocal são usinados a partir decobre e incluem anéis-o para fixar o bico de maçarico nomaçarico a arco de plasma. A proteção tem doze furos deventilação dispostos na mesma para fornecer resfriamentoadicional.

A proteção e o bocal são montados em relaçãomútua ao longo do eixo geométrico longitudinal em umadistância de 0,101 cm para formar uma passagem tendo umaespessura de 0,020. A velocidade do gás de proteção (ar) àmedida que saiu da passagem no ponto P é de 63, 50 cm porsegundo. O orifício de saída do bocal tem um comprimento Lde 0,59 cm, um diâmetro D de 0, 220 cm, e um diâmetro deface extrema de bocal (j)l de 0,45 cm. Como resultado, obocal tem um L/D de 2,7 e um <|>1/D de 2,07. A proteção temum diâmetro de orifício de saída de proteção de <|>2 de 0,411cm. Desse modo, a razão de (j)2/<j)l do bico de maçarico é de0,9.

Exemplo 4

Um bico de maçarico tendo uma porção de bocalexterior substancialmente cônica e uma porção de proteçãointerior substancialmente cônica pode ser utilizado paracortar aço brando de 1, 905 cm em uma velocidade livre deescória de até 100 ipm. Tanto a porção de bocal exteriorsubstancialmente cônica como a porção de proteção interiorsubstancialmente cônica tinha um ângulo de meio-cone de 4 7graus. Cada um da proteção e bocal são usinados a partir decobre e incluem anéis-o para fixar o bico de maçarico nomaçarico a arco de plasma. A proteção tem doze furos deventilação dispostos na mesma para fornecer resfriamentoadicional.

A proteção e o bocal são montados em relaçãomútua ao longo do eixo geométrico longitudinal em umadistância de 0,07 cm para formar uma passagem tendo umaespessura de 0,022. A velocidade do gás de proteção (ar) àmedida que saiu da passagem no ponto P é de 127 metros porsegundo. 0 orifício de saida do bocal tem um comprimento Lde 0,59 cm, um diâmetro D de 0,220 cm, e um diâmetro deface extrema de bocal çl de 0,52 cm. Como resultado, obocal tem um L/D de 2,7 e um fl/D de 2,4. A proteção tem umdiâmetro de orifício de saida de proteção de <)>2 de 0,58 cm.Desse modo, a razão de <|)2/<|>1 do bico de maçarico é de 1,1.

Embora um número de modalidades exemplares tenhasido discutido, outras modalidades são também possíveis.Por exemplo, embora o bocal 15 e a proteção 20 tenham sidodescritos como partes separadas, em algumas modalidades, obocal 15 e proteção 20 podem ser formados como uma parteúnica, substituivel. Como resultado, durante manutenção deum maçarico a arco de plasma de acordo com a presenteinvenção, o bico de maçarico inteiro 10, pode sersubstituído como uma parte única. Em outras modalidades, aproteção 20 e bocal 15 são partes separadas e podem sersubstituídas separadamente ou em momentos diferentes deacordo com seu desgaste. Como outro exemplo de possíveismodalidades, o bico de maçarico 10 pode ser conectado a ummaçarico a arco de plasma 100 através de um número de meiosdiferentes. Por exemplo, tanto o bocal 15 como a proteçãopode incluir rosqueamento para casar com roscas moldadas nocorpo de maçarico ou invólucro circundante. Em outrasmodalidades, elementos deformáveis, como anéis-o podem serutilizados para fixar a proteção e bocal no maçarico a arcode plasma. Além disso, o bocal 15 e proteção 20 podemutilizar meios diferentes para fixar no maçarico a arco deplasma 100.

Várias modificações, e outras implementações oque é descrito aqui ocorrerão para aqueles comconhecimentos comuns na técnica sem se afastar do espiritoe escopo da invenção. Por conseguinte,a invenção não deveser limitada somente às descrições ilustrativas anteriores.

Claims

1. Bocal para um maçarico a arco de plasma, obocal compreendendo:um corpo de bocal incluindo uma porção interiorsubstancialmente oca e exterior substancialmente cônica, aporção exterior substancialmente cônica tendo um ângulo demeio-cone de bocal selecionado de uma primeira faixa deaproximadamente 20 graus a aproximadamente 60 graus, ocorpo de bocal definindo um orificio de saida disposto emuma face extrema do bocal, o orificio de saida sendodefinido por um diâmetro de orificio (D), um comprimento deorificio (L) , e um diâmetro de face extrema de bocal (<|>1) ,em que uma razão de L para D é maior ou igual a 2,4, e umarazão de (j)l para D está compreendida em uma segunda faixade aproximadamente 1,9 a aproximadamente 2,5.

2. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em quea primeira faixa está entre aproximadamente 30 graus eaproximadamente 50 graus.

3. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em quea primeira faixa está entre aproximadamente 34 graus eaproximadamente 44 graus.

4. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em queo ângulo de meio-cone de bocal é de aproximadamente 42,5graus.

5. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em quea razão de L para D está entre aproximadamente 2,5 eaproximadamente 3,0.

6. Bocal, de acordo com a reivindicação 5, em quea razão de L para D é de aproximadamente 2,8.

7. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em quea razão de ()>1 para D é de aproximadamente 2,1.

8. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em queo corpo de bocal inclui ainda um mecanismo de fixação parafixar o corpo de bocal em um corpo de maçarico de plasma.

9. Bocal, de acordo com a reivindicação 1, em queo corpo de bocal é formado de um material eletricamentecondutivo.

10. Bico de maçarico para um maçarico a arco deplasma, o bico de maçarico tendo um eixo geométricolongitudinal e compreendendo:um bocal compreendendo um corpo de bocalincluindo uma porção interior substancialmente oca eexterior substancialmente cônica, a porção exteriorsubstancialmente cônica tem um ângulo de meio-cone de bocalselecionado de uma primeira faixa de aproximadamente 20graus a aproximadamente 60 graus, o corpo de bocaldefinindo um orificio de saida disposto em uma face extremado bocal, o orificio de saida sendo definido por umdiâmetro de orificio (D), um comprimento de orificio (L) , eum diâmetro de face extrema de bocal (<j)l), onde uma razãode L para D é maior ou igual a 2,4; euma proteção compreendendo um corpo de proteçãodefinindo um orificio de saida de proteção tendo umdiâmetro de orificio de saida de proteção ((|>2), o corpo deproteção incluindo uma porção interior substancialmentecônica que tem um ângulo de meio-cone de proteção, o ângulode meio-cone de proteção sendo substancialmente igual aoângulo de meio-cone de bocal, a proteção sendo montada emuma relação espaçada com o bocal em relação ao eixogeométrico longitudinal do bico do maçarico de tal modoque uma passagem de fluido é formada em um espaço entre aporção interior substancialmente cônica da proteção e aporção exterior substancialmente cônica do bocal.

11. Bico de maçarico, de acordo com areivindicação 10, em que a proteção é espaçada- ao longo doeixo geométrico longitudinal a partir do bocal em umadistância (s) e a passagem tem uma espessura definida por smultiplicado por seno do ângulo de meio-cone de bocal.

12. Bico de maçarico, de acordo com areivindicação 11, em que um valor de s é selecionado parafornecer uma espessura da passagem que resulta em umavelocidade de fluido de saida de proteção deaproximadamente 50,8 metros por segundo a aproximadamente-152,4 metros por segundo.

13. Bico de maçarico, de acordo com areivindicação 11, em que um valor de s é selecionado parafornecer uma espessura de aproximadamente 0,055 cm.

14. Bico de maçarico, de acordo com areivindicação 10, em que o bocal tem uma razão de <))1 para Dcompreendida em uma faixa de aproximadamente 1,9 aaproximadamente 2,5.

15. Bico de maçarico, de acordo com areivindicação 14, em que a razão de (j)l para D é deaproximadamente 2,1.

16. Bico de maçarico, de acordo com areivindicação 10, em que a primeira faixa está entreaproximadamente 30 graus e aproximadamente 50 graus.

17. Bico de maçarico, de acordo com areivindicação 10, em que a primeira faixa está entreaproximadamente 34 graus e aproximadamente 44 graus.

18. Bico de maçarico, de acordo com areivindicação 10, em que o ângulo de meio-cone de bocal éde aproximadamente 42,5 graus.

19. Bico de maçarico, de acordo com areivindicação 10, em que a razão de L para D está entreaproximadamente 2,5 e aproximadamente 3,0.

20. Bico de maçarico, de acordo com areivindicação 10, em que a razão de L para D é deaproximadamente 2,8.

21. Bico de maçarico, de acordo com areivindicação 10, em que o bico de maçarico compreendeainda uma razão de <j)2 a (j)l compreendida em uma faixa deaproximadamente 0,8 a aproximadamente 1,2.

22. Bico de maçarico, de acordo com areivindicação 21, em que a razão de (|>2 para (|)1 é maior doque 1.

23. Bico de maçarico, de acordo com areivindicação 10, em que o corpo de proteção inclui aindaum ou mais furos de ventilação.

24. Bico de maçarico, de acordo com areivindicação 10, em que o corpo de bocal inclui ainda ummecanismo de fixação para fixar o corpo de bocal em umcorpo de maçarico de plasma.

25. Bico de maçarico, de acordo com areivindicação 10, em que o corpo de bocal é formado de ummaterial eletricamente condutivo.

26. Bico de maçarico, de acordo com areivindicação 10, em que o corpo de proteção é formado deum material eletricamente condutivo.

27. Maçarico a arco de plasma tendo um eixogeométrico longitudinal, o maçarico a arco de plasmacompreendendo:um corpo de maçarico a arco de plasma incluindouma trajetória de fluxo de plasma para orientar um gás deplasma para uma câmara de plasma na qual um arco de plasmaé formado;um bocal montado em relação a um eletrodo nocorpo de maçarico de plasma para definir a câmara deplasma, o bocal compreendendo um corpo de bocal incluindouma porção interior substancialmente oca e exteriorsubstancialmente cônica, a porção exterior substancialmentecônica tem um ângulo de meio-cone de bocal selecionado deuma primeira faixa de aproximadamente 20 graus aaproximadamente 60 graus, o corpo de bocal definindo umorificio de saida disposto em uma face extrema do bocal, oorificio de saida sendo definido por um diâmetro deorificio (D), um comprimento de orificio (L), e um diâmetrode face extrema de bocal (<|>1) , onde uma razão de L para D émaior ou igual a 2,4; euma proteção compreendendo um corpo de proteçãodefinindo um orificio de saida de proteção tendo umdiâmetro de orificio de saida de proteção (<t>2), o corpo deproteção incluindo uma porção interior substancialmentecônica que tem um ângulo de meio-cone de proteção, o ângulode meio-cone de proteção sendo substancialmente igual aoângulo de meio-cone de bocal, a proteção sendo montada emuma relação espaçada com o bocal em relação ao eixogeométrico longitudinal do bico do maçarico de tal modoque uma passagem de fluido é formada em um espaço entre aporção interior substancialmente cônica da proteção e aporção exterior substancialmente cônica do bocal.

28. Maçarico a arco de plasma, de acordo com areivindicação 27, em que a proteção é espaçada ao longo doeixo geométrico longitudinal a partir do bocal em umadistância (s) e a passagem tem uma espessura definida por smultiplicado por seno do ângulo de meio-cone de bocal.

29. Maçarico a arco de plasma, de acordo com areivindicação 28, em que um valor de s é selecionado parafornecer uma espessura da passagem que resulta em umavelocidade de fluido de saida de proteção deaproximadamente 50,8 metros por segundo a aproximadamente 152,4 metros por segundo.

30. Maçarico a arco de plasma, de acordo com areivindicação 28, em que um valor de s é selecionado parafornecer uma espessura de aproximadamente 0,055 cm.

31. Maçarico a arco de plasma, de acordo com areivindicação 27, em que o bocal tem uma razão de <|>1 para Dcompreendida em uma faixa de aproximadamente 1,9 aaproximadamente 2,5.

32. Maçarico a arco de plasma, de acordo com areivindicação 31, em que a razão de <j>l para D é deaproximadamente 2,1.

33. Maçarico a arco de plasma, de acordo com areivindicação 27, em que a primeira faixa está entreaproximadamente 30 graus e aproximadamente 50 graus.

34. Maçarico a arco de plasma, de acordo com areivindicação 27, em que a primeira faixa está entreaproximadamente 34 graus e aproximadamente 4 4 graus.

35. Maçarico a arco de plasma, de acordo com areivindicação 27, em que o ângulo de meio-cone de bocal éde aproximadamente 42,5 graus.

36. Maçarico a arco de plasma, de acordo com areivindicação 27, em que a razão de L para D está entreaproximadamente 2,5 e aproximadamente 3,0.

37. Maçarico a arco de plasma, de acordo com areivindicação 27, em que a razão de L para D é deaproximadamente 2,8.

38. Maçarico a arco de plasma, de acordo com areivindicação 27, em que o bico de maçarico compreendeainda uma razão de (|)2 a §1 compreendida em uma faixa deaproximadamente 0,8 a aproximadamente 1,2.

39. Maçarico a arco de plasma, de acordo com areivindicação 38, em que a razão de <|)2 para <|>1 é maior doque 1.

40. Maçarico a arco de plasma, de acordo com areivindicação 27, em que o corpo de proteção inclui aindaum ou mais furos de ventilação.

41. Maçarico a arco de plasma, de acordo com areivindicação 27, em que o corpo de bocal inclui ainda ummecanismo de fixação para fixar o corpo de bocal em umcorpo de maçarico de plasma.

42. Maçarico a arco de plasma, de acordo com areivindicação 27, em que o corpo de bocal é formado de ummaterial eletricamente condutivo.

43. Maçarico a arco de plasma, de acordo com areivindicação 27, em que o corpo de proteção é formado deum material eletricamente condutivo.

44. Bocal para um maçarico a arco de plasma, obocal compreendendo:um corpo de bocal incluindo uma porção interiorsubstancialmente oca e exterior substancialmente cônica, aporção exterior substancialmente cônica tendo um ângulo demeio-cone de bocal, o corpo de bocal definindo umorificio de saida disposto em uma face extrema do bocal, oorificio de saida sendo definido por um diâmetro deorificio (D), um comprimento de orificio (L), e um diâmetrode face extrema de bocal (§1), em que o ângulo de meio-conede bocal, uma razão de L para D, e uma razão de <|>1 para Dsão selecionados para fornecer ao maçarico a arco de plasmaresfriamento eficaz do bocal, proteção contra reflexão deescória, e um fluxo estável de gás de plasma ionizado.

45. Bico de maçarico para um maçarico a arco deplasma, o bico de maçarico tendo um eixo geométricolongitudinal e compreendendo:um bocal compreendendo um corpo de bocalincluindo uma porção interior substancialmente oca eexterior substancialmente cônica, a porção exteriorsubstancialmente cônica tem um ângulo de meio-cone debocal, o corpo de bocal definindo um orifício de saidadisposto em uma face extrema do bocal, o orifício de saidasendo definido por um diâmetro de orifício (D) , umcomprimento de orifício (L), e um diâmetro de face extremade bocal (<|>1) ; euma proteção compreendendo um corpo de proteçãodefinindo um orifício de saida de proteção tendo umdiâmetro de orifício de saida de proteção (<|>2), o corpo deproteção incluindo uma porção interior substancialmentecônica que tem um ângulo de meio-cone de proteção, o ângulode meio-cone de proteção sendo substancialmente igual aoângulo de meio-cone de bocal, a proteção sendo montada emuma relação espaçada com o bocal em relação ao eixogeométrico longitudinal do bico do maçarico de tal modoque uma passagem de fluido é formada em um espaço entre aporção interior substancialmente cônica da proteção e aporção exterior substancialmente cônica do bocal,em que o ângulo de meio-cone de bocal, uma razãode L para D, e uma de <j)2 para <|>1 são selecionados parafornecer ao maçarico a arco de plasma resfriamento eficazdo bocal, proteção contra reflexão de escória e um fluxoestável de gás de plasma ionizado.

46. Maçarico a arco de plasma tendo um eixogeométrico longitudinal, o maçarico a arco de plasmacompreendendo:um corpo de maçarico a arco de plasma incluindouma trajetória de fluxo de plasma para orientar um gás deplasma para uma câmara de plasma na qual um arco de plasmaé formado;um bocal montado em relação a um eletrodo nocorpo de maçarico de plasma para definir a câmara deplasma, o bocal compreendendo um corpo de bocal incluindouma porção interior substancialmente oca e exteriorsubstancialmente cônica, a porção exterior substancialmentecônica tendo um ângulo de meio-cone de bocal, o corpo debocal definindo um orificio de saida disposto em uma faceextrema do bocal, o orificio de saida sendo definido por umdiâmetro de orificio (D), um comprimento de orificio (L), eum diâmetro de face extrema de bocal (<|>1), euma proteção compreendendo um corpo de proteçãodefinindo um orificio de saida de proteção tendo umdiâmetro de orificio de saida de proteção ((j>2), o corpo deproteção incluindo uma porção interior substancialmentecônica que tem um ângulo de meio-cone de proteção, o ângulode meio-cone de proteção sendo substancialmente igual aoângulo de meio-cone de bocal, a proteção sendo montada emuma relação espaçada com o bocal em relação ao eixogeométrico longitudinal do maçarico de plasma de tal modoque uma passagem de fluido é formada em um espaço entre aporção interior substancialmente cônica da proteção e aporção exterior substancialmente cônica do bocal,em que o ângulo de meio-cone de bocal, uma razãode L para D, e uma de (j)2 para (j)l são selecionados parafornecer ao maçarico a arco de plasma resfriamento eficazdo bocal, proteção contra reflexão de escória e um fluxoestável de gás de plasma ionizado.

47. Artigo consumivel para um maçarico a arco deplasma, o artigo consumivel compreendendo:uma primeira passagem para um fluido de plasmaionizado, a primeira passagem sendo paralela a um eixogeométrico longitudinal do artigo consumivel, a primeirapassagem incluindo um primeiro orificio de saida paraejetar o fluido de plasma ionizado; ea segunda passagem para um fluido de proteção, asegundo passagem incluindo um segundo orifício de saida, asegunda passagem sendo disposta em um ângulo em relação àprimeira passagem de tal modo que o fluido de proteçãoincida no fluido de plasma após ejeção em um ânguloselecionado para fornecer ao maçarico a arco de plasmaresfriamento eficaz de uma porção do artigo consumivel,proteção contra reflexão de escória e um fluxo estável defluido de plasma ionizado