BRPI0803088B1 - bico e tampa de retenção para maçarico a arco de plasma; estrutura de esfriamento e vedação; estrutura de esfriamento convectivo; estrutura de alinhamento; sistema de maçarico a arco de plasma; método de esfriar e método de fabricar um componente de maçarico de plasma; bico e tampa de retençao de maçarico de corte a arco de plasma - Google Patents

Abstract

componente de corte de maçarico de plasma a arco com esfrianento à água otimizado. um bico ou tampa de retenção para um maçarico de plasma a arco que inclui uma superfície definindo uma porção de contato condutíva para permutar calor com um componente de maçarico adjacente. o componente de maçarico adjacente pode ser uma tampa de retenção, eletrodo ou bico. a superfície do bico ou tampa de retenção também pode, pelo menos parcialmente, definir um canal de esfriamento tendo uma superfície curvilínea. uma porção de vedação pode ser posicionada entre a porção de contato condutiva e o canal de esfríamento. a porção de vedação pode formar ou criar uma barreira de fluido entre o canal de esfriamento e a porção condutiva.

Description

"BICO E TAMPA DE RETENÇÃO PARA MAÇARICO A ARCO DE PLASMA; ESTRUTURA DE ESFRIAMENTO E VEDAÇÃO; ESTRUTURA DE ESFRIAMENTO CONVECTIVO; ESTRUTURA DE ALINHAMENTO; SISTEMA DE MAÇARICO A ARCO DE PLASMA; MÉTODO DE ESFRIAR E MÉTODO DE FABRICAR UM COMPONENTE DE MAÇARICO DE PLASMA; BICO E TAMPA DE RETENÇÃO DE MAÇARICO DE CORTE A ARCO DE PLASMA" CAmpq TÉCNICO A invenção se refere de uma forma geral ao processamento em alta temperatura de materiais metálicos, incluindo o corte de materiais utilizando maçaricos de corte a arco de plasma. Mais especificamente, a invenção se refere ã modelo e técnicas de esfriamento aperfeiçoados, que podem otimizar o desempenho ou a expectativa de vida dos maçaricos de plasma e seus componentes.

ANTECEDENTES

Maçaricos a arco de plasma são amplamente usados para processamento de peça a trabalhar, por exemplo, corte, perfuração e/ou marcação de materiais metálicos (por exemplo, metais elementares, ligas de metais, etc.). Um maçarico a arco de plasma inclui geralmente um eletrodo montado dentro de um corpo do maçarico (por exemplo, um corpo de maçarico) , um bico tendo uma porção de saida de plasma (algumas vezes denominado de orifício de saida, furo de saida ou abertura de saida) também montada dentro do corpo do maçarico, conexões elétricas, passagens de fluido para fluidos de esfriamento, fluidos de proteção e fluidos de controle de arco, um anel de redemoinho para controlar os padrões de fluxo de fluido em uma câmara de plasma formada entre o eletrodo e o bico, e uma fonte de energia. O maçarico produz um arco de plasma, o qual é um jato ionizado reduzido de um gás de plasma com elevada temperatura e elevado momento (por exemplo, uma corrente de fluxo de gás de plasma ionizado) . Os gases usados no maçarico a arco de plasma podem ser não-oxidantes (por exemplo, argônio ou nitrogênio) ou oxidantes (por exemplo, oxigênio ou ar ambiente).

Em operação, um arco piloto é primeiramente gerado entre o eletrodo (por exemplo, catodo) e o bico (por exemplo, anodo) . A geração do arco piloto pode ser por intermédio de um sinal de alta freqüência, alta voltagem, acoplado a uma fonte de energia CC e o maçarico a arco de plasma, ou qualquer um de uma variedade de métodos de inicio de contato. Em algumas configurações, um protetor é montado no corpo do maçarico para impedir que o material que é respingado da peça a trabalhar (algumas vezes referido como escória) durante processamento se acumule nas peças do maçarico (por exemplo, o bico ou o eletrodo) . Geralmente, a proteção inclui uma porção de saida da proteção (também denominada orifício de proteção) que permite que o jato de plasma passe através do mesmo. A proteção pode ser montada coaxialmente com relação ao bico de tal modo que a porção de saída de plasma é alinhada com a porção de saída da proteção.

Para obter elevadas velocidades de corte a plasma com boa qualidade de corte, geralmente é exigido um projeto de bico que facilita a densidade de corrente elevada. Densidade de corrente elevada tem sido obtida nos maçaricos de plasma mediante redução do tamanho (por exemplo, diâmetro) do orifício do bico e/ou estendendo-se o comprimento do orifício do bico para restringir a área de fluxo do arco de plasma para aumentar a densidade de energia (ampères/polegada2) do arco de plasma. Bicos com densidades de corrente relativamente elevados e/ou proporções de comprimento/diâmetro relativamente elevadas encontram fluxos de calor relativamente superiores dentro do furo do bico a partir do arco de plasma. O fluxo de calor superior pode causar superaquecimento do bico, erosão de oxidação do material do bico (por exemplo, cobre) ou fusão local do material do bico. Fluxo de calor superior também pode levar à formação de arco duplo onde o bico é erodido pela formação de arco em série entre o bico, um eletrodo e uma peça a trabalhar. O dano causado ao bico a partir do superaquecimento e a formação de centelha dupla pode fazer com que o jato ou arco de plasma seja ampliado e/ou divergido devido a menos redução pelo formato do bico, resultando em defeitos na qualidade de corte, tal como variação angular aumentada, ampla largura de corte e dejetos excessivos.

Geralmente, a taxa de erosão de um orificio de bico é afetada pela eficiência de esfriamento no orificio do bico. Esfriamento eficiente nesse local pode ajudar a manter uma temperatura relativamente baixa, a qual leva a uma taxa de erosão inferior. Para bicos esfriados à água usados em maçaricos de plasma de alta corrente, o esfriamento pode incluir condução térmica através de metal sólido ou convecção térmica através de um refrigerante na superfície exterior ou passada sobre a superfície exterior do bico. Em alguns projetos, pode ser provido esfriamento adicional utilizando gás de proteção sobre uma superfície externa do bico, por exemplo, conforme é realizado com os projetos de maçarico HPR™ da Hypertherm, Inc. de Hanover, New Hampshire, e os maçaricos vendidos pela ESAB de Florence, Carolina do Sul, ambos os quais empregam correntes elétricas relativamente elevadas. Geralmente, o esfriamento de um bico com um fluxo de gás é mais fraco ou menos eficaz do que o esfriamento do bico com água ou outro líquido. O calor que é absorvido pela ponta de um bico próximo ao orifício de saída (na maior parte na parede do orifício) precisa ser removido. A remoção do calor é realizada mediante não apenas condução térmica, como também mediante convecção de água na parte superior do bico e/ou convecção térmica com o gás de proteção (se o esfriamento do bico mediante gãs não for desprezível) . Na maioria dos casos a função de esfriamento a gãs é desprezível em comparação com o esfriamento à água, de modo que toda ou a maior parte da transferência de calor total através do bico é realizada por intermédio de esfriamento à água. Nessas situações, a taxa de transferência de calor a partir do orifício do bico para a água de esfriamento é controlada principalmente pelo gradiente de temperatura na ponta do bico (por exemplo, próximo ao orifício de salda do bico), a diferença de temperatura entre a .interface sói ido/1 í quido (por exemplo, entre o material do bico, tal como cobre, e o líquido de esfriamento, tal como água) e água de esfriamento inicial, e o coeficiente de transferência de calor de convecção. Isso pode ser descrito por duas relações determinadoras, isto é, a equação de condução térmica (Equação 1 abaixo) e a equação de convecção térmica (Equação 2 abaixo). (Equação 1) onde: Q é o fluxo de calor total no orifício do bico, supondo que o calor é transferido apenas através da parede do orifício do bico;

Aarificir, é a área de superfície do orifício do bico; k é a condutividade térmica do material do foico; T;-;é à temperatura na interface do bico e o fluido de esfriamento (por exemplo, água);

Toriíicio é a temperatura no orifício do bico, supondo uma temperatura uniforme; e ΔΧ é a distância efetiva a partir do orifício do bico até a interface de sói ido/1íquido. (Equação 2) onde: Ag::, é a área da interface do bico e o fluido de esfriamento; h é o coeficiente de transferência de calor de convecção do material do bico;

Tgjr, ê a temperatura na interface do bico e o fluido de esfriamento; e T é a temperatura inicial do fluido de esfriamento. A abordagem de projeto convencional para esfriamento do bico é a de colocar o material refrigerante o mais próximo possível do orifício do bico, por exemplo, mediante redução da distância entre os mesmos, por exemplo, o termo ΔΧ na Equação 1. Contudo, reduzir a distância entre o refrigerante e o orifício de saida do bico pode ser limitado pela capacidade da convecção térmica em manter a temperatura da interface de só1i do/11qu i do em um nível aceitável. Existem várias abordagens para fazer a vedação de refrigerante. A Figura 1 ilustra uma vista em seção transversal parcial de um projeto típico de um sistema 100 para esfriar uma ponta 105 de um bico 110. 0 sistema 100 é geralmente representativo do bico Proiine 2200™, de 200-ampères, vendido pela Kaliburn, Inc., de Cbarleston, Carolina do Sul. O sistema 100 inclui um bico 110 e uma tampa de retenção de bico 115 que é montada de forma desprendivel em um corpo de maçarico {não mostrado) pra prender o bico 110 em relação ao corpo de maçarico. Uma vista em seção transversal completa do sistema 100 incluiria uma imagem em espelho dos componentes do sistema 100 dispostos simetricamente em torno da linha central ou do eixo longitudinal A. A ponta 105 define uma porção de orifício de saída 120 através da qual um jato de plasma (não mostrado) sai do bico 110. A ponta 105 também define uma porção rebaixada 125 dentro da qual um componente de vedação 130 (por exemplo, um anel-O) é disposto para formar uma vedação hermética a fluido entre o bico 110 e a tampa de retenção de bico 115. A ponta 105 também define uma primeira porção de ressalto 135 configurada para casar com uma porção plana correspondente 140 da tampa de retenção de bico 115 para formar uma interface de metal a metal 143 entre elas. A interface 143 provê um percurso de condução de calor entre o bico 110 e a tampa de retenção de bico 115. Uma porção posterior 145 do bico 110 coopera com uma porção posterior correspondente 150 da tampa de retenção de bico 115 para formar uma câmara 155 através da qual flui um fluido de esfriamento (não mostrado). A interface 143 prende o bico 110 ao maçarico e posiciona o bico 110 em relação ao eixo longitudinal A. O sistema 100 geralmente é representativo do bico PBS-75/PBS-76 vendido pela Kjellberg Elektroden and Maschinen GmbH, de Finsterwalde, Alemanha. Existem várias desvantagens com relação ao sistema 100. Por exemplo, a configuração do sistema 100 resulta em esfriamento insuficiente da ponta de bico 105. A porção rebaixada 125 aquece excessivamente, resultando em superaquecimento e/ou queima do componente de vedação 130. Falha do componente de vedação pode levar a uma deficiência em criar uma vedação hermética ao fluido entre o bico 110 e a tampa de retenção do bico 115, resultando em vazamento do fluido de esfriamento, falha prematura do bico 110 ou da tampa de retenção do bico 115 e/ou dano em outros componentes do maçarico mostrado na Figura IA (por exemplo, o eletrodo ou protetor de maçarico). Além disso, a porção rebaixada 125 resulta em menos contato de metal com metal entre o bico 110 e a tampa de retenção de bico 115, o que reduz a área de superfície de contato físico entre os mesmos. O sistema 100 também resulta em uma "zona de estagnação" 158, na câmara 155, próxima à interface 143. O fluxo de fluido na "zona de estagnação" 158 é mais lento em relação a outras porções da câmara 155, resultando em esfriamento convectivo reduzido próximo à "zona de estagnação" 158. A "zona de estagnação" 158 exibe resistência ao fluxo de fluido que impede que o fluido relativamente mais frio flua para dentro da "zona de estagnação" 158, o que reduz o efeito de esfriamento convectivo do fluido. A Figura 1B é uma vista em seção transversal parcial de um projeto de um segundo ou alternativo sistema 160 para esfriar a ponta 105' de um bico 110' . O sistema 160 inclui o bico 110' e a tampa de retenção de bico 115'. Uma vista em seção transversal completa do sistema 160 incluiria uma imagem em espelho dos componentes do sistema 160 dispostos simetricamente em torno da linha central ou do eixo longitudinal A. A ponta 105' define uma porção de orifício de saída 120' através do qual um jato de plasma (não mostrado) sai do bico 110' . A ponta 105' inclui uma porção de vedação 165 em contato físico com uma porção correspondente 17 0 da tampa de retenção de bico 115' para formar entre as mesmas uma interface de metal para metal 175. Uma porção posterior 180 do bico 110' coopera com uma porção posterior correspondente 185 da tampa de retenção de bico 115' para formar uma câmara 155' através da qual flui um fluido de esfriamento (não mostrado). A interface 175 prende o bico 110' ao maçarico e posiciona o bico 110' em relação ao eixo longitudinal A. A interface 175 geralmente atua também como uma vedação de fluido para impedir que o fluido de esfriamento fluindo na câmara 155' vaze. Existem várias desvantagens com relação ao sistema 160. Por exemplo, existem dificuldades na fabricação ou usinagem do bico 110' e/ou da tampa de retenção de bico 115' para obter uma vedação hermética ao fluido na interface de metal para metal 175. Como resultado, a interface 175 tem tendência a vazar o fluido de esfriamento durante operação (por exemplo, quando a temperatura de operação do bico 110' (e ponta 105') aumenta. Após um vazamento ter se desenvolvido entre o bico 110' e a tampa de retenção de bico 115', ambos geralmente devem ser substituídos. Além disso, falha da interface como uma vedação 175 pode resultar em dano no eletrodo do maçarico (não mostrado) e em um protetor (não mostrado) , o que geralmente também requer substituição.

Geralmente, o bico 110' e a tampa de retenção de bico 115' são fabricados em materiais diferentes. Por exemplo, o bico 110' freqüentemente é feito de cobre ou ligas de cobre, e a tampa de retenção 115' é feita comumente de latão. Os diferentes materiais têm diferentes coeficientes de expansão térmica, o que afeta o quão rapidamente o bico 110' e a tampa de retenção de bico 115' se expandem durante aquecimento (por exemplo, durante operação do maçarico) e se contraem (por exemplo, durante esfriamento ou relaxamento térmico). A interface 175 tende a ser sensível à poeira de metal e/ou ao acabamento de superfície do bico 110' ou à tampa de retenção de bico 115' .

SUMÁRIO

Portanto, existe uma necessidade de esfriamento aperfeiçoado do bico e da ponta do bico enquanto mantendo as vedações herméticas ao fluido para prevenir falha catastrófica do bico ou da tampa de retenção do bico. Os conceitos aqui descritos tratam desses problemas por intermédio de um projeto que otimiza o resfriamento não somente condutivo como também convectivo do bico, enquanto mantendo uma vedação hermética ao fluido entre o bico e a tampa de retenção do bico.

Em geral, um aspecto da invenção se refere a um bico para um maçarico a arco de plasma. O bico inclui uma superfície exterior definindo uma porção de contato condutiva para troca de calor com um componente de maçarico adjacente. O componente de maçarico adjacente pode ser uma tampa de retenção ou um eletrodo. A superfície exterior do bico também pode, pelo menos parcialmente, definir um percurso de fluxo de fluido tendo uma superfície curvilínea. O percurso de fluxo de fluido pode transferir de forma convectiva o calor a partir do bico para o fluido fluindo no percurso de fluxo de fluido. A superfície curvilínea pode ser uma porção da superfície exterior do bico. Uma porção de vedação pode ser posicionada entre a porção de contato condutiva e o percurso de fluxo de fluido. A porção de vedação pode incluir uma vedação elastomérica que é, pelo menos parcialmente, disposta dentro de uma ranhura posicionada em uma superfície exterior do bico. A porção de vedação, incluindo a vedação elastomérica e a ranhura, pode formar um componente de vedação ou elemento de vedação. A ranhura pode ser posicionada de tal modo que o componente de vedação forma ou cria uma barreira de fluido entre o percurso de fluxo de fluido e a porção condutiva. Em algumas modalidades a porção de vedação também pode incluir pelo menos uma dentre uma vedação aplicada ou uma junta (gasket).

Em outro aspecto existe uma tampa de retenção para um maçarico a arco de plasma. A tampa inclui uma superfície interior definindo uma porção de contato condutiva para trocar calor com um componente de maçarico adjacente. O componente de maçarico adjacente pode ser um bico. A superfície interior da tampa de retenção pode, pelo menos parcialmente, definir um percurso de fluxo de fluido tendo uma superfície curvilínea. A superfície curvilínea pode ser pelo menos uma porção da superfície interior da tampa de retenção. Uma ranhura de vedação pode ser posicionada entre a porção de contato condutiva e o percurso de fluxo de fluido. A ranhura de vedação também pode incluir uma vedação elastomérica disposta, pelo menos parcialmente, dentro da vedação para formar um componente de vedação ou elemento de vedação. Em algumas modalidades a porção de vedação também pode incluir pelo menos uma de uma vedação ou junta aplicada.

Em outro aspecto da invenção, uma estrutura de esfriamento convectivo para um maçarico a arco de plasma pode ser disposta em pelo menos um dentre um bico e uma tampa de retenção do maçarico a arco de plasma. A estrutura de esfriamento convectivo compreende uma porção curvilínea côncava definindo pelo menos uma porção dentre um canal e uma porção curvilínea convexa para promover o fluxo de fluido para dentro da porção curvilínea côncava. Uma porção de conexão tangencial é disposta entre as porções curvilíneas, convexas e côncavas.

Em um aspecto adicional da invenção, uma estrutura de esfriamento e vedação para acoplamento e proporcionando transferência de calor entre os componentes adjacentes do maçarico de plasma compreende uma porção de ressalto para prover uma interface de contato com um componente de maçarico adjacente. A interface de contato pode transferir calor de forma condutiva entre os componentes adjacentes do maçarico. A estrutura também pode incluir um canal de esfriamento convectivo incluindo uma porção curvilinea convexa, uma porção curvilinea côncava e uma porção de conexão tangencial disposta entre as porções curvilineas, convexa e côncava. Uma porção de vedação, ou selante, pode ser posicionada entre a porção de ressalto e o canal de esfriamento convectivo. A porção de vedação pode incluir uma ranhura disposta em um componente do maçarico, por exemplo, um bico ou uma tampa de retenção, e uma vedação elastomérica disposta, pelo menos parcialmente, na ranhura. A ranhura pode ser posicionada de tal modo que a vedação não é exposta a calor extremo. Em algumas modalidades a porção de vedação é posicionada próxima ou adjacente ao canal de esfriamento convectivo.

Em outro aspecto, a invenção se refere a um bico para uso em um maçarico de plasma esfriado a fluido. 0 bico pode incluir um corpo quando um perímetro externo que parcialmente define um canal de fluido, o corpo pode incluir uma face de extremidade em que a face de extremidade é perpendicular a um eixo longitudinal do componente. Em algumas modalidades uma ranhura se estende, pelo menos parcialmente, através da face de extremidade e uma vedação elastomérica pode ser disposta dentro da ranhura para prover uma barreira entre um fluxo de gás de plasma e o canal de fluido. A ranhura e a vedação podem prover a vedação de fluido entre a região de gás de plasma do maçarico e a região esfriada à água do maçarico. Em algumas modalidades, a ranhura e a vedação dispostas na face de extremidade do bico podem prover uma barreira de proteção que reforça e suplementa um componente de vedação que é disposto em uma superfície exterior do bico.

Um aspecto adicional da invenção se refere a uma estrutura de esfriamento e vedação para acoplamento e proporcionando transferência de calor entre os componentes do maçarico de plasma. Em algumas modalidades, a estrutura compreende meio para esfriamento condutivo entre os componentes adjacentes do maçarico. 0 meio para esfriamento condutivo pode incluir uma porção de contato de um componente de maçarico. A porção de contato pode incluir um ressalto ou superfície de ressalto de um bico ou a superfície interior de uma tampa de retenção. Em algumas modalidades, a superfície de ressalto pode ser um corte quadrado, curvo ou angular, em algumas modalidades a superfície de ressalto tem um perfil escalonado. A estrutura de esfriamento e vedação também pode incluir meio para prover esfriamento convectivo de uma porção do maçarico de plasma sem estagnação do fluido de esfriamento. O meio para esfriamento convectivo pode incluir um canal de esfriamento ou câmara de fluido que é, pelo menos parcialmente, definida por uma superfície curvilínea. Em algumas modalidades, o canal de esfriamento pode ter um formato bulboso. Em algumas modalidades, o meio de esfriamento convectivo pode ser toroidal em torno de um eixo longitudinal de um maçarico de plasma ou bico de plasma. A estrutura de esfriamento e vedação também pode incluir um meio de vedação para prover uma vedação de fluido. A vedação de fluido pode ser formada, pelo menos em parte, por uma ranhura disposta na superfície exterior de um bico. Em algumas modalidades, a ranhura está localizada na superfície interior de uma tampa de retenção.

Em outro aspecto da invenção, um bico de maçarico a arco de plasma esfriado a fluido compreende uma porção anterior e uma porção posterior. A porção anterior pode incluir uma face frontal definindo um orifício de saída. O bico também pode incluir uma porção de ressalto condutivo dimensionado para se alinhar axialmente com um componente adjacente e uma porção esfriada a fluido disposta entre a porção de ressalto e a porção posterior. Em algumas modalidades um elemento de vedação pode ser disposto entre a porção de esfriamento a liquido e a porção de ressalto condutivo.

Um aspecto adicional da invenção se refere a uma estrutura de alinhamento para posicionar componentes adjacentes em um maçarico de plasma. Em algumas modalidades a estrutura inclui um elemento escalonado para prover alinhamento axial entre dois componentes adjacentes e um elemento de vedação em cooperação com uma superfície angular ou curva para prover um alinhamento radial entre os dois componentes, adjacentes. Em algumas modalidades, a estrutura de alinhamento também pode incluir um canal de esfriamento convectivo com uma porção curvilínea. A porção curvilínea pode ter uma superfície que é pelo menos um dentre um formato bulboso ou um formato toroidal.

Outro aspecto da invenção inclui um sistema de maçarico a arco de plasma compreendendo uma fonte de energia, um corpo de maçarico conectado à fonte de energia e um eletrodo disposto dentro do corpo de maçarico. Em algumas modalidades, o sistema de maçarico a arco de plasma inclui um componente de maçarico com uma superfície definindo uma porção de contato condutiva para trocar calor com um componente de maçarico adjacente e uma estrutura de esfriamento convectivo compreendendo uma porção curvilínea côncava que define pelo menos uma porção de um canal de esfriamento. Em algumas modalidades, o sistema de maçarico pode incluir um controlador que controla o fluxo de gás para o eletrodo. Em algumas modalidades, o sistema de maçarico compreende um primeiro meio de esfriamento para esfriamento condutivo entre componentes adjacentes do maçarico, um segundo meio de esfriamento para prover esfriamento convectivo de uma porção do maçarico de plasma sem estagnação de um fluxo de fluido de esfriamento, e um meio de vedação disposto entre o primeiro meio de esfriamento e o segundo meio de esfriamento para prover uma vedação de fluido. Em algumas modalidades, o sistema de maçarico a arco de plasma pode incluir um controlador e um console de gás.

Em um aspecto adicional da invenção, um método de esfriamento de um componente de maçarico de plasma compreende trocar calor a partir de um primeiro componente de maçarico com um componente de maçarico adjacente através de uma porção de contato condutiva. Em algumas modalidades, o método pode incluir fluir um fluido de esfriamento através de um canal de esfriamento tendo uma superfície curvilínea, a superfície curvilínea configurada para prevenir a estagnação do fluido. Em algumas modalidades, o método também pode incluir prover uma barreira compreendendo um componente de vedação entre a porção de contato condutiva e o canal de esfriamento.

Um aspecto da invenção também se refere a um método de fabricar um componente de maçarico de plasma compreendendo formar uma superfície em um primeiro componente de maçarico que define uma porção de contato condutiva para trocar calor com um componente de maçarico adjacente. O método de fabricar os componentes de maçarico a arco de plasma também pode incluir criar uma porção modelada de um canal de esfriamento definido, pelo menos em parte, por um entre o primeiro componente de maçarico ou o componente de maçarico adjacente, a porção modelada tendo uma superfície curvilínea e posicionar uma ranhura de vedação entre a superfície e a porção modelada.

Outro aspecto da invenção pode incluir um bico para um maçarico de corte a arco de plasma, em que o bico pode ter um corpo substancialmente oco capaz de receber um eletrodo. O bico também pode compreender uma superfície exterior que inclui uma porção tendo um perfil curvilíneo que define, pelo menos parcialmente, um percurso de fluxo para um fluido de esfriamento.

Um aspecto adicional da invenção se refere a uma tampa de retenção para um maçarico de corte a arco de plasma, a tampa de retenção é configurada para prender um bico dentro do maçarico. Em algumas modalidades, a tampa de retenção compreende uma superfície interior que inclui uma porção tendo um perfil curvilíneo que define, pelo menos parcialmente, um percurso de fluxo para um fluido de esfriamento.

Qualquer um dos aspectos acima pode incluir uma ou mais das seguintes características. Um bico pode incluir uma ou mais ranhuras de vedação localizadas na superfície exterior do bico. Uma vedação elastomérica pode ser, pelo menos parcialmente, disposta dentro de uma ranhura de vedação. As ranhuras de vedação também podem estar localizadas em uma superfície na porção posterior do bico ou do componente de maçarico. Um componente de vedação ou elemento de vedação pode ser disposto na face posterior do bico ou tampa de retenção. Uma ranhura de vedação e uma vedação elastomérica podem formar um componente de vedação. Em algumas modalidades, a vedação elastomérica é configurada para se deformar de modo a prover uma vedação de fluido em torno de uma superfície angular ou curva entre pelo menos dois componentes de maçarico adjacentes. O elemento de vedação elastomérico pode também compreender um anel-O. Em algumas modalidades, o componente de vedação pode compreender pelo menos um de um anel-0 ou vedação elastomérica. Em algumas modalidades, o componente de vedação está localizado em pelo menos um dentre o componente de maçarico ou o componente de maçarico adjacente. E, em algumas modalidades, o elemento escalonado e o elemento de vedação são dispostos em relação um ao outro para formar um único elemento de alinhamento. Em algumas modalidades, um componente de vedação pode ser dimensionado e configurado para prover uma vedação de fluido entre a porção de contato condutivo e a estrutura de esfriamento convectivo.

Qualquer um dos aspectos mencionados acima também pode incluir uma ou mais das seguintes características. Um percurso de fluxo de fluido pode ser definido pelo menos por uma superfície de um eletrodo ou tampa de retenção. O percurso de fluxo de fluido pode formar pelo menos uma porção de uma câmara toroidal. O percurso de fluxo de fluido também pode incluir pelo menos uma porção de uma câmara de fluido que inclui uma porção curvilínea convexa e uma porção curvilínea côncava, a porção curvilínea convexa promovendo o fluxo de fluido para dentro da porção curvilínea côncava.

Qualquer um dos aspectos mencionados acima também pode incluir uma ou mais das seguintes características. Uma porção de contato condutivo pode definir uma superfície de contato curva ou angular. Em algumas modalidades, a superfície de contato provê alinhamento axial e radial de um bico com um componente de maçarico adjacente. A porção de contato condutivo pode incluir uma camada de um metal condutivo ou óxido de metal disposto na mesma.

Qualquer um dos aspectos mencionados acima também pode incluir uma ou mais das seguintes características. Uma porção de ressalto pode prover alinhamento radial e axial entre pelo menos dois dos componentes adjacentes de maçarico. Em algumas modalidades a porção de ressalto inclui uma camada de material condutivo ao longo da interface de sólido-sólido. O canal de esfriamento convectivo pode incluir uma porção bulbosa. E, em algumas modalidades, o canal de esfriamento convectivo compreende um formato toroidal. Em algumas modalidades, a porção de contato condutivo, o canal de esfriamento convectivo e a vedação elastomérica constituem parte de um componente de maçarico de plasma único. Em algumas modalidades, pelo menos um dentre um elemento escalonado e o elemento de superfície angular ou curva pode incluir uma camada de material termicamente condutivo disposta no mesmo.

Qualquer um dos aspectos acima pode incluir uma ou mais das seguintes caracteristicas. Uma estrutura de esfriamento pode ser disposta pelo menos parcialmente dentro de um bico. E, em algumas modalidades, a estrutura de esfriamento é disposta, pelo menos parcialmente, dentro da tampa de retenção. Em algumas modalidades um canal é disposto dentro do bico de um maçarico a arco de plasma. E, em algumas modalidades, o canal penetra em uma espessura de parede do bico. E, em algumas modalidades, o canal é configurado para reduzir a estagnação do fluxo de fluido.

Qualquer um dos aspectos pode incluir uma ou mais das seguintes caracteristicas. Um bico pode compreender uma porção anterior e uma porção posterior, a porção anterior incluindo uma face frontal definindo um orifício de saída, uma porção de ressalto dimensionada para prover transferência de calor condutivo com um componente adjacente, e uma vedação elastomérica disposta entre a porção de ressalto e a porção posterior, em que a vedação elastomérica se deforma para prover uma vedação de fluido com o componente adjacente. Em algumas modalidades, um componente de maçarico adjacente inclui um bico e uma tampa de retenção.

Qualquer um dos aspectos acima pode incluir uma ou mais das seguintes características. Algumas modalidades compreendem meio para esfriamento condutivo, o meio para prover esfriamento convectivo e o meio de vedação são, pelo menos parcialmente, localizados em um único componente de maçarico de plasma. O meio para prover esfriamento convectivo eficaz pode ser definido entre componentes adjacentes do maçarico. E, o meio para esfriamento condutivo também pode prover pelo menos um dentre alinhamento radial ou alinhamento axial dentre os componentes adjacentes do maçarico. Em algumas modalidades, os meios de esfriamento convectivo ou condutivo podem compreender um formato toroidal. Em algumas modalidades, a porção esfriada a fluido compreende um formato toroidal.

As características anteriores e outros objetivos, aspectos, características e vantagens da invenção se tornarão mais evidentes a partir da descrição seguinte e das reivindicações.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

Essas e outras características serão mais completamente entendidas mediante referência à descrição detalhada seguinte quando considerada em conjunto com os desenhos anexos, os quais são ilustrativos e não necessariamente traçados em escala. A Figura IA ilustra uma vista em seção transversal parcial de um projeto conhecido de um sistema para esfriamento de uma ponta de um bico. A Figura 1B ilustra uma vista em seção transversal parcial de um segundo projeto de um sistema conhecido para esfriamento de uma ponta de um bico. A Figura 2 é uma vista de um modelo de maçarico conhecido. A Figura 3A é uma vista em elevação lateral de um bico para um maçarico a arco de plasma. A Figura 3B é uma vista em perspectiva em seção transversal de uma ponta de maçarico incluindo o bico da Figura 3A. A Figura 4 é uma vista em seção transversal de uma ponta de maçarico incluindo um bico com múltiplas ranhuras para vedações elastoméricas. A Figura 5 é uma vista em seção transversal de uma ponta de maçarico. A Figura 6 é uma vista em seção transversal em elevação lateral de um bico de duas peças. A Figura 7 é uma vista em seção transversal em elevação lateral de uma ponta de maçarico incluindo uma vedação elastomérica disposta em uma tampa de retenção.

As Figuras 8A-7E são vistas em seção transversal em elevação lateral de bicos para um maçarico de arco de plasma. A Figura 9 é um diagrama esquemático de um sistema de maçarico a arco de plasma automatizado. A Figura 10 é um diagrama esquemático de um sistema de maçarico a arco de plasma automatizado.

DESCRIÇÃO DETALHADA

A Figura 2 ilustra uma forma esquemática simplificada de um maçarico de corte a arco de plasma 10, conhecido, representativo de qualquer um de uma variedade de modelos de maçaricos vendidos pela Hypertherm, Inc., com escritórios em Hanover, N.H. O maçarico 10 tem um corpo 12 que é tipicamente cilíndrico com um orifício de saída 14 em uma extremidade inferior 16. O arco de plasma 18, isto é, um jato de gás ionizado, passa através do orifício de saída 14 e se prende a uma peça de trabalho 19 sendo cortada. O maçarico 10 é projetado para perfurar e cortar metal, parcialmente aço macio, ou outros materiais em um modo de arco transferido. Ao cortar aço macio, o maçarico 10 opera com um gás reativo, tal como oxigênio ou ar, como o gás de plasma 28 para formar o arco de plasma transferido 18. O corpo de maçarico 12 suporta um eletrodo de cobre 20 tendo um corpo geralmente cilíndrico 21. Um inserto de háfnio 22 pode ser ajustado por pressão dentro da extremidade inferior 21a do eletrodo 20 de modo que uma superfície de emissão planar 22a é exposta. O corpo de maçarico 12 também suporta um bico 24 que é espaçado do eletrodo 20. O bico 24 tem um orifício central que define o orifício de saída 14. Em algumas modalidades, um anel de redemoinho 2 6 montado no corpo de maçarico 12 tem um conjunto de furos de distribuição de gás radialmente deslocados (ou inclinados) 26a que transmitem um componente de velocidade tangencial ao fluxo de gás de plasma fazendo com que ele gire. Esse redemoinho cria um vórtice que limita o arco 18 e estabiliza a posição do arco 18 no inserto 22. O arco também tem um protetor 60. O protetor 60 é acoplado (por exemplo, roscado em sua parede lateral superior 60a) a um anel isolante 64. O anel isolante 64 é acoplado (por exemplo, roscado) em sua parede lateral superior 64a a uma tampa 7 6 que é roscada a um corpo de maçarico 12. 0 protetor 60 é configurado de modo que ele é espaçado do bico 24 para definir uma passagem de fluxo de gás 68. Uma face frontal 60b, do protetor 60, tem um orifício de saída 72 alinhado com o orifício de saída do bico 14.

Em operação, o gás de plasma 2 8 flui através de um tubo de entrada de gás 29 e dos furos de distribuição de gás 26a no anel de redemoinho 26. Desse lugar, o gás de plasma 28 flui para dentro da câmara de plasma 30 e para fora do maçarico 10 através do orifício de saída 14 e orifício de saída 72. Um arco piloto é primeiramente gerado entre o eletrodo 20 e o bico 24. O arco piloto ioniza o gás passando através do orifício de saída do bico 14 e do orifício de saída do protetor 72. O arco, então, transfere-se a partir do bico 24 para a peça a trabalhar 19 para cortar a peça a trabalhar 19. Observa-se que os detalhes de construção específicos do maçarico 10, incluindo o arranjo dos componentes, direcionamento do gás e fluxos de fluido de resfriamento, e provendo conexão elétrica podem assumir uma variedade de formas. A Figura 3A é uma vista em elevação lateral de um bico 200 para um maçarico a arco de plasma que representa uma modalidade da invenção. O bico 200 inclui uma porção frontal ou anterior 202 e uma porção posterior 204. Conforme ilustrado, a porção anterior 202 e a posterior 204 são formadas integralmente (por exemplo, a partir da mesma peça de material) . Em algumas modalidades, a porção anterior 202 e a porção posterior 204 podem ser formadas de peças diferentes de material e acopladas em conjunto (por exemplo, fixadas juntas mediante solda ou em uma relação de cooperação quando instaladas no maçarico). A porção anterior 202 inclui uma porção extensiva 206 que define um orifício de saída (não mostrado) através do qual sai um jato de plasma (não mostrado) do bico 200. A porção anterior 202 define também uma porção de ressalto 208. Conforme ilustrado, a porção de ressalto 208 inclui uma superfície 210. A superfície 210 é angular ou simetricamente chanfrada em torno da linha central A. Conforme ilustrado, a superfície 210 é disposta em relação à porção extensiva 206, mas outras configurações são possíveis. A porção de ressalto 208 e a superfície 210 são usadas para transferência de calor condutivo com um componente adjacente (não mostrado) . A superfície 210 pode estar em contato físico, de superfície a superfície com uma superfície correspondente (não mostrada) do componente adjacente para transferência de calor condutivo. Em algumas modalidades, um meio (não mostrado) é disposto entre a superfície 210 e o componente adjacente de tal modo que o contato de superfície a superfície não ocorre, mas a conectividade térmica é obtida. O meio pode ser, por exemplo, um componente de vedação ou um revestimento. O bico ilustrado 200 também define uma ranhura 212 disposta entre a porção anterior 202 e a porção posterior 204. Em algumas modalidades, a ranhura 212 é disposta adjacente à porção de ressalto 208 e uma porção de esfriamento convectivo de um canal de esfriamento 255. A ranhura 212 pode alojar uma vedação elastomérica, tal como, por exemplo, um anel-0 ou um anel-0 inclinado (não mostrado). A vedação elastomérica também pode ser uma junta de vedação ou um revestimento. Quando o bico 200 e o componente adjacente são instalados no maçarico a arco de plasma, o contato de superfície a superfície entre a superfície 210 e a superfície correspondente do componente adjacente deforma a vedação elastomérica para prover uma vedação hermética a fluido entre o bico 200 e o componente adjacente. A vedação hermética a fluido pode ajudar a prevenir falha de uma região de esfriamento convectivo, a falha da região de esfriamento convectivo pode resultar em vazamento de fluido a partir do canal de esfriamento 255 de um bico 200. O bico 200 também inclui uma porção convectiva 214. A porção convectiva 214 é disposta entre a ranhura 212 e a porção posterior 204 do bico 200. Quando o bico 200 é instalado no maçarico, a porção convectiva está disposta entre a vedação e a porção posterior 204. Em algumas modalidades, a vedação está localizada proximal ou adjacente ao canal de esfriamento 255. A porção convectiva 214 provê um percurso de fluxo de fluido que permite que um fluido flua através de uma superfície exterior 216 do bico 200. O fluido (não mostrado) promove o esfriamento convectivo do bico 200 durante operação do maçarico. Em algumas modalidades, o percurso de fluxo de fluido é definido, pelo menos em parte, por uma superfície curvilínea. A superfície curvilínea pode ser uma porção de uma superfície de um bico ou de uma tampa de retenção. A porção convectiva 214 do bico 200 é modelada para promover esfriamento convectivo e para reduzir a estagnação do fluido que flui. Por exemplo, a porção convectiva 214 inclui uma porção modelada 218. Em algumas modalidades a porção modelada 218 é dimensionada e configurada para ter uma superfície curvilínea. A porção modelada 218 pode definir pelo menos uma porção de uma câmara toroidal 220, centrada ao longo da linha central A. Durante operação, o fluido flui através e ao longo da câmara toroidal para promover esfriamento convectivo do bico. Em algumas modalidades, o fluido de esfriamento entra em um lado do canal toroidal, flui em torno da porção anterior do bico dentro da câmara de fluido 256 e sai em um lado oposto do bico. O esfriamento convectivo é promovido não apenas pela redução na estagnação do fluido de esfriamento (por exemplo, líquido ou gás), como também pela adição por intermédio da porção modelada 218, a qual amplia ou prolonga a área de superfície que é exposta ao líquido de esfriamento por intermédio de algumas modalidades, a porção modelada 218 inclui uma porção curvilínea côncava 222 e uma porção curvilínea conexa 224 adjacente à porção curvilínea côncava 222. A porção modelada 218 pode ser criada através de um processo de fundição (por exemplo, formando-se o bico 200 em uma matriz) ou por intermédio de um processo de remoção (por exemplo, removendo-se uma porção do material de bico durante a fabricação, por exemplo, em um torno de metal) utilizando ferramentas de remoção adequadas. Em algumas modalidades, a porção convectiva do bico é configurada e dimensionada para permitir que o fluido de esfriamento remova de forma convectiva o calor a partir do bico. Em algumas modalidades, o calor pode ser transferido de forma condutiva através do bico a partir da porção anterior para a porção posterior do bico e transferido de forma convectiva a partir do bico com o fluido de esfriamento simultaneamente. A porção modelada, incluindo uma ou mais das porções curvilineas descritas acima, pode ser radialmente simétrica em torno de um eixo longitudinal do bico. Desse modo, um perfil em seção transversal pode ter o formato descrito acima ou conforme ilustrado na figura. O bico 200 inclui uma ranhura 224 adjacente à porção convectiva 214. A ranhura 224 aumenta a área de superfície do bico e facilita o esfriamento convectivo e reduz a estagnação mediante introdução de certa turbulência ao fluido que flui. O bico 200 inclui também um canal 226 disposto na porção posterior 204. A Figura 3B é uma vista em perspectiva em seção transversal de uma ponta de maçarico 240 incluindo o bico 200 da Figura 3A. A ponta de maçarico 240 inclui uma tampa de retenção 244 . A tampa de retenção 244 pode prender o bico 200 a um maçarico de arco de plasma e pode posicionar o bico 200 com relação à linha central A radialmente e/ou axialmente. A tampa de retenção 244 define uma abertura 246 configurada para casar com a porção extensiva 206 do bico. A porção extensiva 206 do bico 200 define um orifício de saída de plasma 248 através do qual um jato de plasma (não mostrado) sai do bico a partir da câmara de plasma 250. A tampa de retenção 244 define uma superfície exterior 252 e uma superfície interior 254. Conforme ilustrado e discutido acima, a superfície interior 254 é inclinada para casar com a superfície 210 do ressalto 208 do bico 200. O contato entre a superfície interior 254 e a superfície 210 facilita a condutividade térmica entre o bico 200 e a tampa de retenção 244. A superfície 210 define um chanfrado que se estende ao longo da porção de ressalto 208 da frente 202 do bico 200. Mediante ampliação do contato de superfície a superfície, a condutividade térmica entre o bico 200 e a tampa de retenção 244 é aperfeiçoada. Melhorar a condutividade térmica entre dois ou mais componentes de maçarico, melhora o esfriamento do bico que pode prolongar a vida útil do bico. Em algumas modalidades, uma camada de material condutivo, tal como prata, (não mostrado) está sobre as superfícies 210, 254 que proporciona a área de contato de superfície a superfície. O material condutivo pode promover a transferência de calor entre componentes de maçarico adjacentes.

Quando o componente de vedação elastomérico (não mostrado) é posicionado na ranhura 212, cooperação entre a tampa de retenção 244 e o bico 200 deforma o componente de vedação elastomérico para formar uma interface hermética ao fluido. A superfície interior 254 coopera com a porção modelada 214 e a porção posterior 204 do bico 200 para formar uma câmara de fluido 256. A porção posterior 204 do bico 200 também inclui uma superfície 258 definindo uma ranhura 260 na superfície 258 . Um componente de vedação elastomérico (não mostrado) pode ser disposto na ranhura 260 quando o bico 200 é instalado em um maçarico a arco de plasma. A superfície 258 é contígua ao corpo de maçarico (não mostrado) quando o bico 200 é instalado no maçarico. O componente de vedação na ranhura 258 provê uma vedação de reforço no caso de falhar o componente de vedação, disposto na ranhura 224 ou canal 226. Em algumas modalidades, ou a vedação na ranhura 258 ou a vedação na ranhura 226 é usada. Adicionalmente, o componente de vedação na ranhura 258 não é comprometido pelos arranhões na parede lateral do corpo de maçarico (normalmente feito de latão) resultante da instalação e remoção do bico 200 (ou outros bicos) a partir do maçarico. Em vez disso, o componente de vedação na ranhura 258 veda contra uma face posterior do interior do maçarico. A face posterior do interior do bico tem menos probabilidade de ser entalhada pela mudança repetida do bico, do que as paredes laterais, interiores, do maçarico. O componente de vedação na ranhura 258 provê uma interface macia e reduz o contato de metal a metal entre o bico 200 e o corpo de maçarico. A conexão e desconexão repetidas dos componentes consumiveis, incluindo, por exemplo, bicos, tampas de retenção, eletrodos, podem entalhar e arranhar as conexões de maçarico. Os entalhes e arranhões podem comprometer a vedação entre a região esfriada a fluido de um maçarico a arco de plasma e a região de gás de plasma. Quando a vedação entre as duas regiões é comprometida, o fluido destinado ao esfriamento pode vazar para a região de gás de plasma ou vice-versa. O componente de vedação na ranhura 258 provê uma vedação consistente que protege a região esfriada a fluido (percurso de fluxo de fluido), que pode incluir o canal de esfriamento 255, a partir da região de gás de plasma. Em algumas modalidades, o componente de vedação é deformado para prover uma vedação entre as duas regiões de maçarico. A superfície 258 define um primeiro plano B. A superfície 210 define um segundo plano C. Ambos os planos B e C estão no percurso de fluido para um líquido de resfriamento (não mostrado). A Figura 4 mostra outra modalidade da invenção que inclui um bico 200 e tampa de retenção 244. O bico 200 define uma câmara de fluido 256 onde a porção modelada 214 do bico 200 inclui uma porção curvilinea convexa 22 4, uma porção curvilinea côncava 222. Uma porção tangencial conecta as porções curvilineas. Em algumas modalidades, a câmara de fluido 256 pode ser definida por outras configurações de uma ou mais superfícies curvilineas. A superfície das porções curvilineas é configurada sem ângulos agudos para prevenir zonas de estagnação. Em algumas modalidades, a porção curvilinea convexa 224 promove o fluxo de fluido em direção à porção curvilinea côncava 222. A porção modelada 214, incluindo uma ou mais das porções curvilineas descritas acima, pode ser radialmente simétrica em torno de um eixo longitudinal do bico. Em algumas modalidades, a superfície modelada pode ter um formato bulboso. Desse modo, um perfil em seção transversal pode ter o formato descrito acima ou conforme ilustrado na figura. O ressalto 208 do bico 200 mostrado na Figura 4 tem um perfil escalonado. Em algumas modalidades, o perfil escalonado inclui ângulos agudos ou quadrados. O perfil escalonado do ressalto 208 aumenta a área de superfície que promove a transferência térmica condutiva a partir do bico para a tampa de retenção 244. Em algumas modalidades, o ressalto 208 e a porção modelada 214 são configurados de tal modo que a parede do bico tem uma espessura suficiente para transferir o calor de forma condutiva a partir da porção anterior 202 do bico 200, próximo ao orifício de saída de plasma 248, para a porção posterior 204 do bico 200 . O bico 200 da Figura 4 também pode incluir um componente de vedação que impede a passagem do fluxo de fluido a partir da câmara de fluido 256 para a porção anterior 202 do bico, adjacente à porção extensiva 206 do bico 200. Um componente de vedação (não mostrado) pode ser disposto parcialmente dentro de uma ranhura 212 e a ranhura pode ser cortada na superfície exterior 216 do bico. A ranhura 212 pode estar localizada em qualquer local ao longo da superfície do bico. Em algumas modalidades, o componente de vedação pode ser disposto de tal modo que o mecanismo de vedação não é exposto às elevadas temperaturas, particularmente altas temperaturas superiores a aproximadamente 250 a 300 graus F para componentes de vedação compreendendo material de Buna e 400 graus F para componentes de vedação compreendendo silicone. A ranhura 212 com bordas curvilíneas ou quadradas pode ser cortada no bico. Em algumas modalidades, uma ou mais ranhuras, com componentes de vedação associados, são cortadas na superfície do bico. Em uma modalidade, o componente de vedação está localizado ao longo do chanfro. Em algumas modalidades, o componente de vedação está localizado ao longo do ressalto do bico. O componente de vedação pode estar localizado adjacente ao canal de esfriamento e, em algumas modalidades, a ranhura é posicionada de tal modo que a parte inferior da câmara de fluido e a parte superior da ranhura 12 estão adjacentes ao longo da superfície exterior 216 do bico.

Em algumas modalidades, a porção extensiva 206 do bico pode se estender além da abertura 24 6 da tampa de retenção 244. Na Figura 5, por exemplo, a porção extensiva 20 6 se estende além da abertura 246 da tampa de retenção 244. A abertura 246 da tampa de retenção 244 e o ressalto adjacente 208 do bico 200 podem cooperar para prover alinhamento radialmente e axialmente dos componentes adjacentes do maçarico.

Durante operação do maçarico, a porção extensiva 20 6, a qual pode incluir um chanfro, transfere de forma condutiva o calor a partir da porção anterior 202 do bico 200 em direção à porção posterior 204 do bico 200. Em algumas modalidades, a porção de contato do bico e a tampa de retenção são dimensionadas e configuradas para transferir o calor de forma condutiva entre os componentes adjacentes do maçarico. Em algumas modalidades, a porção de contato é a superfície 210 do ressalto 208 e a superfície interior 254 da tampa de retenção. O contato de superfície a superfície entre os componentes adjacentes do maçarico facilita a transferência condutiva de calor. Em algumas modalidades, o calor pode ser transferido de forma condutiva a partir de uma porção de ressalto 208 do bico até a tampa de retenção 244. A superfície 210 do ressalto 208 pode ter bordas quadradas. Em algumas modalidades a superfície 210 do ressalto 208 pode ser inclinada ou curva. Em algumas modalidades a superfície 210 do ressalto 208 define um chanfro.

Um componente de vedação pode ser posicionado em uma relação espaçada com o ressalto 208 do bico 200. Um componente de vedação pode ser disposto, pelo menos parcialmente, dentro da superfície 210 do ressalto 208. Em algumas modalidades, o componente de vedação pode incluir uma ranhura 212 e uma vedação elastomérica (não mostrada) disposta, pelo menos parcialmente, dentro da ranhura 212. Em algumas modalidades, o componente de vedação é uma vedação elastomérica posicionada entre a superfície do bico 200 e a superfície interior 254 da tampa de retenção 244. A ranhura pode ser cortada na superfície do ressalto se o ressalto for uma borda angular, curva ou borda reta. Em algumas modalidades, o componente de vedação é uma interface de metal a metal, entre as superfícies de contato. Independente do posicionamento, o componente de vedação se destina a impedir o fluxo de fluido entre o ressalto condutivo 208 e um canal de esfriamento convectivo 255, tal como, por exemplo, a câmara de fluido 256.

Um canal de esfriamento convectivo 255, que pode incluir uma câmara de fluido 256, pode ser definido pela superfície exterior 216 do bico e um componente de maçarico adjacente. O componente de maçarico adjacente pode ser uma tampa de retenção 244 em algumas modalidades. O canal de esfriamento convectivo 255 se destina a minimizar a estagnação do fluido de esfriamento. Em algumas modalidades, o fluxo de fluido dentro do canal de esfriamento ocorrerá sem estagnação. Em algumas modalidades, sem estagnação também pode significar reduzir ou minimizar a estagnação em comparação com a estagnação de fluido dentro do canal de esfriamento com bordas ou superfícies agudas ou quadradas.

Conforme ilustrado na Figura 6, as modalidades da invenção incluem componentes de maçarico de plasma incluindo um bico tendo duas porções, onde uma porção anterior 202 e uma porção posterior 204 do bico são formadas de diferentes peças e acopladas em conjunto. Em algumas modalidades, a porção anterior 202 pode incluir um chanfro. O bico 200 também pode ter uma porção de ressalto 208 que inclui um perfil escalonado. 0 chanfro e o ressalto podem ser usados em conjunto ou individualmente para alinhar radialmente e axialmente o bico 200 com um componente de maçarico adjacente (por exemplo, uma tampa de retenção ou protetor). O chanfro também pode transferir de forma condutiva o calor para longe da área circundando o orifício de saída de plasma 248 do bico 200. A porção anterior 202 do bico 200 e a porção posterior 204 do bico 200 podem ser configuradas de tal modo que o calor seja transferido de forma condutiva a partir da porção anterior 202 para a porção posterior 204 do bico 200. A superficie exterior da porção posterior 204 do bico 200 pode definir, pelo menos em parte, um canal de esfriamento 255 ou câmara de fluido 256, pelo que o canal de esfriamento remove de forma convectiva o calor a partir da porção posterior 204 do bico 200. A câmara de fluido 256 pode ser definida por uma superficie curvilinea formada na porção posterior 204 do bico 200 e uma superficie de um componente de maçarico adjacente que é colocado em uma relação espaçada com a porção posterior 204 do bico 200. Em algumas modalidades, uma porção do canal de esfriamento 255 pode ser definida por uma superficie curvilinea formada na porção anterior 202 do bico 200 e um componente de maçarico adjacente em uma relação espaçada com a porção anterior 202 do bico 200. Em algumas modalidades, pelo menos uma porção do canal de esfriamento 255 é formada de forma bulbosa ou toroidal. O canal de esfriamento pode ser côncavo, com relação à superficie exterior 216, da porção posterior 204, do bico 200, em algumas modalidades, o canal de esfriamento incluirá uma porção côncava e convexa que é conectada por uma porção tangencial. O canal de esfriamento, incluindo uma ou mais das porções curvilineas descritas acima, pode ser radialmente simétrico em torno de um eixo longitudinal do componente. Dessa forma, um perfil em seção transversal pode ter o formato descrito acima ou conforme ilustrado na figura. A Figura 7 é uma vista lateral de uma modalidade de uma ponta de maçarico incluindo características da invenção. A ponta de maçarico ilustrada inclui um bico 200 com uma tampa de retenção 244 e um protetor 262. A superfície interior 254 da tampa de retenção 244 pode definir uma porção modelada. Em algumas modalidades, a superfície exterior 216 do bico também pode definir uma porção modelada; a porção modelada sendo uma superfície curvilinea. A porção modelada da tampa de retenção 244 e a superfície exterior 216 do bico 200 definem um canal de esfriamento. Em algumas modalidades, a porção modelada da tampa de retenção 244 é configurada com uma superfície côncava que promove o fluxo de fluido através do canal de esfriamento. Em algumas modalidades, o canal de esfriamento tem um formato bulboso e, em algumas modalidades, o canal é toroidal em torno de um eixo longitudinal da tampa de retenção. O canal de esfriamento é configurado para minimizar ou diminuir a estagnação de fluido na câmara de fluido 256. A porção modelada da tampa de retenção 244 pode ser formada de tal modo que ela maximiza a transferência de calor convectivo a partir do bico 200 e da tampa de retenção 244 para o fluido de esfriamento. Em algumas modalidades, a extremidade anterior do canal de esfriamento será convexa ou formada de forma bulbosa. A porção modelada 214 pode ser radialmente simétrica em torno de um eixo longitudinal da tampa de retenção. Desse modo, um perfil em seção transversal pode ser modelado conforme descrito acima ou conforme ilustrado na figura. O bico 200 pode ter uma porção anterior 202 e uma porção posterior 204. A porção anterior 202 do bico 200 define uma porção extensiva 206 e um orifício de saída de plasma 248. Uma tampa de retenção 244 pode ser posicionada em uma relação de espaço com o bico 200 de tal modo que a abertura 246 da tampa de retenção 244 é alinhada axialmente e radialmente com a porção extensiva 206 do bico 200. Em algumas modalidades, uma porção de ressalto 208 localizada na porção anterior 202 do bico 200 pode permitir que o bico 200 seja alinhado axialmente e radialmente com a tampa de retenção 244. A porção de ressalto 208 pode definir uma superfície 210 que é configurada para prover transferência condutiva de calor com um componente de maçarico adjacente. A superfície 210 da porção de ressalto 208 pode ser um chanfro, um formato cônico ou uma superfície curva. Em algumas modalidades, o componente de maçarico adjacente é uma tampa de retenção 244. A tampa de retenção 244 tem uma área de superfície interior 254 e uma área de superfície exterior 252. O contato entre a área de superfície interior 254, da tampa de retenção 244, e a superfície 210, da porção de ressalto 208, permite a transferência condutiva de calor a partir da porção anterior 202 do bico 200 para a tampa de retenção 244. O interior 254 da tampa de retenção 244 pode definir uma ranhura 212; uma vedação elastomérica ou algum outro componente de vedação pode ser, pelo menos parcialmente, disposto dentro da ranhura 212. O componente de vedação pode ser posicionado de tal modo que a superfície de contato entre a tampa de retenção 244 e o bico 200 permite transferência condutiva de calor adequada. Em algumas modalidades, o componente de vedação tem o propósito de prevenir a passagem do fluido a partir de uma câmara de fluido 256 (a câmara de fluido também pode ser referida como um canal de esfriamento) para contato de sólido com sólido entre a superfície interior 254 da tampa de retenção 244 e a porção extensiva do bico 200. Em algumas modalidades, a porção de vedação pode estar localizada entre a porção de ressalto 208 e uma câmara de fluido convectiva 256. A localização do componente de vedação não é limitada ao mesmo componente de maçarico que a superfície curvilínea que define a câmara de fluido 256 e impede a estagnação de fluido. Em algumas modalidades, a superfície curvilínea que impede ou minimiza a estagnação de fluxo de fluido está localizada em um componente de maçarico, e o componente de vedação, incluindo uma ranhura e uma vedação elastomérica, está localizado em um componente de maçarico adjacente. Em algumas modalidades, por exemplo, o componente de vedação pode estar localizado no bico 200 e a câmara de fluido 256 é, pelo menos parcialmente, definida por uma superfície interior curvilínea 254 da tampa de retenção 244. Em algumas modalidades, o componente de vedação pode estar localizado na tampa de retenção 244 e a superfície curvilínea do bico 200, pelo menos parcialmente, define um canal de esfriamento impedindo e minimizando a estagnação do fluxo de fluido através do canal de esfriamento.

Outras modalidades com configurações de canal de esfriamento variadas são mostradas nas Figuras 8A-8E. A porção curvilínea do canal de esfriamento pode incluir superfícies curvilíneas modeladas diferentes que, pelo menos parcialmente, definem o canal de esfriamento. A localização do canal de esfriamento em relação ao bico e à tampa de retenção também pode ser variada para minimizar a estagnação. Em algumas modalidades, a localização e a configuração do canal de esfriamento são dimensionadas para maximizar a transferência de calor no sentido contrário do bico.

Sistemas de arco de plasma são amplamente utilizados para cortar materiais metálicos e podem ser automatizados para cortar automaticamente uma peça a trabalhar metálica. Em uma modalidade, com referência às Figuras 9 e 10, um sistema de maçarico a arco de plasma inclui um controlador numérico computadorizado (CNC) 552, tela de vídeo 553, uma fonte de energia 510, um controlador de processo automático 536, um controlador de altura de maçarico 538, um sistema de acionamento 540, uma mesa de corte 542, um cavalete 556, um fornecimento de gás (não mostrado), um controlador 500, um aparelho de posicionamento (não mostrado) e um maçarico a arco de plasma 400. O sistema de maçarico a arco de plasma inclui opcionalmente um console de válvula 520. O corpo de maçarico 404 do maçarico a arco de plasma 400 inclui um bico 410 e uma tampa de retenção 244. Em operação, a ponta do maçarico a arco de plasma 400 é posicionada próxima à peça a trabalhar 530 pelo aparelho de posicionamento. O controlador pode ser disposto na fonte de energia 510, por exemplo, o controlador pode ser alojado dentro da fonte de energia 510, vide Figura 10.

Alternativamente, o controlador 500 pode ser disposto exteriormente ao alojamento da fonte de energia 510, por exemplo, no exterior do alojamento de fonte de energia. Em uma modalidade, vide a Figura 10, o controlador 500 é conectado a um componente, por exemplo, uma fonte de energia 510. 0 controlador pode controlar os sinais enviados para o maçarico ou sistema de maçarico.

Similarmente, o console de válvula 520 pode ser disposto na fonte de energia 510, por exemplo, o console de válvula 520 pode ser alojado dentro da fonte de energia 510; vide a Figura 10. 0 console de válvula 520 também pode ser disposto exteriormente ao alojamento de fonte de energia 510, por exemplo, no exterior do alojamento de fonte de energia. Em uma modalidade, vide a Figura 9, o console de válvula 510 é conectado a um componente, por exemplo, uma fonte de energia 510. O console de válvula 520 pode conter as válvulas para fluir para dentro e/ou ventilar para fora o gás de plasma, gás de eletrodo, gás de proteção e outros gases, por exemplo.

Em operação, um usuário coloca uma peça a trabalhar 530 na mesa de corte 542 e monta o maçarico a arco de plasma 400 no aparelho de posicionamento para prover movimento relativo entre a ponta do maçarico a arco de plasma 400 e a peça a trabalhar 530 para direcionar o arco de plasma ao longo de um percurso de processamento. O controle de altura de maçarico 538 ajusta a altura do maçarico 400 em relação à peça a trabalhar 530. O usuário provê um comando de partida para o CNC 552 para iniciar o processo de corte. O sistema de acionamento 540 recebe os sinais de comando a partir do CNC 552 para mover o maçarico a arco de plasma 400 em uma direção x ou y através da mesa de corte 542. A mesa de corte 542 suporta uma peça a trabalhar 530. O maçarico a arco de plasma 400 é montado no controlador de altura de maçarico 538 que é montado no cavalete 526. O sistema de acionamento 540 desloca o cavalete 526 em relação à mesa 542 e desloca o maçarico a arco de plasma 400 ao longo do cavalete 526. O CNC 552 direciona o movimento do maçarico a arco de plasma 400 e/ou a mesa de corte 542 para permitir que a peça a trabalhar 530 seja cortada em um padrão desejado. O CNC 552 está em comunicação com o aparelho de posicionamento. O aparelho de posicionamento utiliza sinais a partir do CNC 552 para direcionar o maçarico 400 ao longo de um percurso de corte desejado. A informação de posição é retornada a partir do aparelho de posicionamento para o CNC 552 para permitir que CNC 552 opere interativamente com o aparelho de posicionamento para obter um percurso de corte exato.

A fonte de energia 510 provê a corrente elétrica necessária para gerar o arco de plasma. O comutador de ligar e desligar principal da fonte de energia 510 pode ser controlado localmente ou remotamente pelo CNC 552 . Opcionalmente, a fonte de energia 510 também aloja um sistema de esfriamento para esfriar o maçarico 400. O sistema de esfriamento pode ser acoplado com o maçarico através de fios (não mostrados) . Os fios transferem o fluido de esfriamento a partir do sistema de esfriamento para o maçarico 400. Quando o sistema de esfriamento entra no maçarico 400, ele passa para o canal de esfriamento que é definido pela superfície exterior 516 do bico e a superfície interior da tampa de retenção. Um componente de vedação disposto na face posterior do bico provê uma barreira que impede que o fluido de esfriamento vaze para dentro da região de gás de plasma do maçarico. Em algumas modalidades, a superfície interior da tampa de retenção pode ter uma porção curvilínea. Em algumas modalidades, ao menos uma porção da superfície exterior 216 do bico pode ser curvilínea, por exemplo, o exterior do bico pode ter porções côncavas ou convexas. Em algumas modalidades, a porção convexa da superfície do bico promove fluxo de fluido passando pela porção côncava da superfície de bico. O canal de esfriamento provê esfriamento convectivo do bico próximo ao orifício de saída do arco de plasma. A porção curvilínea da superfície do canal de esfriamento pode ser configurada para minimizar ou estar sem estagnação de fluido. A minimização da estagnação de fluido no canal de esfriamento aumenta a transferência convectiva de calor afastada da porção anterior do bico. O controlador pode ser usado em conjunto com um maçarico manual, maçarico mecanizado ou outro maçarico a arco de plasma adequado. Em uma modalidade, o sistema de maçarico a arco de plasma inclui um controlador disposto em uma fonte de energia de maçarico manual, por exemplo, dentro do alojamento do fornecimento de energia ou exterior ao alojamento do fornecimento de energia que é conectado ao maçarico manual mediante, por exemplo, um fio. Em outra modalidade, o sistema de maçarico a arco de plasma inclui um controlador 500 conectado a um maçarico manual mediante, por exemplo, um ou mais fios entre a fonte de energia e o maçarico manual.

Em uma modalidade, com referência agora à Figura 10, o controlador 500 controla um sistema de válvula de gás de plasma (não mostrado) que impede o fluxo de gás de plasma e permite o fluxo de gás de plasma através da câmara de plasma 428 . O sistema de válvula de gás de plasma pode ser uma válvula mecânica que impede o fluxo de gás de plasma e permite o fluxo de gás de plasma para a câmara de plasma 428. Alternativamente, o sistema de válvula de gás de plasma pode ser com válvulas proporcionais que medem o fluxo para permitir que a taxa de fluxo desejada seja obtida.

Em uma modalidade, um maçarico a arco de plasma inclui um corpo de maçarico 404 conectado a uma fonte de energia 510. 0 corpo de maçarico 404 inclui um percurso de fluxo de plasma para direcionar um gás de plasma para uma câmara de plasma 428 onde um arco de plasma é formado. Um bico 416 pode ser montado em relação ao eletrodo 100 no corpo de maçarico 404 para definir a câmara de plasma 428. Em uma modalidade, um furo 128 é disposto na segunda extremidade 112 do corpo de eletrodo 100 e um inserto 132 está localizado dentro do furo 128. Em uma modalidade, um inserto 132 é formado de um material de elevada emissividade termiônica, por exemplo, tungstênio ou háfnio.

Em uma modalidade, a invenção inclui um método de esfriar um componente de maçarico de plasma. O método de esfriar um componente de maçarico de plasma inclui trocar calor a partir de um primeiro componente de maçarico com um componente de maçarico adjacente através de uma porção de contato condutiva. O primeiro componente de maçarico pode ser um bico ou uma tampa de retenção e o segundo componente de maçarico pode incluir um bico ou uma tampa de retenção. O método também pode incluir fluir um fluido de esfriamento através de um canal de esfriamento tendo uma superfície curvilinea. Em algumas modalidades, a superfície curvilínea pode ser configurada para impedir a estagnação de fluido. Fluir um fluido através de um canal de esfriamento pode incluir fluir o fluido a partir de um primeiro lado de um componente de maçarico em torno e através de uma câmara de fluido e o fluido saindo do canal de esfriamento em um lado oposto do componente de maçarico. Em algumas modalidades fluir o fluido pode incluir fluir um gás ou fluido de esfriamento líquido através do canal de esfriamento. O esfriamento de um componente de maçarico de plasma também pode incluir prover uma barreira compreendendo um componente de vedação entre a porção de contato condutiva e o canal de esfriamento. Prover uma barreira pode incluir uma ranhura de vedação com um componente de vedação, pelo menos parcialmente, disposto nesse lugar. Em algumas modalidades, prover uma vedação pode incluir uma vedação aplicada ou junta ou um componente de vedação. 0 componente de vedação pode ser um anel-0 ou uma vedação elastomérica ou um anel-0 inclinado.

Em uma modalidade, a invenção inclui um método de fabricar um componente de maçarico de plasma. Um método de fabricar um componente de maçarico de plasma pode incluir formar uma superfície em um primeiro componente de maçarico que define uma porção de contato condutiva para trocar calor com um componente de maçarico adjacente. Formar a superfície pode incluir processo de moldagem, fundição ou remoção utilizando ferramentas e materiais adequados. O método também pode incluir criar uma porção modelada de um canal de esfriamento definido, pelo menos em parte, por um dentre o primeiro componente de maçarico ou o componente de maçarico adjacente, a porção modelada tendo uma superfície curvilinea; e posicionar uma porção de vedação entre a superfície e a porção modelada. A porção de vedação pode incluir uma ranhura ou um componente de vedação. A porção de vedação também pode incluir uma vedação de superfície a superfície ou uma junta. Uma vedação elastomérica também pode ser, pelo menos em parte, de uma porção de vedação em algumas modalidades.

Embora a invenção tenha sido mostrada e descrita particularmente com referência às modalidades específicas, outros aspectos do que é aqui descrito podem ser implementados em sistemas de corte, sistemas de soldagem, sistemas de revestimento por pulverização e outros sistemas adequados conhecidos daqueles de versados na técnica. Deve ser entendido por aqueles versados na técnica que várias mudanças na forma e detalhe podem ser feitas sem se afastar do espírito e escopo da invenção conforme definidos pelas reivindicações anexas.

Claims (39)

1. Bico para maçarico a arco de plasma, compreendendo uma superfície exterior (216) definindo uma porção de contato condutiva para permutar calor com um componente de maçarico adjacente; o bico (200) sendo caracterizado pelo fato de compreender: um percurso de fluxo de fluido tendo uma superfície curvilínea; e uma porção de vedação posicionada entre a porção de contato condutiva e o percurso de fluxo de fluido.

2. Bico (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o bico (200) inclui uma vedação elastomérica disposta dentro da porção de vedação.

3. Bico (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma vedação de face em uma superfície de uma porção posterior do bico (200).

4. Bico (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o percurso de fluxo de fluido forma pelo menos uma porção de uma câmara toroidal.

5. Bico (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o percurso de fluxo de fluido inclui pelo menos uma porção de uma câmara de fluido que inclui uma porção curvilínea convexa (224) e uma porção curvilínea côncava (222), a porção curvilínea convexa (224) promovendo o fluxo de fluido para dentro da porção curvilínea côncava (222) .

6. Bico (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a porção de contato condutiva define uma superfície de contato curva ou inclinada.

7. Bico (200), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a superfície de contato provê alinhamento axial e radial do bico (200) com o componente de maçarico adjacente.

8. Bico (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a porção de contato condutiva inclui uma camada de um metal condutivo ou óxido de metal disposto na mesma.

9. Tampa de retenção, para um maçarico a arco de plasma (200), a tampa (244) compreendendo uma superfície interior (254) definindo uma porção de contato condutiva para trocar calor com um componente de maçarico adjacente; a tampa de retenção (244) sendo caracterizada pelo fato de compreender: um percurso de fluxo de fluido tendo uma superfície curvilínea; e uma ranhura (212) de vedação posicionada entre a porção de contato condutiva e o percurso de fluxo de fluido.

10. Estrutura de esfriamento e vedação, para acoplar e prover transferência de calor entre componentes adjacentes de maçarico de plasma, a estrutura compreendendo uma porção de ressalto (208) para prover uma interface de contato com um componente de maçarico adjacente; a estrutura sendo caracterizada pelo fato de compreender: um canal de esfriamento convectivo (255) incluindo uma porção curvilínea convexa (224), uma porção curvilínea côncava (222) e uma porção de conexão tangencial disposta entre as porções curvilíneas convexa e côncava; e uma porção de vedação posicionada entre a porção de ressalto (208) e o canal de esfriamento convectivo (255) .

11. Estrutura, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a porção de ressalto (208) provê alinhamento radial e axial entre pelo menos dois dos componentes de maçarico adjacentes.

12. Estrutura, de acordo com a reivindicação 10, caracter izada pelo fato de que a porção de ressalto (208) inclui uma camada de material condutivo ao longo da interface de sólido a sólido.

13. Estrutura, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o canal de esfriamento convectivo (255) inclui uma porção bulbosa.

14. Estrutura, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o canal de esfriamento convectivo (255) compreende um formato toroidal.

15. Estrutura, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a vedação elastomérica é configurada para se deformar para prover uma vedação de fluido em torno de uma superficie inclinada ou curva entre pelo menos dois componentes adjacentes de maçarico.

16. Estrutura, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a porção de contato condutivo, o canal de esfriamento convectivo (255) e a vedação elastomérica constituem parte de um único componente de maçarico de plasma.

17. Estrutura de esfriamento convectivo, para um maçarico a arco de plasma (200) disposto em pelo menos um de um bico (200) e uma tampa de retenção (244) do maçarico a arco de plasma (200), a estrutura de esfriamento convectivo caracterizada pelo fato de compreender: uma porção curvilinea côncava (222) definindo pelo menos uma porção de um canal; uma porção curvilinea convexa (224) para promover o fluxo de fluido para a porção curvilinea côncava (222); e uma porção de conexão tangencial disposta entre as porções curvilineas convexa e côncava (222, 224) .

18. Estrutura de esfriamento convectivo, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que a estrutura de esfriamento está, pelo menos parcialmente, disposta dentro do bico (200).

19. Estrutura de esfriamento convectivo, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que a estrutura de esfriamento está, pelo menos parcialmente, disposta dentro da tampa de retenção (244) .

20. Estrutura de esfriamento convectivo, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que o canal está disposto dentro do bico (200) do maçarico a arco de plasma (200).

21. Estrutura de esfriamento convectivo, de acordo com a reivindicação 20, caracterizada pelo fato de que o canal penetra em uma espessura de parede do bico (200).

22. Estrutura de esfriamento convectivo, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que o canal é configurado para reduzir a estagnação do fluxo de fluido.

23. Estrutura de esfriamento e vedação, para acoplar e prover transferência de calor entre componentes de maçarico de plasma, a estrutura caracterizada pelo fato de compreender: um dispositivo para esfriamento condutivo entre componentes de maçarico adjacentes; um dispositivo para prover esfriamento convectivo de uma porção do maçarico de plasma sem estagnação do fluido de esfriamento; e um dispositivo de vedação para prover uma vedação de fluido.

24. Estrutura de esfriamento e vedação, de acordo com a reivindicação 23, car ac ter i z ada pelo fato de que os componentes de maçarico adjacentes incluem um bico (200) e uma tampa de retenção (244).

25. Estrutura de esfriamento e vedação, de acordo com a reivindicação 23, caracterizada pelo fato de que o dispositivo para esfriamento condutivo, o dispositivo para prover esfriamento convectivo e o dispositivo de vedação estão, pelo menos parcialmente, localizados em um único componente de maçarico de plasma.

26. Estrutura de esfriamento e vedação, de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de que o dispositivo para prover esfriamento convectivo efetivo é definido entre componentes de maçarico adjacentes.

27. Estrutura de esfriamento e vedação, de acordo com a reivindicação 23, caracterizada pelo fato de que o dispositivo para esfriamento condutivo também provê pelo menos um de alinhamento radial ou alinhamento axial entre componentes de maçarico adjacentes.

28. Estrutura de alinhamento, para posicionamento de componentes adjacentes em um maçarico de plasma, a estrutura sendo caracterizada pelo fato de compreender: um elemento escalonado para prover alinhamento axial entre dois componentes adjacentes; um elemento de vedação em cooperação com uma superfície angular ou curva para prover alinhamento radial entre os dois componentes adjacentes; e um canal de esfriamento convectivo (255) com uma porção curvilinea.

29. Estrutura de alinhamento, de acordo com a reivindicação 28, caracterizada pelo fato de que o elemento escalonado e o elemento de vedação são dispostos em relação um ao outro para formar um único elemento de alinhamento.

30. Estrutura de alinhamento, de acordo com a reivindicação 28, caracterizada pelo fato de que pelo menos um elemento escalonado e o elemento de superfície inclinado ou curvo incluem uma camada de um material termicamente condutivo disposto no mesmo.

31. Sistema de maçarico a arco de plasma, compreendendo uma fonte de energia; um corpo de maçarico conectado à fonte de energia; e um eletrodo disposto dentro do corpo de maçarico; o sistema de maçarico caracterizado pelo fato de compreender: um componente de maçarico com uma superfície definindo uma porção de contato condutiva para trocar calor com um componente de maçarico adjacente e uma estrutura de esfriamento convectivo compreendendo uma porção curvilinea côncava (222) que define pelo menos uma porção de um canal de esfriamento.

32. Sistema de maçarico a arco de plasma (200), de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um componente de vedação dimensionado e configurado para prover uma vedação de fluido entre a porção de contato condutivo e a estrutura de esfriamento convectivo.

33. Sistema de maçarico a arco de plasma (200), de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que o componente de vedação está localizado em pelo menos um dentre o componente de maçarico ou o componente de maçarico adjacente.

34. Sistema de maçarico a arco de plasma (200), de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um controlador e console de gás .

35. Método de esfriar um componente de maçarico de plasma, compreendendo permutar calor a partir do primeiro componente de maçarico com um componente de maçarico adjacente através de uma porção de contato condutivo; o método sendo caracterizado pelo fato de compreender fluir um fluido de esfriamento através de um canal de esfriamento tendo uma superfície curvilínea, a superfície curvilínea configurada para prevenir estagnação de fluido; e prover uma barreira compreendendo um componente de vedação entre a porção de contato condutivo e o canal de esfriamento.

36. Método de fabricar um componente de maçarico de plasma, compreendendo formar uma superfície em um primeiro componente de maçarico que define uma porção de contato condutiva para trocar calor com um componente de maçarico adjacente; o método sendo caracterizado pelo fato de compreender criar uma porção modelada de um canal de esfriamento definido pelo menos em parte por um dentre o primeiro componente de maçarico ou o componente de maçarico adjacente, a porção modelada tendo uma superfície curvilínea; e posicionar uma ranhura (212) de vedação entre a superfície e a porção modelada.

37. Método, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de que o componente de vedação compreende pelo menos um dentre um anel-0 ou vedação elastomérica.

38. Bico para maçarico de corte a arco de plasma, tendo um corpo substancialmente oco capaz de receber um eletrodo, o bico (200) sendo caracterizado pelo fato de compreender: uma superfície exterior (216) que inclui uma porção tendo um perfil curvilíneo que pelo menos parcialmente define um percurso de fluxo para um fluido de esfriamento.

39. Tampa de retenção para um maçarico de corte a arco de plasma, configurado para segurar um bico (200) dentro do maçarico, a tampa de retenção (244) sendo caracterizada pelo fato de compreender: uma superfície interior (254) que inclui uma porção tendo um perfil curvilíneo que pelo menos parcialmente define um percurso de fluxo para um fluido de esfriamento.