BRPI0822389B1 - Aparelho e método para uma blindagem resfriada por líquido para desempenho de perfuração aperfeiçoado - Google Patents

Abstract

aparelho e método para uma blindagem resfriada por líquido para desempenho de perfuração aperfeiçoado trata-se de uma blindagem para um maçarico de arco de plasma, que perfura e corta uma peça de trabalho metálica produzindo um salpico de metal em estado de fusão direcionado para o maçarico, a blindagem protegendo os componentes de consumo do maçarico de arco de plasma do metal em estado de fusão salpicado. a blindagem pode incluir um corpo, uma primeira superfície do corpo configurada para ser resfriada por contato por um fluxo de gás, uma segunda superfície do corpo configurada para ser resfriada por contato por um fluxo de líquido e um conjunto de vedação configurado para ser preso ao corpo e disposto com relação à segunda superfície configurado para reter o fluxo de líquido que resfria por contato a segunda superfície.

Description

“APARELHO E MÉTODO PARA UMA BLINDAGEM RESFRIADA POR LÍQUIDO PARA DESEMPENHO DE PERFURAÇÃO APERFEIÇOADO

CAMPO DA INVENÇÃO [001] A invenção refere-se de maneira geral a maçaricos de arco de plasma. Mais especificamente, a invenção refere-se a uma blindagem para proteger mercadorias de consumo de um maçarico de arco de plasma.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [002] Os componentes básicos de maçaricos de arco de plasma modernos incluem um corpo de maçarico, um eletrodo (catodo, por exemplo) montado dentro do corpo, um bocal (anodo, por exemplo) com um orifício central que produz um arco-piloto para o eletrodo, de modo a iniciar um arco de plasma em um fluxo de gás adequado (por exemplo, nitrogênio ou oxigênio) e conexões elétricas e passagens afins para resfriamento e fluidos de controle de arco.

[003] Na perfuração de metal com a utilização de um maçarico de arco de plasma, uma consideração de desenho importante é a ejeção do metal fundido do corte de serra de volta ao maçarico, que pode destruir o bocal. Há dois modos principais para esta destruição. Primeiro, o metal fundido ejetado do corte de serra pode perturbar o jato de plasma, fazendo com que ele estrie o bocal. Segundo, o metal fundido pode solidificar-se e aderir à superfície frontal do bocal, o que causa finalmente uma ligação em ponte elétrica entre o bocal e a peça de trabalho. Isto resulta em “formação de arco duplo”, que pode reduzir drasticamente a vida útil de um bocal.

[004] Tem havido várias abordagens para solucionar os problemas de formação de estrias e de formação de arco duplo provocados pela ejeção de metal fundido. Em maçaricos de corte de plasma de corrente elevada (de 200 ampères e mais, por exemplo), a solução tem sido a de

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2/37 utilizar um bocal de várias peças com resfriamento por injeção de água. Um bocal típico que tal do tipo fabricado pela Hypertherm, que corresponde aos Modelos HT400 e PAC500 da Hypertherm, a face frontal do bocal é feita de cerâmica. Esta disposição controla a formação de estrias e arco duplo porque (1) a superfície de cerâmica do bocal é não condutora e, portanto, não provocará formação de arco duplo e (2) o bocal é protegido pela barreira de cerâmica. Além disto, as excelentes propriedades de resfriamento da água, que funciona resfriando a peça de cerâmica do bocal e resfriando com vapor d'água o metal fundido ejetado durante a perfuração, impedem que o metal fundido se ligue ou se funda com o elemento de cerâmica ou, no caso extremo, ataque a cerâmica. Uma variação do bocal de vários componentes, de corrente elevada semelhante ao bocal vendido pela Hypertherm como seu Modelo PAC500 é uma peça de bocal de cerâmica que incorpora a injeção radial de água, mas a peça de bocal de cerâmica é substituída por uma peça frontal de cobre. Um elemento isolante separa os componentes do bocal de modo que a frente do bocal fica flutua eletricamente. O cobre é resfriado mais prontamente do que a cerâmica e suporta o excesso significativamente melhor e tem, portanto, uma vida útil mais longa.

[005] Em alguns casos, uma luva isolante de cerâmica é presa ao lado externo do bocal em uma tentativa de proteger o bocal. Isto é chamado de “taca de blindagem”. Sua finalidade principal é interromper o contato do bocal com a peça de trabalho. O operador pode tocar ou arrastar o maçarico sobre a peça de trabalho sem formação de arco duplo. Esta luva de cerâmica, contudo, não oferece proteção durante a perfuração contra salpicos do metal fundido e os problemas de formação de estrias e arco duplo decorrentes. Além disto, a blindagem de cerâmica (1) é quebradiça e se quebra

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3/37 facilmente e (2) sem a proteção do resfriamento com água, é atacada pelo metal fundido ejetado do corte.

[006] O resfriamento de mercadorias de consumo (blindagem, por exemplo) de um maçarico de arco de plasma com um líquido refrigerante (água, por exemplo) pode ter benefícios de segurança. Sem resfriamento com líquido, as mercadorias de consumo podem atingir temperaturas extremamente elevadas que podem trazer um problema de segurança durante o uso. Um sistema de resfriamento sem perdas permite a utilização de um plasma seco e uma mesa de corte seca. Mesas secas são desejáveis devido à confusão reduzida e à eliminação da necessidade de descartar a água utilizada/contaminada, que pode ser considerada um refugo perigoso.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [007] A invenção pode superar estes problemas com a utilização de uma blindagem resfriada com gás e/ou líquido que funciona a temperaturas reduzidas e impede a formação de escória sobre a superfície exposta da blindagem durante a perfuração, prolongando assim a vida útil da blindagem e aperfeiçoando a qualidade de corte de um maçarico de arco de plasma. Por exemplo, a formação/acúmulo de escória sobre a blindagem pode afetar a definição da altura inicial do maçarico, o que pode afetar a qualidade de corte do maçarico de arco de plasma. A formação de escória em uma blindagem pode também bloquear os orifícios de ventilação e/ou o orifício da blindagem, afetando tanto a qualidade de corte quanto a vida útil da blindagem (afetando a capacidade de resfriar a blindagem, por exemplo). A formação de escória em uma blindagem pode, em alguns casos, fundir a blindagem. A título de exemplo, em algumas modalidades, se o maçarico de arco de plasma for utilizado para cortar aço e a blindagem for feita de cobre, a escória pode fundir a blindagem, uma

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4/37 vez que o aço tem um ponto de fusão mais elevado que o do cobre. A formação de escória pode também fazer com que a blindagem acumule calor até o ponto da temperatura de oxidação da blindagem (por exemplo, se a blindagem for feita de cobre, o acúmulo de calor da escória pode provocar temperaturas elevadas do cobre que resultam na oxidação do cobre), provocando assim a deterioração da blindagem (nas bordas do orifício, por exemplo).

[008] Sob outro aspecto, a invenção apresenta uma blindagem para um maçarico de arco de plasma que perfura e corta uma peça de trabalho metálica produzindo um salpico de metal fundido direcionado para o maçarico, a blindagem protegendo os componentes consumíveis do maçarico de arco de plasma do salpico de metal fundido. A blindagem pode incluir um corpo, uma primeira superfície do corpo configurada para ser resfriada por contato por um fluxo de gás e uma segunda superfície do corpo configurada para ser resfriada por contato por um fluxo de líquido. A blindagem pode incluir também um conjunto de vedação configurado para ser preso ao corpo e disposto com relação à segunda superfície configurado para reter o fluxo de líquido que resfria por contato a segunda superfície.

[009] Sob outro aspecto, a invenção apresenta um método para reduzir a formação de escória em uma blindagem presa a um maçarico de arco de plasma que perfura e corta uma peça de trabalho metálica, produzindo metal fundido salpicado direcionado para o maçarico. O método pode incluir a etapa de resfriar por contato uma primeira superfície da blindagem por um fluxo de gás, resfriar por contato uma segunda superfície da blindagem por um fluxo de líquido e obter um conjunto de vedação para reter o fluxo de líquido, o conjunto de vedação configurado para reter o líquido em contato com a segunda superfície com relação à tampa de

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5/37 retenção do maçarico de arco de plasma. O método pode incluir também resfriar por condução uma terceira superfície da blindagem exposta ao metal fundido salpicado pela apresentação de um percurso de condutividade térmica formado, pelo menos em parte, por um material termicamente condutor em comunicação térmica com a primeira superfície e a segunda superfície.

[010] Sob ainda outro aspecto, a invenção apresenta um método para reduzir a formação de escória em uma blindagem presa a um maçarico de arco de plasma que perfura e corta uma peça de trabalho metálica, produzindo metal fundido salpicado direcionado para o maçarico. O método pode incluir a etapa de resfriar rapidamente a blindagem presa ao maçarico de arco de plasma com um fluxo de meio refrigerante, reter o fluxo de meio refrigerante no maçarico de arco de plasma e resfriar repetidamente a blindagem (como, por exemplo, resfriando a blindagem uma série de vezes, uma série de ciclos, etc.) de modo a se impedir a formação de escória sobre a superfície da blindagem exposta ao metal fundido salpicado).

[011] Sob um aspecto, a invenção apresenta uma blindagem para um maçarico de arco de plasma que perfura e corta uma peça de trabalho metálica produzindo um salpico de metal fundido direcionado para o maçarico. A blindagem pode incluir uma parte configurada para ser diretamente resfriada por um fluxo de líquido. A blindagem pode incluir também um primeiro mecanismo de vedação e um segundo mecanismo de vedação disposto com relação à parte diretamente resfriada por um fluxo de líquido, os primeiro e segundo mecanismos de vedação configurados para reter o fluxo de líquido que resfria diretamente a parte da blindagem com relação à tampa de retenção do maçarico de arco de plasma.

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6/37 [012] Sob outro aspecto, a invenção apresenta um sistema de maçarico de arco de plasma. O sistema de maçarico de arco de plasma pode incluir um maçarico de arco de plasma, um dispositivo de resfriamento configurado para prover um meio de resfriamento e uma blindagem disposta com relação ao maçarico de arco de plasma, uma primeira parte da blindagem sendo exposta ao salpico de metal fundido. A blindagem pode incluir uma segunda parte diretamente resfriada pelo meio de resfriamento que escoa do dispositivo de resfriamento, a segunda parte em comunicação térmica com a primeira parte exposta ao metal fundido salpicado. A blindagem pode incluir também um dispositivo de vedação configurado para reter o meio de resfriamento que escorre do dispositivo de resfriamento, o dispositivo de vedação configurado para reter o meio de resfriamento em contato com a segunda parte da blindagem no maçarico de arco de plasma.

[013] Sob ainda outro aspecto, a invenção apresenta uma tampa de retenção para um maçarico de arco de plasma que inclui um componente externo que tem uma superfície interna e uma superfície externa que define, pelo menos em parte, um primeiro canal de refrigerante líquido. A tampa de retenção pode incluir um componente interno disposto em sentido circunferente dentro do componente externo e que tem uma superfície externa e uma superfície interna que define, pelo menos em parte, um segundo canal de refrigerante líquido. A tampa de retenção pode incluir também um canal de fluxo de gás definido, pelo menos em parte, pela superfície interna do componente externo e pela superfície externa do componente interno. Um orifício pode ser localizado em uma extremidade do canal de fluxo de gás entre a superfície interna do componente externo e a superfície externa do componente interno.

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7/37 [014] Sob outro aspecto, a invenção apresenta uma tampa de retenção de blindagem para reter uma blindagem para um maçarico de arco de plasma. A tampa de retenção de blindagem pode incluir um componente externo que tem uma superfície interna e uma superfície externa e um componente interno disposto em sentido circunferente dentro do componente externo e que tem uma superfície interna e uma superfície externa. A tampa de retenção da blindagem pode incluir também um canal de refrigerante líquido em que uma primeira parte do canal de refrigerante líquido pode ser definida, pelo menos em parte, por uma parte da superfície interna do componente interno. Uma segunda parte do canal de refrigerante líquido pode ser definida, pelo menos em parte, pela superfície externa do componente interno e pela superfície interna do componente externo. A tampa de retenção da blindagem pode incluir um orifício entre a superfície externa do componente interno e a superfície interna do componente externo. O orifício pode ser disposto em uma extremidade de pelo menos um do componente externo ou do componente interno da tampa de retenção da blindagem.

[015] Sob outro aspecto, a invenção apresenta uma tampa de retenção para um maçarico de arco de plasma que inclui um invólucro que tem uma superfície externa que define, pelo menos em parte, um primeiro canal de refrigerante líquido. Um forro pode ser disposto em sentido circunferente dentro do invólucro e ter uma superfície interna que define, pelo menos em parte, um segundo canal de refrigerante líquido. A tampa de retenção pode incluir também um canal de fluxo de gás definido, pelo menos em parte, pelo, e localizado entre o, invólucro e o forro.

[016] Sob outro aspecto, a invenção uma tampa de retenção de blindagem para um maçarico de arco de plasma que inclui um invólucro, um forro disposto em sentido

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8/37 circunferente dentro da superfície interna do invólucro e um canal de refrigerante líquido. Uma primeira parte do canal de refrigerante líquido pode ser definida, pelo menos em parte, pela superfície interna do forro. Uma segunda parte do canal de refrigerante líquido pode ser definida, pelo menos em parte, por uma parte da superfície interna do invólucro. A segunda parte do canal de refrigerante líquido pode ser também definida, pelo menos em parte, por uma parte da superfície externa do forro.

[017] Sob outro aspecto, a invenção apresenta um método para resfriar um maçarico de arco de plasma. O método pode incluir a etapa de direcionar um refrigerante líquido para um eletrodo, direcionar o refrigerante líquido para um bocal através de um primeiro canal de refrigerante líquido definido, pelo menos em parte, por uma primeira tampa de retenção e direcionar o refrigerante líquido do bocal para uma blindagem através de um segundo canal de refrigerante líquido definido, pelo menos em parte, por uma segunda tampa de retenção. Alternativamente, a sequência na qual o refrigerante é direcionado para o eletrodo, o bocal e a blindagem pode ser invertida ou reordenada.

[018] Sob ainda outro aspecto, a invenção apresenta um sistema de maçarico de arco de plasma que inclui um corpo de maçarico que inclui um percurso de fluxo de gás de plasma para direcionar um gás de plasma até uma câmara de plasma na qual um arco de plasma é formado, um eletrodo e um bocal disposto com relação ao eletrodo de modo a se definir a câmara de plasma. O sistema de maçarico de arco de plasma pode incluir também uma tampa de retenção conforme descrita acima, presa com relação a um bocal. O sistema de maçarico de arco de plasma pode incluir também uma blindagem disposta com relação ao bocal e uma tampa de retenção de blindagem conforme descrita acima, presa com relação à blindagem.

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9/37 [019] Sob outro aspecto, a invenção apresenta uma tampa de retenção de blindagem para um maçarico de arco de plasma que inclui um corpo substancialmente cilíndrico dimensionado para receber uma blindagem do maçarico de arco de plasma e um canal de refrigerante líquido definido pelo corpo substancialmente cilíndrico. O canal de refrigerante líquido pode incluir um percurso de retorno e um percurso de fornecimento que direciona um refrigerante para incidir sobre uma parte da blindagem que se estende em sentido circunferente.

[020] Em outros exemplos, qualquer um dos aspectos acima, ou qualquer aparelho ou método aqui descrito, pode incluir uma ou mais das características seguintes.

[021] Um conjunto de vedação em uma blindagem pode ficar em comunicação mecânica com uma tampa de retenção. Em algumas modalidades, a blindagem fica em comunicação com o maçarico de arco de plasma, a blindagem circundando geralmente o bocal do maçarico de arco de plasma.

[022] Em algumas modalidades, uma blindagem pode incluir uma primeira superfície do corpo configurada para ser resfriada por contato por um fluxo de gás que resfria por convecção a primeira superfície. A blindagem pode incluir uma segunda superfície do corpo configurada para ser resfriada por contato por um fluxo de líquido, em que o fluxo de líquido resfria por convecção a segunda superfície. A blindagem pode incluir uma região resfriada por condução por pelo menos um do fluxo de gás ou do fluxo de líquido. Em algumas modalidades, a região resfriada por condução inclui um gradiente de temperatura através da região.

[023] Em algumas modalidades, a blindagem pode incluir também um flange disposto em sentido proximal com relação a uma superfície da blindagem que é exposta ao metal

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10/37 fundido, em que pelo menos uma parte da segunda superfície do corpo configurada para ser resfriada por contato por um fluxo de líquido é disposta sobre o flange.

[024] A blindagem pode incluir também um orifício disposto em uma extremidade distal do corpo da blindagem. Em algumas modalidades, a blindagem inclui uma terceira superfície disposta com relação a uma extremidade do corpo da blindagem, a terceira superfície exposta ao salpico de metal fundido. A segunda superfície configurada para ser resfriada por contato por um fluxo de líquido pode ser disposta em sentido proximal com relação à terceira superfície. Em algumas modalidades, a terceira superfície exposta ao metal fundido salpicado pode ser resfriada por condução pelo fluxo de gás.

[025] Em algumas modalidades, uma segunda superfície pode ser resfriada por contato por um fluxo de líquido, a segunda superfície disposta com relação a uma primeira extremidade da blindagem. Uma blindagem pode incluir uma terceira superfície exposta ao metal fundido salpicado e pode ser disposta com relação a uma segunda extremidade da blindagem. A blindagem pode incluir também um flange disposto com relação à primeira extremidade da blindagem, pelo menos uma parte da primeira superfície (superfície resfriada por contato por um fluxo de gás) e da segunda superfície disposta sobre o flange. Em algumas modalidades, o resfriamento por contato de uma segunda superfície de uma blindagem pelo fluxo de líquido inclui proporcionar um fluxo de líquido constante em volta da superfície externa da blindagem.

[026] O resfriamento rápido de uma blindagem pode incluir o resfriamento da blindagem de modo que o metal fundido seja resfriado para impedir o fortalecimento da ligação entre o metal fundido e a blindagem. Em algumas

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11/37 modalidades, o resfriamento rápido de uma blindagem inclui o resfriamento da blindagem de modo que a blindagem permaneça substancialmente à mesma temperatura durante a perfuração assim como antes da perfuração pela extração do calor do metal fundido em contato com a superfície da blindagem. Em algumas modalidades, o resfriamento rápido de uma blindagem inclui o resfriamento por contato da superfície da blindagem em comunicação térmica com a superfície da blindagem exposta ao metal fundido salpicado.

[027] A superfície da blindagem exposta ao metal fundido salpicado pode ser resfriada por condução. A blindagem pode ser resfriada até abaixo da temperatura ambiente. Em algumas modalidades, a blindagem é resfriada até abaixo de cerca de 15,6°C (60°F).

[028] A blindagem pode incluir também uma parte configurada para ser diretamente resfriada por um gás. Uma blindagem pode incluir um rebordo, em que uma parte da blindagem configurada para ser diretamente resfriada pelo líquido é disposta sobre o rebordo. Em algumas modalidades, uma parte da blindagem configurada para ser diretamente resfriada por um líquido é disposta sobre a superfície externa da blindagem. A parte resfriada por gás pode ser disposta sobre a superfície interna da blindagem.

[029] A blindagem pode incluir um mecanismo de vedação, que pode incluir pelo menos um de um anel em O, uma vedação de epóxi ou uma vedação de contato de metal duro.

[030] Em algumas modalidades, um dispositivo de resfriamento provê um meio de resfriamento e o dispositivo de resfriamento é um esfriador. O meio de resfriamento pode resfriar repetidamente uma parte da blindagem. Em algumas modalidades, a blindagem inclui uma primeira parte exposta ao salpico de metal fundido e uma segunda parte repetidamente resfriada por um meio de resfriamento (gás ou líquido), a

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12/37 segunda parte em comunicação térmica com a primeira parte exposta ao salpico de metal fundido.

[031] Uma tampa de retenção pode definir um primeiro canal de refrigerante líquido e um segundo canal de refrigerante líquido. O primeiro canal de refrigerante líquido pode ficar em comunicação fluida com o segundo canal de refrigerante líquido. O primeiro canal de refrigerante líquido pode ser um fluxo de retorno de refrigerante líquido. O segundo canal de refrigerante líquido pode ser um fluxo de fornecimento de refrigerante líquido. Em algumas modalidades, a tampa de retenção pode incluir um canal de fluxo de gás que fornece um gás de blindagem a uma peça de trabalho.

[032] Em algumas modalidades, a superfície interna do componente interno de uma tampa de retenção é presa com relação ao bocal do maçarico de arco de plasma. A superfície interna do componente interno de uma tampa de retenção pode incluir um conjunto de vedação que veda o refrigerante líquido com relação ao maçarico de arco de plasma. A superfície interna do componente interna e o corpo do maçarico de arco de plasma definem, pelo menos em parte, o segundo canal de refrigerante líquido. Em algumas modalidades, uma tampa de retenção inclui um componente externo, em que a superfície externa do componente externo e tampa de retenção externa do maçarico de arco de plasma definem, pelo menos em parte, o primeiro canal de refrigerante líquido.

[033] Uma tampa de retenção de blindagem pode ter um componente interno e um componente externo, em que pelo menos um do componente interno ou do componente externo é preso com relação a uma blindagem. Em algumas modalidades, uma tampa de retenção de blindagem inclui um orifício que é disposto em uma extremidade do canal de refrigerante líquido

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13/37 definida ou formada pela blindagem. O canal de refrigerante líquido pode direcionar um refrigerante sobre uma blindagem. Em algumas modalidades, uma primeira parte do canal de refrigerante líquido é um fluxo de fornecimento de refrigerante, e uma segunda parte do canal de refrigerante líquido é um fluxo de retorno de refrigerante. Em algumas modalidades, a superfície interna do componente interno da tampa de retenção da blindagem e uma tampa de retenção interna definem, pelo menos em parte, a primeira parte do canal de refrigerante líquido.

[034] Em algumas modalidades, a temperatura do refrigerante que incide sobre a blindagem é uniforme em cada ponto ao longo da parte da blindagem que se estende em sentido circunferente. A tampa de retenção da blindagem pode definir, pelo menos em parte, um canal de refrigerante líquido que direciona um refrigerante para uma parte da blindagem. Em algumas modalidades, uma tampa de retenção de blindagem pode ter um corpo substancialmente cilíndrico que inclui um componente externo substancialmente cilíndrico e um componente interno substancialmente cilíndrico disposto dentro do componente externo. Um percurso de fornecimento para um canal de refrigerante líquido pode ser formado, pelo menos em parte, pela superfície interna do componente interno substancialmente cilíndrico. Um percurso de retorno de um canal de refrigerante líquido pode ser formado, pelo menos em parte, pela superfície externa do componente interno substancialmente cilíndrico e pela superfície interna do componente externo substancialmente cilíndrico.

[035] Outros aspectos e vantagens da invenção podem tornar-se evidentes a partir dos desenhos e da descrição seguintes, todos os quais ilustram os princípios da invenção, apenas a título de exemplo.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

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14/37 [036] As vantagens da invenção descritas acima, juntamente com outras vantagens, podem ser melhor entendidas por referência à descrição seguinte considerada em conjunto com os desenhos anexos. Os desenhos não estão necessariamente em escala, a ênfase sendo em vez disso colocada na ilustração dos princípios da invenção.

A Figura 1 é um desenho de uma blindagem de acordo com uma modalidade ilustrativa.

A Figura 2 é um corte transversal de uma blindagem de acordo com uma modalidade ilustrativa.

A Figura 3 é um corte transversal parcial da blindagem e de um maçarico de arco de plasma de acordo com uma modalidade ilustrativa.

A Figura 4 é outra vista em corte transversal da blindagem e do maçarico de arco de plasma de acordo com uma modalidade ilustrativa alternativa.

A Figura 5 é um desenho que mostra uma blindagem resfriada por um líquido, de acordo com uma modalidade ilustrativa.

A Figura 6 é um gráfico que demonstra a acumulação de escória em testes de protocolo de perfuração que utilizam uma blindagem de acordo com uma modalidade ilustrativa.

A Figura 7 é um gráfico que demonstra escória em uma blindagem esfriada versus resfriada em testes de protocolo de perfuração que utilizam uma blindagem de acordo com uma modalidade ilustrativa.

A Figura 8 é um desenho em corte transversal parcial de uma pilha de mercadorias de consumo para um maçarico de arco de plasma de acordo com uma modalidade ilustrativa.

A Figura 9 é um desenho recortado de mercadorias de consumo para um maçarico de arco de plasma de acordo com uma modalidade ilustrativa.

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DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [037] A Figura 1 é um desenho de uma blindagem de acordo com uma modalidade ilustrativa. A blindagem 5 pode ser dispostas com relação a um maçarico de arco de plasma que perfura e corta uma peça de trabalho metálica, produzindo um salpico de metal fundido direcionado para o maçarico. A blindagem 5 pode proteger componentes de consumo do maçarico de arco de plasma do metal fundido salpicado. A blindagem inclui um corpo. Nesta modalidade, o corpo da blindagem inclui uma primeira superfície que é configurada para ser resfriada por contato por um fluxo de gás (não mostrado). O resfriamento por contato pode incluir o resfriamento de uma parte da blindagem (a superfície, por exemplo) colocando-a em contato com um refrigerante (como, por exemplo, meio de resfriamento, líquido de resfriamento, gás de resfriamento, etc.). Em algumas modalidades, a superfície resfriada pelo fluxo de gás é uma superfície interna (orifício, orifício de saída, por exemplo) disposta com relação à blindagem. O corpo da blindagem inclui também uma segunda superfície 10 configurada para ser resfriada por contato por um fluxo de líquido. Em algumas modalidades, o corpo da blindagem inclui duas peças. Em algumas modalidades, o resfriamento da blindagem 5 envolve proporcionar um fluxo de líquido constante em volta da superfície externa da blindagem 5. Nesta modalidade, a blindagem 5 inclui também um conjunto de vedação 15A e 15B (anel em O, vedação de epóxi, contato de metal duro sobre superfícies de alta tolerância ou qualquer combinação deles, por exemplo) configurado para ser preso ao corpo (por exemplo, um anel em O disposto sobre a blindagem 5 em um canal disposto com relação à blindagem 5, um anel em O disposto sobre a blindagem 5 sem um canal disposto com relação à blindagem, característica do corpo que veda o fluxo de líquido com

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16/37 relação a uma tampa de retenção ou qualquer combinação deles), o conjunto de vedação 15A e 15B disposto com relação à (em adjacência à, por exemplo) segunda superfície 10. O conjunto de vedação 15A ou 15B pode ser configurado para reter o fluxo de líquido que resfria por contato a segunda superfície 10.

[038] Em algumas modalidades, a blindagem 5 é constituída por um material que proporciona um meio térmico uniforme (metal, por exemplo) de modo que a superfície 20 da blindagem exposta a um salpico de metal fundido seja resfriada por condução em consequência pelo menos do resfriamento por contato de fluxo de líquido da segunda superfície 10 ou do resfriamento por contato de fluxo de gás da primeira superfície (não mostrado). Em algumas modalidades, o resfriamento por condução de uma parte (superfície, região, por exemplo) da blindagem inclui o resfriamento dentro de uma parte da blindagem que tem um gradiente de temperatura através dessa parte da blindagem. A blindagem 5 pode incluir também orifícios de saída 25 para saída de um gás de blindagem, provendo proteção para a blindagem 5. A blindagem 5 inclui também um orifício de saída 30, que permite a passagem de um arco de plasma e um fluxo de gás.

[039] Manter o resfriamento da blindagem 5 pode aumentar a capacidade de espessura de perfuração e também impedir a formação de uma boa ligação entre a escória em estado de fusão e a blindagem 5. Em algumas modalidades, o resfriamento da blindagem 5 inclui o esfriamento da blindagem 5. Em algumas modalidades, o fluxo de líquido tem uma temperatura baixa o bastante (de menos de cerca de 15,6°C (60°F) ou 4,5°C (40°F), por exemplo) para que o fluxo de líquido esfrie a blindagem por resfriamento por contato da segunda superfície 10 e por esfriamento por condução do resto

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17/37 da blindagem 5. A acumulação reduzida de escória sobre a blindagem 5 prolonga a vida útil da blindagem 5. A redução do acúmulo de escória sobre a blindagem 5 reduz a probabilidade de o metal fundido perturbar o jato de plasma e formar estrias no bocal e/ou formar arco duplo entre o bocal e a peça de trabalho. A temperatura reduzida da blindagem estende a capacidade de espessura. A perfuração de metal espesso tem sido limitada devido aos tempos de perfuração relativamente longos necessários para que o arco se funda através do metal e por causa da escória em estado de fusão que é insuflada de volta ao maçarico (basicamente a blindagem 5, por exemplo). Por exemplo, o processo HT4400

400A está limitado a perfurar um aço doce (MS) de 6,35 mm (1-1/4 pol). Em algumas modalidades, quando se tenta perfurar aço mais espesso, a blindagem finalmente se fundirá porque o único resfriamento da blindagem 5 é através do gás de blindagem. Frequentemente quando se perfura aço de 2,54 cm (1 pol) ou mais, a escória começa a acumular-se sobre a blindagem 5 e, se não for eliminada, o desempenho da blindagem começará a deteriorar-se à medida que o acúmulo de escória continua. Finalmente, a qualidade de corte será inaceitável ou a blindagem 5 pode até mesmo fundir-se devido à grande massa de aço quente. Em alguns testes, descobriuse que a blindagem 5 acumulou grandes quantidades de escora dentro de 25 perfurações. Com a escória acumulada, a blindagem 5 pode fundir-se e tornar o maçarico incapaz de outras perfurações. Em algumas modalidades, o protocolo de perfuração exige que o processo perfure uma dada espessura de chapa 300 vezes sem intervenção do operador (removendo a escória da blindagem 5 entre as perfurações, por exemplo).

[040] A Figura 2 é um desenho do corte transversal de uma blindagem 5 de acordo com uma modalidade ilustrativa. Nesta modalidade, a blindagem 5 é disposta com

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18/37 relação a um bocal (não mostrado). Em algumas modalidades, a blindagem 5 inclui orifícios 32 (orifícios de saída, por exemplo) para que um gás flua através dos orifícios e através dos orifícios de saída da blindagem 25. Em algumas modalidades, a blindagem 5 inclui uma primeira superfície 35, uma segunda superfície 10 e uma terceira superfície 20. A terceira superfície 20 pode ser resfriada por condução por pelo menos um do fluxo de líquido ou fluxo de gás. Em algumas modalidades, a segunda superfície 10 é resfriada por contato (resfriando-se a superfície pondo-a em contato com um meio de resfriamento, por exemplo) utilizando-se um líquido para se produzir assim resfriamento por condução e obter uma temperatura baixa sobre a terceira superfície 20, que pode ser exposta ao metal fundido durante o funcionamento de um maçarico. Em algumas modalidades, a terceira superfície 20 é resfriada por condução em consequência do resfriamento por contato da primeira superfície 35 com um fluxo de gás e/ou do resfriamento por contato da segunda superfície 10 com um fluxo de líquido.

[041] Em algumas modalidades, a segunda superfície 10 é disposta com relação a uma primeira extremidade 36 (extremidade proximal, por exemplo) da blindagem 5. Em algumas modalidades, a blindagem 5 inclui um corpo que inclui um orifício disposto em uma segunda extremidade (extremidade distal, por exemplo) do corpo da blindagem. A blindagem 5 pode incluir uma terceira superfície 20, que é exposta ao salpico de metal fundido e não é resfriada por contato pelo fluxo de líquido ou pelo fluxo de gás. A terceira superfície 20 pode ser resfriada por condução pelo fluxo de gás que resfria por contato a primeira superfície 35 ou pelo fluxo de líquido que resfria por contato a segunda superfície 10. Em algumas modalidades, a terceira superfície 20 é disposta sobre a superfície externa

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19/37 da blindagem, e a segunda superfície 10 é disposta em sentido proximal com relação à terceira superfície 20. Em algumas modalidades, a terceira superfície 20 exposta ao metal fundido é disposta com relação à segunda extremidade 37 (extremidade distal, por exemplo) do corpo da blindagem. Em algumas modalidades, segunda superfície 10, que é resfriada por contato pelo fluxo de líquido, é disposta em sentido proximal com relação à terceira superfície 20 exposta ao metal fundido. A blindagem 5 pode incluir também um flange 40 disposto com relação à primeira extremidade 36 da blindagem 5, pelo menos uma parte da primeira superfície 35 e/ou da segunda superfície 10 disposta sobre o flange 40. Em algumas modalidades, a terceira superfície 20 pode ser disposta em sentido distal com relação ao flange 40. O flange 40 pode ser disposto em sentido proximal com relação à terceira superfície 20 (a superfície da blindagem exposta ao metal fundido, por exemplo). Em algumas modalidades, pelo menos uma parte da primeira superfície 35, que é resfriada por contato por um fluxo de gás, é disposta sobre a superfície interna do flange 40 ou da blindagem 5. Em algumas modalidades, pelo menos uma parte da segunda superfície 10, que é resfriada por contato por um fluxo de líquido, é disposta sobre a superfície externa do flange 40 ou da blindagem 5.

[042] Nesta modalidade, a primeira superfície resfriada por contato por um fluxo de gás é disposta sobra a superfície interna da blindagem que não é exposta ao salpico de metal fundido. Em algumas modalidades, o fluxo de gás resfria por convecção a primeira superfície 35. Nesta modalidade, a segunda superfície 10 resfriada por contato pelo fluxo de líquido é disposta sobre a superfície externa da blindagem. Em algumas modalidades, o resfriamento da blindagem 5 envolve proporcionar fluxo de líquido constante

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20/37 em volta da superfície externa da blindagem 5. Em algumas modalidades, o fluxo de líquido resfria por convecção a segunda superfície 10. Em algumas modalidades, a blindagem 5 inclui um flange 40 (um rebordo, por exemplo), e pelo menos uma parte da primeira superfície 35 e pelo menos uma parte da segunda superfície 10 são dispostas com relação ao flange 40.

[043] A blindagem 5 pode incluir uma região 45 que é resfriada por condução (o resfriamento ocorrendo dentro da região com um gradiente de temperatura através da região, por exemplo) por pelo menos um do fluxo de gás ou do fluxo de líquido. A região 45 pode ser qualquer parte da blindagem que não fica em contato com o refrigerante (o meio de resfriamento, tal como um líquido ou gás, por exemplo). Em algumas modalidades, a região é a superfície da blindagem exposta ao metal fundido salpicado ou até mesmo uma parte da blindagem abaixo da superfície em contato com o refrigerante. Em algumas modalidades, o fluxo de líquido tem uma temperatura baixa o bastante (de menos de cerca de 15,6°C (60°F) ou 4,5°C (40°F), por exemplo) para que o fluxo de líquido esfrie a blindagem 5 por resfriamento por contato da segunda superfície 10 e por esfriamento por condução do resto da blindagem 5. A blindagem 5 é configurada para proporcionar um percurso termicamente condutor entre pelo menos a primeira superfície 35 ou a segunda superfície 10 até a região resfriada por condução 45. Em algumas modalidades, a blindagem 5 é uma estrutura unitária feita de metal ou um meio termicamente condutor. Em algumas modalidades, a blindagem 5 é constituída por uma série de estruturas constituídas por um meio térmico uniforme, formando um percurso termicamente condutor uniforme. Em algumas modalidades, a blindagem 5 é constituída por uma série de estruturas que têm propriedades térmicas semelhantes.

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21/37 [044] A blindagem 5 pode ser para um maçarico de arco de plasma (não mostrado) que perfura e corta uma peça de trabalho metálica, produzindo um salpico de metal fundido direcionado para o maçarico. A blindagem 5 pode incluir uma parte configurada para ser diretamente resfriada por um líquido que flui (a segunda superfície 10, por exemplo) e um primeiro mecanismo de vedação 15A e um segundo mecanismo de vedação 15B dispostos com relação à parte resfriada pelo líquido. A parte configurada para ser diretamente resfriada pelo líquido (a segunda superfície 10, por exemplo) pode ser disposta sobre a superfície externa da blindagem 5, e a parte configurada para ser diretamente resfriada pelo gás pode ser disposta sobre a superfície interna da blindagem 5. Os primeiro e segundo mecanismos de vedação 15A e 15B podem ser configurados para reter o fluxo de líquido que resfria diretamente a parte resfriada por líquido da blindagem (a segunda superfície 10, por exemplo) com relação a uma tampa de retenção (não mostrada) de um maçarico de arco de plasma. O mecanismo de vedação 15A ou

15B pode ser pelo menos de um anel em O, uma vedação de epóxi ou uma vedação de contato de metal duro. A blindagem pode incluir também uma parte configurada para ser diretamente resfriada por um gás (a primeira superfície 35, por exemplo). A blindagem pode incluir também um rebordo (o flange 40, por exemplo), em que a parte configurada para ser diretamente resfriada pelo líquido (a segunda superfície 10, por exemplo) é disposta sobre o rebordo (o flange 40, por exemplo).

[045] Em algumas modalidades, um método para reduzir a formação de escória em uma blindagem 5 presa a um maçarico de arco de plasma (não mostrado), que perfura e corta uma peça de trabalho metálica, produzindo metal fundido salpicado direcionado para o maçarico, pode incluir resfriar por contato de uma primeira superfície 35 da blindagem 5 por

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22/37 um fluxo de gás. O método pode incluir também resfriar por contato uma segunda superfície 10 da blindagem 5 por um fluxo de líquido e prover um conjunto de vedação 15A e 15B para reter o fluxo de líquido, o conjunto de vedação 15A e 15B configurado para reter o líquido em contato com a segunda superfície 10 com relação a uma tampa de retenção (não mostrado) do maçarico de arco de plasma. O método pode incluir também resfriar por condução uma terceira superfície 20 da blindagem 5 exposta ao metal fundido salpicado provendo-se um percurso termicamente condutor formado, pelo menos em parte, por um material termicamente condutor em comunicação térmica com a primeira superfície 35 e a segunda superfície 10. A etapa de resfriar por contato a segunda superfície 10 pelo fluxo de líquido pode incluir proporcionar fluxo de líquido constante em volta da superfície externa da blindagem 5.

[046] A Figura 3 é um corte transversal parcial de uma blindagem 50 disposta com relação a um maçarico de arco de plasma 55, de acordo com uma modalidade ilustrativa. A blindagem 50 pode ficar em comunicação com um maçarico de arco de plasma 55. Em algumas modalidades, a blindagem 50 inclui um conjunto de vedação 60A e 60B em comunicação mecânica com uma tampa de retenção 65 do maçarico de arco de plasma 55. Em algumas modalidades, o conjunto de vedação 60A e 60B da blindagem 50 é uma série de anéis em O. Os anéis em

O podem ser configurados para reter o fluxo de líquido que resfria por contato a segunda superfície 70 da blindagem (resfriando uma superfície ao pô-la em contato com um refrigerante, por exemplo). Em algumas modalidades, o resfriamento da blindagem 50 envolve proporcionar fluxo de líquido constante em volta da superfície externa da blindagem 50. Em algumas modalidades, o fluxo de líquido tem uma temperatura baixa o bastante (de menos de cerca de 15,6°C

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23/37 (60°F) ou 4,5°C (40°F), por exemplo) para que o fluxo de líquido esfrie a blindagem 50 resfriando por contato a segunda superfície 70 e esfriando por condução o resto da blindagem 50 (o esfriamento ocorrendo dentro do resto da blindagem com um gradiente de temperatura através do resto da blindagem 50, por exemplo). Nesta modalidade, a blindagem 50 é presa ao maçarico de arco de plasma 55 de modo que a blindagem 50 fique em comunicação mecânica com a tampa de retenção 65, formando um percurso 75 que proporciona um fluxo de líquido de uma fonte (não mostrada) através do maçarico

de arco	de plasma	55,	fluxo	para resfriar	por contato	a
segunda	superfície	70	da blindagem 50 e	fluir de volta
através	do maçarico	de	arco de	plasma 55.
[047]	Um	método	para reduzir	a formação	de

escória em uma blindagem 50 presa a um maçarico de arco de plasma 55, que perfura e corta uma peça de trabalho metálica, produzindo um salpico de metal fundido direcionado para o maçarico 55, pode incluir resfriar rapidamente a blindagem 50 presa ao maçarico de arco de plasma 55 com um fluxo de meio de resfriamento. O método pode incluir reter o fluxo de meio de resfriamento no maçarico de arco de plasma 55 e resfriar repetidamente a blindagem 50 (como, por exemplo, resfriando a blindagem uma série de vezes, uma série d ciclos, etc.) de modo a se impedir a formação de escória sobre a superfície da blindagem exposta ao metal fundido salpicado. A etapa de resfriar rapidamente pode incluir resfriar a blindagem 50 de modo que o metal fundido seja resfriado para impedir o fortalecimento da ligação entre o metal fundido e a blindagem 50. Resfriar rapidamente a blindagem 50 pode incluir também a blindagem 50 de modo que a blindagem 50 permaneça substancialmente à mesma temperatura durante a perfuração assim como antes da perfuração, extraindo-se calor do metal fundido em contato

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24/37 com a superfície da blindagem 50. A etapa de resfriar rapidamente a blindagem 50 pode incluir resfriar por contato a superfície da blindagem 50 em comunicação térmica com a superfície da blindagem 50 exposta ao metal fundido salpicado. A superfície da blindagem 50 exposta ao metal fundido salpicado pode ser resfriada por condução. Em algumas modalidades, a blindagem 50 é resfriada até abaixo da temperatura ambiente. A blindagem pode ser resfriada até abaixo de cerca de 15,6°C (60°F).

[048] A Figura 4 é outra vista em corte transversal da blindagem 50 e do maçarico de arco de plasma de acordo com uma modalidade ilustrativa. O maçarico de arco de plasma 55 inclui um corpo de maçarico 80, um eletrodo 85 (catodo, por exemplo) montado dentro do corpo, um bocal 90 (anodo, por exemplo) com um orifício central 95 que produz um arco-piloto até o eletrodo 85 de modo a se iniciar um arco de plasma. São também mostradas conexões elétricas e passagens afins para o gás de plasma 100A, passagens para o líquido de resfriamento 100B e passagens para o gás de blindagem 100C. Nesta modalidade, a blindagem 50 é disposta com relação a um maçarico de arco de plasma 55. A blindagem circunda geralmente o bocal 90. Em algumas modalidades, a blindagem 50 inclui um flange 105. A blindagem 50 inclui também um dispositivo de fixação 110 para prender a blindagem 50 ao maçarico de arco de plasma 55. O dispositivo de fixação 110 pode ser uma parte rosqueada que pode ser atarraxada no corpo de maçarico 80 ou em uma tampa de retenção 65. Nesta modalidade, um percurso 75 permite que um líquido flua de uma fonte (não mostrada) através do maçarico de arco de plasma 55, resfrie o eletrodo 85, resfria a superfície externa do bocal 90, flua até e resfrie por contato a segunda superfície 70 da blindagem 50 e flua de volta através do maçarico de arco de plasma 55. Em algumas modalidades, os

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25/37 componentes do maçarico de arco de plasma 55 (o eletrodo 85, o bocal 90, a blindagem 50, por exemplo) podem ser resfriados em uma sequência diferente/alternativa. Em algumas modalidades, resfriar a blindagem 50 envolve proporcionar um fluxo de líquido constante em volta da superfície externa da blindagem 50.

[049] Em algumas modalidades, a primeira superfície 115 resfriada por contato (resfriamento pelo contato de uma superfície com um refrigerante, por exemplo) por um fluxo de gás é disposta sobre a superfície interna da blindagem 50. A blindagem 50 pode incluir passagens para a saída do fluxo de gás, permitindo que o fluxo de gás não só resfrie por contato a primeira superfície 115, mas também atue como um gás de blindagem que protege a blindagem 50 do salpico de metal fundido à medida que sai da blindagem. Em algumas modalidades, a blindagem 50 inclui um flange 105, e pelo menos uma parte da primeira superfície 115 é disposta sobre a superfície interna do flange 105.

[050] Em algumas modalidades, a blindagem 50 inclui um flange 105, e pelo menos uma parte da segunda superfície 70 resfriada por contato por um fluxo de líquido é disposta sobre a superfície externa do flange 105. Em algumas modalidades, o fluxo de líquido resfria por contato a segunda superfície 70 da blindagem 50 proporcionando fluxo de líquido constante em volta da superfície externa da blindagem 50. Em algumas modalidades, o fluxo de líquido constante é provido em volta da superfície externa do flange 105.

[051] Em algumas modalidades, o fluxo de líquido tem uma temperatura baixa o bastante (de menos de cerca de 15,6°C (60°F) ou 4,5°C (40°F), por exemplo) para que o fluxo de líquido esfrie a blindagem 50 resfriando por contato a segunda superfície 70 e esfriando por condução o

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26/37 resto da blindagem 50 (o esfriamento ocorrendo dentro do resto da blindagem com um gradiente de temperatura através do resto da blindagem 50, por exemplo). Conforme pode ser visto na Figura 4, a blindagem pode incluir uma terceira superfície 125 que é disposta sobre a superfície externa da blindagem e é exposta ao salpico de metal fundido quando o maçarico de arco de plasma perfura e corta uma peça de trabalho metálica. A blindagem 50 é constituída por um meio térmico uniforme, que permite que a terceira superfície 125 seja resfriada por condução por pelo menos um do fluxo de gás ou do fluxo de líquido.

[052] Em algumas modalidades, um sistema de maçarico de arco de plasma pode incluir um maçarico de arco de plasma 55, um dispositivo de resfriamento (não mostrado) configurado para prover um meio de resfriamento e uma blindagem 50 disposta com relação ao maçarico de arco de plasma 55, uma primeira parte da blindagem sendo exposta ao salpico de metal fundido (a terceira superfície 125, por exemplo). A blindagem 50 pode incluir uma segunda parte diretamente resfriada pelo meio de resfriamento (a primeira superfície 115, a segunda superfície 70 ou qualquer combinação delas, por exemplo) que flui do dispositivo de resfriamento, a segunda parte (a primeira superfície 115, a segunda superfície 70 ou qualquer combinação delas, por exemplo) em comunicação térmica com a primeira parte exposta ao metal fundido salpicado. Um dispositivo de vedação (o conjunto de vedação 60A ou 60B, por exemplo) pode ser também configurado para reter o meio de resfriamento que flui do dispositivo de vedação, o dispositivo de vedação configurado para reter o meio de resfriamento em contato com a segunda parte da blindagem no maçarico de arco de plasma. O dispositivo de resfriamento pode ser um esfriador. Em algumas modalidades, o meio de resfriamento resfria repetidamente

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27/37 (por exemplo, resfriando a blindagem uma série de vezes, uma série de ciclos, etc.) a segunda parte.

[053] A Figura 5 é um desenho que mostra uma blindagem 130 resfriada por um líquido, de acordo com uma modalidade ilustrativa. Nesta modalidade, o líquido flui da fonte de fornecimento 135 através de um canal de fornecimento 140, através de um espaço cheio de resfriamento anular 145, o fluxo de líquido resfriando por contato (por exemplo, resfriando uma parte ou superfície pondo-a em contato com um refrigerante ou meio de resfriamento) uma parte da superfície externa 115 sobre a blindagem. Em algumas modalidades, a blindagem 130 compreende um flange 150, e o fluxo de líquido resfria por contato uma parte da superfície externa da blindagem 155 sobre o flange 150. Nesta modalidade, após resfriar por contato uma parte da superfície externa da blindagem 155, o líquido flui da blindagem 130 através de um canal de retorno 160. Esta modalidade pode proporcionar um fluxo de líquido constante em volta da superfície externa da blindagem 130.

[054] Em algumas modalidades, a superfície externa 155 da blindagem, que é resfriada por contato pelo fluxo de líquido, é disposta com relação a uma primeira extremidade 161 da blindagem 130. Em algumas modalidades, a blindagem inclui uma superfície exposta ao salpico de metal fundido 165 disposta com relação a uma segunda extremidade 162 (extremidade distal, por exemplo) da blindagem 130. Em algumas modalidades, a superfície externa 155, que é resfriada por contato pelo fluxo de líquido, é disposta em sentido proximal com relação à superfície exposta ao metal fundido salpicado 165.

[055] A retenção do fluxo de líquido permite o resfriamento por contato sem perdas da blindagem 130 pelo fluxo de líquido. A blindagem 130 é constituída por um

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28/37 material que provê um meio térmico uniforme (metal, por exemplo). Proporcionar um fluxo de líquido constante que resfrie por contato uma parte da superfície externa da blindagem por condução (como, por exemplo, o resfriamento ocorrendo em uma parte da superfície externa da blindagem com um gradiente de temperatura através da parte da superfície externa da blindagem) e repetidamente (como, por exemplo, resfriando a blindagem uma série de vezes, uma série de ciclos, etc.), resfria a superfície exposta ao salpico de metal fundido 165. Proporcionar o fluxo de líquido constante permite o resfriamento rápido e repetido da blindagem 130 (por resfriamento condutor, por exemplo) de modo a se impedir a formação de escória sobre a superfície da blindagem exposta ao metal fundido salpicado 165. Em algumas modalidades, o fluxo de líquido tem uma temperatura baixa o bastante (de menos de cerca 15,6°C (60°F) ou 4,5°C (40°F), por exemplo) para que o fluxo de líquido esfrie a blindagem 130 por resfriamento por contato de uma parte da superfície externa da blindagem 155 e por esfriamento por condução do resto da blindagem 130.

[056] O resfriamento rápido de uma blindagem previne a ligação entre o metal fundido e a blindagem e/ou previne o fortalecimento da ligação entre o metal fundido e a blindagem. Por exemplo, o resfriamento rápido da blindagem pode incluir o resfriamento da blindagem depressa o bastante para resfriar repetidamente (por exemplo, resfriando a blindagem uma série de vezes, uma série de ciclos, etc.) o borrifo em estado de fusão para: i) impedir a ligação do metal fundido com a blindagem ou ii) impedir que o metal fundido entre em forte contato com a blindagem antes da solidificação do metal fundido. O resfriamento rápido da blindagem pode incluir resfriar por contato pelo menos uma parte da superfície da blindagem ou resfriar por condução

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29/37 regiões da blindagem. O resfriamento rápido da blindagem pode incluir resfriar a blindagem de modo que a blindagem permaneça substancialmente à mesma temperatura durante o borrifo de metal fundido pela extração de calor do metal fundido em contato com a blindagem. O resfriamento rápido da blindagem pode ser obtido através das modalidades descritas nas Figuras 1-5.

[057] A Figura 6 é um gráfico 170 que demonstra acumulação de escória em testes de protocolo de perfuração que utilizam uma blindagem de acordo com uma modalidade ilustrativa. Testes de protocolo de perfuração foram realizados com um conjunto de blindagem/tampa externa sendo pesado após cada 25 perfurações como um indicador do nível de acumulação de escória. Os testes foram feitos utilizandose aço doce (MS) de 12,7 mm (1-1/2 pol.). O eixo geométrico x 175 do gráfico indica o número de perfurações, e o eixo geométrico y 180 do gráfico indica a massa de escória que foi acumulada. Três níveis diferentes de temperatura de refrigerante em massa foram utilizados: 39,5°C (135°F),

29,4°C (85°F) e 3,3°C (38°F). O fluido de resfriamento foi a água e a temperatura de 3,3°C (38°F) foi escolhida como a extremidade inferior da temperatura utilizável da água. O desempenho pode ser aperfeiçoado se aditivos forem utilizados, ou até mesmo outros líquidos (o glicol, por exemplo). Os resultados dos testes de protocolo indicaram que o resfriamento da blindagem permitiu que a blindagem durasse por todas as 300 perfurações. O gráfico 170 mostra que, quando a blindagem não foi resfriada, a blindagem se fundiu antes que 50 perfurações pudessem ser feitas. A temperatura de 3,3°C (38°F) da água resultou em uma quantidade reduzida de escória acumulada sobre a blindagem.

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30/37 [058] A Figura 7 é um gráfico alternativo 185 que mostra os dados da Figura 6 que demonstram escória em uma blindagem esfriada versus uma blindagem resfriada em testes de protocolo de perfuração que utilizaram uma blindagem de acordo com uma modalidade ilustrativa. Na Figura 7, o eixo geométrico x 190 indica os três níveis diferentes de temperatura de refrigerante em massa utilizados no teste de protocolo de perfuração: 39,5°C (135°F), 29,4°C (85°C) e

3,3°C (38°F). O eixo geométrico y 195 indica a soma da escória medida através de 300 perfurações utilizando-se a blindagem de acordo com uma modalidade ilustrativa. O gráfico 185 demonstra que uma temperatura mais baixa da blindagem resfriada está correlacionada com uma soma mais baixa de escória medida através das 300 perfurações. Por exemplo, uma blindagem resfriada a 39,5°C (135°F) acumulou uma soma de 198 gramas de escória através das 300 perfurações durante os testes de protocolo de perfuração. Uma blindagem resfriada a 29,4°C (85°F) acumulou uma soma de 175 gramas de escória através das 300 perfurações durante os testes de protocolo de perfuração. Em comparação, uma blindagem resfriada a 3,3° (38°F) acumulou uma soma de 31 gramas de escória através das 300 perfurações durante os testes de protocolo de perfuração.

[059] A Figura 8 é um desenho em corte transversal parcial de uma pilha de mercadorias de consumo para um maçarico de arco de plasma 200 de acordo com uma modalidade ilustrativa. O maçarico de arco de plasma 200 pode incluir uma blindagem de eletrodo (o eletrodo 85 da Figura 4, por exemplo) 205, um bocal 210, uma tampa de retenção 215 que pode ser presa com relação ao bocal 210 e uma tampa de retenção de blindagem 220, que pode ser presa com relação à blindagem 205. O maçarico de arco de plasma pode incluir canais de refrigerante líquido 225A, 225b e

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230. O maçarico de arco de plasma pode ter também um canal de fluxo de gás 235.

[060] O maçarico de arco de plasma 200 pode incluir um corpo de maçarico (o corpo de maçarico 80 da Figura 4, por exemplo) que inclui um percurso de fluxo de gás de plasma para direcionar um gás de plasma até uma câmara de plasma no qual é formado um arco de plasma. A câmara de plasma pode ser definida, pelo menos em parte, pelo eletrodo e por um bocal 210 disposto com relação ao eletrodo de modo a se definir a câmara de plasma. Uma tampa de retenção interna (a tampa de retenção 215, por exemplo) pode ser presa com relação ao bocal 210. Em algumas modalidades, uma blindagem 205 é disposta com relação ao bocal 210, e uma tampa de retenção externa (a tampa de retenção de blindagem 220, por exemplo) é presa com relação à blindagem 205.

[061] A tampa de retenção 215 (a tampa de retenção de bocal, por exemplo) pode incluir um componente externo 240 e um componente interno 245. O componente externo 240 pode ter uma superfície interna 250 e uma superfície externa 255. A superfície externa 255 do componente externo pode definir, pelo menos em parte, um canal de refrigerante líquido 225A. A tampa de retenção 215 pode incluir também um componente interno 245 disposto em sentido circunferente dentro do componente externo 240. O componente interno 245 pode ter uma superfície externa 260 e uma superfície interna 265. A superfície interna 265 do componente interno 245 pode ser presa com relação ao bocal 210 do maçarico de arco de plasma 200.

[062] O canal de fluxo de gás 235 do maçarico de arco de plasma 200 pode ser definido, pelo menos em parte, pela superfície interna 250 do componente externo 240 e pela superfície externa 260 do componente interno 245 da tampa de retenção 215. Um orifício 270 (orifício de saída, por

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32/37 exemplo) pode ser disposto em uma extremidade do canal de fluxo de gás 235. O orifício 270 pode ser disposto entre a superfície interna 250 do componente externo 240 e a superfície externa 260 do componente interno 245 da tampa de retenção 215.

[063] A superfície interna 265 do componente interno 245 pode definir, pelo menos em parte, outro canal de refrigerante líquido 230. Em algumas modalidades, a superfície interna 265 do componente interno 245 pode incluir um conjunto de vedação 275, que veda o refrigerante líquido com relação a um maçarico de arco de plasma. A superfície interna 265 do componente interno 245 e o corpo do maçarico de arco de plasma podem definir, pelo menos em parte, o canal de refrigerante líquido 230. A superfície externa 255 do componente externo 240 e a tampa de retenção de blindagem 220 (a tampa de retenção externa, por exemplo) do maçarico de arco de plasma 200 podem definir, pelo menos em parte, o canal de refrigerante líquido 225A. Em algumas modalidades, o canal de refrigerante líquido 225A pode ficar em comunicação fluida (por exemplo, conectado por meio de um conduto, passagem, tubos de fluido, etc.) com o canal de refrigerante líquido 230. O canal de refrigerante líquido 225A pode ser um fluxo de fornecimento de refrigerante líquido. O canal de refrigerante líquido 225A pode ser um fluxo de fornecimento de refrigerante líquido. Em algumas modalidades, o canal de refrigerante líquido 225B pode ser um fluxo de retorno de refrigerante líquido. O canal de fluxo de gás 235 pode fornecer um gás de blindagem a uma peça de trabalho.

[064] Em algumas modalidades, a tampa de retenção 215 inclui um invólucro (o componente externo 240, por exemplo) que tem uma superfície externa (a superfície externa 255, por exemplo) que define, pelo menos em parte,

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33/37 o canal de refrigerante líquido 225A. A tampa de retenção 215 pode incluir um forro (um componente interno 245, por exemplo) que é disposto em sentido circunferente dentro do invólucro. O forro pode incluir uma superfície interna (a superfície interna 265 do componente interno, por exemplo) que define, pelo menos em parte, o canal de refrigerante líquido 230. A tampa de retenção 215 pode incluir um canal de fluxo de gás 235 que é definido, pelo menos em parte, por e localizado entre o invólucro e o forro.

[065] Uma tampa de retenção de blindagem 220 pode incluir um componente externo 280 e um componente interno 285. O componente externo 280 da tampa de retenção de blindagem 220 pode incluir uma superfície interna 290 e uma superfície externa 295. O componente interno 285 pode ser disposto em sentido circunferente dentro do componente externo 280. O componente interno 285 pode ter uma superfície interna 300 e uma superfície externa 305. Pelo menos um do componente interno 285 ou do componente externo 280 pode ser preso com relação a uma blindagem 205.

[066] O canal de refrigerante líquido 225A pode ser definido, pelo menos em parte, por uma parte da superfície interna 300 do componente interno 285 da tampa de retenção de blindagem 220. Em algumas modalidades, a superfície interna 300 do componente interno 285 e uma tampa de retenção 215 (tampa de retenção interna/do bocal, por exemplo) definem, pelo menos em parte, o canal de refrigerante líquido 225A. O canal de refrigerante líquido 225B pode ser definido, pelo menos em parte, pela superfície externa 305 do componente interno 285 e pela superfície interna 290 do componente externo 280 da tampa de retenção de blindagem 220. Em algumas modalidades, os canais de refrigerante líquido 225A e 225B constituem uma primeira parte de um canal de refrigerante líquido e uma segunda parte

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34/37 do mesmo canal, respectivamente. Em algumas modalidades, os canais de refrigerante líquido 225A e 225B direcionam um refrigerante sobre uma blindagem 205. O canal de refrigerante líquido 225A pode funcionar como um percurso para um fluxo de fornecimento de refrigerante, e o canal de refrigerante líquido 225B pode funcionar como um percurso para direcionar um fluxo de retorno de refrigerante. A tampa de retenção de blindagem 220 pode incluir também um orifício 310 em uma extremidade do canal de refrigerante líquido 225A e/ou 225B. O orifício 310 pode ser disposto entre a superfície externa 305 do componente interno 285 e a superfície interna 290 do componente externo 280 da tampa de retenção de blindagem 220. O orifício 310 pode ser disposto em uma extremidade de pelo menos um do componente externo 280 ou do componente interno 285 da tampa de retenção de blindagem 220.

[067] Em algumas modalidades, a tampa de retenção de blindagem 220 pode incluir um invólucro (o componente externo 280 da tampa de retenção de blindagem 220, por exemplo) e um forro (o componente interno 285 da tampa de retenção de blindagem 220, por exemplo). O forro da tampa de retenção de blindagem 220 pode ser disposto em sentido circunferente dentro da superfície interna do invólucro (a superfície interna 300 do componente interno 285 da tampa de retenção de blindagem 220). O canal de refrigerante líquido 225A pode ser definido, pelo menos em parte, pela superfície interna do forro. O canal de refrigerante líquido 225B pode ser definido, pelo menos em parte, por uma parte da superfície interna do invólucro e por uma parte da superfície externa do forro (por exemplo, a superfície externa 305 do componente interno 285 da tampa de retenção de blindagem 220).

[068] Um método para resfriar um maçarico de arco de plasma pode incluir direcionar um refrigerante

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35/37 líquido até um eletrodo (o eletrodo 85 da Figura 4, por exemplo), direcionar o refrigerante líquido até um bocal 210 através de um primeiro canal de refrigerante líquido (o canal de refrigerante líquido 230, por exemplo) definido, pelo menos em parte, por uma primeira parte de retenção (a tampa de retenção 215, por exemplo) e direcionar o refrigerante líquido do bocal 210 até uma blindagem 205 através de um segundo canal de refrigerante líquido (o canal de refrigerante líquido 225A e/ou 225B, por exemplo) definido, pelo menos em parte, por uma segunda tampa de retenção (a tampa de retenção de blindagem 220, por exemplo). Alternativamente, em algumas modalidades a sequência na qual o refrigerante é direcionado até o eletrodo, o bocal e a blindagem pode ser invertida ou reordenada.

[069] A Figura 9 é um desenho recortado de mercadorias de consumo de um maçarico de arco de plasma 315 de acordo com uma modalidade ilustrativa. O maçarico de arco de plasma pode incluir uma tampa de retenção 215 e uma tampa de retenção de blindagem 220, que podem definir os canais de refrigerante 225A, 225B e um canal de fluxo de gás 235.

[070] A tampa de retenção 215 pode incluir um componente externo 240 e um componente interno 245. O componente interno 245 da tampa de retenção 215 pode incluir uma superfície interna 265 e uma superfície externa 260. O componente externo 240 da tampa de retenção 215 pode incluir uma superfície interna 250 e uma superfície externa 255. A superfície interna 265 do componente interno 245 pode definir uma parte do canal de refrigerante líquido (o canal de refrigerante líquido 230 da Figura 8 acima, por exemplo). O canal de fluxo de gás 235 pode ser disposto entre o ou definido pelo componente externo 240 e pelo componente interno 245 da tampa de retenção 215.

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36/37 [071] A tampa de retenção de blindagem 220 pode incluir também um componente externo 280 e um componente interno 285. O componente externo 280 da tampa de retenção de blindagem 220 pode incluir uma superfície externa 295 e uma superfície interna 290. O componente interno 285 da tampa de retenção de blindagem 220 pode incluir uma superfície externa 305 e uma superfície interna 300. Um canal de refrigerante líquido constituído pelos canais de refrigerante líquido 225A e 225B pode ser formado pelo componente externo 280 e pelo componente interno 285 da tampa de retenção de blindagem 220. O canal de refrigerante líquido 225A pode ser formado, pelo menos em parte, pelo componente interno 285 da tampa de retenção de blindagem 220 e pelo componente externo 240 de uma tampa de retenção de bocal (a tampa de retenção 215, por exemplo). O canal de refrigerante líquido 225B pode ser disposto entre o e definido pelo componente externo 280 e pelo componente interno 285 da tampa de retenção de blindagem 220.

[072] A tampa de retenção de blindagem 220 pode incluir um corpo substancialmente cilíndrico (corpo constituído pelo componente externa 280 e pelo componente interno 285, por exemplo) dimensionado para receber uma blindagem 205 do maçarico de arco de plasma. A tampa de retenção de blindagem 220 pode incluir um canal de refrigerante líquido (que compreende os canais de refrigerante líquido 225A e 225B, por exemplo) definido pelo corpo substancialmente cilíndrico. Em algumas modalidades, o refrigerante líquido é fornecido por meio do canal de refrigerante líquido 225A, incide sobre uma parte da blindagem 205 (o flange da blindagem, por exemplo) e retorna por meio do canal de refrigerante líquido 225B. O canal de refrigerante líquido pode incluir um percurso de retorno (o canal de refrigerante líquido 225B, por exemplo) e um

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37/37 percurso de fornecimento (o canal de refrigerante líquido 225A, por exemplo), que direciona um refrigerante de modo que ele incida sobre a parte que se estende em sentido circunferente 320 pertencente à blindagem. A temperatura do refrigerante que incide sobre a blindagem 205 pode ser uniforme em cada ponto ao longo da parte que se estende em sentido circunferente 320 da blindagem.

[073] Em algumas modalidades, o corpo substancialmente cilíndrico inclui um componente externo substancialmente cilíndrico (o componente externo 280, por exemplo) e um componente interno substancialmente cilíndrico (o componente interno 285, por exemplo) disposto dentro do componente externo. O percurso de fornecimento do canal de refrigerante líquido (o canal de refrigerante líquido 225A, por exemplo) pode ser formado, pelo menos em parte, pela superfície interna (a superfície interna 300, por exemplo) do componente interno substancialmente cilíndrico. Em algumas modalidades, o percurso de retorno (o canal de refrigerante líquido 225B, por exemplo) do canal de refrigerante líquido é formado, pelo menos em parte, pela superfície externa (a superfície externa 305 do componente interno, por exemplo) do componente interno substancialmente cilíndrico e pela superfície interna (a superfície interna 290 do componente externo) do componente externo substancialmente cilíndrico.

[074] Embora a invenção tenha sido especificamente mostrada e descrita com referência a modalidades ilustrativas específicas, deve ficar entendido que diversas alterações na forma e nos detalhes podem ser feitas sem que se abandonem o espírito e o alcance da invenção.

Claims (4)

1. Blindagem (5, 50, 130, 205) para um maçarico de arco de plasma, que perfura e corta uma peça de trabalho metálica produzindo um salpico de metal fundido direcionado para o maçarico, a blindagem (5, 50, 130, 205) protegendo componentes de consumo do maçarico de arco de plasma do metal fundido salpicado, a blindagem compreendendo:

um corpo;

uma primeira superfície (35, 115) do corpo configurada para ser resfriada por contato por um fluxo de gás;

uma terceira superfície (20, 125) disposta em relação a uma extremidade distal do corpo e exposta ao salpico de metal fundido;

um orifício disposto em uma extremidade distal do corpo; caracterizado pelo fato de que a blindagem compreende adicionalmente uma segunda superfície (10, 70) do corpo

configurada para ser resfriada por contato por um fluxo de líquido;

um conjunto de vedação (15A, 15B, 60A, 60B) configurado para ser preso ao corpo e disposto com relação à segunda superfície (10, 70) configurado para reter o fluxo de líquido que resfria por contato a segunda superfície (10, 70).

2/4

c) o conjunto de vedação fica em comunicação mecânica com uma tampa de retenção (65);

d) a blindagem adicionalmente compreende um flange (40, 105, 150) disposto em sentido proximal com relação à superfície da blindagem que é exposta ao metal fundido, em que pelo menos uma parte da segunda superfície é disposta sobre o flange; e

e) a blindagem fica em comunicação com o maçarico de arco de plasma (55), a blindagem circundando geralmente o bocal (90) do maçarico de arco de plasma.

2. Blindagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que qualquer uma ou mais das seguintes se aplicam:

a) o fluxo de gás resfria por convecção a primeira superfície;

b) o fluxo de líquido resfria por convecção a segunda superfície;

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3/4 superfície disposta em uma extremidade proximal da blindagem;

prover um conjunto de vedação (15A, 15B, 60A, 60B) para reter o fluxo de líquido, o conjunto de vedação configurado para reter o líquido em contato com a segunda superfície em relação à tampa de retenção (65) do maçarico de arco de plasma; e resfriar por condução uma terceira superfície (20, 125) da blindagem exposta ao metal fundido salpicado provendo-se um percurso de condutividade térmica formado pelo menos em parte por um material termicamente condutivo em comunicação térmica com a primeira superfície e a segunda superfície, em que um orifício é disposto em uma extremidade distal da blindagem, a terceira superfície disposta com relação a extremidade distal e a segunda superfície disposta de forma proximal com relação a terceira superfície.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que:

a) a segunda superfície é disposta em relação a uma primeira extremidade da blindagem e a terceira superfície da blindagem exposta ao metal fundido salpicado é disposta com relação a uma segunda extremidade da blindagem, e sendo que opcionalmente a blindagem adicionalmente compreende um flange (40, 105, 150) disposto em relação à primeira extremidade da blindagem, pelo menos uma parte da primeira superfície e da segunda superfície disposta sobre o flange; e/ou

b) resfriar por contato uma segunda superfície pelo fluxo de líquido compreende proporcionar um fluxo de líquido constante em volta de uma superfície externa da blindagem.

9. Sistema de maçarico de arco de plasma, que compreende:

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3. Blindagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende uma região (45) resfriada por condução por pelo menos um do fluxo de gás ou do fluxo de líquido.

4. Blindagem, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a região resfriada por condução compreende um gradiente de temperatura através da região.

5. Blindagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a terceira superfície é resfriada por condução pelo fluxo de líquido.

6. Blindagem, de acordo com a reivindicação 5,

caracterizado pelo fato de que a terceira superfície é resfriada por condução pelo fluxo de gás. 7. Método para reduzir a formação de escória em

uma blindagem (5, 50, 130, 205) presa a um maçarico de arco de plasma, que perfura e corta uma peça de trabalho metálica produzindo metal fundido salpicado direcionado para o maçarico, caracterizado pelo fato de que o método compreende: resfriar por contato uma primeira superfície (35, 115) da blindagem por um fluxo de gás;

resfriar por contato uma segunda superfície (10,

70) da blindagem por um fluxo de líquido, a segunda

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4/4 um maçarico de arco de plasma (55, 200);

um dispositivo de resfriamento configurado para prover um meio de resfriamento; e uma blindagem (5, 50, 130, 205) conforme definida na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende adicionalmente:

uma segunda parte (10, 70) da blindagem é diretamente resfriada pelo meio de resfriamento que flui do dispositivo de resfriamento, a segunda parte disposta em uma extremidade proximal da blindagem e em comunicação térmica com a primeira parte exposta ao metal fundido salpicado; e um dispositivo de vedação (15A, 15B, 60A, 60B) configurado para reter o meio de resfriamento que flui do dispositivo de resfriamento, o dispositivo de vedação configurado para reter o meio de resfriamento em contato com a segunda parte da blindagem no maçarico de arco de plasma.