CN1014126B

CN1014126B - 等离子割炬

Info

Publication number: CN1014126B
Application number: CN 89105657
Authority: CN
Inventors: 欧阳群发
Original assignee: Inst No6 Ministry Of Nuclear Industry
Current assignee: Inst No6 Ministry Of Nuclear Industry
Priority date: 1989-01-17
Filing date: 1989-01-17
Publication date: 1991-10-02
Also published as: CN1040944A

Abstract

一种等离子割炬，特别是数控等离子割炬，由电极、喷嘴及其电路系统、气路系统及水路系统组成，主要技术特征及其效果是：(1)使压力水流冷却电极与喷嘴后，分别通过下喷嘴、压盖与外套形成内、外两层管状水流，包围弧柱，喷到割件上，既有效地进行了消烟、除尘、遮光，又充分地冷却了割件。(2)使电极为双锥度的锥体，既保证了起弧可靠，又消除了“双弧”现象。(3)使管接头以轴向布置在割炬上端部，并用绝缘盖盖住，既美观，又安全。

Description

本发明涉及一种等离子割炬，特别是数控等离子割炬，由电极、喷嘴及其电路、气路及水路系统组成。属于电弧切割领域。

等离子切割，一般都有两个方面的问题。

首先是作业环境问题，因为产生大量烟尘、强光和有害气体，不仅直接危害人体健康，而且带来社会公害。据测定，等离子切割时产生的烟雾状微粒非常小，其粒径平均值为0.7微米的占50%，如图1所示，产生的烟尘量随切割材料、切割厚度等而变化，大约为3-10毫克/分钟，在同等条件下，空气等离子切割产生的烟尘量较大，如图2所示。

其次是切割面质量问题，尤其是切割面垂直度与热影响区问题。因为切割面倾斜，使适用范围受到一定限制，割件冷却不充分，形成热影响区，产生热变形。

为了消除切割烟尘，充分冷却割件，目前国内外一般采取三种措施。

一是配置集尘系统或集尘装置。这就是在切割系统中增加一个集尘系统或集尘装置。该系统又有固定式和移动式两种。固定式的如图3所示，集尘系统由排烟槽、风机和集尘器组成。移动式的如图4所示，集尘装置由小型电气集尘机与袋式过滤器组成。如日本天野公司产FC-45等离子专用集尘机，其性能如下：

电源 φ3 200V 50/60HZ 2.2KW

风量 20m³/min

袋滤器面积 11.7m²

尺寸（宽×长×高）mm 1022×1080×1828

重量 250kg

价格约20余万元/台

国内外对焊割领域的消烟除尘，主要是采取通风措施。近年来，在焊接领域使用了一些消烟除尘装置，如焊接烟尘净化机、焊接烟尘除毒器、焊接烟尘吸收器，跟踪式电焊消烟器等。

上述种种措施，虽然消烟除尘效果较好，但是系统复杂、使用不便，也不经济。

二是采用水下切割方法。这种方法效果好，但能量损失大，而且使用、管理不便。

三是配置喷水装置。这就是在割炬外面接一根泄水管。CN 85200541U介绍了一种割炬，带有紧跟割炬前进并冷却割件的阴极冷却水泄水装置，如图5（a）所示割炬剖视图如图5（b）所示。

该割炬在使用中存在如下问题。

（1）消烟除尘作用很小。用这种割炬切割不锈钢板，只要连续切割10分钟左右，室内便被黄色烟雾笼罩。实践中之所以存在这一问题，是因为上喷嘴端面切向槽（6）很窄很浅，进入槽中的水压很低，水量很小，而进入喷道（9）中的等离子气流温度很高，压力也很高，加之喷道（9）直径也很小，在这种情况下，切向槽（6）中的水只能是对上喷嘴端部进行冷却，根本不可能以液态旋切进入喷道（9）包围弧柱。另外，由下喷嘴小孔（8）出来的水，其作用主要是冷却工件，其次是压缩电弧，消除少量切割烟尘，由此可知，该割炬实质上只有一层水幕罩起到一点消烟除尘作用。

（2）不能切割曲线。当切割圆形、椭圆形及直线与曲线组合形割件时，无法调整泄水管，不能进行切割作业。

（3）使用不方便。当进行直线切割时，为了冷却切口，每改变一次切割方向，必须靠人工调整一次泄水管，并且泄水管的调整还受到管道限制。

（4）使用不安全。管接头多，共有四个，其中三个沿径向不同角度布置，所以调整泄水管时，容易造成短路。尤其是将割炬安装在数控等离子切割机上使用时，因管路紊乱，更容易与其Z轴夹持机构相碰而形成短路。

为了提高切割面垂直度，国内外采取的主要措施是提高电极与喷嘴的同心度，提高割炬安装的垂直度，以及合理选择工艺参数，使其相互匹配。这些措施有较好效果，但有时也不可靠。

本发明的主要目的是要提供一种多功能的等离子割炬，在既不配置集尘系统或集尘装置，也不配置泄水装置，既不增加零件，也不增加成本的前提下，使割炬本身具有消烟、除尘、遮光及充分冷却割件的作用，而且既能方便地切割直线，也能方便地切割曲线。

本发明的其它目的还有：通过零件结构及联接关系设计，提高切割面垂直度，防止切割面倾斜，提高割炬的通用性及安全性，使其既能装在小车上，也能装在切割机上，并且不论什么场合，都能防止短路事故，保证人身安全。

本发明的目的是通过如下措施达到的。

改进冷却系统设计。使压力水流冷却电极与喷嘴经流路降压后，分别通过下喷嘴、压盖与外套形成内、外两层管状水流，罩住电弧，并流到割件上。

改进电极结构设计，使电极为带有双锥度的锥体，上锥角为10°＜β＜18°，下锥角为36°＜α＜44°。

改进管接头设计。首先是取消泄水装置接头，其次是冷却水管和工作气管接头，都以轴向布置在割炬上端部，再加上绝缘盖盖住。

采用上述结构的割炬，具有如下优点和积极效果。

（1）结构简单、功能齐全

由于割炬在切割过程中，冷却喷嘴和电极的压力水流，由割炬头排出后都形成管状水流，层层包围弧柱，喷到割件上，不仅充分冷却了电极、喷嘴和割件，防止割件产生热变形，而且还达到了消烟除尘、遮光的目的，既有利于人体健康，又有利于环境保护。又由于这种效果是通过割炬零部件结构及其联接关系设计实现的，因此，节省了大型的集尘系统和复杂的集尘装置，节约了大量资金。

（2）操作简单，用途广泛

因为由割炬头喷出的管状水流始终包围弧柱，所以，不论切割方向怎样变化，都不需要调整泄水装置之类的辅助操作。因此，既可方便地进行直线切割，又可方便地进行曲线切割。

（3）电弧集中，垂直度好

由于设计了双锥电极和起弧区，改进了喷嘴冷却水流路设计，所以，起弧率达100%，而且消除了“双弧”现象，电弧弧柱集中，提高了切口垂直度，尤其是切割圆形类割件，效果更为明显。当切割10毫米厚钢板时，切口垂直度误差不大于1毫米。

（4）管道集中，安全性高

由于少了一个管接头（泄水管），并且改善了配置，使三个管接头都以轴向布置在割炬上端部，便于用绝缘盖盖住，不仅外形美观，而且使用安全，尤其是适合于用在数控切割机上。

本发明具有如下附图。

图1为等离子切割烟尘粒度分布图。

图2为等离子切割烟尘量比较图。

图3为固定式消烟除尘系统图。

图4为跟踪式专用集尘机示意图。

图5（a）为CN 85200541U割炬主视图。

图5（b）为CN 85200541U割炬剖视图。

图6为本发明割炬主视图。

图7为图6中A-A剖面图。

图8为图6中B-B剖面图。

图9为图6中B-B剖面图。

图10为图6中电极主视图。

下面根据附图6-10对本发明作详细说明。

如图6所示，该割炬由下喷嘴（1）、上喷嘴（4）、电极（5）及其冷却水路系统、电路系统及气路系统组成。

电极（5）的冷却水路系统结构为：电极（5）利用螺纹连接在阴极管（13）的下端，阴极管（13）上部带有两个O型密封圈（9）与出水孔（13-α），阴极管（13）、管接头（15、18）利用螺纹连接在绝缘调节件（14）上，阴极管（13）中心装有水针管（8）、绝缘套（16）及管接头（17）而形成一个部件，再将此部件装入绝缘套（11）中，在绝缘套（11）上依次连接有调节套（12）、带软导线的阳极环（7）、上喷嘴（4）及套管（6），套管（6）下端利用螺纹连接在压盖（2）上，压盖（2）内腔套有O型密封圈（3）的下喷嘴（1），压盖（2）外圆柱面带有多个出水槽（2-α），套管（6）上端利用螺纹连接在绝缘套（11）上。

冷却喷嘴（1、4）的压力水流，由管接头（15）依次进入套管（6）内腔、上喷嘴（4）与下喷嘴（1）之间的环形空腔，以及上喷嘴（4）螺旋槽、下喷嘴（1）的环形槽，通过下喷嘴（1）上的出水孔（1-α），形成第一层管状水流，包围弧柱，喷到割件上。

冷却电极（5）的压力水流，由管接头（17）下降至装在阴极管（13）中的水针管（8）下端，以冷却利用螺纹连接在阴极管（13）下端的电极（5），然后沿水针管（8）与阴极管（13）之间的空腔上升，横穿阴极管（13）的出水孔（13-α），进入阴极管（13）与绝缘套（11）之间的环形槽（13-b）（图7），又横穿绝缘套（11）的出水孔（11-α），进入绝缘套（11）与外套（10）之间的空腔，沿着利用螺纹连接在绝缘套（11）下端的套管（6）与外套（10）之间的空腔，通过利用螺纹连接在套管（6）下端的压盖（2）外圆柱面上的多个出水槽（2-α）（图8），形成第二层管状水流，包围弧柱，流到割件上。

形成管状水流的出水槽（2-α），除图8所示结构外，还可以将出水槽（2-α）改成一个管状空腔（图9）。

外套（10）的内腔是冷却水向外喷出的通道，外表面是与切割机或小车夹持装置的连接面，为保证安全，采用了绝缘材料。

电路系统为阳极（喷嘴）管接头（15），通过螺纹拧在绝缘调节件（14）上，该接头带圆柱面的一端插入绝缘套（11）的内孔，以保证在调节电极（5）与上喷嘴（4）的间隙时，冷却水不致外泄。套管（6）上端通过螺纹与绝缘套（11）联接，同时将焊有软导线的阳极环（7）紧压在套管（6）上。而套管（6）的下端通过螺纹与压盖（2）联接，当拧压盖（2）时，压盖（2）则带动装有O型圈（3）的下喷嘴（1），使上喷嘴（4）紧压在具有定心配合的绝缘套（11）的下端。此时，阳极电流通过压紧在管接头（15）上的软导线经阳极环（7）、套管（6）、压盖（2）、下喷嘴（1）传到上喷嘴（4）上。

阴极管接头（17）带有绝缘套（6），与阴极管（13）上端部连接，而电极（5）通过螺纹与阴极管（13）下端连接。这样，阴极电流经管接头（17），阴极管（13）传到电极（5）上。

电极（5）的结构为具有双锥度的锥体，如图10所示。其上锥角β＝14°，下锥角α＝42°。

由于调节套（12）下端设计有台阶并套在绝缘套（11）上端台阶上，当旋转调节套（12）时，带动绝缘调节件（14）上下移动，而完成电极（5）与上喷嘴（4）间隙的调整。

工作气体流路为：因为管接头（18）的螺纹拧在绝缘调节件（14）上，管接头下端的圆柱面插入绝缘套（11）的另一小孔内，以保证调节上喷嘴（4）与电极（5）的间隙时，工作气体不致外泄。所以，工作气体由管接头（18）进入绝缘套（11）内的孔道（11-6），经阴极管（13）外缘空腔和阴极管（13）下端部的矩形螺纹，至电极（5）与上喷嘴（4）之间的空腔，通过上喷嘴（4）小孔喷出。

上述管接头（15、17、18）均以轴向布置在割炬上端部，并用绝缘盖盖住，这样就使所有管接头与外界绝缘，防止了短路事故，既美观，又安全。

Claims

1、一种等离子割炬，包括下喷嘴(1)、压盖(2)、上喷嘴(4)、电极(5)、管接头(15、17、18)，其中冷却喷嘴(1、4)的压力水流，由管接头(15)进入套管(6)内腔，至上喷嘴(4)和下喷嘴(1)之间的环形空腔，又经上喷嘴(4)端部螺旋槽，下喷嘴(1)孔底的环形槽，由下喷嘴(1)上的出水孔(1-a)喷出，形成第一层管状水流，包围弧柱，喷到割件上，其特征是冷却电极(5)的压力水流，由管接头(17)进入，经装在阴极管(13)中的水针管(8)下端，至利用螺纹连接在阴极管(13)下端的电极(5)，然后沿水针管(8)与阴极管(13)之间的空腔上升，横穿阴极管(13)的出水孔(13-a)，进入阴极管(13)与绝缘套(11)之间的环形槽(13-b)，又横穿绝缘套(11)的出水孔(11-a)，进入绝缘套(11)与外套(10)之间的空腔，沿着利用螺纹连接在绝缘套(11)下端的套管(6)与外套(10)之间的空腔，通过利用螺纹连接在套管(6)下端的压盖(2)外圆柱面上的多个出水槽(2-a)、形成第二层管状水流包围弧柱，流到割件上。

2、按权利要求1所述的割炬，其特征是出水槽（2-α）可以制成管状空腔。

3、按权利要求1或2所述的割炬，其特征是电极（5）为具有双锥度的锥体，其上锥角为10°＜β＜18°，下锥角为36°＜α＜44°。

4、按权利要求1或2所述的割炬，其特征是管接头（15、17、18）以轴向布置在割炬上端部、并用绝缘盖盖住。

5、按权利要求3所述的割炬，其特征是管接头（15、17、18）以轴向布置在割炬上端部，并用绝缘盖盖住。