CN101878677B

CN101878677B - 带有暴露式排放通道的喷嘴

Info

Publication number: CN101878677B
Application number: CN2009801012022A
Authority: CN
Inventors: S·M·利伯德; B·J·柯里尔
Original assignee: Hypertherm Inc
Current assignee: Hypertherm Inc
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2009-06-25
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2029-06-25
Also published as: CN101878677A; US8338740B2; US20100078408A1; EP2225920A1; EP2225920B1; WO2010039304A1

Abstract

一种用于等离子弧焊炬的喷嘴，可包括主体，该主体具有内表面、外表面、近端和在远端上的出口孔。所述喷嘴还可包括被所述主体的所述内表面环绕的衬垫。所述衬垫可包括：近端和在与所述主体的所述出口孔相邻的远端上的出口孔。喷嘴可包括形成于所述主体中的至少一个排放通道。所述排放通道可包括：入口，该入口形成于所述主体的所述内表面中；以及出口，该出口形成于所述主体的所述外表面中。所述排放通道可设置在所述主体的所述近端和所述衬垫的所述近端之间。所述等离子弧焊炬可包括一结构，该结构允许提高用于排放式强电流等离子过程中的电极寿命和喷嘴寿命。

Description

带有暴露式排放通道的喷嘴

技术领域

本发明总的涉及等离子弧切割焊炬及其操作方法的领域。更具体而言，本发明涉及改进后的喷嘴及其相关的操作方法。

背景技术

在强电流氧气焊炬中，与低电流加工过程相比，电极寿命和喷嘴寿命可能非常短。由于过大的热负荷被施加至喷嘴头，从而会缩短在强电流焊炬中的喷嘴寿命。降低在喷嘴上的热负荷和增大喷嘴寿命的方法之一是从喷嘴孔前方排放一部分等离子气体。例如，参照提交于1992年1月14日的题为“Nozzle and Method of Operation for a Plasma Arc Torch(用于等离子弧焊炬的喷嘴及其操作方法)”的美国专利第5317126号，该申请以引用方式完整地包含于此。进一步排放有助于通过收聚电弧和冷却喷嘴来限制电弧。排放等离子过程可获得更高程度受限的电弧，这种更高程度受限的电弧可在延长喷嘴寿命的同时提高切割性能。在喷嘴出口孔处对喷嘴壁进行冷却会产生冷却气体的薄边界层，这种边界层可保护喷嘴和收聚电弧(例如，通过来自电弧边界的这种能量消耗来使电弧收缩)冷却同样也能帮助控制双重弧焊和挖凿喷嘴孔(例如，当电弧与壁面接触时)。

电极寿命可通过增加铪辐射体的冷却来延长，例如，使用海别得(Hypertherm)公司的冷却芯设计。例如，参照提交于1998年7月20日的题为“Electrode for a Plasma Arc Torch Having an Improved InsertConfiguration(用于等离子弧焊炬的具有改进后的插入结构的电极)”的美国专利第6130399号，该申请以引用方式完整地包含于此。然而，电极寿命可能依然很短，尤其是当等离子气体涡流注入位置远离电极表面的上游(例如，由于很大的等离子增压室引起的)时更是如此。当涡流注入位置移动到靠近电极表面时，可延长电极寿命。等离子弧焊炬可具有接近于电极表面的涡流注入位置(例如，导致增压室缩减)。举例而言，HT4400 400A 02等离子过程具有包括“更近的”涡流注入位置的涡流环设计。使涡流注入位置更接近电极表面可增加在强电流焊炬中的电极寿命，这是由于其在焊炬的操作过程中减少了辐射体损耗量。长的涡流环可用于实现涡流注入位置与电极表面接近，从而延长电极寿命。

发明内容

利用现有技术的排放式喷嘴(例如，比如说在美国专利第5317126号中的喷嘴)可通过喷嘴的衬垫来限制用于涡流环的可利用空间。虽然现有技术的排放式喷嘴延长了喷嘴寿命，但现有技术的排放式喷嘴会引起涡流环注入位置设置成远离电极表面(例如，涡流环注入位置与电极表面之间的长距离)，从而导致电极寿命变差。

将涡流环注入位置构成为接近于电极表面且同时用排放后的气体冷却喷嘴可增加喷嘴寿命和电极寿命。在一些方面，本发明可构成喷嘴外壳/主体，该喷嘴外壳/主体的尺寸做成可收纳喷嘴衬垫和至少一部分涡流环。喷嘴可构成允许涡流环被深深地插入喷嘴，能在适应排放式喷嘴使用的同时使涡流环注入位置接近于电极。等离子气体可朝电极的端面注入，减少焊炬操作过程中辐射体损耗量(例如，引起气流的涡流控制的改进从而在电极操作过程中减少熔融铪辐射/喷射)。排放式喷嘴可包括形成于喷嘴中的等离子气体排放通道。在一些方面，本发明可构成排放式喷嘴，其中排放通道距孔的距离可被定位得足够远，以避免熔融金属引入排放通道，从而引起焊炬损伤。细长且渐缩的(例如，尖的)消耗品可使消耗品在斜面上很有用。

在一方面，本发明的特征在于，一种用于等离子焊炬的喷嘴可包括主体，该主体具有内表面、外表面、近端以及在远端上的出口孔。喷嘴可包括被主体的内表面围绕的衬垫，该衬垫包括：近端；以及出口孔，该出口孔在与主体的出口孔相邻的远端上。喷嘴还可包括形成于主体中的至少一个排放通道。该至少一个排放通道可包括：入口，该入口形成于主体的内表面中；以及出口，该出口形成于主体的外表面中。该至少一个排放通道可设置在主体的近端和衬垫的近端之间。

在另一方面，本发明的特征在于，一种用于等离子焊炬的喷嘴可包括主体，该主体具有内表面、外表面和由主体的内表面限定的空间。喷嘴可包括衬垫，该衬垫完全设置在空间的第一部分内并且与主体的内表面相邻。喷嘴还包括至少一个等离子气体排放孔，该等离子气体排放孔从主体的内表面延伸至主体的外表面。该至少一个等离子气体排放孔可直接暴露于空间的第二部分。

在还一方面，本发明的特征在于，一种用于等离子焊炬的喷嘴。该喷嘴可包括主体，该主体具有近端、远端和设置在远端上的出口孔。喷嘴还可包括衬垫，该衬垫具有近端、远端和设置在衬垫的远端上且与主体的出口孔相邻的出口孔。喷嘴还可包括等离子气体排放管道，该等离子气体排放管道可至少部分地由主体的一部分和衬垫限定。至少一个等离子气体排放孔可形成于主体中。喷嘴还可包括腔体，该腔体具有：第一端，该第一端与主体的近端对应；以及第二端，该第二端与衬垫的结构对应。腔体的第一端到腔体的第二端的长度可为主体的近端到主体的出口孔的进口的长度的至少1/3。

另一方面，本发明的特征在于，一种用于等离子弧焊炬的涡流环，该等离子弧焊炬包括等离子室，该等离子室由喷嘴和电极限定。涡流环可包括主体，该主体具有近端、远端、外表面以及内表面。涡流环可包括内部气体室，该内部气体室形成在主体内，并且至少部分地由主体的内表面限定。近端进气口可将气体供给至内部气体室，至少一个远端出气口可将气体从内部气体室供给至等离子室并且在等离子室中产生充分涡旋的气流。

在还一方面，本发明的特征在于，一种用于等离子焊炬的涡流环，构成为与排放式喷嘴的一部分配合。涡流环可包括主体，其中，主体的内表面限定至少一部分内部气体室。涡流环还可包括至少一个出气口，该出气口与内部气体室流体连通。该至少一个出气口可在焊炬的操作过程中通过至少一个出气口供给涡旋的等离子气体。该涡流环还可包括主体的外表面，该主体的外表面限定在焊炬的操作过程中用于排放后的等离子气体的排放通道的一部分。

在还一方面，本发明的特征在于，一种等离子弧焊炬可包括电极，该电极具有远端面、近端面和外表面。该焊炬可包括喷嘴，该喷嘴具有：外部部件；内部部件，该内部部件设置在外部部件内；以及至少一个等离子气体排放通道，该等离子气体排放通道形成于外部部件中。焊炬还可包括等离子室，该等离子室至少部分地由电极的远端面和喷嘴限定。焊炬的涡流环可具有外表面、内表面和至少一个在远端上且与等离子室流体连通的涡流孔。内部气体室可至少部分地由涡流环的内表面和电极的外表面限定。焊炬还可包括排放管道，该排放管道将等离子气体引入喷嘴的至少一个等离子气体排放通道。排放管道的第一部分可至少部分地由喷嘴的外部组件的内表面相对于涡流环的外表面来限定。排放管道的第二部分可至少部分地由喷嘴的外部组件的内表面和喷嘴的内部组件的外表面来限定。

在还一方面，本发明的特征在于，一种在等离子弧焊炬的涡流环内形成气体室的方法。该方法可包括：提供电极，该电极具有带外表面的主体；以及将该电极插入涡流环的主体内，涡流环主体限定内表面，从而在涡流环内形成气体室，该气体室至少部分地由涡流环的内表面和电极的外表面限定。

在其它例子中，如上所述的任何一方面，或在此所示的任何设备或方法可包括一个或多个下述特征。

在一些实施例中，喷嘴包括至少部分地由主体的内表面和至少部分地由喷嘴的衬垫限定的腔体。该腔体可从主体的近端延伸至衬垫的结构。在一些实施例中，该结构是从衬垫的内表面突出的肩部。在一些实施例中，该腔体与形成于主体中的至少一个排放通道的入口相邻。该腔体的尺寸做成可收纳用于等离子弧焊炬的涡流环的至少一部分。

喷嘴还可包括气体排放管道，该气体排放管道将排放气体引导到至少一个排放通道。在一些实施例中，喷嘴的衬垫相对于喷嘴的主体限定气体排放管道的第一部分，涡流环相对于喷嘴的主体限定气体排放管道的第二部分。在一些实施例中，该至少一个排放通道是排放孔。

喷嘴的该腔体可具有：第一端，该第一端与主体的近端对应；以及第二端，该第二端与衬垫的结构对应，其中，腔体的第二端更靠近主体的出口孔而不是主体的近端。在一些实施例中，衬垫的结构可以是从衬垫的内表面突出的肩部。该腔体的尺寸做成可收纳用于等离子弧焊炬的涡流环的至少一部分。

在一些实施例中，至少一个等离子腔体排放孔设置在喷嘴的主体的近端与喷嘴的衬垫的近端之间。

涡流环可具有带内表面的主体，该内表面具有环状形状。涡流环可具有主体，该主体的尺寸做成可收纳具有外表面的电极。主体的内表面的突出部分的尺寸做成可收纳电极。电极的外表面可与主体的内表面一起(至少部分地)形成内部气体室的一部分。主体的外表面可至少部分地形成排放等离子气体管道的一部分。涡流环可具有近端进气口，该近端进气口从主体的外表面延伸至内部气体室。

在一些实施例中，涡流环的主体可包括肩部，该肩部的尺寸做成可配合等离子弧焊炬的相邻消耗品(例如，在此所述的喷嘴)。该涡流环的主体还可包括直径缩减部分，该直径缩减部分至少部分地限定在焊炬的操作过程中用于排放后的等离子气体的排放管道的一部分。在一些实施例中，涡流环的外表面与形成于用于等离子弧焊炬的喷嘴中的至少一个排放通道相邻。排放通道可将等离子气体从等离子电弧中排出。在一些实施例中，涡流环的内部气体室中的等离子气体和排放通道中的排放后的等离子气体在焊炬的操作过程中沿基本相反的方向流动。在一些实施例中，用于等离子弧焊炬的涡流环可包括近端进气口和远端出气口，该近端进气口将气体供给至涡流环的内部气体室，该远端出气口产生涡旋气体。

在一些实施例中，电极的两个密封位置中的第一密封位置在两个密封位置中的第二密封位置的近端侧。第一密封位置可提供流体密封，而第二密封位置可将电极密封至相邻的涡流环。密封位置中的至少一个可包括O形环或其尺寸做成可收纳O形环。

在一些实施例中，电极的近端外部密封位置或远端外部密封位置包括O形环或其尺寸做成可收纳O形环。电极和涡流环可一起限定内部气体室。电极的远端外部密封位置可设置在内部气体室与电极的端面之间。

焊炬可包括喷嘴，该喷嘴具有近端和在远端上的孔。涡流环的远端可设置成更靠近喷嘴的远端而不是喷嘴的近端。涡流环的第一内部密封表面和第二内部密封表面可设置在涡流环与电极的外表面之间。第一内部密封表面和第二内部密封表面可至少部分地限定内部气体室。在一些实施例中，等离子弧焊炬的喷嘴的至少一个等离子气体排放通道与排放管道相邻。至少一个涡流孔可将涡旋的气体朝向电极的远端面引导。

本发明的其余方面和优点将在下述附图和描述中显而易见，其均仅以示例的方式来说明本发明的原理。

附图说明

结合附图参照以下说明书，以便更好地理解本发明的上述优点和其他优点。这些图不一定按比例绘制，而重点通常放在示出本发明的原理上。

图1示出了根据本发明一说明性实施例的等离子弧焊炬的消耗品的层叠结构。

图2示出了根据本发明一说明性实施例的等离子气体流动路径。

图3示出了根据本发明一说明性实施例的等离子弧焊炬的排放式喷嘴。

图4示出了根据本发明另一说明性实施例的等离子弧焊炬的排放式喷嘴。

图5示出了根据本发明一说明性实施例的等离子弧焊炬的涡流环。

图6示出了根据本发明一说明性实施例的等离子弧焊炬的电极。

图7示出了用于等离子弧焊炬的消耗品寿命的测试结果。

具体实施方式

图1示出了根据本发明一说明性实施例的等离子弧焊炬的消耗品的层叠结构。等离子弧焊炬可包括喷嘴100、涡流环105和电极110。喷嘴100包括：主体115；衬垫120，该衬垫120设置在主体115内；以及至少一个排放通道125(例如，等离子气体排放通道)，该排放通道125形成于主体115中。喷嘴100的尺寸做成可收纳涡流环105，该涡流环105的尺寸做成可收纳电极110。焊炬可具有增压室130，该增压室至少部分地由涡流环105、电极110和喷嘴100限定。喷嘴100可构造成与涡流环105匹配，从而使涡流环105的气体口135(例如，涡流注入位置)可接近于电极表面140。这种构造允许使用排放式喷嘴来增加喷嘴寿命，也允许同时具有接近于电极表面140(例如，导致增压室130缩减)的涡流孔(例如，气体口135、涡流注入位置)来增加电极寿命。

在一些实施例中，等离子弧焊炬包括喷嘴100，该喷嘴100具有：外部部件(例如，主体115)；内部部件(例如，衬垫120)，该内部部件设置在外部部件内；以及至少一个等离子气体排放通道125，该等离子气体排放通道125形成于外部部件中。焊炬可包括电极110，该电极110具有远端面140、近端145以及外表面150。焊炬可包括等离子室(例如，增压室130)，该等离子室至少部分地由电极的远端面140和喷嘴100限定。在一些实施例中，焊炬包括涡流环105，该涡流环105具有外表面155；内表面160；以及至少一个涡流孔(例如，气体口135)，该涡流孔在远端170上且与等离子室流体连通。至少一个涡流孔可将涡旋的气体朝向电极的远端面140引导。涡流环的内表面160和电极的外表面150可至少部分地限定内气体室175。焊炬还可包括排放管道180A、180B，该排放管道180A、180B将等离子气体引入喷嘴100的至少一个等离子气体排放通道125。喷嘴100的等离子气体通道125可设置成与排放管道180A、180B相邻。排放管道的第一部分180B可至少部分地由喷嘴100的外部部件的内表面185相对于涡流环的外表面155限定。排放管道的第二部分180A可至少部分地由喷嘴100的外部部件的内表面185和喷嘴100的内部部件的外表面190限定。

在一些实施例中，喷嘴100长且渐缩(例如，长且“尖”的排放式喷嘴)，这种喷嘴可在斜面应用中非常有利。长且渐缩的喷嘴构造还是可取的，从而形成于喷嘴主体115的至少一个排放通道125(例如，等离子气体排放通道)与较短的喷嘴设计相比，能设置成进一步远离孔195。在较短的喷嘴构造中，排放通道可更接近于孔，一旦遇到灾难性故障，熔融铜就可能进入排放通道和焊炬排放线，引起焊炬故障(例如，电极脱开)。喷嘴100的主体115可具有近端200和在远端205上的出口孔195。衬垫120可包括：近端210和在与主体115的出口孔195相邻的远端220上的出口孔215。喷嘴中的至少一个排放通道125可具有：入口225，该入口225形成于主体的内表面185中；以及出口230，该出口230形成于主体的外表面270中。至少一个排放通道125可设置在主体的近端200和衬垫的近端210之间。在一些实施例，排放通道125是排放孔。

涡流环105可包括主体，该主体的内表面160可限定内部气体室175。在一些实施例中，涡流环的内表面160可以是环形的，而内表面160可具有突出部分160’，该突出部分160’的尺寸做成可收纳电极110。电极110的外表面150可与涡流环的主体的内表面160一起(至少部分地)形成内部气体室175的一部分。

在一些实施例中，在等离子弧焊炬的涡流环105内限定气体室175的方法包括：提供具有带外表面150的主体的电极110，以及将该电极110插入涡流环105的主体，涡流环主体形成内表面160，因而在涡流环105内形成气体室175，该气体室175至少部分地由涡流环105的内表面160和电极110的外表面150限定。

涡流环105还可包括近端进气口235，该近端进气口235将气体供给到内部气体室175。近端进气口235可从涡流105的主体的外表面155延伸到内部气体室175。涡流环105还包括至少一个远端出气口135(例如，涡流注入口、涡流孔等)，该远端出气口与内部气体室175流体连通，将气体从内部气体室175提供到等离子室(例如，增压室130)，且在等离子室中产生充分涡旋的气流。在一些实施例中，涡流环的远端170更靠近喷嘴的远端205而不是喷嘴的近端200。在一些实施例中，第一内密封表面240A和第二内密封表面240B设置在涡流环105和电极的外表面150之间。

第一内密封位置240A和第二内密封位置240B可至少部分地限定内部气体室175。第一内密封位置240A或第二内密封位置240B可设置在电极110主体与涡流环105内径之间，以避免等离子气体在涡流环内径与电极主体之间泄漏。在一些实施例中，涡流环105可包括肩部部分241和直径缩减部分242。肩部241的尺寸做成可配合等离子弧焊炬的相邻消耗品(例如，喷嘴100)。涡流环105的直径缩减部分242可至少部分地限定排放管道的一部分180B，用于在焊炬操作过程中排放等离子气体。

在一些实施例中，排放管道180A、180B是将排放气体引导到喷嘴中的至少一个排放通道125的气体排放管道。在一些实施例中，喷嘴的衬垫120可相对于喷嘴的主体115限定气体排放管道的第一部分180A，涡流环105可相对于喷嘴的主体115限定气体排放管道的第二部分180B。涡流环的主体的外表面155可至少部分地形成等离子气体排放管道的一部分180B。涡流环的外表面155可与形成于喷嘴100中的至少一个排放通道125相邻。

图2示出了根据本发明一说明性实施例的等离子气体流动路径。等离子气体从焊炬通过涡流环105的至少一个近端进气口235(例如，计量或分配孔)流入内部气体室175。等离子气体被引导到至少一个远端出气口135(例如，涡流注入位置、涡流孔、轴向涡流注入孔等)，该远端出气口135将气体从内部气体室175供给至等离子室(例如，增压室130)。这至少一个远端出气口135可位于电极表面140附近，这可通过防止熔融铪在焊炬操作过程中被喷射以减少来自电极110的辐射体损耗，从而增加电极寿命。远端出气口135可在等离子室中产生充分涡旋的气流。等离子气体的一部分可被排放，引导通过排放管道180A、180B，冷却喷嘴100，并引导到喷嘴100中的至少一个排放气体通道125。如图2的流动线181所示，涡流环的外表面(例如，涡流环的主体的外表面155)可对排放后的等离子气体进行导向(例如，经由排放等离子气体管道180B)。

排放流可被排放管道180A或衬垫120与喷嘴的主体115之间的区域最先引导。排放流可被引导至涡流环105的外径与喷嘴主体115的内径之间。在一些实施例中，排放后的气体可被引导通过排放管道180A、180B，通过在衬垫120与喷嘴主体115(例如，喷嘴外壳)之间的多个槽245。排放后的等离子气体可退出槽，且穿过在涡流环105的外径与喷嘴主体115(例如，壳体)的内径之间的环状间隙250(例如，限定排放管道的一部分180B)。接着，排放后的气体可穿过至少一个气体排放通道125(例如，计量孔、排放孔等)到达焊炬排放气体管路，并排出到环境氛围。

涡流环105可构成为与排放喷嘴100的一部分匹配。涡流环105在焊炬的操作过程中可同时具有等离子气体和排放后的等离子气体，上述等离子气体沿涡流环主体的内表面160流动，而上述排放后的等离子气体沿涡流环主体的外表面155流动。涡流环105具有主体，且该主体的内表面160可限定与至少一个涡流孔(例如，在图1、图2中的远端气体口135)流体连通的内部气体室175的一部分，其中，上述涡流孔在焊炬操作过程中提供涡旋的等离子气体。涡流环105的主体的外表面155可限定在焊炬操作过程中用于排放后的等离子气体的排放管道的一部分180B。如图1所示，主体115和喷嘴的衬垫120可限定排放管道的另一部分180A。排放管道180A、180B将等离子气体从等离子电弧排出。在焊炬操作过程中，在内部气体室175中的等离子气体和在排放管道180A、180B中的排放后的等离子气体可在基本相反的方向上流动。

等离子弧焊炬内的涡流环的设计和定位可涉及复杂的技术，且会影响焊炬操作特征。涡流环的设计和定位也会影响消耗品部件(例如，喷嘴、电极等)的预期寿命。如在此(例如，图1～图4)所述的涡流环的定位会引起气体涡流控制的改进、消耗品寿命的延长(例如，比如说通过降低辐射体损耗来延长电极寿命)。

图3示出了根据本发明一说明性实施例的等离子弧焊炬的排放式喷嘴。喷嘴包括：主体115；衬垫120，该衬垫120设于主体115；排放通道125，该排放通道125形成于主体中；以及等离子气体排放管道180A。喷嘴还可包括：腔体255，该腔体225的尺寸做成可收纳至少一部分用于等离子弧焊炬的涡流环(例如，如图1和图2所示的涡流环105)。与主体的长度265相比，通过减少衬垫的长度260，从而可使形成于主体115中的排放通道125(例如，排放计量孔)暴露(例如，没有被衬垫120覆盖)。与衬垫覆盖或延伸超过排放通道的设计相比，这种构造允许涡流环105更长地延伸至喷嘴100内。通过允许涡流环105更长地延伸至喷嘴100内，排放喷嘴可用于增强喷嘴寿命，同时允许涡流注入位置(例如，如图1和图2所示的远端气体口135)设置成靠近电极表面(例如，导致增压室缩减)来增加电极寿命。

喷嘴主体115可包括：内表面185；外表面270；近端200；以及在远端205上的出口孔195。喷嘴100还可包括被主体的内表面185环绕的衬垫120。衬垫120可包括近端210和在衬垫的远端220的出口孔275。衬垫的出口孔275可与主体的出口孔195相邻。

在一些实施例中，至少一个形成于主体115中的排放通道125可具有：入口225，该入口225形成于主体的内表面185中；以及出口230，该出口230形成于主体的外表面270中。排放通道125可形成于喷嘴115的主体中，但设于主体的近端200与衬垫的近端210之间限定的区域。喷嘴100可包括等离子气体排放管道180A，该等离子气体排放管道180A可至少部分地由一部分主体115和衬垫120限定。等离子气体排放管道180A可与至少一个形成于喷嘴的主体115中的排放通道125流体连通和/或相邻。在一些实施例，排放通道125是排放孔。

腔体255可至少部分地由主体的内表面185限定，并且至少部分地由喷嘴的衬垫120的一部分限定。在一些实施例中，衬垫120包括结构277(例如，衬垫120的主体的任意部分，从衬垫的内表面278突出的结构，举例来说，形成于衬垫120的轮廓、肩部、凸缘、锥形表面或台阶)，从而允许衬垫120与涡流环的至少一部分(例如，如图1和图2所示的涡流环105)配合。内表面278可形成涡流环的纵向对准，从而固定其距喷嘴出口孔195的距离。腔体255可从主体的近端200延伸至衬垫120的结构277(例如，突出结构)。在一些实施例中，腔体255与形成于主体115中的至少一个排放通道125的入口225相邻。腔体255还可具有：第一端280，该第一端280与主体的近端200对应；以及第二端285，该第二端285与衬垫的结构277对应。腔体的长度290(例如，从腔体的第一端280到腔体的第二端285的距离)可为主体的长度265(例如，从主体的近端200到主体的出口孔195的进口279的距离)的至少1/3。在一些实施例中，腔体的第二端285更靠近主体的出口孔195而不是主体的近端200。

图4示出了根据本发明另一说明性实施例的等离子弧焊炬的排放式喷嘴100’。喷嘴100包括：主体115；衬垫120，该衬垫120设于主体115中；排放通道125，该排放通道125形成于主体115中；以及等离子气体排放管道180A。喷嘴100’还可包括空间295(例如，包括空间的第一部分295A和空间的第二部分295B)，该空间295由主体115限定，空间295的尺寸做成可收纳衬垫120和至少一部分用于等离子弧焊炬的涡流环(例如，图1和图2所示的涡流环105)。

喷嘴主体115可包括内表面185和外表面270，在其中，空间295由主体115的内表面185限定。衬垫120可完全设置在空间的第一部分295A内，并且与主体的内表面185相邻。喷嘴100’还可包括至少一个等离子气体排放孔(例如，等离子气体排放通道125)，该等离子气体排放孔从主体的内表面185延伸至主体的外表面270，在其中，至少一个等离子气体排放孔直接暴露于空间的第二部分295B。

图5示出了根据本发明一说明性实施例的等离子弧焊炬的涡流环105。涡流环可限定等离子室，该等离子室由喷嘴(例如，如上述图1和图2所示的喷嘴100)和电极(例如，如图1和图2所示的电极110)来限定。涡流环105可包括主体300，该主体300具有近端305、远端310、外表面155以及内表面160。涡流环还可包括内部气体室(未完全示出)，该内部气体室形成在主体300内，并且至少部分地由主体的内表面160限定。近端进气口235可将气体供给至内部气体室。至少一个远端出气口135可将气体从内部气体室供给至等离子室，并且在等离子室中产生充分涡旋的气流。近端进气口235可从涡流环的主体的外表面155延伸到至少部分地由内表面160限定的内部气体室。涡流环105的外表面155可构成为将等离子排放气体引导至密封组件311A与密封组件311B之间(例如，可包括0形环或尺寸做成可收纳0形环等)。密封组件311A、311B可具有不同的尺寸。在一些实施例中，密封组件311A可包括比密封组件31B大(例如，直径更大)的O形环。在一些实施例中，密封组件311A、311B的尺寸做成密封组件311A、311B仅配合短的配合距离，有助于涡流环105相对于喷嘴(例如，图1～图4的喷嘴100)安装的便利性。

图6示出了根据本发明一说明性实施例的等离子弧焊炬的电极110。电极110可包括细长主体315，该细长主体315具有近端145和远端316。电极110可包括在远端面140上的放射性元素320。在一些实施例中，电极110包括在近端325上的开口。电极110还可包括细长主体的外表面150，该外表面150具有两个密封位置330A、330B，该密封位置330A、330B限定至少一部分相对于涡流环(例如，如上述图1、图2和图5所示的涡流环105)的内部气体室。内部气体室(例如，如图1、图2所示的内部气体室175)可与涡流环的至少一个气体涡流孔(例如，如上述图1、图2和图5所示的远端气体口135)流体连通。由密封位置330A、330B限定的电极110的外表面331的一部分可相对于涡流环(例如，如上述图1、图2和图5所示的涡流环105)限定内部气体室(例如，如图1和图2所示的内部气体室175)，并且构成为将等离子气体供给至出气口(例如，如图1、图2和图5所示的远端气体口135)。

在一些实施例中，两个密封位置中的第一位置330A在第二密封位置330B(例如，远端外部密封位置)的近端侧(例如，近端外部密封位置)。第一密封位置330A可提供流体密封，第二密封位置330B可将电极110密封到相邻的涡流环(例如，如上述图1、图2和图5所示的涡流环105)。密封位置330A、330B中的至少一个可包括O形环或其尺寸做成可收纳O形环。第二密封位置330B可构成为引导等离子气体通过涡流环的至少一个涡流孔(例如，如上所述的远端气体口135)并朝向电极的端面140。在一些实施例中，电极110与涡流环(例如，如上所述的涡流环105)一起限定内部气体室(例如，如上所述的内部气体室175)，并且远端外部密封位置330B设置在内部气体室与电极的端面140之间。

图7示出了用于等离子弧焊炬的消耗品寿命的测试结果。该图示出了用于具有长增压室335的等离子弧焊炬和用于具有缩减增压室340的等离子弧焊炬的60秒切割的结果。具有长增压室335的等离子弧焊炬产生大约90弧分。具有缩减增压室340的等离子弧焊炬产生大约170弧分。因此，发现在排放后的等离子过程中具有缩减的增压室—轴向涡流注入设计的等离子弧焊炬产生最多的弧分。还希望形成长且渐缩的喷嘴(例如，尖喷嘴)来满足锥形需求。增长从喷嘴的出口孔到在排放式喷嘴中的排放通道的距离实质上减少了熔融金属进入排放通道而引起焊炬故障的可能性。

在此(例如，图3和图4中)所述的术语“腔体”和“空间”为了清楚描述实施例，可与在此使用且已经使用的进行互换。尽管已参照其特定说明性实施例具体示出和描述了本发明，但应当理解，可在不脱离本发明的精神和范围内对形式和细节方面进行各种改变。

Claims

1.一种用于等离子焊炬的喷嘴，包括：

主体，该主体具有内表面、外表面、近端和在远端上的出口孔；

衬垫，该衬垫被所述主体的所述内表面围绕，该衬垫包括近端和出口孔，该出口孔在与所述主体的所述出口孔相邻的远端上；以及

至少一个排放通道，所述至少一个排放通道形成于所述主体中，具有形成于所述主体的所述内表面中的入口和形成于所述主体的所述外表面中的出口，所述至少一个排放通道设置在所述主体的所述近端与所述衬垫的所述近端之间。

2.如权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，还包括腔体，该腔体至少部分地由所述主体的所述内表面限定，并且从所述主体的所述近端延伸至从所述衬垫的内表面突出的结构。

3.如权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，从所述衬垫的内表面突出的所述结构是从所述衬垫的内表面突出的肩部。

4.如权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述腔体与形成于所述主体中的所述至少一个排放通道的所述入口相邻。

5.如权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述腔体的尺寸做成可接纳用于等离子焊炬的涡流环的至少一部分。

6.如权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述至少一个排放通道是排放孔。

7.如权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，还包括气体排放管道，该气体排放管道将排放气体引导到所述至少一个排放通道，其中，所述喷嘴的所述衬垫相对于所述喷嘴的所述主体限定所述气体排放管道的第一部分，而涡流环相对于所述喷嘴的所述主体限定所述气体排放管道的第二部分。

8.一种用于等离子焊炬的喷嘴，包括：

主体，所述主体具有近端、远端和在远端的出口孔，该主体具有内表面、外表面和由所述主体的所述内表面限定的空间；

衬垫，所述衬垫具有近端、远端和在所述衬垫的远端上且与所述主体的所述出口孔相邻的出口孔，该衬垫完全设置在所述空间的第一部分内并且与所述主体的所述内表面相邻；以及

至少一个等离子气体排放孔，所述至少一个等离子气体排放孔从所述主体的所述内表面延伸至所述主体的所述外表面，其中，所述至少一个等离子气体排放孔直接暴露于所述空间的第二部分,所述至少一个排放孔设置在所述主体的所述近端与所述衬垫的所述近端之间。

9.一种用于等离子焊炬的喷嘴，包括：

主体，该主体具有近端、远端和设置在所述远端上的出口孔；

衬垫，该衬垫具有近端、远端和设置在所述衬垫的所述远端上且与所述主体的所述出口孔相邻的出口孔；

等离子气体排放管道，该等离子气体排放管道至少部分地由所述主体的一部分和所述衬垫限定；

形成于所述主体中的至少一个等离子气体排放孔，所述至少一个排放孔设置在所述主体的所述近端与所述衬垫的所述近端之间；以及

腔体，该腔体具有第一端和第二端，所述第一端与所述主体的所述近端对应，而所述第二端与从所述衬垫的内表面突出的结构对应，其中，从所述腔体的所述第一端至所述腔体的所述第二端的长度是从所述主体的所述近端至所述主体的所述出口孔的进口的长度的至少1/3。

10.如权利要求9所述的喷嘴，其特征在于，从所述衬垫的内表面突出的所述结构是从所述衬垫的内表面突出的肩部。

11.如权利要求9所述的喷嘴，其特征在于，所述腔体的所述第二端更靠近所述主体的所述出口孔而不是所述主体的所述近端。

12.如权利要求9所述的喷嘴，其特征在于，所述腔体的尺寸做成可收纳用于等离子焊炬的涡流环的至少一部分。