CN102574231A - 利用等离子电弧焊炬在水下标记工件的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用等离子电弧焊炬在水下进行标记的方法。该方法包括：使气流包围由等离子电弧焊炬产生的等离子电弧(步骤408)。可以利用空气帘旨在使气流围绕和/或沿着等离子电弧焊炬的主体。以这种方式引导气流产生了大致包围等离子电弧的保护性空气帘。可以使用8和35安之间的电流来对工件进行标记。之后，可以利用30到750安之间的电流使用相同的等离子电弧焊炬来切割工件(步骤430)。相同的喷嘴和气流流速可以用于标记操作和切割操作二者。另外，在标记操作和切割操作期间，可以将工件始终保持在水下(步骤404)。

Description

利用等离子电弧焊炬在水下标记工件的方法

技术领域

本申请涉及被构造为在水下工作的等离子电弧焊炬及相关联的方法。

背景技术

利用等离子电弧焊炬进行的切割有时在水下进行，以减小等离子切割相关联的噪声，并且将切割过程对外界的不利影响减到最小。水束缚了等离子体产生的排放物和通过切割产生的微粒，否则这些排放物和微粒将释放到空气中。另外，水下切割减少有害闪光、紫外光辐射和噪声的量，否则工人将暴露于这些有害的闪光、紫外光辐射和噪声。

发明内容

然而迄今为止，并没有针对标记而实现等离子电弧焊炬的水下操作的优点。

本公开在一个方面描述了一种对工件操作等离子电弧焊炬的方法。该方法包括：将所述工件的表面浸没到水下；利用所述等离子电弧焊炬产生等离子电弧；以及以气流大致包围所述等离子电弧。在一些实施方式中，可以使所述工件的表面浸没在水下至少二(2)英寸。在一些实施方式中，该方法还包括：将所述等离子电弧焊炬的至少一部分浸没到水下；以及将由所述气流大致包围的所述等离子电弧对准在被浸没在水下的所述工件的表面上。该方法还包括：利用所述等离子电弧来标记被浸没在水下的所述工件的表面，使所述等离子电弧仅刺入所述工件的厚度的一部分。在标记所述工件的操作期间用于产生所述等离子电弧的电流可以是八(8)到三十五(35)安之间。

在一些实施方式中，该方法还包括：如通过利用安装在所述等离子电弧焊炬的主体上的空气帘装置而将按照围绕所述等离子电弧焊炬的主体和沿所述等离子电弧焊炬的主体中的至少一种方式引导所述气流，由此产生大致包围所述等离子电弧的回旋的保护性空气帘。因而，该方法还可以包括：在所述等离子电弧焊炬的喷嘴与所述空气帘装置之间引导所述气流，使所述气流从在所述喷嘴和所述空气帘装置之间限定的排出口排出。

在附加实施方式中，该方法还可以包括：利用由所述等离子电弧焊炬产生的所述等离子电弧向完全切割穿过所述工件的厚度，并且这可以在标记操作之后在水下进行。在切割所述工件的操作期间用于产生等离子体电弧的电流可以是三十(30)到七百五十(750)安之间。所述方法可以还包括：至少在标记所述工件和切割所述工件的操作期间，使所述气流始终维持在大致恒定的流速。另外，在标记所述工件的操作和切割所述工件的操作之间，可以不需要用另一喷嘴来替换所述等离子电弧焊炬的喷嘴。

附图说明

在对实施方式进行了概括描述后，下面将提及附图，这些附图不一定是按比例绘制的，其中：

图1A例示了根据示例性实施方式的湿式工作台的顶视图；

图1B例示了图1A的根据示例性实施方式的湿式工作台的侧视图；

图2例示了根据示例性实施方式的空气帘装置；

图3例示了根据示例性实施方式的干式工作台；

图4例示了空气帘装置的另选的示例性实施方式；以及

图5例示了根据示例性实施方式的对工件操作等离子电弧焊炬的方法。

具体实施方式

下面将参照附图更全面地描述用于在水下标记工件的装置和方法，其中示出了一些但不是全部实施方式。实际上，本公开可以按照很多不同形式来实施，并且不应当解释为限于这里所阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式是为了使得本公开能够满足适用的法律要求。相同附图标记始终表示相同的要素。

使用等离子电弧焊炬的一个常见操作是切割，其中由等离子电弧焊炬产生的等离子电弧完全切割穿过工件。以前，一种等离子电弧切割方法是使用湿式工作台(watertable)在水下切割工件。诸如图1A至图1B所例示的湿式工作台10的实施方式的湿式工作台可以包括具有格栅14的高架水盆12，格栅14中具有多个金属条16。格栅14支承将被操作的工件。在操作前，湿式工作台10注水或者使格栅14下降，使得工件被浸没在水中。在水平面升高的湿式工作台的实施方式中，可以通过将水泵入湿式工作台或将压缩空气流入腔室中从而排水，由此造成水平面上升。在工件被浸没之后，将等离子电弧焊炬的头部也浸没到水中。

在切割期间，切割区域附近的气流形成“空气帘”或者“气泡”。这保护了等离子电弧不被水熄灭。使用这种构造，切割产生的气体排放可以被水捕捉。另外，可以减小由切割操作产生的噪声和紫外光辐射。尽管可以由不同类型的结构产生空气帘，但是为了例示的目的，图2例示了空气帘装置120的一个实施方式。此外，尽管将该装置描述为连接至等离子电弧焊炬的附加结构，但是也可以将该装置与等离子电弧焊炬制造成一体。

如图2所示，示例装置120包括由诸如镀铬黄铜的材料制成的圆筒状支承体122。圆筒状支承体122包括分裂开的上部124，该上部形成了夹圈。内六角螺钉(未示出)将夹具的两侧连接到一起以将圆筒状支承体122固定到等离子电弧焊炬100的外表面(用虚线示出)。圆筒状支承体122按照与由等离子电弧焊炬100限定的焊炬主体110分隔开的方式延伸，并且形成环形开口130。

在圆筒状支承体122和等离子电弧焊炬100之间设置了绝缘套132，以便使圆筒状支承体122与弧炬主体110绝缘。在这个方面，绝缘套132可以由低级酚醛树脂(lowgrade phenolic)制成。绝缘套132可以固定到圆筒状支承体122的内表面。O形圈134固定到绝缘套132的内部凹槽中，并且帮助将绝缘套固定到弧炬主体110。在安装期间，可以将圆筒状支承体122和绝缘套132滑动到弧炬主体110上并如图2中示出的那样设置。

圆筒状套管140被纳入圆筒状支承体122的环形开口130中。圆筒状套管140可以由阳极化铝制成以形成重量轻但抗腐蚀的坚固结构。圆筒状套管140沿着弧炬主体110的前端按照与弧炬主体110分隔开的方式延伸以限定环状气室142，环状气室142沿着弧炬主体110的前端延伸并且与等离子电弧焊炬100的喷嘴112相邻地形成环形排出口144。圆筒状套管140的后部被容纳在环形开口130中。O形圈146固定在环形凹槽148中，并且帮助圆筒状套管140保持在圆筒状支承体122。由圆筒状套管140限定的排出口144可以在约1/32英寸到约1/16英寸之间。

如图2进一步例示的，圆筒状支承体122的下部直径放大以保证足够的空间来形成设置O形圈146的环形槽148。至少一个空气通道孔150也从直径放大的部分延伸穿过圆筒状支承体122和圆筒状套管140。空气通道孔150终止于环状气室142处并且允许高速气体以围绕和/或沿着弧炬主体110的前端旋转并通过排出口144的方式注入环状气室142，以产生均匀形成的保护性空气帘。圆筒状支承体122的直径放大部分上安装了空气配件152，该空气配件与空气通道孔150连通。标准软管(未示出)被拧入空气配件中并提供高速气体源。圆筒状支承体122的内表面与圆筒状套管140之间限定了放大的空气增压室154。因而，高速气体首先被注入空气增压室154中，之后再进入环状气室142中。

环状气室142还包括放大的空气增压室156，空气被注入到放大的空气增压室156中，然后向下方穿过环状的空气通道142。弧炬主体110具有环形凹槽158，该环形凹槽158形成了放大的空气增压室156。在操作期间，高速气体如上所述地排放到空气通道孔150中并排放到第一增压室154中。在一个实施方式中，气体被分配到增压室154中，并且接着移动穿过正切地延伸到第二增压室腔154中的多个均匀隔开的孔150。正切地倾斜的孔150提供了增压室156内的旋转气流。高速气体围绕并沿着弧炬主体110向下旋转通过环状空气通道142，并且通过开口144排出以形成等离子电弧的保护性空气帘。旋转的高速气体形成均匀分布的空气帘，空气帘使得水不能流入切割区域中。另外，旋转的高速气体在离开出口144之后向外膨胀，并且这样形成的空气帘的直径大于使用其它构造可能实现的空气帘的直径。因而，与其它构造相比，水更不易于流入切割区域中。

因此，使用如上所述的空气帘装置的实施方式，可以进行水下切割。然而，用过的水的排出以及湿式工作台的清洁所需要的费用和工作导致行业转向使用干式(drytable)工作台。如图3例示的干式工作台210的实施方式的干式工作台一般依赖于下吸式系统，其中在增压室276的顶部设置了包括多个金属条216的格栅214，该系统被配置成使由切割操作发出的烟雾从正在被操作的工件218向下吸并通过排气管222。之后，可以先对烟雾进行过滤或其他处理，然后再排放到外界。然而，在处理排放出的烟雾方面，使用干式工作台可能效率较低。另外，干式工作台烟雾去除系统也是昂贵的，并且不能减少在切割期间产生的噪声或减少等离子电弧的紫外光发射。因此，存在返回使用湿式工作台进行水下切割的趋势，特别是在欧洲，一些区域具有比美国更严格的污染限制。然而，如下面将要说明的，由于在水上进行，因而作为利用等离子电弧焊炬进行的另一种一般操作的标记(marking)到目前为止使得湿式工作台的使用复杂化。

标记是这样一种操作，其中等离子电弧仅在工件的厚度方向上浅浅地刺入工件中。为了实现这一点，标记使用了与进行切割时使用的电流相比相对弱的电流。例如，使用等离子电弧焊炬进行切割可能涉及对三十(30)到七百五十(750)安范围内的电流的使用，而标记可能涉及对八(8)到三十五(35)安范围内的电流的使用。由于使用如此弱的电流，在进行标记期间产生的烟雾、噪音和光发射可明显小于由切割产生的烟雾、噪音和光发射。因此，没有动机在水下进行标记。

此外，以前未预期到具有标记电流的等离子电弧能够在水下工作。在这个方面，甚至本申请的发明人也对等离子电弧能使用标记电流在水下工作产生过怀疑。发明人担心弱电流电弧将被水熄灭。当发明人试图在水下使用缺少空气帘装置的等离子电弧焊炬进行标记时证实了这些担心，并且发现等离子电弧不稳定并且具有熄灭的趋势。发明人猜想当弱电流等离子电弧与空气帘结合使用时低电流等离子电弧将类似地熄灭。这种预期是基于发明人的以下认识而得出的：当使用空气帘时，仍有一些水溅射在空气帘内部周围，并且工件的表面仍然是湿的。

尽管发明人具有怀疑，但是仍然使用具有空气帘装置的等离子电弧焊炬进行了实验。图4例示了实验中使用的具有空气帘装置320的等离子电弧焊炬300的实施方式。尽管空气帘装置320与图2中示出并在上面描述的空气帘装置120不同，但是功能和操作的原理是大致相同的。例如，气流通过空气配件352进入空气帘装置320并且被围绕和/或沿着弧炬主体310引导以由此产生将等离子电弧焊炬300产生的等离子电弧大致包围起来的旋转的保护性空气帘。之后，气体在离子电弧焊炬300的喷嘴312与空气帘装置320的套管340之间被引导。最终，气流从环形的排出口344排出以产生旋转的保护性空气帘。

令发明人吃惊的是，尽管使用了用于进行标记的电流，但是在空气帘内产生了稳定的等离子电弧。因而，等离子电弧焊炬能够对工件进行标记。因此，开发出了如图5例示的一种对工件操作等离子电弧焊炬的方法。该方法包括将工件的表面浸没在水下的操作402。此外，如操作404指示的，该方法可以包括使工件浸没在水下至少2英寸。另外，该方法包括使用等离子电弧焊炬产生等离子电弧的操作404以及以气流大致包围等离子电弧的操作408。该方法还包括将等离子电弧焊炬的至少一部分浸没在水下的操作410。例如，可以至少将喷嘴浸没在水下。另外，该方法可以包括将被气流大致包围的等离子电弧对准在被浸没在水下的工件的表面的操作412。此外，该方法包括以等离子电弧对被浸没在水下的工件的表面进行标记的操作414，其中等离子电弧仅刺入工件的厚度的一部分。在一个实施方式中，在对工件进行标记的操作414期间被用于产生等离子电弧的第一电流可以在八(8)到三十五(35)安的范围内。

对于以气流大致包围等离子电弧的操作408，该方法还可以包括按照围绕等离子电弧焊炬的主体和沿着等离子电弧焊炬的主体中的至少一种方式引导气流以由此产生大致包围等离子电弧的旋转的保护性空气帘的操作418。此外，在操作420，安装在等离子电弧焊炬的主体上的空气帘装置可以围绕和/或沿着等离子电弧焊炬的主体引导气流。例如，可以使用图2和图4例示的空气帘装置120和320。另外，在操作422，可以将气流引导到喷嘴(例如，喷嘴112或者312)和空气帘装置之间。之后，在操作424，可以将气流引导出在喷嘴和空气帘装置之间限定的排出口(例如，环形排出口144、344)。

此外，该方法可以包括利用由等离子电弧焊炬产生的等离子电弧完全切割穿过工件的厚度的操作426。由于工件在被切割后可能移动位置，因此切割操作426可以在标记操作414之后进行，尽管其它操作顺序也是可能的。切割操作426可以使用三十(30)到七百五十(750)安之间的电流以产生等离子电弧。此外，如在操作430提到的，切割操作426可以在水下进行。如操作434所示，至少在标记操作414和切割操作426期间，可以将气流始终保持在大致恒定的流速。另外，在对工件进行标记的操作414和对工件进行切割的操作426之间不需要用其它喷嘴来替换喷嘴。

因此，提供了进行标记的方法和与切割相结合地进行标记的方法。水下进行标记的方法提供了由于上述原因而至今未实现的相当大的效率优点。现在，由于标记和切割均在水下进行，不需要在标记步骤和切割步骤之间相对于工件而升高或降低水平面。以前，由于使用等离子电弧焊炬在水下进行标记的方法不可用，所以必须在水上进行标记，这就涉及了根据操作的顺序而在切割和标记之间升高或降低水平面。此外，由于使用单个喷嘴并且针对标记步骤和切割步骤两者的空气帘都使用了相同的气流流速，可以出现从标记到切割以及从切割到标记的迅速改变。因此，本文中提出的方法实现了能够在水下切割和标记的未预期到的结果，由于不需要降低或者升高水平面，因而可以明显地节约成本。此外，如上所述，该方法实现了降低烟雾、光和噪音污染的优点。

凭借以上说明和附图提供的教导，实施方式所属的技术领域的技术人员将想到很多变型例和其它实施方式。因此，应当理解，旨在将变型例和其它实施方式包括在所附的权利要求的范围内。尽管在本文中采用了特定术语，但这些术语的使用仅是为了一般的描述目的，并不是出于限制的目的。

Claims (13)

1.一种对工件操作等离子电弧焊炬的方法，该方法包括：

将所述工件的表面浸没到水下；

利用所述等离子电弧焊炬产生等离子电弧；

以气流大致包围所述等离子电弧；

将所述等离子电弧焊炬的至少一部分浸没到水下；

将被所述气流大致包围的所述等离子电弧对准被浸没在水下的所述工件的表面处；以及

利用所述等离子电弧来标记被浸没在水下的所述工件的表面，使所述等离子电弧仅进入所述工件的厚度的一部分。

2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：按照围绕所述等离子电弧焊炬的主体和沿着所述等离子电弧焊炬的主体中的至少一种方式来引导所述气流，以产生大致包围所述等离子电弧的旋转的保护性空气帘。

3.根据权利要求2所述的方法，该方法还包括：利用安装在所述等离子电弧焊炬的主体上的空气帘装置，按照围绕所述等离子电弧焊炬的主体和沿着所述等离子电弧焊炬的主体中的至少一种方式来引导所述气流。

4.根据权利要求3所述的方法，该方法还包括：在所述等离子电弧焊炬的喷嘴与所述空气帘装置之间引导所述气流。

5.根据权利要求4所述的方法，该方法还包括：引导所述气流从在所述喷嘴与所述空气帘装置之间限定的排出口排出。

6.根据权利要求1所述的方法，其中在标记所述工件时用于产生所述等离子电弧的第一电流在8到35安之间。

7.根据权利要求1所述的方法，其中浸没所述工件的表面包括：将所述工件的表面浸没在水下至少2英寸。

8.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：利用由所述等离子电弧焊炬产生的所述等离子电弧完全切割穿过所述工件的厚度。

9.根据权利要求8所述的方法，其中切割所述工件包括：在水下切割所述工件。

10.根据权利要求8所述的方法，其中标记所述工件在切割所述工件之前发生。

11.根据权利要求8所述的方法，其中在切割所述工件中用于产生所述等离子电弧的第二电流在30到750安之间。

12.根据权利要求8所述的方法，该方法还包括：至少在标记所述工件和切割所述工件期间始终将所述气流保持在大致恒定的流速。

13.根据权利要求8所述的方法，其中所述等离子电弧焊炬包括喷嘴，并且其中所述喷嘴在标记所述工件和切割所述工件之间不被另一喷嘴替换。

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