CN103843464B - 具有快锁螺纹的等离子体喷枪和保持帽 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于等离子体喷枪的保持帽（56），其包括快锁螺纹（85,87）。保持帽包括耦合至等离子体喷枪的喷枪主体（58）的外螺纹（87）的内螺纹（85）。内螺纹和外螺纹可以是螺纹角大于60°的多线螺纹。还提供了等离子体喷枪和等离子体切割系统。

Description

具有快锁螺纹的等离子体喷枪和保持帽
技术领域
本发明主要涉及等离子体切割系统，并且更具体地涉及一种用于此类系统的等离子体喷枪。
发明内容
等离子体切割系统(从高温电离气体中)生成等离子体以切割金属或其他的导电材料。通常，电弧将气体(例如压缩空气)转化为等离子体，所述等离子体足够高温以熔化工件同时由气体的压力吹走熔融金属。电弧在等离子体喷枪内引发，并有气体流过喷枪。等离子体喷枪可以包括用于喷枪内各种功能的多个部件。这些部件可能难以制作且成本高昂。另外，在喷枪工作期间保持安全的同时，这些部件可能难以在喷枪内安装和拆除。
附图说明
本发明的各种特征、应用和优点将在参照附图阅读以下的详细说明时得到更好的理解，其中同样的附图标记在附图中始终表示相同的部件，在附图中：
图1是根据本发明实施例得到的等离子体切割系统的透视图；
图2是根据本发明实施例得到的等离子体喷枪的透视图；
图3是根据本发明实施例得到的图2中等离子体喷枪的侧视图；
图4是根据本发明实施例得到的沿图3中的4-4线截取的截面图；
图5是根据本发明实施例得到的图4中喷枪的保持帽和喷枪主体的局部放大截面图；
图6是根据本发明实施例得到的沿图5中的6-6弧线截取的局部放大截面图；
图7是根据本发明实施例得到的保持帽的侧视截面图；
图8是根据本发明实施例得到的一部分喷枪主体的侧视截面图；
图9和图10是根据本发明实施例得到的沿图3中的4-4线截取的截面图；
图11根据本发明的另一个实施例示出了喷枪主体；以及
图12根据本发明的另一个实施例示出了喷枪主体。
具体实施方式
如以下进一步介绍的那样，本发明的实施例包括一种等离子体喷枪的保持帽，具有螺纹角大于60°的多线螺纹。保持帽可以安装在具有对应螺纹以用于啮合保持帽多线螺纹的喷枪主体上并且可以从喷枪主体上拆除。保持帽可以通过帽的单圈360°旋转例如略大于或略小于360°的旋转来安装或拆除。螺纹角大于60°的多线螺纹可以提供更简易的帽安装和拆除，并且所述螺纹可以防止例如由于螺纹内积聚的污垢和碎屑而导致的过度拧紧和粘合。此外，选定的螺纹角提高了螺纹锁定作用力以在喷枪工作期间最小化或防止上紧保持的意外松动。
鉴于以上内容，图1是示出了便携式等离子体切割系统10的一个实施例的透视图，其保持帽具有上述的特征。图示的等离子体切割系统10包括通过喷枪电缆15和工件电缆17分别耦合至等离子体喷枪14和工件夹钳16的喷枪供电单元12。正如以下在图2-10中进一步介绍的那样，等离子体喷枪14可以包括提供性能和耐用性改善、更易于组装和更换喷枪14的部件以及更长使用寿命的各种特征。喷枪供电单元12可以通过电力电缆18耦合至电源(例如电网或电机驱动的发电机)。正如以下进一步介绍的那样，电源可以为喷枪14提供电流以用于启动和产生引导电弧并用于保持等离子体和切割电弧。例如，供电单元12可以被构造成供应合适的电压和电流以形成从单元12沿电缆15到喷枪14，(例如作为电弧)跨越喷枪14和工件之间的间隙，经过工件到达夹钳16，再经过电缆17返回单元12的电路。
供电单元12包括界定出基本封闭的容积以支持各种电路、传感器特征、控制特征和供气特征(例如空气压缩机)的机壳20。例如，系统10可以包括用于调节供电单元12以应对各种条件譬如海拔、温度、压力等的传感器和控制器。图示的系统10还可以包括位于机壳20顶侧的把手22以使得能够更简单地搬运系统10。图示的系统10还可以包括能够固定喷枪14、电缆17、夹钳16和/或电力电缆18的闩锁机构24。机壳20还可以包括用于释放系统10内的热量和/或压力的通风口28。另外的通风口可以位于机壳20的其他面板上。
在图示的系统10中，在供电单元12的一端包括控制面板38。控制面板38可以包括各种控制输入、指示器、显示器、电子输出、空气输出等。在一个实施例中，用户输入40可以包括按钮、旋钮或开关，用于实现工作模式(例如等离子体切割、挖凿等)、通电/断电、输出电流水平、气体(例如空气)流速、气体(例如空气)压力、气体类型、工件类型、控制类型(例如手动或自动反馈控制)或其组合的选择。控制面板34还可以包括用于为用户提供反馈的各种指示器42。例如，指示器42可以包括用于显示开/关状态、电流水平、电压水平、气体(例如空气)压力、气体(例如空气)流量、环境条件(例如海拔、温度、压力等)或任何其他参数的一个或多个发光二极管(LED)和/或液晶显示器(LCD)。另外，指示器42可以包括如果系统10有问题就显示故障或报警指示的LED或LCD。控制面板38的实施例可以包括任意数量的输入和输出例如焊接方法、空气压缩机设置、油压、油温和系统功率。
而且，用户输入40和指示器42可以电耦合至控制电路并使用户能够设置和监测系统10的各种参数。例如，指示器42可以显示环境条件(例如海拔、温度、压力等)以提示用户手动调节电流、电压、气体流速、气体压力或其他工作参数或其组合。
等离子体喷枪14包括把手44和锁定扳机46以及以下在图2-10中介绍的各种其他部件。夹钳16包括装有绝缘把手50的导电材料夹持部分48。电力电缆18包括用于连接至电源例如壁装插座或电机驱动发电机的插头52。插头52可以构造成配合各种插座或插口工作，并且系统10可以接受不同的电源例如AC50/60Hz，400Hz，单相或三相的120V、230V、400V、460V、575V等或任何其间的电压，以及+20%的最大电压和-20%的最小电压。
现转至更加详细地介绍喷枪14，图2和图3分别根据本发明的实施例示出了喷枪14的透视图和侧视图。如图2和图3所示，喷枪14可以包括牵拉护罩54、保持帽56、喷枪主体58和柱塞60。正如进一步图示的那样，喷枪14还可以包括电子开关62和气体接头64。开关62可以包括用于电子控制/信号连接并且可以被用于检测保持帽56存在的销。柱塞60可以包括设置用于电力连接至喷枪14的孔65。
正如以下进一步介绍的那样，保持帽56可以通过帽56上的快锁螺纹而快速且牢固地安装。正如图5-10中更加详细示出的那样，保持帽56可以包括多线螺纹，其牙型角和螺距被选择以避免粘合并提供更简易的安装和拆除。
在某些实施例中，不同的材料可以被用于构成喷枪14的各种部件。牵拉护罩54可以由铜或其他合适的金属材料或非金属非导电材料例如塑料构成。保持帽56可以由金属材料和塑料例如黄铜和热固性塑料(例如等)、玻璃纤维增强型硅橡胶(例如G7)或环氧玻璃纤维管(例如由Georgia州Savannah市的I.D.S.I.Products生产)构成。喷枪主体58可以由黄铜或其他合适的金属材料构成。如下所述，牵拉护罩54能够可拆除地耦合至保持帽56，并且无需使用工具即可拆除或安装牵拉护罩54。另外，喷枪14和牵拉护罩54可以包括具有孔68的出口部分66，保护气体和/或冷却气体通过孔68从出口部分66流出。牵拉护罩54可以包括各种特征例如凸部69以使牵拉护罩54能够在切割期间从工件提升和在工件上牵拉。在某些实施例中，电子接头65和气体接头64可以连接至喷枪电缆15和/或封装在喷枪电缆15内并相应地连接至供电单元12。
图4根据本发明的实施例示出了沿图3中的4-4线截取的截面图。如上所述，喷枪14包括牵拉护罩54、保持帽56、喷枪主体58、柱塞60、开关62和气体接头64。如上所述，牵拉护罩54包括位于牵拉护罩54的出口部分66的孔68。另外，在图4中示出了喷枪14的各种内部构件。喷枪14还可以包括具有内表面71的喷嘴70、涡流环72、电极76、阴极体78和弹簧82。另外，保持帽56包括外帽元件73和内帽元件74。在某些实施例中，外帽元件73可以由塑料构成，而内帽元件74可以由金属材料例如黄铜构成。另外，喷枪14的各种部件可以相对于喷枪14的纵向轴83同心地对齐和定中。牵拉护罩54、喷嘴70、涡流环72和电极76可以共同被称作“耗材”。部分或全部的这些耗材可以在喷枪14工作期间磨损也就是消耗，并且操作人员可以在喷枪14的使用期内更换这些磨损的耗材。因此，等离子体喷枪14提供了免工具的更换例如无需工具地拆除和安装耗材。例如，如图4所示，牵拉护罩54可以包括内螺纹84以用于耦合至保持帽56的外螺纹86。因此，牵拉护罩54可以通过螺纹84和86以及螺纹85和87的分离和啮合来拆除和安装。
而且，正如以下详细介绍的那样，保持帽56的内帽元件74包括多线内螺纹85以用于耦合至喷枪主体58的多线外螺纹87。正如以下在图5-10中进一步介绍的那样，内螺纹85(以及喷枪主体58对应的螺纹87)可以实现更简易的保持帽56的安装并且在喷枪14工作期间防止保持帽56的意外松动。
如图4所示，喷嘴70可以包括台肩端部88，并且保持帽56的内帽元件74包括内面唇缘90。由此，喷嘴70可以通过内面唇缘90和台肩端部88的接合来保持。涡流环72可以相应地夹持在喷嘴70的台肩端部88的内表面92和阴极体78之间。最后，正如以下进一步介绍的那样，电极76可以包括截头圆锥体部分94且柱塞60可以包括截头圆锥形的凹口96。因此，电极76可以通过截头圆锥体部分94而被部分或完全地接纳在凹口96内。另外，电极76可以包括放射性插件97例如铪插件。
根据上述特征，等离子体喷枪14的每一种耗材都可以免工具地拆除。例如，通过拆除牵拉护罩54脱离跟保持帽56的啮合以及拆除内帽元件74脱离跟喷枪主体58的啮合就可以从喷枪14上拆除喷嘴70。在拆除喷嘴70之后即可从喷枪14上拆除电极76。截头圆锥体部分94可以形成跟柱塞60的凹口96相接触的自动释放角以使得电极76从喷枪14上自动释放。
现参照图4介绍喷枪14的启动。喷枪14的实施例包括“接触启动”机构以使电极76(也就是阴极)和喷嘴70(也就是阳极)在喷枪14的启动期间彼此接触。有利地，这样的接触启动机构不需要高频(HF)和高压(HV)电力来开启引导电弧。
在启动之前，弹簧82可以将电极76沿箭头100所示的方向朝喷枪14的出口部分66偏置，以使电极76跟喷嘴70相接触。电源12可以向阴极元件例如电极76、柱塞60和阴极体78提供引导电流。另外，引导电流被导向阳极例如喷嘴70。如图4所示，在电流开始从喷枪14的电极76(阴极)流向喷嘴70(阳极)之后，提供给喷枪14的加压气体例如空气或氮气就抵消弹簧的作用力并将电极76沿箭头102所示的方向移动离开喷嘴70。这样就断开了电极76和喷嘴70之间的电接触并生成引导电弧。
随着电极76移动离开喷嘴70就打开了喷嘴孔并且生成向外穿过喷嘴70的孔和牵拉护罩54的孔68的等离子体射流。在相对靠近工件时，等离子体射流就促使电弧(至少部分地)转移至通过夹钳16固定的工件由此开始切割。如图4所示，电极76随后通过气体和等离子体在喷枪14的出口部分66的压力而沿箭头102所示的方向偏置，以使电极的截头圆锥体部分94被接纳在凹口96内并保持良好的电/热连接。电源内的电子元件检测电弧何时转移并相应地在转移发生后提供更大强度的主切割电流。喷枪14的喷嘴70被(电)断开，中断引导电流的路径。因此，电流被用于切割工件，并且遵循包括正极端子、工件和电极76的路径。例如，供电单元12可以构造成提供合适的电压和电流以形成从单元12沿电缆15到喷枪14，(例如作为电弧)跨越喷枪14和工件之间的间隙，经过工件到达夹钳16，再经过电缆17返回单元12的电路。
图5根据本发明的实施例更加详细地示出了保持帽56和喷枪主体58的局部放大截面图。为了清楚起见，已从图5中省略了喷枪14的其他部件。如图5所示，保持帽56包括内帽元件74上的内螺纹85。如上所述，螺纹85啮合喷枪主体58的对应螺纹87。螺纹85和87是具有以下在图6-8中进一步图示的特征的多线粗牙螺纹。在某些实施例中，螺纹85和87可以是双线螺纹例如改性的双线M20螺纹。如本文所用的术语“多线”是指螺纹导程是螺距的整数多倍而不是一倍的螺纹结构。例如，对于双线螺纹，螺纹主体每旋转360°就包括螺纹的两条“凸纹”例如内帽元件74的内部和喷枪主体58的外部。有利地，多线螺纹85和87使保持帽56例如在更换磨损的耗材时能够更简易和更快速地拆除和安装，并且更加坚固而防止例如由于螺纹85和87内积聚的污垢和碎屑而导致的过度拧紧和粘合。在另一些实施例中，螺纹85和87可以是具有截头小径和多线螺纹螺距的单线螺纹。
如图5所示，螺纹85可以具有沿主体58的长度延伸的长度106。在某些实施例中，长度106可以是约6.7mm。类似地，螺纹87可以具有长度108。在某些实施例中，长度108可以是约5.35mm。
图6是根据本发明实施例得到的沿图5中的6-6弧线截取的螺纹85和87的局部放大截面图。如上所述，在某些实施例中，螺纹85和87可以是多线粗牙螺纹例如以本文所述方式改性的双线M20螺纹。在另一些实施例中，螺纹85和87可以是以本文所述方式改性的任意合适的多线粗牙螺纹例如三线螺纹、四线螺纹等。如图6所示，螺纹85和87包括大于约60°的螺纹角110。例如，在图示的实施例中，螺纹85和87可以包括约90°的螺纹角。在另一些实施例中，螺纹角110可以是约65°、70°、75°、80°、85°等。这样的螺纹角110增加了螺纹85和87之间的接触作用力以确保它们固定保持帽56并避免在喷枪14工作期间例如在这样的工作中经历的热膨胀、收缩和振动期间有意外松动。
如图6所示，螺纹85包括具有宽度114的牙顶112和具有宽度118的牙底116。类似地，螺纹87包括具有宽度122的牙顶120和具有宽度126的牙底124。在某些实施例中，宽度114可以是约0.4mm且宽度118可以是约0.2mm。另外，在某些实施例中，宽度122可以是约0.2mm且宽度126可以是约0.2mm。
图7是根据本发明实施例得到的进一步示出了螺纹85的保持帽56的侧视截面图。如上所述，螺纹85包括具有宽度114的牙顶112和具有宽度118的牙底116。螺纹85还包括大径130和螺距132。在某些实施例中，大径130可以是约20.00mm。另外，在某些实施例中，螺距132可以是约4mm。而且，如图7所示，螺纹85是多线螺纹例如将螺纹85的两条“凸纹”134成形在保持帽56的单圈360°内的双线螺纹。
图8是根据本发明实施例得到的进一步示出了螺纹87的一部分喷枪主体58的侧视截面图。如上所述，螺纹87包括具有宽度122的牙顶120和具有宽度126的牙底124。螺纹87还包括大径138和螺距140。在某些实施例中，大径138可以是约19.95mm。另外，在某些实施例中，螺距140可以是约4mm。而且，如图8所示，螺纹是多线螺纹。例如，螺纹85和87可以是双线螺纹。另外，螺纹87可以具有约19.1mm的中径144。正如图8进一步示出的那样，喷枪主体58可以包括位于螺纹87前方的平直直径段(例如平坦的外表面)145和位于螺纹87后方的平直直径段(例如平坦的外表面)146。平直直径段145和146可以被用于定中和对齐喷枪主体58以在将保持帽56固定至喷枪14时便于螺纹起始。
图9和图10是根据本发明实施例得到的喷枪14的截面图，示出了在喷枪主体58上安装的保持帽56。为了清楚起见，图9和图10示出的喷枪14移除了牵拉护罩。如图9所示，牵拉护罩56可以跟喷枪主体58对齐。例如，螺纹85的第一部分可以跟第一个螺纹87对齐以使保持帽56准备好进行安装。在这样的实施例中，对齐螺纹85和87就将保持帽56和喷枪14的中心纵向轴83对齐。而且，正如图9进一步示出的那样，内螺纹85的小径还可以对齐和定中在平直直径段145上。另外，保持帽56的平直内壁可以对齐和定中在平直直径段146上。
为了安装保持帽56，帽56可以沿线150所示的方向旋转。如上所述，保持帽56可以通过将帽56单圈旋转约360°例如单圈旋转略大于360°或单圈旋转略小于360°而完全安装。例如，如图10所示，在将保持帽56单圈旋转约360°之后，帽56即被完全固定在喷枪主体58上。而且，所述的螺纹85和87只需施加相对较小的扭矩即可完成帽56的安装。因此，保持帽56可以免工具地安装和从喷枪14拆除。另外，如上所述，螺纹85和87坚固且可防止由于螺纹内积聚异物而导致的过度拧紧和粘合。此外，上述的螺纹角提高了螺纹锁定作用力以在喷枪14工作期间最小化或避免上紧保持的意外松动。
如上所述，在另一些实施例中，保持帽56和喷枪主体58的螺纹可以是具有多线螺纹螺距的单线螺纹。图11根据本发明的实施例示出了喷枪主体58的侧视图，其外部螺纹160具有螺距162。螺距162可以是多线螺纹的螺距例如双线螺纹的螺距。在一个实施例中，螺距162可以是约4mm。外螺纹160包括具有宽度166的牙顶164。螺纹160还包括大径170。另外，螺纹160可以具有中径172。而且，如图11所示，螺纹160是单线螺纹。如本文所用的术语“单线”是指螺纹导程等于螺距的螺纹结构。如图11所示，螺纹160包括大于约60°的螺纹角174。例如，在图示的实施例中，螺纹160可以包括约90°的螺纹角174。如上所述并且也如图11所示，喷枪主体58可以包括位于螺纹160前方的平直直径段(例如平坦的外表面)145和位于螺纹160后方的平直直径段(例如平坦的外表面)146。正如以上介绍的实施例所述，平直直径段145和146可以被用于定中和对齐喷枪主体58以在将保持帽56固定至喷枪14时便于螺纹起始。正如应该意识到的那样，这样的实施例可以包括具有对应内螺纹以用于跟外螺纹160相配合的保持帽，也就是说保持帽可以包括具有双线螺纹螺距并且螺纹角大于60°例如约为90°的单线螺纹。
在另一些实施例中，保持帽56和喷枪主体58的螺纹可以是具有多线螺纹螺距的单线螺纹。图12根据本发明的实施例示出了喷枪主体58的侧视图，其外部螺纹180具有螺距182。螺距180可以是多线螺纹的螺距例如双线螺纹的螺距。在一个实施例中，螺距182可以是约4mm。如图12所示，螺纹180包括大于约60°的螺纹角184。例如，在图示的实施例中，螺纹180可以包括约90°的螺纹角184。而且，如图12所示，螺纹180是单线螺纹。另外，图12示出的喷枪主体58的实施例可以包括当安装在喷枪主体58上时用于对齐和固定保持帽56的附加特征。例如，如图12所示，喷枪主体58可以包括渐缩的座肩186以用于当安装在喷枪主体58上时定中保持帽56。另外，螺纹180可以包括位于螺纹180后方的渐缩侧面188。渐缩的座肩186和渐缩的侧面188可以将保持帽56“楔入”台肩186和渐缩侧面188之间，在将帽56安装到喷枪主体58上时进一步固定保持帽。如上所述和如图12所示，喷枪主体58可以包括位于螺纹180前方的平直直径段(例如平坦的外表面)145和位于螺纹180后方的平直直径段(例如平坦的外表面)146以提供如上所述的保持帽56的定中和对齐。正如应该意识到的那样，图12所述的实施例可以包括具有对应内螺纹以用于跟外螺纹180相配合的保持帽，也就是说保持帽可以包括具有双线螺纹螺距并且螺纹角大于60°例如约为90°的单线螺纹。
尽管在本文中仅仅图示和介绍了本发明的某些特征，但是本领域技术人员可以得到多种变形和修改。因此应该理解所附权利要求意在覆盖落入本发明实质范围内的所有这些变形和修改。

Claims (20)

1.一种等离子体喷枪，包括：
喷嘴；
靠近喷嘴的涡流环；
具有第一螺纹的喷枪主体；以及
具有第二螺纹的保持帽，其中第一螺纹和第二螺纹包括多线螺纹，所述保持帽的每个多线螺纹包括牙底和从所述牙底延伸的两个壁并且具有在所述两个壁之间的大于约60°的螺纹角，所述喷枪主体的每个多线螺纹包括牙顶和从所述牙顶延伸的两个壁并且具有在所述两个壁之间的大于约60°的螺纹角，其中保持帽保持等离子体喷枪的喷嘴和涡流环。
2.如权利要求1所述的等离子体喷枪，其中第一螺纹和第二螺纹包括粗牙螺纹。
3.如权利要求1所述的等离子体喷枪，其中第一螺纹和第二螺纹包括约4mm的螺距。
4.如权利要求1所述的等离子体喷枪，其中第一螺纹包括第一长度且第二螺纹包括第二长度。
5.如权利要求4所述的等离子体喷枪，其中所述多线螺纹包括双线螺纹。
6.如权利要求1所述的等离子体喷枪，包括可移动电极，可移动电极包括截头圆锥体端部。
7.如权利要求6所述的等离子体喷枪，包括构造成接纳一部分电极的可移动柱塞，其中所述可移动柱塞在喷枪不工作时被偏置到更靠近喷枪的尖端的第一位置并且在喷枪工作时移动到更远离喷枪的尖端的第二位置。
8.如权利要求7所述的等离子体喷枪，包括构造成将柱塞偏置到第一位置的弹簧。
9.一种用于等离子体喷枪的保持帽，包括：
包括金属材料的第一部分；以及
包括塑性材料的第二部分，其中第二部分包括环形内壁，环形内壁包括多线螺纹，其中每个多线螺纹包括牙底、从所述牙底延伸的两个壁，以及在这两个壁之间的大于60°的螺纹角。
10.如权利要求9所述的保持帽，其中第一部分包括构造成保持等离子体喷枪的喷嘴的唇缘。
11.如权利要求9所述的保持帽，其中所述多线螺纹包括双线螺纹。
12.如权利要求9所述的保持帽，其中所述多线螺纹包括粗牙螺纹。
13.如权利要求9所述的保持帽，其中所述多线螺纹包括具有第一宽度的牙顶和具有第二宽度的牙底，其中第一宽度包括约0.2mm且第二宽度包括约0.4mm。
14.如权利要求9所述的保持帽，其中所述多线螺纹包括螺距，其中所述螺距包括约4mm。
15.一种等离子体喷枪，包括：
喷嘴；
靠近喷嘴的涡流环；
具有第一螺纹的喷枪主体；以及
具有第二螺纹的保持帽，其中第一螺纹和第二螺纹包括单线螺纹，单线螺纹具有多线螺纹螺距，其中所述保持帽的每个单线螺纹包括牙底、从所述牙底延伸的两个壁以及在所述两个壁之间的大于约60°的螺纹角，并且所述喷枪主体的每个单线螺纹包括牙顶、从所述牙顶延伸的两个壁以及在所述两个壁之间的大于约60°的螺纹角，并且其中保持帽保持等离子体喷枪的喷嘴和涡流环。
16.如权利要求15所述的等离子体喷枪，其中第一螺纹和第二螺纹包括粗牙螺纹。
17.如权利要求15所述的等离子体喷枪，其中第一螺纹和第二螺纹包括约4mm的螺距。
18.如权利要求15所述的等离子体喷枪，其中所述螺纹角包括约90°。
19.如权利要求15所述的等离子体喷枪，其中所述喷枪主体在第一螺纹之前包括第一平直直径段。
20.如权利要求16所述的等离子体喷枪，其中所述喷枪主体在第一螺纹之后包括第二平直直径段。
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