CN104439662B - 用于等离子体割炬的电极结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于等离子体割炬的电极结构，在电极支架或保持元件内形成凹槽或钻孔用以容纳发射嵌件，在凹槽或钻孔内所插入的发射嵌件能够以力传递、形状匹配和/或材料的连续性被紧固。至少一个压力均衡通道和/或至少暂时有效的压力均衡通道通过发射嵌件存在于在凹槽或钻孔和发射嵌件内所形成的空腔和环境之间和/或发射嵌件的外套表面区域和凹槽或钻孔的内壁之间，凹槽或钻孔形成在保持元件或电极支架内。可替选或另外地，至少一个压力均衡通道和/或至少暂时有效的压力均衡通道通过保持元件存在于在凹槽或钻孔和保持元件内所形成的空腔和环境之间和/或保持元件的外套表面区域和凹槽或钻孔的内壁之间，凹槽或钻孔形成在电极支架或保持元件内。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于等离子体割炬的电极结构。
背景技术
等离子体是由阳离子、阴离子、电子、以及激发的中性原子和分子组成的被高温加热的导电气体。
多种气体(例如，单原子氩气和/或双原子气体氢气、氮气、氧气或空气)被用作等离子气体。这些气体通过等离子体电弧的能量离子化并且离解。
喷嘴和电极的设计会极大地影响等离子体射流的参数。等离子体射流的这些参数例如为射流直径、温度、能量密度和气体的流速。
在等离子体切割中，等离子体通常受到喷嘴的限制，该喷嘴可以是气冷的或者水冷的。由此可以实现高达2×106W/cm2的能量密度。温度在等离子体射流中上升高30000℃，这结合气体的高流速可以对所有的导电材料具有非常高的切割速度。
等离子体炬主要包括等离子体炬头1、电极7和喷嘴4；另外的部件可以是用于固定电极7的电极载架(mount)6、喷嘴支架5和用于固定喷嘴4的喷嘴帽2。等离子气体PG通过等离子气体导管3被供给到电极7和喷嘴4之间的空间内并且最后通过喷嘴4流经喷嘴钻孔4.1。
当前的等离子体炬还具有保护性喷嘴帽9和辅助气体导向件9.1，辅助气体SG借助该辅助气体导向件被供给到等离子体射流。喷嘴4和电极7被频繁地用液体冷却剂(例如，水)冷却。
目前，等离子体切割是一种用于切割导电材料的已知方法，其根据切割工作使用不同的气体和气体混合物。
于是，为此使用不同的电极7和喷嘴4。它们在等离子体炬的操作期间经受磨损于是必须更换。为了能够使用用于不同气体或气体混合物的等离子体炬，等离子体炬、电极7和喷嘴4被设计成使得通过更换电极7和喷嘴4等离子体炬可以用于不同的气体。
电极7通常包括电极支架7.1和发射嵌件7.3。电极7通常可以分为两种设计形式。当用包含氧气的等离子气体切割时，通常使用所谓的平板电极，即，除了发射嵌件7.3的前发射表面之外，发射嵌件7.3位于电极支架7.1中。发射嵌件7.3包括铪或锆。电极支架7.1采用具有良好导电性和导热性的材料，例如，铜或银。在电极7中，为了采用不包含氧气的气体或气体混合物(例如，氩气、氢气、氮气)进行切割，通常具有掺杂物(例如，镧)的钨用作发射嵌件7.3的材料。发射嵌件7.3随后被紧固在电极支架7.1中，但是与平板电极相比，发射嵌件7.3突出到电极支架7.1外面并且通常被称为点电极。
还存在多个实施方式，其中，发射嵌件7.3连接至额外的保持元件7.2，且其中，保持元件7.2依次连接至电极支架7.1。
因此，电极支架7.1可以由铜制成、保持元件7.2可以由银制成以及发射嵌件7.3可以由铪、锆或钨制成。当然，不同的铜银合金也可以用于电极支架7.1和保持元件7.2。电极支架7.1和保持元件7.2也可以包括相同的材料。
电极支架7.1的连接和发射嵌件7.3的连接，或电极支架7.1与保持元件7.2和/或发射嵌件7.3之间的连接以力传递的方式、形状匹配的方式和/或采用材料的连续性来实现。
在这方面，对于连接来说重要的是，在操作期间能够永久地保持连接，其中，具有良好的导热性和导电性的连接(尽可能均匀)被保持和维持。
通常，发射嵌件7.3被插入到形成在电极支架7.1或保持元件7.2内的钻孔或不同形式的凹槽中，随后通过钎焊或焊接连接利用材料的连续性、力传递(通过压入配合)或形状匹配(例如通过螺纹)紧固到其中。
在电极支架7.1和保持元件7.2之间也可以实现类似的连接。
有利地，在这方面，钻孔或其它形式的凹槽仅在一侧开口，使得发射嵌件7.3或保持元件7.2可以被插入开口。例如，钻孔可以被配置为盲孔。然而，至少部分呈圆锥形状形成的凹槽也可用于容纳发射嵌件7.3或保持元件7.2。也不一定使用旋转对称的横截面形状。
发射嵌件7.3或保持元件7.2的外套表面和尺寸以与钻孔或另一凹槽的几何形状和尺寸互补的形式被调整。
被彼此相对设置的部件或这些部件的面在接合到一起后通常相对于彼此具有非常接近的公差，这是因为接合在一起的部件之间的导热性必须非常好。在相对设置的面之间的空间是负的(即，内径小于外径，例如，－0.1mm)，直到“0”。
在这方面，对于以该方式接合到一起的部件存在的问题为：充满空气的空腔形成在钻孔或不同形状的凹槽内。然而，该空腔由于非常精密的接合类型相对于环境以气密方式被封闭。在接合之后，由于空腔内部包含空气，在等离子体割炬的操作期间温度升高，导致空腔内部出现过量的压力，在等离子体割炬的操作过程中电极结构被充分加热，相应地空气膨胀且压力增大。因此，接合连接可以以不想要的形式局部取消，或者在最糟糕的情况下被完全释放。在高加速度下移出接合复合体的相应释放的部件甚至可能导致危险。在更长的操作期间，以及随着磨损的增加，该问题变得更加严重，这是因为由于发射嵌件的回烧以及因材料移动导致的第二保持元件的回烧，使得接合部件的相对设置的面变得更小。
由于空腔内包含湿气，故会出现另外的问题。从而腐蚀或空化也会出现。从而，相应地由此引起的材料移动也会同样地对接合连接、导热性和/或导电性产生负面影响。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于等离子体割炬的电极结构，其中采用互相接合的电极支架和发射嵌件和可选的额外的保持元件，具有良好的导热性和导电性，在至少更长的操作时段内可以具有安全性和操作安全性。
根据本发明，该目的通过具有本发明的特征的电极结构来实现。利用本发明指出的特征可以实现有利的实施方式和进一步的改进。
在根据本发明的用于等离子体割炬的电极结构中，在电极支架或保持元件内形成在待处理工件的方向上在一侧开口的凹槽或钻孔用以容纳发射嵌件。所插入的发射嵌件可以以力传递的方式、形状匹配的方式和/或利用材料的连续性被紧固在钻孔或凹槽内。
至少一个压力均衡通道通过发射嵌件存在于在凹槽或钻孔和发射嵌件内所形成的空腔和环境之间，和/或存在于发射嵌件的外套表面区域和凹槽或钻孔的内壁之间，凹槽或钻孔形成在保持元件或电极支架内。
以类似的方式，至少一个压力均衡通道还可通过保持元件存在于在凹槽或钻孔和保持元件内所形成的空腔和环境之间，和/或存在于保持元件的外套表面区域和凹槽或钻孔的内壁之间，凹槽或钻孔形成在电极支架或保持元件内。
压力均衡通道可以被形成为在外套表面处的钻孔、沟槽或扁平部分。钻孔可以被引导通过保持元件或通过发射嵌件。沟槽可以形成在电极支架和/或保持元件的内壁(在凹槽或钻孔的区域的内壁)，或形成在保持元件和/或发射嵌件的外套表面。
还可以是，沟槽或扁平部分从空腔开始延伸直到进入接近保持元件和/或发射嵌件的面向工件的端面的区域中，使得至少在正常的室温下以及在将保持元件和/或发射嵌件插入钻孔或凹槽之后，在该端面的该区域中，在电极支架的内壁和保持元件的外套表面之间，和/或在保持元件的内壁和发射嵌件的外套表面之间，保持径向周边全区域接触。因此，至少在室温(约20℃)下封闭以该方式形成的压力均衡通道。然而，在保持元件和/或发射嵌件被插入期间，其至少可以暂时用于压力均衡，这是因为在插入期间尺寸减小的空腔内包含的空气会通过以该方式形成的压力均衡通道在插入期间在足够长的时段内连续地漏出到环境中，而空腔内的内部压力就算有增加也只是增加微不足道的量。该相应暂时有效的压力均衡通道仅在插入钻孔或凹槽的相应的保持元件和/或发射嵌件到达端部位置之前简单地封闭。在这种情况下，可以说压力均衡通道至少暂时有效。
然而，在接合连接的尺寸合适并且为选择的类型的情况下，压力均衡可以在内部压力由于受热而增加时发生。在这方面，在保持元件和/或发射嵌件的外套表面与钻孔或凹槽的内壁之间产生接触区域，即没有沟槽或扁平部分的区域，在面向工件的端面处的相应的小的区域和接合连接应当被选择，其中，在面向工件的端面处各接合部件(电极支架、保持元件和/或发射嵌件)彼此直接接触，这使得在空腔内的内部压力增加时有开口可以用于压力补偿。
如果压力均衡通道形成在电极支架处的空腔与在保持元件和发射嵌件之间的空腔之间，则这些压力均衡通道应该被布置或形成为使得它们相互连通。
在由沟槽或扁平部分形成压力均衡通道的情况下，在发射嵌件与保持元件或电极支架的接合区域中的总表面的至少90％，优选地至少93％，特别优选地至少96％的接合区域中，观测到发射嵌件或保持元件的外套表面和保持元件或电极支架的内壁之间的接触表面，使得用于导热性和导电性的条件可以被保持得尽可能的好。
压力均衡通道可以相对于中间纵向轴线M倾斜一定的角度，其中观测到的倾斜角度的最大值为45°，优选地为30°，特别优选地为15°。
压力均衡通道与纵向轴线M平行延伸是最简单的。
形成压力均衡通道的沟槽或扁平部分也可以是从空腔开始直到保持元件或发射嵌件的面向工件的端面的螺旋形状。
至少在从开口开始的区域中，钻孔或凹槽可以形成为呈圆锥形状渐缩和/或具有阶梯状的内径或具有自由横截面。待插入该钻孔或凹槽并且应当接合该钻孔或凹槽的保持元件和/或发射嵌件的外套表面应当以与钻孔或凹槽互补的方式形成。
保持元件和/或发射嵌件的外套表面可以被形成为相对于中间纵向轴线以角度γ、δ倾斜，角度γ、δ在1°至5°的范围内，优选在1°至3°的范围内，和/或倒角可以在径向外端面边缘处以角度α形成，角度α在10°至40°的范围内，优选在10°至20°的范围内。这将便于在接合时组装。
在沟槽的至少一个外边缘处，在由沟槽形成的压力均衡通道处，可以存在凸起部，其中，该沟槽形成在保持元件和/或发射嵌件的外套表面处。凸起部也可以沿着沟槽于电极支架或保持元件的内壁之间的过渡部形成。通过这些凸起部可以实现额外的形状匹配连接和防止旋转的安全性。
如果选择电极支架和/或保持元件内的钻孔的直径、或凹槽的自由横截面、以及保持元件和/或发射嵌件(可以被插入钻孔或凹槽用以接合)的外套表面的外径，使得可以实现压入配合，则这是有利的。在这方面，通过合适的尺寸和材料选择利用在压入时的相应选择的力，可以单独地形成压入配合。然而，此外，也可以利用接合部件的不同温度。例如，较冷的保持元件可以被插入到被加热的电极支架的钻孔或凹槽中。类似地，还可以接合具有电极支架或保持元件的发射嵌件。
压力均衡通道的自由横截面应当尽可能的小，但是对于压力均衡应足够大。
电极支架和保持元件可以由铜或铜合金制成。在这方面，银合金是特别有利的。在这方面，银的比例可以被选择为至少50％。电极支架和保持元件可以由相同的材料制成。
附图说明
通过以下示例更详细地解释本发明。
其中示出：
图1是等离子体割炬的示例的截面表示；
图2.1是连接在一起的电极支架和发射嵌件；
图2.2是具有电极支架、保持元件和发射嵌件的电极结构；
图2.3是具有电极支架、保持元件和发射嵌件的电极结构；
图2.4是具有电极支架、保持元件和发射嵌件的电极结构；
图3.1是可以在本发明中使用的电极支架的示例；
图3.2是可以在本发明中使用的电极支架的另一示例；
图3.3是可以在本发明中使用的电极支架的另一示例；
图4.1是具有连续沟槽作为压力均衡通道的保持元件的平面图；
图4.2是图4.1中的保持元件的侧视图；
图4.3是具有不连续沟槽的保持元件的另一示例的平面图；
图4.4是具有不连续沟槽的保持元件的另一示例的侧视图；
图5.1是具有连续的扁平部分的保持元件的平面图；
图5.2是具有连续的扁平部分的保持元件的侧视图；
图5.3是具有不连续的扁平部分的保持元件的平面图；
图5.4是具有不连续的扁平部分的保持元件的侧视图；
图6.1是形成有阶梯和连续沟槽的保持元件的侧视图；
图6.2是形成有阶梯和连续沟槽的保持元件的平面图；
图6.3是形成有阶梯、不连续沟槽和倒角的保持元件的侧视图；
图6.4是形成有阶梯、不连续沟槽和倒角的保持元件的平面图；
图7.1是形成有阶梯和连续的扁平部分的保持元件的侧视图；
图7.2是形成有阶梯和连续的扁平部分的保持元件的平面图；
图7.3是形成有阶梯和呈圆锥形状的不连续的扁平部分的保持元件的侧视图；
图7.4是形成有阶梯和呈圆锥形状的不连续的扁平部分的保持元件的平面图；
图8.1是形成有阶梯、连续的扁平部分和连续沟槽的保持元件的侧视图；
图8.2是形成有阶梯、连续的扁平部分和连续沟槽的保持元件的平面图；
图8.3是形成有阶梯、具有不连续的扁平部分和不连续沟槽的保持元件(在后面呈圆锥形状形成、在前面呈圆柱形状形成)的侧视图；
图8.4是形成有阶梯、具有不连续的扁平部分和不连续沟槽的保持元件(在后面呈圆锥形状形成、在前面呈圆柱形状形成)的平面图；
图9.1是具有向中轴线倾斜的连续沟槽的保持元件的侧视图；
图9.2是具有向中轴线M倾斜的不连续沟槽的保持元件的侧视图；
图10.1是具有在内部钻孔表面内的沟槽的电极支架的平面图；
图10.2是具有在内部钻孔表面内的沟槽的电极支架的截面侧视图；
图10.3是具有在带有尖端的内部钻孔表面内的沟槽的电极支架的截面侧视图；
图11.1是具有在内部钻孔表面内的向中轴线M倾斜的沟槽的电极支架的平面图；
图11.2是具有在内部钻孔表面内的向中轴线M倾斜的沟槽的电极支架的截面侧视图；
图11.3是具有在带有尖端的内部钻孔表面内的向中轴线M倾斜的沟槽的电极支架的截面侧视图；
图12.1是具有不连续沟槽和倒角的发射嵌件的侧视图；
图12.2是具有不连续沟槽和倒角的发射嵌件的平面图；
图12.3是具有不连续沟槽和倒角的呈圆锥形状形成的发射嵌件的侧视图；以及
图13.1至图13.5是保持元件或发射嵌件中不同沟槽形状的示例。
具体实施方式
图1示出了等离子体割炬1的截面表示，具有：喷嘴帽2、等离子气体供给管道3、具有喷嘴钻孔4.1的喷嘴4、喷嘴支架5、电极结构的容纳器6、和电极结构7。电极结构7形成有电极支架7.1和发射嵌件7.3，电极支架7.1具有保持元件7.2，发射嵌件7.3连接至保持元件7.2。附图标记8表示喷嘴保护帽支架，喷嘴保护帽9被紧固到该喷嘴保护帽支架。通过气体导管9.1供给辅助气体SG。此外，在等离子体割炬1处存在用于等离子气体PG的供给管道、冷却剂回流管道WR1、冷却剂回流管道WR2、冷却剂供给管道WV1和冷却剂供给管道WV2。
图2.1示出了电极结构的示例，钻孔形成在电极支架7.1中且位于面向工件的端面7.1.1处，该钻孔具有布置在其中的开口。发射嵌件7.3插入该钻孔，通过压入配合方式建立接合连接。从图中可以看出，发射嵌件7.3没有完全插入钻孔，使得在发射嵌件7.3的背离工件的端面区域中和钻孔内留下空腔，在该空腔内能够包含空气。在这方面，沟槽7.3.3形成在发射嵌件7.3的外套表面处，并且在该示例中，从发射嵌件7.3的远离工件的端面开始，沟槽7.3.3形成为在面向工件的端面的方向上与中间纵向轴线M平行。然而，沟槽7.3.3并不是一直延伸到发射嵌件7.3的面向工件的端面，使得当发射嵌件7.3已经完全插入电极支架7.1的钻孔7.4时，存在径向周边的接触区域。因此，形成有沟槽7.3.3的压力均衡通道只能在发射嵌件7.3插入钻孔7.4时被暂时使用。
图2.2示出了电极结构的示例，在该电极结构中发射嵌件7.3已经插入在保持元件7.2内所形成的钻孔7.2.1，并且已经被接合到保持元件7.2。在保持元件7.2中的钻孔7.2.1内也存在通过发射嵌件7.3以气密方式封闭的空腔。
由于保持元件7.2也已经以类似的方式固定在电极支架7.1中所形成的钻孔7.4内，故在电极支架7.1中所形成的钻孔7.4内也存在通过保持元件7.2以气密方式封闭的空腔。
在该示例中，沟槽7.2.3从一端面直到相对设置的端面形成在保持元件7.2处。以这种方式形成的压力均衡通道可以在插入钻孔7.4之后有效，可选地，如果沟槽7.2.3的足够自由的横截面在其长度上保持自由，则也可以在接合之后有效。
图2.3示出了电极结构7的示例，在该电极结构中，发射嵌件7.3已经插入在保持元件7.2内所形成的钻孔7.2.1中。保持元件7.2依次插入电极支架7.1的钻孔7.4，并在其中连接到电极支架7.1。
在这方面，相应的沟槽7.2.3在保持元件7.2的径向外套表面处延伸，如图2.2的示例那样，相应的沟槽7.3.3在保持元件7.2的径向外套表面从一端面延伸直到相对设置的端面。因此，存在这样的可能性：通过在发射嵌件7.3插入(可选地，接合)保持元件7.2的钻孔7.2.1以及保持元件7.2插入(可选地，接合)电极支架7.1的钻孔7.4之后由此所形成的压力均衡通道，也可以实现压力均衡。
图2.4中示出的示例与图2.3的示例的不同之处在于：在保持元件7.2的径向外套表面处形成仅一个沟槽7.2.3，如图2.1中的沟槽7.3.3，该沟槽7.2.3没有从一端面延伸直到相对设置的端面，使得在面向工件的区域中存在接触区域，所述接触区域能够具有密封效果，使得通过沟槽7.2.3在保持元件7.2处形成压力均衡通道，该压力均衡通道在保持元件7.2插入电极支架7.1的钻孔7.4时暂时起作用。
图3.1至图3.3示出了在电极支架7.1中所形成的钻孔7.4的示例。在这方面，钻孔7.4通常是所谓的盲孔，然而，每个盲孔具有不同形状的远离工件的端面7.1.6。在图3.3中示出的示例中，钻孔7.4具有两个不同的内径D1和D2的阶梯。待插入钻孔7.4的发射嵌件7.3应该是互补设计，外套表面应该形成为同样形成有两个直径的阶梯且应该对应于直径D1和D2，可选地与直径D1和D2相同。
图4.1和图4.2以两个视图示出了可以在本发明中使用的保持元件7.2的示例。在这方面，保持元件7.2也具有钻孔7.2.1，在该钻孔7.2.1中可以固定发射嵌件7.3。沟槽7.2.3形成在保持元件7.2的外套表面7.2.2处，依次在环境与钻孔7.4的内部的如上文已经说明的形成的空腔之间建立连接，使得通过沟槽7.2.3形成压力均衡通道。例如，也可以使用如图5.1中所示的扁平部分来代替沟槽7.2.3。
图4.3和图4.4中示出的示例与图4.1和图4.2中的示例的不同之处在于：沟槽7.2.3不是在保持元件7.2的整个长度上延伸，即不是完全从空腔延伸直到环境；在这方面，不能随意地获得这样的区域：在该区域内，全区域的接触还是存在于电极支架7.1的内壁和保持元件7.2的外套表面之间。然而，该区域很短或很小，使得在保持元件7.2压入电极支架7.1(仍然参见图2.4)时，在空腔中的内部压力增大的情况下，也可以实现压力均衡。
图5.1至图5.4中示出的示例与图4.1至图4.4中的示例的不同之处仅在于：代替沟槽7.2.3，通过在保持元件7.2的外套表面处简单的、平面的、平坦的材料移除而形成扁平部分。
在图6.1至图6.4中所示的示例示出了保持元件7.2，在该保持元件中，以两个直径为D4和D3的阶梯形成外径。在这方面，直径D3大于直径D4且布置在面向工件的一侧处。在图6.3和图6.4中，在端面7.2.4和端面7.2.6的径向外侧边缘处形成具有角度α和β的倒角。
此外，盲孔7.2.1也形成在保持元件7.2内，发射嵌件7.3可以插入该盲孔7.2.1中且被固定到该盲孔中。在保持元件的具有外径D3和D4的径向外套表面处形成两个沟槽7.2.3和7.2.5，用于在空腔和环境之间形成压力均衡通道，该空腔形成在保持元件7.2内的钻孔7.2.1的远离工件的端面区域中。在未示出的形式中，这种沟槽也可以单独地或者额外地形成在钻孔的内壁，该钻孔形成在电极支架7.1内，用于容纳保持元件7.2。
在本发明中可使用的且在图7.1至图7.4中示出的保持元件7.2中，扁平部分7.2.3和7.2.5代替沟槽存在于外套表面7.2.2和外套表面7.2.4处，用以形成压力均衡通道。再次选择具有不同的外径D3和D4的阶梯构造。根据图7.3和图7.4的示例，这两个阶梯额外地形成为从面向工件的一侧开始呈圆锥形状渐缩。在这方面，选择锥角δ和γ。通过该构造，将保持元件7.2插入钻孔/凹槽是方便的，并且电极支架7.1和保持元件7.2之间的接合可以更安全地实现，其中，保持元件7.2与钻孔/凹槽的两个直径以及圆锥形设计自然应当是互补的。
在图8.1至图8.4示出的保持元件7.2的示例中，扁平部分7.2.3和7.2.5代替沟槽形成在保持元件7.2的外套表面处。用于容纳发射嵌件7.3的直径为D5的钻孔7.2.1形成在内部。
在图8.3和图8.4示出的示例中，面向工件的区域具有恒定的外径D3并且是圆柱形状。相反，远离工件的区域再次以呈圆锥形状渐缩的方式形成，在端面7.2.4处具有最小外径D4。同样地画出锥角γ。同样设置有具有角度β的倒角的端面边缘形成在直径为D3的圆柱形区域的远离工件的一侧处。
图9.1和图9.2示出了保持元件7.2的示例，在该保持元件中，用于压力均衡通道的沟槽7.2.3以相对于中间纵向轴线M成角度ε而形成，该沟槽形成在保持元件7.2的从端面表面7.2.7直到相对设置的端侧表面7.2.8的整个长度上。在这方面，沟槽7.2.3形成在保持元件7.2的外套表面。在这方面，图9.1示出了连续的沟槽而图9.2示出了不连续的沟槽7.2.3。
在端面7.2.7的径向外端面边缘处，形成有角度为α的倒角，该倒角便于插入且改善了用于空腔和环境之间的压力均衡通道的条件，其中，该空腔布置在端侧表面7.2.2的上方。
以不同的视图和以截面，图10.1和10.2示出了电极支架7.1的一个示例，图10.3示出了电极支架7.1的另一示例。在这方面，在电极支架7.1中存在一侧开口的钻孔7.4，用于插入并固定发射嵌件7.3。在钻孔7.4的内壁处形成沟槽7.1.5，能够得到空腔和钻孔7.4的端面7.1.6之间的压力均衡，该空腔形成在被插入钻孔7.4的发射嵌件7.3的远离工件的端面的上方。钻孔7.4的内径为D1，在图10.2中，该钻孔7.4的端部是平的，而在图10.3中该钻孔7.4的端部是尖的。发射嵌件7.3(未示出)的外径应当非常接近直径D1、与直径D1相同或甚至大于直径D1，使得通过压入配合可以实现接合而不需要额外的材料(可能的话)。
对应于图10.1至图10.3中的要点，在图11.1至图11.3中示出了电极支架7.1的示例。只是沟槽7.1.5相对于中间纵向轴线M以角度ε倾斜。并且，在这方面，通过示例，沟槽7.1.5被形成为不是在其从远离工件的一侧开始直到面向工件的一侧的长度上具有恒定的横截面。
图12.1至图12.2示出了发射嵌件7.3的示例，该发射嵌件的外径为D6。在图12.1示出的示例中，发射嵌件7.3是具有恒定外径D6的圆柱形状。具有角度α的倒角仅形成在远离工件一侧的端部边缘区域中。
沟槽7.3.3形成在外套表面处，该沟槽在该示例中并没有完全从端面7.3.7延伸至相对设置的端面7.3.8。由此保留了发射嵌件7.3的外套表面的一个小区域，在该小区域内，在发射嵌件7.3的外套表面和钻孔7.4的内壁之间存在径向周边接触，该钻孔7.4形成在电极支架7.1内或形成在保持元件7.2内，以及发射嵌件7.3可插入该钻孔。该区域直接邻接发射嵌件7.3的面向工件的端面7.3.8。然而，由于该接触区域非常小，因此在将发射嵌件7.3压入电极支架7.1或者保持元件7.2时，在布置在远离工件的端面7.3.3处的空腔中的相应的压力增加，但与环境的压力均衡还是会发生。在图12.3所示的示例中，在远离工件的一侧的方向上以角度γ以呈圆锥形状向外渐缩的方式形成发射嵌件7.3，具有倒角α的倒角形成在端侧面7.3.7的端侧边缘处。
图13.1至图13.5示出了可形成在保持元件7.2的外套表面或发射嵌件7.3的外套表面处的沟槽或扁平部分7.2.3、7.2.5或7.3.3的几何设计的多个示例。然而，以类似的方式，这些几何形状也可以被用于形成在钻孔7.4或7.2.1的内壁处的沟槽。
在图13.5所示的示例中，凸起部7.3.9形成在沟槽7.3.3的外边缘处，由此，通过发射嵌件7.3与保持元件7.2在相应的钻孔7.2.1中的形状匹配，或保持元件7.2与电极支架7.1在相应的钻孔7.4中的形状匹配，可以实现防止旋转的安全性以及在接合上的改进的、更安全的固定。
附图标记列表：
1 等离子体炬
2 喷嘴帽
3 等离子气体导管
4 喷嘴
4.1 喷嘴钻孔
5 喷嘴支架
6 电极容纳器
7 电极或电极结构
7.1 电极支架
7.1.1 前表面
7.1.2 外表面
7.1.3 内表面
7.1.4 内表面
7.1.5 沟槽或扁平部分
7.1.6 内表面
7.2 保持元件
7.2.1 钻孔
7.2.2 外表面
7.2.3 沟槽或扁平部分
7.2.4 外表面
7.2.5 沟槽或扁平部分
7.2.6 表面
7.2.7 远离工件的端面
7.2.8 面向工件的端面
7.2.9 内壁
7.2.10 凸起部
7.2.11 钻孔7.2.1的端部的内表面
7.3 发射嵌件
7.3.2 外套表面
7.3.3 沟槽或扁平部分
7.3.7 远离工件的端面
7.3.8 面向工件的端面
7.3.9 沟槽和外表面之间的凸起部
7.4 钻孔
8 喷嘴保护帽支架
9 喷嘴保护帽
9.1 辅助气体导管
D1 内径
D2 内径
D3 外径
D4 外径
D5 内径
M 中间纵向轴线
PG 等离子气体
SG 辅助气体
WR1 冷却剂回流管道
WR2 冷却剂回流管道
WV1 冷却剂供给管道
WV2 冷却剂供给管道
α 角度(倒角)
β 角度(倒角)
γ 角度(锥角)
δ 角度(锥角)
ε 角度
Claims (16)
1.一种用于等离子体割炬的电极结构，其中，在电极支架或保持元件内形成在待处理工件的方向上在一侧开口的凹槽或钻孔用以容纳发射嵌件，在所述凹槽或钻孔内，所插入的发射嵌件能够以力传递的方式、形状匹配的方式和/或利用材料的连续性被紧固，其特征在于，
至少暂时有效的压力均衡通道通过所述发射嵌件(7.3)存在于在凹槽或钻孔(7.2.1、7.4)和所述发射嵌件(7.3)内所形成的空腔和环境之间，和/或存在于所述发射嵌件(7.3)的外套表面区域和所述凹槽或钻孔(7.2.1、7.4)的内壁之间，所述凹槽或钻孔(7.2.1、7.4)形成在所述保持元件(7.2)或所述电极支架(7.1)内；和/或
至少一个暂时有效的压力均衡通道通过所述保持元件(7.2)存在于在凹槽或钻孔(7.2.1)和所述保持元件(7.2)内所形成的空腔和环境之间，和/或存在于所述保持元件(7.2)的外套表面区域和所述凹槽或钻孔(7.4)的内壁之间，所述凹槽或钻孔(7.4)形成在所述电极支架(7.1)或所述保持元件(7.2)内。
2.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，压力均衡通道被形成为在外套表面(7.2.2、7.2.4、7.3.2)处的钻孔、沟槽或扁平部分(7.2.3、7.2.5、7.3.3)。
3.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，在由沟槽或扁平部分(7.2.3、7.2.5、7.3.3)形成压力均衡通道的情况下，沟槽或扁平部分(7.2.3、7.2.5、7.3.3)从所述空腔开始延伸直到进入接近保持元件(7.2)和/或发射嵌件(7.3)的面向工件的端面(7.2.8)的区域中，使得至少在正常的室温下，在该端面(7.2.8)的该区域中，在所述电极支架(7.1)的内壁和所述保持元件(7.2)的外套表面(7.2.2)之间，和/或在所述保持元件(7.2)的内壁和所述发射嵌件(7.3)的外套表面(7.3.2)之间观测到径向周边全区域接触。
4.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，在由沟槽或扁平部分(7.2.5)形成压力均衡通道的情况下，在发射嵌件(7.3)与保持元件(7.2)或电极支架(7.1)的接合区域中的总表面的至少90％的接合区域中，观测到所述发射嵌件(7.3)或所述保持元件(7.2)的外套表面和所述保持元件(7.2)或所述电极支架(7.1)的内壁之间的接触表面。
5.根据权利要求4所述的电极结构，其特征在于，在发射嵌件(7.3)与保持元件(7.2)或电极支架(7.1)的接合区域中的总表面的至少93％的接合区域中，观测到所述发射嵌件(7.3)或所述保持元件(7.2)的外套表面和所述保持元件(7.2)或所述电极支架(7.1)的内壁之间的接触表面。
6.根据权利要求5所述的电极结构，其特征在于，在发射嵌件(7.3)与保持元件(7.2)或电极支架(7.1)的接合区域中的总表面的至少96％的接合区域中，观测到所述发射嵌件(7.3)或所述保持元件(7.2)的外套表面和所述保持元件(7.2)或所述电极支架(7.1)的内壁之间的接触表面。
7.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，压力均衡通道与中间纵向轴线M平行或相对于中间纵向轴线M成倾斜角度ε，其中所观测的倾斜角度的最大值为45°。
8.根据权利要求7所述的电极结构，其特征在于，所观测的倾斜角度的最大值为30°。
9.根据权利要求8所述的电极结构，其特征在于，所观测的倾斜角度的最大值为15°。
10.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，在从开口开始的至少一个区域中，钻孔或凹槽(7.2.1、7.4)形成为呈圆锥形状渐缩和/或具有阶梯状的内径或具有自由横截面，所述保持元件(7.2)和/或所述发射嵌件(7.3)的外套表面(7.2.2、7.2.4、7.3.2)以与所述钻孔或凹槽互补的方式形成。
11.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，保持元件(7.2)和/或发射嵌件(7.3)的外套表面(7.2.2、7.2.4、7.3.2)相对于中间纵向轴线M以角度γ倾斜，角度γ在1°至5°的范围内，和/或倒角形成在径向外端面边缘处且具有在10°至40°范围内内的角度。
12.根据权利要求11所述的电极结构，其特征在于，角度γ在1°至3°的范围内。
13.根据权利要求11所述的电极结构，其特征在于，倒角的角度在10°至20°范围内。
14.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，在由沟槽(7.2.3、7.2.5、7.3.3)形成的压力均衡通道处，在所述沟槽(7.2.3、7.2.5、7.3.3)的至少一个外边缘处，存在凸起部(7.2.10、7.3.9)，其中，所述沟槽(7.2.3、7.2.5、7.3.3)形成在所述保持元件(7.2)和/或所述发射嵌件(7.3)的外套表面处。
15.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，在由沟槽(7.2.3、7.2.5、7.3.3)形成压力均衡通道的情况下，凸起部(7.3.9)沿着所述沟槽(7.2.3、7.2.5、7.3.3)与所述电极支架(7.1)或所述保持元件(7.2)的钻孔或凹槽(7.2.1、7.4)的内壁(7.1.3)之间的过渡部而形成。
16.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，选择所述电极支架(7.1)和/或所述保持元件(7.2)内的钻孔(7.2.1、7.4)的直径、或凹槽的自由横截面、以及所述保持元件(7.2)和/或所述发射嵌件(7.3)的外套表面(7.2.2、7.2.4、7.3.2)的外径，使得能够实现压入配合，所述发射嵌件(7.3)能够被插入钻孔或凹槽(7.2.1、7.4)用以接合。
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