CN1051322A - 具有伸长的下喷嘴件的等离子弧切割焊枪 - Google Patents

具有伸长的下喷嘴件的等离子弧切割焊枪 Download PDF

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Abstract

一种等离子弧切割焊枪，包括一个位于电极下的 喷嘴件，用于绕等离子流喷射水，以致于压缩电弧。 喷嘴组件包括上、下碟形喷嘴元件，它们被隔开中间 形成一水流间隙，所述元件包括对齐的孔，使等离子 能流过该处，到达下面的工件。下喷嘴件具有延伸的 长度，它的前(或下)端部是倾斜的，形成一个截锥形 外表面，使焊枪进行倾斜切割时能接近于工件定位， 以致能达到预定的投射距离，使切割质量和速度达到 最高。

Description

本发明涉及一种等离子弧切割焊枪，其特征是，它能进行倾斜切割，同时与工件保持一个较短的投射距离。
授予Hogan  et  al的美国专利No，3，619，549公开了一种用于金属切割的水压缩等离子弧焊枪，其中，形成一个与等离子弧紧密接触的水的旋流，用于压缩电弧，于是提高了切割质量和速度。授予Couch  et  al的美国专利公开了一种类似的焊枪，其中，通过一个环形喷咀组件形成一个围绕电弧的水体，喷咀组件包括一对碟形的上、下喷咀件，喷咀件位于电极下面。等离子气体和电弧穿过两个喷咀件上的对齐的孔，通过一个形成于两喷咀之间的间隙将水朝着等离子气体和电弧径向地导入。
授予Yerushalmy的美国专利NO.4，311，897代表了上述的基本焊枪设计的一个改进。更具体地说，Yerushalmy的专利揭示了在孔的长度和两个喷咀件间形成的水流间隙之间必须保持一个予定的尺寸关系，以便焊枪对于工件的“投射距离”变化的敏感性最小。这里使用的术语“投射距离”是指下喷咀件孔端和工件之间的特定距离，它通过实验来确定，以使切割质量和速度达到最高。作为一个特定的例子，采用南卡罗来纳的佛罗伦萨L-Tec焊接和切割系统目前出售的PT-15型焊枪，在400安培时进行切割的予定投射距离通常是0.375±0.06英吋。Yerushalmy的专利揭示了下喷咀件的孔的长度是控制投射距离敏感度的最重要的因素，其下孔长度的最佳范围是上喷咀件孔的长度的几分之一，对于所述类型的焊枪来说应是在0.07和0.16英吋之间。该方法已被本领域的技术人员所采用，在商业焊枪中，上、下喷咀件的孔的设计是在指定的参数之中。同时希望并在商业中已实行了用陶瓷绝缘材料来制造下喷咀件，并且如果下孔的长度比Yerushalmy的专利中指出的更长的话，那么电弧的发生如果不是不可能的话，也是很困难的。
当在例如45°进行倾斜切割时，焊枪必须相对于工件倾斜，使用上述的PT-15型焊枪，不可能保持少于大约0.62英吋的投射距离。否则焊枪将接触工件。这个很长的投射距离大大超出了实验所确定的最满意的距离，它导致一个更大的切割宽度，圆形的切割面和工件顶边的烧接。
所以，本发明的一个目的是提供一种所述类型的等离子弧切割焊枪，即使当焊枪相对于工件倾斜进行斜割时，它也能保持一个最有效的投射距离。
本发明的另一个目的是提供一种等离子弧焊枪，它能提高斜割的质量和速度，并具有满意的启动性能。
本发明的上述和其它目的及优点是由这种意想不到的发现而达到的，既，穿过下喷咀件的孔的长度可以比Yerushalmy的专利中所提到的长的多，由于使下喷咀件的孔更长，当在例如45°进行斜割时，可使投射距离减少到实验确定的最佳距离。投射距离的减少大大提高了斜割的质量。另外，已经发现，下喷咀件孔的长度的增加不会使焊枪如前面叙述的那样启动更困难。
根据本发明，提供了一种等离子弧焊枪，它包括一个形成了一个发射端和一个纵轴的电极，相邻于电极的发射端安装的上喷咀件，它有一穿过该处并具有予定长度L1的第一孔，它与纵轴对齐，和一个相邻于上喷咀件在与电极相反的一侧安装的下喷咀件。它具有穿过该处并有予定长度L2的第2孔，孔与纵轴对齐。并且，焊枪包括一个产生电弧的装置，电弧从电极的发射端延伸穿过第一和第二孔到达工件，工件位于下喷咀件与上喷咀件相反的另一侧，用于在电极和上喷咀件之间产生一个气体涡流的涡流发生装置，以致能通过第一和第二孔向外产生一个等离子流并到达工件，和用于在上、下喷咀件之间导入一个液体射流以致当等离子穿过第2孔时将其包裹的装置。最后，在本发明的焊枪中，下喷咀件的孔的长度L2至少和上喷咀件的孔的长度L1一样长。
在推荐实施例中，上、下喷咀件间隔一个予定的距离Wg，长度L2至少和长度L1加上距离Wg的长度一样长，另外，下喷咀件最好包括形成了一个前端部和一个后端部的圆柱体部分，第二孔同轴地延伸穿过该处，并限定了一个孔径D2、一个环形安装突缘定位于所述圆柱体部分的后端部，一个截锥面形成于前端部的外部，以致与第二孔同轴。截锥面具有大约60°～120°之间的锥角，一个轴向高度H，和一个径向尺寸R。并且，H至少等于L2的大约一半，L2是在大约0.16～0.60英吋之间，D2是在0.140～0.260英吋之间，L2等于大约0.65-7.8（D2）2。
上面已描述了本发明的一些优点和目的，其余的将附随附图在下面进行描述，其中：
图1是体现了本发明特征的等离子弧焊枪的侧剖视图。
图2是焊枪下部的局部剖视图，显示了对工件进行倾斜切割的位置。
图3是焊枪喷咀组件的稍微放大的局部剖视图。
图4是根据本发明的第二实施例的焊枪下部的侧剖视图。
首先参见图1～3的实施例，图中示出了一个包括一个喷咀组件12的等离子弧焊枪10。焊枪10包括一个不消耗的管形电极结构14，它最好由铜制造，并具有装在下端的钨或镀钍的钨电极头16，它是作为负极端，于是，电极结构14在电极头16处限定了一个下端或放射端，和一个垂直的纵轴，如图1所示，电极结构14装在焊枪体18上，焊枪体分别具有气体和液体通道20和22、焊枪体18由一个绝缘外壳件24所围绕。
管件26悬挂在电极结构14的中心孔28中，用于使一种液体介质例如水循环通过电极结构14。管件26的直径小于孔28的直径，以致提供了一个空隙29，用于水从管件26中排出时的流动。水从一个水源（未显示）流经管件26并回流经过空隙29到达焊枪体18上的开口32，并流至一个排水软管（未显示）。通道22将喷射水导向喷咀组件12，在该处，水被转变成旋转的涡流用于围绕等离子弧，这在下面将要详述。气体通道20从一个适当的气源（未显示）。引导气体，通过一个由任何适当的高温陶瓷材料制的普通的气体导流体34，经由入口38进入一个气体增压腔36。入口38的佈置应使气体以众所周知的旋流方式进入增压腔36。气体从增压腔36经过喷咀组件12的同轴的电弧压缩孔40和42流出。与焊枪体18相连的电极结构14将陶瓷气体导流体34和高温塑料绝缘件35固定在位。元件35使喷咀组件12与电极结构14绝缘。
喷咀组件12包括一个上喷咀件43和一个下喷咀件44，元件43、44分别包括第一和第二孔40，42。虽然上、下喷咀件可以是金属的，但是下喷咀件最好是陶瓷材料，例如矾土的。
下喷咀件44通过一个塑料间隔件45和一个水涡流环46（见图3）与上喷咀件43隔开。上喷咀件43和下喷咀件44之间的空间形成了一个水腔47。上喷咀件43的孔40与焊枪电极结构14的纵轴轴向对准。并且，孔40为圆柱形。它具有直径D1，并具有与增压腔36相邻的斜的上端48，其斜角大约为45°。
在图示的实施例中，下喷咀件44包括一个圆柱体部分50，它限定了一个前（或下）端部分或一个后（或上）端部分，孔42同轴地延伸穿过该体部分。一个环形安装突缘51定位于后端部，一个截锥表面52形成于前端部外表面，它与第二孔42同轴。并且，截锥表面52其顶角有大约90°的锥角，环形突缘51由一个帽形件54下端的向内的突缘53从下面支承，帽形件54通过内螺纹可拆卸地安装在外壳件24上，并且，一个垫圈55位于突缘51和53之间。
下喷咀件44上的电弧压缩孔42是圆柱形的，它通过一个任何合适的塑料材料的对中套管58与上喷咀件43的电弧压缩孔40保持轴向对齐。对中套管58上端部有一凸缘59，它可拆卸地卡在上喷咀件43的环槽60中。对中套管58从上喷咀件延伸与下喷咀件44偏压接合，在下喷咀件44插入套管58之前就将涡流环46和间隔件45装上。来自通道22的水流通过套管58上的开口65到达涡流环46上的喷孔67，然后水被喷入水腔47。喷孔67绕涡流环46切向设置，使水在水腔47中呈旋转状态。水通过下喷咀件44上的电弧压缩孔42排出水腔47。
一个电源（看图2）与焊枪电极结构14相连，与金属工件成串连电路关系，工件通常是接地的。工作时，在焊枪10的阴极端16和工件之间建立起等离子弧，工件定位于下喷咀件44的下面。等离子弧开始是以通常的方式在电极结构14和喷咀组件12之间建立一个瞬间的引导电弧，然后电弧分别通过电弧压缩孔40和42转移到工件上。每个电弧压缩孔40和42有助于加强和对准电弧，当等离子通过下通道42时水的旋转涡流包裹等离子。
根据本发明，下喷咀件44的孔42有一纵向长度L2（看图3），它比上喷咀件43的孔40的长度L1长的多。于是，下喷咀件在帽形件54下端的环形支承突缘53下面延伸一个相当大的距离。最好长度L2至少和长度L1加上距离Wg的长度一样长，Wg代表上、下孔之间的水流间隙的长度。并且，下孔42的直径D2最好稍大于上孔40的直径D1。
截锥面52的顶点最好有大约60°～120°之间的锥角，一个轴向高度H和一个径向尺寸R，其中，H至少等于L2的大约一半，并且，截锥面52的径向尺寸R至少约等于孔径D2。在图1～3的实施例中，截锥面52顶点的锥角为90°，于是，H等于R。
图2显示了本发明的焊枪在一个倾斜的操作位置，用于在工件上形成一个倾斜的切口。可清楚地看出，由于下喷咀件44在帽形件54下端的支承突缘53下面适当地延伸，并且元件44有一斜面，既截锥面52，而使其投射距离相当短，与予先确定的最佳距离一致，以达到最高的切割质量和速度。
作为一个最佳的非限定的实施例，体现了本发明特点的焊枪的结构和操作可以在下列参数范围中：
电源  400安培
耗水率  0.38gpm
气流率  140Cfh
L10.16至0.40英吋。
L20.16至0.60英吋。
Wg  0.01至0.10英吋。
D10.125至0.230英吋。
D20.140至0.260英吋。
对于本发明的上述或类似的焊枪，已确定了一个有关下喷咀件的孔径D2与下喷咀件的孔长L2的经验公式，既：
L2＝0.65-7.8（D2）2
图4显示了体现了本发明特征的焊枪的第2实施例。该焊枪包括一个其下端装有电极头72的电极结构71，一个导流件74围绕电极结构的下部，导流件包括开口75，其布置能使以涡流方式导入气体。喷咀组件包括一个上喷咀件76和一个下喷咀件78，它们被隔开中间形成一水流间隙。上喷咀件76有一孔80，该孔有一倒锥形横截面，下喷咀件78包括一伸长的圆柱形孔82，其长度比孔80和水流间隙的长度大的多。并且，下喷咀件78的周边下部包括一截锥面84，当进行如图2所示的倾斜切割时，它能进一步便于投射距离的减小。
在附图和说明书中，已提出了本发明的最佳实施例，虽然使用了特定的术语，但它们仅具有一般的和描述上的意义，而不是出于限定的目的。

Claims (12)

1、一种等离子弧焊枪，其特征在于：它能进行倾斜切割同时与工件保持一个较短的投射距离，它包括一个限定了一个发射端和一个纵轴的电极，一个相邻于所述电极的发射端安装的上喷咀件，它具有一个穿过该处并具有予定长度L1的第一孔，孔与所述纵轴对齐，一个相邻于所述上喷咀件在与电极相反的另一侧安装的下喷咀件，它具有穿过该处并具有予定长度L2的第2孔，孔与所述纵轴对齐；用于产生电弧的装置，电弧从电极的发射端延伸穿过所述第一和第二孔到达工件，工件相邻于下喷件与上喷件相反的另一侧；用于在所述电极和上喷咀件之间产生气体旋流的装置，以致能通过第一和第二孔产生一个向外的等离子流而到达工件；用于在所述上、下喷咀件之间导入一个液体射流的装置，以致当等离子通过所述第2孔时能将其包裹，其中，长度L2至少和长度L1一样长。
2、如权利要求1所述的等离子弧焊枪，其特征在于：所述上、下喷咀件被隔开一个予定的距离Wg，其中，长度L2至少和长度L1加上距离Wg一样长。
3、如权利要求1所述的等离子弧焊枪，其特征在于：L1是在大约0.16～0.40英吋之间，L2是在大约0.16～0.60英吋之间，Wg是在大约0.01～0.10英吋之间。
4、如权利要求1所述的等离子弧焊枪，其特征在于：所述第2孔的直径比所述第一孔的直径大。
5、如权利要求1所述的等离子弧焊枪，其特征在于：所述下喷嘴件包括限定了一个前端部和一个后端部的圆柱体部分，所述第2孔同轴地延伸通过该处，并限定了一个孔径D2，一个位于所述体部分后端部上的环形安装突缘，一个形成于所述后端部外面的截锥面，它与所述第2孔同轴，并具有在大约60°～120°之间的锥角，一个轴向高度H，和一个径向尺寸R，其中，H至少等于L2的大约一半，L2是在大约0.16～0.60英吋之间，D2是在0.125～0.260英吋之间。
6、如权利要求5所述的等离子弧焊枪，其特征在于：L2等于大约0.65～7.8（D2）2，所述截锥面的径向尺寸R至少大约等于所述孔径D2。
7、一种适用于所述类型的等离子弧焊枪的喷咀组件，焊枪包括一个在电极下面并与之对齐的喷咀组件，以使电弧从电极穿过喷咀组件到达工件，所述喷咀组件使焊枪能完成倾斜切割，同时相对工件保持一个较短的投射距离，它包括一个适于相邻于所述电极安装的上喷咀件，它有一个穿过该处的具有予定长度L1的第一孔，和一个适于相邻于所述上喷咀件在其与电极相反的一侧安装的下喷咀件，所述下喷咀件包括：（a）一个限定了一个前端部和一个后端部的圆柱体部分，并有一个同轴延伸穿过该处的第2孔，并限定了一个孔长度L2，和一个孔径D2，（b）一个定位于所述体部分后端部的环形安装突缘（C）。一个形成于所述前端部外表的截锥面，它与所述第2孔同轴，并具有大约在60°～120°之间的锥角，一个轴向高度H，一个径向尺寸R，其中，长度L2至少和长度L1一样长，H至少等于L2的大约一半，L2是在大约0.16～0.60英吋之间，D2是在0.140～0.260英吋之间。
8、如权利要求7所述的喷咀组件，其特征在于：L2等于大约0.65～7.8（D2）2，并且所述第2孔的直径大于所述第一孔的直径。
9、如权利要求7所述的喷咀组件，其特征在于：所述截锥面的径向尺寸R至少约等于所述第二孔的直径D2。
10、一种适用于所述类型的等离子弧焊枪的伸长的下喷咀件，焊枪包括在电极下面对齐的上、下喷咀件，以使电弧从电极穿过上、下喷咀件到达工件，所述下喷咀件的形状使焊枪能进行倾斜切割，同时相对工件保持一个较短的投射距离，所述下喷咀件包括一个限定了一个前端部和一个后端部的圆柱体部分，并具有一个同轴延伸穿过该处的孔，并限定了一个孔长L2和一个孔径D2，一个定位于所述体后端部的环形安装突缘，一个形成于所述前端部外表的截锥面，它与所述孔同轴，并具有大约在60°～120°之间的锥角，一个轴向高度H，一个径向尺寸R，其中，H至少等于L2的大约一半，L2是在大约0.16～0.60英吋之间，D2是在大约0.140至0.260英吋之间。
11、如权利要求10所述的下喷咀件，其特征在于：L2等于大约0.65-7.8（D2）2，所述截锥面的径向尺寸R至少约等于所述孔径D2。
12、如权利要求11所述的下喷咀件，其特征在于：所述元件由陶瓷材料制成。
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