CN106576418B - 用于等离子弧切割系统的可消耗筒 - Google Patents

Abstract

本发明特征是一种用于等离子弧焊炬筒的框架。所述框架包括导热的框架本体（308），其具有纵向轴线、配置成连接到第一可消耗部件的第一端部以及配置成与第二可消耗部件匹配的第二端部。所述框架本体围绕所述第二可消耗部件的至少一部分。所述框架还包括形成在所述框架本体内的一组流动通道（328A，328B）。该组流动通道流体地连接所述框架本体的内表面和所述框架本体的外表面。一组流动孔配置来赋予围绕所述第二可消耗部件的流体流型。

Description

用于等离子弧切割系统的可消耗筒

技术领域

本发明大体涉及等离子弧切割系统和方法的领域。更具体地，本发明涉及用于通过使用改善的可消耗筒来简化、优化和减少切割时间和成本的方法和设备。

背景技术

等离子弧焊炬广泛使用于材料的切割和标记。等离子焊炬大体包括弧发射器（例如，电极）、具有安装在焊炬本体内的中心出口孔的弧收缩器或收缩构件（例如，喷嘴）、电气连接、用于冷却的通道、以及用于弧控制流体（例如，等离子气体）的通道。焊炬产生具有高温和高动量的气体的收缩离子化喷射。焊炬中所使用的气体可以是非反应性的（例如，氩气或氮气）或反应性的（例如，氧气或空气）。在操作期间，首先在弧发射器（阴极）和弧收缩器（阳极）之间产生维弧。可通过联接到DC电源和焊炬的高频、高压信号或通过各种接触启动方法中的任何方法来产生维弧。

传统的可消耗件在切割操作之前和期间都遭遇一系列缺点。在切割操作之前，对于特定切割任务而言选择和安装正确的可消耗件会是繁重且耗时的。操作者必须从大量库存的不同部件进行选择，为了有效性能必须合适地选择和配对这些部件。在操作期间，当前可消耗件遭受性能问题，诸如无法从焊炬末端和部件有效地耗散和传导开热量，并且无法保持合适的可消耗件对准和间距。此外，当前可消耗件包括大量昂贵材料，诸如铜和/或Vespel™，这导致显著的制造成本并抑制其广泛商业化、生产和采用。需要的是一种新的和改善的可消耗件平台，其降低制造成本、零件计数和/或库存要求，增加系统性能（例如，增加热传导并改善零件内部的对准），并且简化终端用户对可消耗件的安装和使用。

发明内容

本发明提供一个或更多个具有成本效益的筒设计，其降低制造成本，有助于筒的商业化和生产，改善终端用户使用时的安装和简易性，并且增加系统性能。在一些实施例中，重新设计多个传统的可消耗部件（例如，涡流环、喷嘴、护罩、保持帽以及电极部件）。在一些实施例中，产生新的部件（例如，电极套管、锁定环和/或界面绝缘体）。在一些实施例中，传统涡流环由焊炬本体内的不同特征部替代，这些特征部使焊炬本体内的气体流具有涡流（例如，具有直接构造在喷嘴的本体中的流动孔的涡流特征部）。在一些实施例中，喷嘴护罩与喷嘴电隔离（例如，通过使用阳极氧化铝和/或塑料）。

在一些实施例中，每个筒包括下列可消耗部件中的一个或更多个：具有一个或更多个区段的框架或本体；弧发射器（例如，电极）；弧收缩器或弧收缩构件（例如，喷嘴）；使等离子焊炬内的气体具有涡流的特征部（例如，构造到喷嘴中的涡流特征部，涡流环，或其它涡流特征部）；护罩（例如，通过使用铝、阳极氧化铝和/或塑料材料来呈电隔离的喷嘴护罩）；发射元件（例如，铪发射器）；和/或端帽。在一些实施例中，筒包括大体上铜部分（例如，由80%以上，优选地90%以上的纯铜或大致纯铜、或铜合金制成的内芯）和大体上非铜部分（例如，在内芯外部的非铜部分）。在一些实施例中，能够在手持式等离子切割系统和/或机械化等离子切割系统上使用筒。

在一些实施例中，筒具有弹性元件（例如弹簧电极或弹簧启动机构），其固定到电极，直接整合到筒中并设计成与筒不可分离或不可拆卸。弹性元件能够与框架物理连通和/或能够构造成将来自框架的维弧电流传导至弧发射器。弹性元件可在沿着弹性元件的轴线的方向上例如通过施加分离力来偏压弧发射器。在一些实施例中，分离力具有的大小小于将筒保持在一起的联接力的大小。在一些实施例中，筒不包括弹簧或弹性元件。

在一些实施例中，筒具有增强的冷却和绝缘能力、减少的制造成本和材料成本和/或改善的可再循环性、持久性以及性能。在一些实施例中，筒以一整合件的方式提供可消耗部件。在一些实施例中，筒使得能够显著减小组装时间（例如，减小到1/5-1/10）。在一些实施例中，筒通过消除用户选择和组装本领域中的零件的需要来确保对于给定切割任务总是正确地选择匹配和/或互补的零件，从而对于给定切割任务能够更简单地认知合适的可消耗部件并减少操作者错误。在一些实施例中，筒增强可消耗件的对准和/或间隔，因为筒零件在制造设置中已经组装，由此实现比本领域所可能的更紧密的公差。在一些实施例中，筒改善热耗散和/或传导能力。在一些实施例中，从焊炬移走大量热量，但不至于加热或熔化塑料部件。在一些实施例中，使用除了铜以外的金属（例如，在筒部件的内芯外侧的区域中）有助于从焊炬移走热量。在一些实施例中，筒允许对于特定切割任务待被预选择的可消耗件的特定组合。

在一些实施例中，筒框架包括强导热材料，例如铝、铜或其它高度导热金属。在一些实施例中，筒框架通过模制成型。在一些实施例中，筒框架的第一端部或框架的第二端部中的至少一个包括成形来接合互补部件的螺纹区域。在一些实施例中，护罩、弧收缩器和框架是热耦接的。在一些实施例中，框架的外表面成形来连接到保持帽。在一些实施例中，筒包括连接到框架的护罩绝缘体。在一些实施例中，护罩绝缘体压配到框架。

在一些实施例中，筒帽限定弧发射器的孔并包括围绕弧发射器孔的周边布置的流体密封表面。在一些实施例中，电极包括弹簧。在一些实施例中，筒帽在弧收缩构件的基部区域内延伸到邻近一组涡流孔的位置。在一些实施例中，弧收缩构件的基部通过模制成型。在一些实施例中，保持帽连接到筒本体。在一些实施例中，保持帽包括塑料。在一些实施例中，弧收缩构件和电极经由弧收缩构件的基部来连接到保持帽。

在一些实施例中，筒包括连接到筒本体的护罩。在一些实施例中，护罩经由护罩绝缘体连接到筒本体。在一些实施例中，护罩绝缘体压配到护罩或弧收缩构件的基部中的至少一个。在一些实施例中，护罩绝缘体是电绝缘的。在一些实施例中，护罩绝缘体是导热的。在一些实施例中，护罩绝缘体包括阳极氧化铝。在一些实施例中，套管布置成围绕电极的一部分。在一些实施例中，套管包括形成来使电极与弧收缩构件的基部电隔离的阳极氧化层。在一些实施例中，套管包括一组流动表面，其配置成有利于等离子焊炬内的流体流动，例如以改善冷却。

在一些实施例中，筒（或可消耗组件）包括布置在帽插件内的密封件。在一些实施例中，筒包括直接连接到气体流转向器的保持帽。在一些实施例中，保持帽由塑料形成。在一些实施例中，弧收缩器和发射性构件经由涡流环连接到保持帽。在一些实施例中，护罩绝缘体压配到护罩和气体流转向器中的至少一个。在一些实施例中，护罩绝缘体是电绝缘的。在一些实施例中，护罩绝缘体是导热的。在一些实施例中，护罩绝缘体包括阳极氧化铝。在一些实施例中，护罩具有大约2-4W/m-ºK-A的热容量电流比（heat capacity to currentratio）。在一些实施例中，筒或可消耗组件包括布置成围绕发射性构件的一部分的套管。在一些实施例中，套管包括形成来使发射性构件与弧收缩器的基部电隔离的阳极氧化层。在一些实施例中，套管包括一组流动表面。

在一些实施例中，筒作为一单元被替换。在一些实施例中，能够调节发射元件的长度来匹配喷嘴的使用期限，使得筒零件接近在同时达到其使用期限的终点。在一些实施例中，切割质量可类似于通过当前可消耗件所获得的切割质量。在一些实施例中，筒类型的可消耗组件包括布置在喷嘴本体内的弹簧电极和布置在锁定环内的密封装置。密封装置可配置来连接到等离子弧焊炬。弹簧电极可包括钉或接触元件，其在电极本体内延伸并连接到布置在接触元件与电极本体之间的弹簧。在一些实施例中，电极套管可具有成形的（例如，勺形的）前端以引导筒内的气体流。

此外，本发明可显著地降低制造成本。因为Vespel比铝昂贵得多，故采用铝替代Vespel可降低筒的制造成本。在一些实施例中，铜仅在电极、喷嘴和/或孔的某些位置中使用，这样可降低制造成本。例如，铜可主要集中在内芯或内部区域中。因为电流主要流经内芯，并且该内芯与等离子孔轴向对准，并且相关的热量在其中产生，故该区域是最迫切地需要耗散热量的区域，因此需要在远离焊炬的中心轴线的更大半径处进行散热。

存在与在等离子弧焊炬中使用筒相关的许多益处。首先，此类设计通过快速更换能力、短的设置时间和终端用户对可消耗件选择的简易性来促进使用的简易性。其还提供一致的切割性能，因为当更换筒时，即刻更换一套可消耗件。与此不同地，当在不同时刻单独地更换部件时会引入性能中的变化。例如，相同的涡流环的长期反复使用会在每次熄火后引起尺寸变化，由此，即使有规律地更换所有其它部件，也会改变性能质量。此外，可设计不同筒以相对于不同应用优化焊炬操作，诸如标记、切割、维持长的使用期限等。

在一些实施例中，弹簧不必与电极一起使用。弹簧的消除通过消除弹簧电极的顶部上的弹簧和钉部件来降低制造成本。在一些实施例中，筒是单个单元。在一些实施例中，保持帽被认为是焊炬的部分（并且不是可消耗部件）。在此构型中，机加工步骤可得以最少化，因为在组装后不需要机加工（与需要最后机加工步骤以实现筒的功能同轴度的一些焊炬组件相比）。在一些实施例中，与现有技术涡流环相比，涡流孔的减少可最少化钻孔操作，这些较大孔的截面面积大致等于所有先前较小孔的截面面积。这些部件中的一些进行模制或可模制，例如不需要机加工。因此，不必在保持帽和/或其它部件上具有螺纹以附接部件，因为部件能够是已经压配在一起的。

在一方面，本发明特征在于一种用于等离子弧焊炬筒的框架。框架包括导热的框架本体，其具有纵向轴线、配置成连接到第一可消耗部件的第一端部以及配置成与第二可消耗部件匹配的第二端部。框架本体围绕第二可消耗部件的至少一部分。框架还包括形成在框架本体内的一组流动通道。该组流动通道流体地连接框架本体的内表面和框架本体的外表面。一组流动孔配置来赋予围绕第二可消耗部件的流体流型。

在一些实施例中，第一可消耗部件是喷嘴以及第二可消耗部件是电极。在一些实施例中，框架本体是电绝缘的。在一些实施例中，框架本体是金属的或阳极氧化的。在一些实施例中，第一端部或第二端部中的至少一个包括成形来接合互补部件的螺纹区域。在一些实施例中，该组流动孔包括彼此径向偏移的多个孔。在一些实施例中，径向偏移是大约0.05英寸到大约0.5英寸。

在一些实施例中，第一端部配置成经由护罩绝缘体连接到护罩。在一些实施例中，框架促进护罩与喷嘴之间的热连通。在一些实施例中，框架本体的外表面配置成连接到保持帽。在一些实施例中，流动通道分别具有大约0.14英寸的直径。在一些实施例中，框架包括连接到框架本体的护罩绝缘体。在一些实施例中，框架包括连接到筒框架的第二端部的帽插件，帽插件大体使电极取向并将其保持在筒框架内。在一些实施例中，框架包括布置在帽插件内的密封件。

在另一方面，等离子弧焊炬筒具有电极、喷嘴和护罩。所述筒包括：相对于所述筒的纵向轴线的包括铜的内部部分。内部部分包括护罩的至少一部分、喷嘴和电极。筒包括相对于纵向轴线的外部部分。外部部分至少大体上不含铜。外部部分围绕铜内部部分并且包括护罩的至少一部分和喷嘴的一部分。

在一些实施例中，电极是弹簧电极。在一些实施例中，筒包括一组涡流孔，其中筒帽在喷嘴的基部内朝向该组涡流孔延伸。在一些实施例中，喷嘴的基部是金属的或阳极氧化的。在一些实施例中，筒包括连接到筒框架的保持帽。在一些实施例中，保持帽由塑料形成。在一些实施例中，喷嘴和电极经由喷嘴的基部连接到保持帽。

在一些实施例中，筒包括连接到筒框架的护罩。在一些实施例中，护罩经由护罩绝缘体连接到筒框架。在一些实施例中，护罩绝缘体是电绝缘的。在一些实施例中，护罩绝缘体是导热的。在一些实施例中，护罩绝缘体包括阳极氧化铝。在一些实施例中，护罩具有大约2-4W/m-ºK-A的热容量电流比。在一些实施例中，筒包括套管，该套管布置成围绕电极的一部分。在一些实施例中，套管包括阳极氧化层，其形成来使电极与喷嘴的基部电隔离。在一些实施例中，套管包括一组流动表面。在一些实施例中，筒还包括连接到筒框架的第二端部的帽插件，该帽插件大体使电极取向并将电极保持在筒框架内。

在另一方面，本发明特征在于一种用于等离子弧焊炬的可消耗组件。可消耗组件包括金属组件本体，该金属组件本体沿着通过金属组件本体的纵向轴线从第一端部延伸到二端部。金属组件本体限定具有多个涡流孔的散热器，所述涡流孔成形来赋予在散热器内或其周围的流型。所述可消耗组件还包括喷嘴，该喷嘴具有基部并与散热器的第一端部物理连通。所述可消耗组件还包括布置在散热器的一部分和喷嘴的一部分内的电极。

在一些实施例中，喷嘴和电极整体地形成为可消耗筒内的一部分。在一些实施例中，电极是弹簧电极。在一些实施例中，可消耗组件包括筒帽，所述筒帽在喷嘴的基部内朝向该组涡流孔延伸。在一些实施例中，金属组件本体是阳极氧化的。在一些实施例中，可消耗组件包括直接连接到金属组件本体的保持帽。

在一些实施例中，喷嘴和电极经由金属组件本体连接到保持帽。在一些实施例中，可消耗组件包括连接到金属组件本体的护罩。在一些实施例中，护罩经由护罩绝缘体连接到金属组件本体。在一些实施例中，护罩绝缘体压配到护罩和喷嘴的基部中的至少一个。在一些实施例中，护罩绝缘体是电绝缘的。在一些实施例中，护罩绝缘体是导热的。在一些实施例中，护罩绝缘体包括阳极氧化铝。

在一些实施例中，护罩具有大约2-4W/m-ºK-A的热容量电流比。在一些实施例中，可消耗组件包括布置成围绕电极的一部分的套管。在一些实施例中，套管包括阳极氧化层，该阳极氧化层形成来使电极与喷嘴的基部电隔离。在一些实施例中，套管包括一组流动表面。在一些实施例中，可消耗组件包括连接到金属组件本体的第二端部的帽插件，所述帽插件配置来使电极取向并将电极保持在金属组件本体内。在一些实施例中，可消耗组件包括布置在帽插件内的密封件。

在另一方面，本发明特征在于一种冷却等离子弧焊炬的方法。所述方法包括提供集成可消耗件，其具有限定多个孔的散热器，所述集成可消耗件具有包括电极、喷嘴和护罩的整合部件。所述方法还包括将集成可消耗件安装在等离子弧焊炬中。所述方法还包括使冷却流体流经所述多个孔，所述冷却流体形成冷却电极、喷嘴或护罩中的至少一个的流体流型，从而在操作期间从等离子弧焊炬移除至少一瓦特的功率。

在一些实施例中，筒包括一组流动通道，该组流动通道是流动孔或在与喷嘴结合时形成流动孔的槽。在一些实施例中，框架本体通过模制或铸造形成。在一些实施例中，流动孔具有大约0.05英寸到大约0.5英寸，例如0.2英寸的径向偏移。在一些实施例中，流动通道具有至少大约一平方英寸的总截面面积。在一些实施例中，护罩绝缘体压配到框架本体。在一些实施例中，筒帽限定电极孔并包括布置成围绕电极孔的周边的流体密封表面。在一些实施例中，保持帽由热塑性材料、Vespel™或Torlon™中的至少一种制成。在一些实施例中，护罩绝缘体压配到护罩或喷嘴的基部中的至少一个。在一些实施例中，筒包括布置在帽插件内的密封件。在一些实施例中，喷嘴在可消耗筒外部并且电极在可消耗筒内。在一些实施例中，保持帽由塑料形成。在一些实施例中，筒帽包含涡流孔，下降到适当远离涡流孔，或恰好延伸到涡流孔。

附图说明

在结合附图时从本发明的下面详细描述将更容易理解上述讨论。

图1A是用于根据本发明的说明性实施例的等离子弧切割系统的整体式筒的等距图示。

图1B是用于根据本发明的说明性实施例的等离子弧切割系统的整体式筒的截面图示。

图1C是用于根据本发明的说明性实施例的等离子弧切割系统的整体式筒的截面图示。

图2A是用于根据本发明的说明性实施例的等离子弧焊炬的内筒组件的等距图示。

图2B是根据本发明的说明性实施例的图2A的内筒组件的截面图示。

图3A是用于根据本发明的说明性实施例的具有塑料绝缘部件的等离子弧焊炬的内筒组件的截面图示。

图3B是根据本发明的说明性实施例的筒型可消耗组件的截面图示，其包括布置在喷嘴本体内的电极和布置在锁定环内的密封装置。

图4A是用于根据本发明的说明性实施例的等离子弧切割系统的筒的截面视图，其具有弹簧、压配到喷嘴基部的模制的保持帽以及快速转动（quick turn）螺纹特征部。

图4B是根据本发明的说明性实施例的安装在焊炬头部中的图4A的筒的截面视图。

图4C是根据本发明的说明性实施例的安装在图4B中示出的焊炬头部中的筒的外部视图，筒外部呈现部分透明的以示出快速转动螺纹特征部。

图5是根据本发明的说明性实施例的安装在焊炬头部中的筒的截面视图。

图6A和图6B分别是用于根据本发明的说明性实施例的等离子弧焊炬的保持帽的顶部透视图和截面视图。

图7A和图7B分别是根据本发明的说明性实施例的焊炬本体的顶部透视图和底部透视图。

图8A和图8B分别是根据本发明的说明性实施例的喷嘴基部的透视图和截面视图。

图9A和图9B分别是根据本发明的说明性实施例的锁定环的透视图和截面视图。

图10A和图10B分别是根据本发明的说明性实施例的护罩隔离件（或护罩绝缘体）的透视图和截面视图。

图11A和图11B分别是根据本发明的说明性实施例的电极套管的透视图和侧向外部视图。

图12A和图12B分别是根据本发明的说明性实施例的缩短的和延长的电极套管组件的截面视图。

具体实施方式

图1A是用于根据本发明的说明性实施例的等离子弧切割系统的整体式筒200的等距图示。从外部可见的是塑料外部区段204、金属外部区段208以及铜外部区段212（例如，喷嘴护罩）。塑料外部区段204和金属外部区段208在接头206处连结。在一些实施例中，接头206被包括在渐缩区域中或邻近渐缩区域。在一些实施例中，塑料外部区段204是保持帽。在一些实施例中，金属外部区段208是护罩绝缘体。在一些实施例中，金属外部区段208大体由除了铜的材料（例如，铝、阳极氧化铝等）制成。在一些实施例中，铜外部区段212由纯铜或大致纯铜或铜合金制成。在下面图1B中示出的截面视图中更详细地示出和描述筒200的组成部分。

图1B是用于根据本发明的说明性实施例的等离子弧切割系统的整体式筒200的截面图示。此视图示出喷嘴本体216、喷嘴孔218、具有发射元件222的电极220、具有伸长部分224A的绝缘体套管224、弹性元件226以及电极接触按钮236（例如，由黄铜制成）。这些元件中的一个或多个可重新设计以实现上述目标中的一个或更多个。

例如，喷嘴本体216可由传导性材料制成（例如，高传导性材料，诸如铝）并且可附接到（例如，可以呈直接物理接触）筒200的其它零件。在一些实施例中，喷嘴本体216与筒200的某些零件热连通（例如，经由热传导），但与某些零件（例如，或与喷嘴本体216呈热连通的相同零件或其它零件）电隔离。例如，喷嘴本体216可用作用于喷嘴孔218的散热器，同时保持与喷嘴护罩212的电隔离。与先前使用的材料（例如，Vespel™）相比，此类构型可增强（例如，喷嘴和电极的）冷却性能并减少制造成本。在一些实施例中，筒具有热导率为大约200-400瓦特每米每开氏度之间的区域（例如，铝可具有200-250W/m-ºK之间的热导率，而铜可具有350-400W/m-ºK之间的热导率）。在一些实施例中，铝可由钢合金替代，例如SS304。在一些实施例中，可消耗筒具有2-4W/m-ºK-A的热容量电流比。在一些实施例中，筒相对于筒的纵向轴线具有内部部分（例如，在图1B中由虚线290A、290B标示，在图1C中由299A、299B标示，或在图2B中在下面所示出的390A、390B），包括铜（例如，包括护罩的至少一部分、喷嘴和电极）。在一些实施例中，筒相对于纵向轴线具有外部部分（例如，围绕铜内部部分并包括护罩的至少一部分和喷嘴的一部分）。外部部分可至少大体上不含铜。在一些实施例中，外部部分按体积计包括少于大约80%的铜。在一些实施例中，内部部分按体积计包括超过80%的铜。在一些实施例中，外部部分按体积计包括少于90%的铜。在一些实施例中，内部部分按体积计包括超过90%的铜。

此外，喷嘴本体216包括一组入口涡流孔228（例如，涡流孔228A和228B）。在一些实施例中，该组入口涡流孔228包括五个涡流孔，或可选地包括三个到十个之间的涡流孔。涡流孔228可径向地偏移以向流经其的气体（例如，保护气体、等离子气体和/或充气气体）赋予涡流流动（例如，径向速度分量和切向速度分量）。在此构型中，喷嘴本体216提供先前由涡流环提供的涡流功能，因此消除对传统涡流环的需要。此外，在一些实施例中，喷嘴本体216经由模制工艺成形，从而消除对昂贵且耗时的用以产生涡流孔的钻孔工艺的需要。在一些实施例中，喷嘴护罩212包括角状部232，其有助于在操作期间使流体流改变方向远离等离子弧并有助于提供冲击冷却（例如，使来自孔212的气体流入到角状部232中）。

图1C是用于根据本发明的说明性实施例的等离子弧切割系统的整体式筒240的截面图示。整体式筒240可在许多方面相似于在图1B中示出的筒200，但可在某些其它方面不同。例如，筒240使用具有 “T”形截面的冲压焊炬界面250（例如，铜的冲压件）。界面250可允许电极比在图1B的构型中更自由地滑动，其使用具有与弹簧形成匹配表面的接头特征部的电极。在图1C中，帽和喷嘴本体已打开以易于制造并允许电极在筒组装期间自由地滑动到喷嘴本体中。然后弹簧能够倚靠在电极上，并且冲压焊炬界面250能够使用小的突片特征件252以容易地卡扣到喷嘴本体中，从而将电极紧固在其中。此类构型避免将多个零件压配在一起的需要（并且继而避免必须在零件之间获得紧密公差的需要）和/或避免从不同方向将焊炬的不同零件进行组装的需要。通过使用筒240，制造商可在一个步骤中简单地使电极滑动到适当位置。

此外，替代使用在喷嘴本体所钻取的孔，筒240使用模制的、具有槽的涡流特征部266以获得涡流功能。例如，在操作期间，气体能够沿着如所示的路径265流动，气体流出槽266且流入等离子室中以形成围绕等离子弧的涡流气体。在操作期间，气体可还流经模制的气体护罩通道254，从而进一步冷却喷嘴本体。在喷嘴本体、喷嘴孔和/或喷嘴衬套已连接时，则槽266形成一组涡流孔。传递到槽的气体从焊炬被传输通过由喷嘴本体的内表面以及喷嘴衬套的外表面（其组合地形成涡流孔）所限定的室。此类构型消除后处理机加工步骤和相关花费。此外，筒240包括在喷嘴孔和喷嘴本体之间的径向型锻连接258。径向型锻连接258提供稳健连接界面以允许喷嘴孔和喷嘴本体之间保持接触，但也暴露显著表面区域使得热量从喷嘴孔传导到喷嘴本体。最终，在该实施例中，电极套管被移除并且采用更传统的热交换器进行替代。

图2A是用于根据本发明的说明性实施例的等离子弧焊炬的内筒组件300的等距图示。从外部可见的是：具有通风孔306（例如，所示出的孔306A-D）的护罩304，具有流动孔或入口涡流孔312（例如，在图2A示出的孔312A，312B）的喷嘴本体308，前部绝缘体（或护罩绝缘体）314，以及后部绝缘体（或锁定环）316。结合下面图2B中所示的截面视图更充分地描述这些和其它元件。

图2B是根据本发明的示例性实施例的图2A的内筒组件300的截面图示。在该视图中，内筒组件300的若干额外部件是可见的，包括具有发射元件322的电极320，弧收缩器或喷嘴孔324，指向喷嘴孔324的护罩流动孔328（例如，如所示的流动孔328A-B），绝缘体套管332以及冷却气体流动通道336。在该实施例中，喷嘴本体308用作与其它零件附接的筒框架。

内筒组件300的多个特征能够增强其冷却能力。首先，喷嘴本体308可由铝制成，其与先前材料（例如，Vespel™）和上述构型相比可增强热传导。第二，喷嘴孔324可由铜制成并可按压到喷嘴本体308上。在此类实施例中，喷嘴本体308可用作用于铜喷嘴孔324的散热器。第三，改善的气体流动表面可有助于冷却，例如，其中保护气体向前流动经过孔328A，328B恰好到按压区域的外侧。压配布置还可提供焊炬零件之间的改善的热传导路径，这是由于这些零件的表面之间的相对紧密的公差。在一些实施例中，压配布置包括具有一个或更多个台阶状特征部的过盈配合和/或突出（tabbed）配合或互锁配合。此外，压配设计的小尺寸具有以下额外优点：减少制造成本和/或材料成本并简化部件的制造和组装（例如，通过具有较少零件）。

喷嘴护罩304还可由铜制成并可按压到阳极氧化铝绝缘体314上位于表面305A处。该组件然后可按压到喷嘴本体308上位于压配表面305B处。在此类实施例中，护罩绝缘体314将喷嘴本体308连接到护罩304。在一些实施例中，护罩绝缘体314压配到喷嘴本体308。在一些实施例中，护罩绝缘体314是电绝缘环和/或包括连接护罩304和喷嘴本体308的一组压配表面305A，305B。护罩绝缘体314可将喷嘴本体308连接到护罩304，使得喷嘴本体308和护罩304彼此电绝缘，但仍向彼此传递热能。在一些实施例中，压配表面可隆起以进一步增强部件之间的热传导（例如，喷嘴本体308与喷嘴孔324之间，喷嘴本体308与护罩304之间等）。在一些实施例中，使用两件式护罩绝缘体能够由于增加接触表面来增加（例如，加倍）电绝缘能力。

喷嘴护罩304可比先前护罩小得多，从而允许部件的有效制造和组装、改善的持久性以及更确保筒零件相对于彼此的合适取向。以示例的方式，对于45-amp的系统，现有技术常用的护罩可具有大约1英寸的直径和大约0.04磅的质量，而根据本发明的筒护罩可具有大约0.5英寸的直径和小于0.01磅的质量（例如，大约0.007磅）。对于105-amp的系统，现有技术常用的护罩可具有大约1英寸的直径和大约0.05磅的质量，而根据本发明的筒护罩可具有大约0.5英寸的直径和大约0.01磅的质量（例如，0.013磅）。

较小尺寸的构型可带来显著优点。首先，具有质量减小的部件具有减小的热容量，其允许部件在后流动期间迅速地冷却和/或允许更多的热量在操作期间传递到冷却气体。第二，较小护罩可在操作期间获得相对较高的温度，并可传递更多热量到冷却的气体。在一些实施例中，喷嘴护罩304暴露至（例如，经由护罩流动孔328）进入护罩区域的冷却气体，其可进一步降低温度。流动孔328可分别具有至少大约1平方英寸的总截面面积。

在一些实施例中，电极320包括由铜制成的基部。在一些实施例中，电极320基部具有小直径，其中按压式绝缘体套管332由阳极氧化铝和/或的塑料制成用于电隔离。在一些实施例中，冷却气体流动通道或间隙336存在于绝缘体套管332与喷嘴本体308之间。在一些实施例中，冷却气体在间隙336中流动。在一些实施例中，使用由两个端部触头340A，340B限定的“哑铃式”构型340，其可减小或最小化喷嘴本体308与绝缘体套管332之间的接触面积，并且可减少零件之间的摩擦。

在一些实施例中，套管332接触电极320，其可以是来自喷嘴本体308的分开的电流路径的部分和/或来自喷嘴本体308的电流路径的不同的一部分。在一些实施例中，电极320和喷嘴孔324可由间隙电气地分离开，以产生弧和/或确保焊炬中零件的合适取向。在此类实施例中，喷嘴本体308和电极320可在套管332与喷嘴本体308之间处于物理接触。在此类实施例中，在此区域中需要绝缘层，使得电流定向成经过发射元件322。

在一些实施例中，喷嘴本体342的壁（电极320在其附近运动）在操作期间可保持相对冷却，因为气体既流经喷嘴本体308的内侧上又直接横穿通过喷嘴孔324的外表面344。与先前诸如Vespel™的材料相比，用于喷嘴本体342设计的材料选择（例如，铝或其它金属）提供更好传导路径和散热能力。此类因素有助于冷却电极绝缘件，并且即使由于电极使用在发射元件中形成深坑之后也允许电极的运行。

在一些实施例中，锁定环316（或绝缘环）在筒300与焊炬之间形成界面346。在一些实施例中，锁定环316可由阳极氧化铝制成。锁定环316可按压到喷嘴本体中以“捕获”可运动的电极320。锁定环316可将部件容纳在筒300内并且使焊炬电隔离。在一些实施例中，锁定环316由热收缩或热粘合替代。在一些实施例中，锁定环316成形为使筒300（例如，轴向地）取向以优化气体流，从而使得电连接到阴极和/或提供电隔离。

在本文描述的各种实施例中，筒或可消耗组件具有大约3.5英寸的长度和1.1英寸的直径。在一些实施例中，保持帽被认为是焊炬的部分，例如，非可消耗部件。在此类构型中，机加工步骤得以最少化，因为在组装后不需要机加工（与需要最后机加工步骤以实现筒的功能同轴度的一些焊炬组件相比）。在一些实施例中，与现有技术涡流环相比，涡流孔的减少可最少化钻孔操作。在一些实施例中，采用铝替代Vespel™可显著地降低筒的制造成本。在一些实施例中，仅在电极，喷嘴和/或孔的某些位置处使用铜，这样可降低制造成本。例如，铜可主要集中在内芯或内部区域以实现上述的热传导和电流传导的益处，同时最小化使用更昂贵的铜材料的区域。

在一些实施例中，通过使用硬质阳极氧化技术可在选择的筒部件上产生阳极氧化层。使用含硫硬质阳极氧化工艺形成的阳极氧化层可使用硫酸电解溶液来形成。例如，可使用接近32华氏温度的硫酸电解溶液和大约23到27安培每平方英尺的电流密度。根据所使用的合金和期望的涂层厚度，该工艺可持续大约20到120分钟。可生产具有大约10到15微米厚度的涂层。该硬质阳极氧化涂层可提供高抗腐蚀性（例如，336+小时耐盐雾性）、高持久性（例如60-70洛氏C级等级）、以及电绝缘（例如800V/mil厚度）。可使硬质阳极氧化涂层染色，这样其并不一定产生含硫阳极氧化所产生的鲜明色彩。

阳极氧化工艺可提供铝到Al₂O₃的表面转化。阳极氧化工艺可提供大约0.003英寸厚度的硬质介电壳（包括50%增强（例如沉积在零件上）和50%熔深（例如对部件的暴露表面的材料改变））两者。硬质介电壳可提供良好的大气抗腐蚀性。对于极端环境，推荐5%重铬酸盐溶液密封，其可产生有利的耐磨性。在一些实施例中，多个阳极氧化盘可按压或热缩在一起。使用多个盘可产生可调节的电隔离，例如因为每个盘线性地增加电隔离（经由由每个盘的新表面引入的每个涂层/层）。通过使用多层，可使得电隔离能力非常强。在一些实施例中，可使用塑料、陶瓷、熔岩或Vespel来替代本文所讨论的任何或全部的阳极氧化部分/部件。

图3A是用于根据本发明的说明性实施例的具有塑料绝缘部件的等离子弧焊炬的内筒组件100的截面图示。内筒组件100包括许多类似于如上图2B中示出的筒组件300中的部件。然而，在上面由阳极氧化铝形成的某些部分在此构型中可由塑料部分替代。特别地，筒组件100包括后部塑料部分104（例如，高温热塑性帽以用作或替代如上在图2A-28中示出的后部绝缘体或锁定环316），套管塑料部件108（例如，以替代如上在图2B中示出的绝缘体套管332），以及前部塑料部件112（例如，以替代如上在图2B中示出的绝缘体314）。在一些实施例中，基于塑料的筒在热传递方面不如基于阳极氧化铝的筒一样好并且更易于发生材料破裂。然而，基于塑料的方法不依靠用于电绝缘的氧化物的壳，其可能易受破碎、刮擦和/或开裂（导致损坏和/或故障，例如由于产生通过部件的会阻碍操作或损坏系统的电流路径）。

基于塑料的筒100可包括铝喷嘴本体116，其它零件直接或间接附接到其—例如，喷嘴孔118、护罩120以及具有发射元件126的电极124。喷嘴孔118可按压到喷嘴本体116中，例如在压配接头122处。如上所述，喷嘴本体116可具有入口涡流孔128（例如，如所示的128A和128B和/或指向前（例如，朝向筒的前方）的孔130，保护气体可通过该孔130。护罩120可由铜制成和/或卡扣到高温热塑性绝缘体上。护罩/绝缘体组件可紧固到（例如，卡扣到）喷嘴本体116。电极124可由铜制成。电极124可包括铝套管132，其具有按压到其上的冷却孔（例如上冷却气体流动通道134和下冷却气体流动通道136）。高温热塑性套管108可连接到（例如，卡扣到）电极铝套管132。电极124可在喷嘴本体116内运动。高温热塑性帽104可卡扣到喷嘴本体中以“捕获”电极。筒零件的使用寿命可布置成使得各个零件的使用寿命彼此相似。在筒寿命结束时，可扔弃（例如，再循环）整个筒100，而不重复使用零件。

在一些实施例中，前部塑料部件112连接到护罩120并使护罩120与喷嘴本体116电隔离。在一些实施例中，喷嘴本体116包括五个护罩冷却孔以向护罩供应冷却气体。在一些实施例中，套管塑料部件108可在操作期间受到压力，而前部塑料部件112和后部塑料部件104面对较温和条件。这些条件变化可使得期望对前部、中部和/或后部塑料部分使用不同塑料。在一些实施例中，套管塑料部分108可暴露到大的热极端，而前部塑料部件112和后部塑料部件104在操作期间可面对相对较低温度。因此，套管塑料部件108可由更稳健材料/塑料形成（其涉及增加的成本和管理难度），而前部和/或后部部件104、112可由单独的稍微较不稳健的材料/塑料形成（其涉及降低的成本和管理难度）。在一些实施例中，焊炬的倾向于前方的部分是最热的。在一些实施例中，倾向于前方的部分可使用能经受高温的塑料，但这些材料通常是更昂贵的。在焊炬的较冷区域中可使用较不昂贵的材料。

使用阳极氧化铝、陶瓷、熔岩或Vespel来替代任何或全部的这些塑料部分/部分也是可能的。在一些实施例中，铝电极套管132中的冷却孔134，136允许冷却气体在电极124与喷嘴本体116之间流动。冷却孔134，136可在套管132内具有不同直径以对于给定筒获得期望的流动特征（例如，增加的流动、增加的压力、湍流、层流等）。在一些实施例中，电极套管132可以是较短或较长的（如下在图12A-12B中所示），从而提供增加的接触面积（直接传导）和气体暴露表面（加长的流动孔和通过套管的表面面积）用于改善的热传导。在一些实施例中，在电极套管132与喷嘴本体116之间可设置材料（例如，塑料或阳极氧化铝）以使部件彼此绝缘。

图3B是根据本发明的说明性实施例的筒型可消耗组件150的截面图示，其包括布置在喷嘴本体156内的弹簧电极154和布置在锁定环160内的密封装置158（例如，O形环）。密封装置158可配置成连接到等离子弧焊炬。弹簧电极154可包括弹性构件162（例如，弹簧）和钉或接触元件164，该钉或接触元件164在电极154内延伸并连接到布置在接触元件164与电极154之间的弹性构件162。在一些实施例中，电极套管170可具有成形的（例如，勺形的）前端172A，172B以引导可消耗组件150内的气体流。如上面的，通过电极套管170的流动孔174，176可具有不止一个直径。弹簧电极154可以以与已知弹簧电极一致的方式起作用。

图4A是用于根据本发明的说明性实施例的用于等离子弧切割系统的筒400的截面视图。筒400可包括许多与上述大体相似的部件。尤其，在该实施例中，筒400可总共具有十二个零件：两个模制塑料（例如，PEEK）零件（例如，保持帽404和喷嘴基部衬套408（或“锁定环”或“绝缘环”，例如在图9A中所示和如下描述的）；两个机加工的铝零件（例如，喷嘴基部412和电极套管416）；一个阳极氧化铝零件（例如，护罩隔离器或绝缘体420，压配到铝喷嘴基部412和护罩424）；三个铜零件（例如，护罩424、电极428以及喷嘴432）；一个镀有黄铜的零件（例如，电极接触按钮436）；位于电极428的钻孔中的一个铪插件440；一个O形环444；以及一个弹簧448。在一些实施例中，筒400包括用于与等离子弧焊炬的读写器（例如，如下在图4B中示出的读写器454）通信信息的信息存储装置449（例如，RFID标签）。RFID技术可以如在2013年11月13日提交且名称为“用于等离子弧切割系统的自动筒检测（AutomatedCatridge Detection for a Plasma Arc Cutting System）”的美国序列号14/079,163中所描述的方式起作用，其内容整体上通过引用并入本文中。

图4B是根据本发明的说明性实施例的安装在焊炬头部450中的筒400的截面视图。焊炬头部450可包括电触头458，例如Louvertac（如下在图7A和图7B中更详细示出和描述的）。在该视图中，电极套管416的外直径418是可见的，其允许气体流经间隙417。在一些实施例中，间隙417大约为0.003英寸。当安装在焊炬中时，电极接触按钮458与焊炬触头462接触，并且允许电流流到筒400用于点火。

图4C是根据本发明的说明性实施例的图4B中所示出的安装在焊炬头部450中的筒400的外部视图，筒外部呈现部分透明的以示出形成在焊炬头部450上的快速转动螺纹特征部470和保持帽404的内表面。快速转动螺纹特征部470可模制或成形为与保持帽404匹配。快速转动特征部可包括非标准的短梯形螺纹。当将筒400安装在焊炬头部450中时，操作者可简单地推动筒400直到其遇到O形环474。然后，操作者可转动筒400（例如，一次旋转的三分之一）以将筒400锁紧到位。转速转向构型具有没有额外的或运动的零件的优点，并且能够是使用简单且制造便宜的。

图5是根据本发明的说明性实施例的安装在焊炬头部504中的筒500的截面视图（例如，如在图2A-3B中的，其示出经由分开的保持帽所连接的焊炬）。在此构型中，与先前设计相比，可显著简化用于连接筒的保持帽508。例如，没必要使用Vespel（如在过去所使用的），这样显著地降低材料成本。保持帽508可由铝（或，对于较高成本，黄铜或铜）制成，其具有简单的塑料和/或复合材料壳盖。在一些实施例中，可添加套管以有助于保持筒500。在一些实施例中，保持帽508可以是焊炬的部分，例如不被认为是可消耗部分。在一些实施例中，图5组件的零件的形状和尺寸可改变，只要保持所需的电隔离和/或所需的气体流和电流路径。在一些实施例中，基于塑料的绝缘体和基于阳极氧化的绝缘体均可使用在该实施例中。

如上在图1-5中示出和描述的筒设计可实现快速的筒更换时间（例如，少于七秒）。例如，示例性安装过程可在少达两个的步骤中进行：（1）筒可下降到保持帽中；（2）然后可将保持帽附接到焊炬。替代性地，如果筒具有整合的保持帽，则可简单地将筒扭转到焊炬上。然后系统可准备进行操作。相反地，现有技术的系统需要操作者逐件地组装可消耗件堆叠。例如，现有技术的组装可包括步骤:使喷嘴下落到保持帽中；将电极放置在涡流环中；使涡流环和电极滑动到保持帽和喷嘴中；将护罩旋拧到保持帽上；以及将保持帽附接到焊炬以实施切割，而均同时确保所有部件都匹配于期望的工艺。因此，本发明显著地增加了安装可消耗部件的容易性和经济性。

在一些实施例中，筒由单元替代，使得不必进一步组装合适的可消耗件堆叠或选择合适的可消耗件组合。在一些实施例中，可调节发射元件的长度来匹配喷嘴的寿命，使得筒零件接近在同时达到其使用寿命的终点。在一些实施例中，切割质量可类似于通过使用当前可消耗件所获得的切割质量。在一些实施例中，弹簧不必与电极一起使用。消除弹簧可通过消除在弹簧电极的顶部上的弹簧和钉部件来降低制造成本。在一些实施例中，机加工步骤得以最小化，其中在组装之后不需要机加工（与需要最后机加工步骤以实现筒的功能同轴度相比）。在一些实施例中，与现有技术涡流环相比，涡流孔的减少可最少化钻孔操作（这些较大孔的截面面积大致等于所有先前较小孔的截面面积）。在一些实施例中，可选地，特定部件是模制的或是可模制的，例如，不需要进行机加工。因此，不必在保持帽和/或其它部件上设计螺纹以附接部件（例如，筒可消耗组件），因为部件能够是已经压配在一起的。

如下图6-图12示出与周围零件分离的如上示出并描述的一些单独的筒零件的更详细视图。这些零件可与上述的实施例一起使用，例如在图3A-3B，4A-4C和/或图5中示出和描述的。

图6A是用于根据本发明的说明性实施例的等离子弧焊炬的保持帽600的顶部透视图，以及图6B是保持帽600的截面视图。保持帽600包括螺纹604（例如，604A和604B）和608（例如，608A，608B）。在一些实施例中，螺纹604，608使得保持帽600在安装在焊炬中时能够实施快速锁定功能。在一些实施例中，保持帽600由模制的PEEK形成。在一些实施例中，保持帽包括“非标准的4节短梯形”。在图6B中，筒外部612描绘成透明的，使得内部轮廓604A-B，608A-B的结构在从侧面观察时是可见的。

图7A和图7B分别是根据本发明的说明性实施例的焊炬本体700（例如，如在上述的一个或多个实施例中示出的）的顶部透视图和底部透视图。焊炬本体700包括用于与如上所示的保持帽600中的相对应螺纹匹配的快速转动螺纹704（例如，704A，704B）。焊炬本体700还包括用于Louvertac和孔712（例如，712A，712B，712C）的凹槽708以便使气体流进入。焊炬本体700还包括用于RFID读写器连接件的槽716。

图8A和图8B分别是根据本发明的说明性实施例的喷嘴基部800的透视图和截面视图。喷嘴基部800包括用于与焊炬本体Louvertac匹配的电接触表面804。喷嘴基部800还包括具有抗旋转的尖锐边缘锁定部808的气体流槽808。在一些实施例中，喷嘴基部800还包括用于确保在焊炬头部内合适对准的对准特征部。

图9A和图9B分别是根据本发明的说明性实施例的锁定环（或“锁定环”、“绝缘环”或“喷嘴基部衬套”）900（例如，如上在图4A中示出的喷嘴基部衬套408）的透视图和侧向外部视图。锁定环900可由模制的PEEK形成，并可包括卡扣到锁定环900上的RFID标签904。锁定环900可以是焊炬与筒之间的界面。锁定环900可按压到喷嘴本体中以捕获可运动的电极。锁定环900可使筒部件容纳在筒内并且使焊炬与筒电隔离。在一些实施例中，锁定环900可由热收缩或热粘合替代。在一些实施例中，锁定环900成形为使筒（例如，轴向地）取向以优化气体流，从而使得电连接到阴极和/或提供电隔离。在一些实施例中，锁定环900包括周向的凸缘或台阶特征部908，其成形来连接到喷嘴本体上的互补凸缘，这是通过形成卡扣配合布置，从而防止在安装之后两个部件的拆卸或分离。

图10A和图10B分别是根据本发明的说明性实施例的护罩隔离器1000的透视图和截面视图。护罩隔离器1000可由阳极氧化铝或其它合适的介电材料制成。图11A和图11B分别是根据本发明的说明性实施例的电极套管1100的透视图和截面视图。电极套管1100的外表面1104可有助于焊炬内或其中的气体流动和热传递。在一些实施例中，电极套管包括铝、阳极氧化铝和/或热塑性材料。

图12A和图12B分别是根据本发明的说明性实施例的缩短的和伸长的电极套管组件1200和1250的截面视图。伸长的电极套管组件1200包括伸长部分1204，而缩短的组件1250包括缩短部分1208。

尽管已参考特定优选实施例具体示出和描述了本发明，但本领域技术人员应理解，其中在形式和细节上可做出各种变化而不偏离由下列权利要求所限定的本发明的精神和范围。特别地，本文所示出和讨论的尺寸仅作为实例提供且并不旨在解释为限制性的。此外，所描述的材料是示例性的，在保留在本技术的精神和范围的情况下可使用其它材料。

Claims (30)

1.一种用于等离子弧焊炬筒的框架，所述框架包括:

导热的金属框架本体，其具有纵向轴线、配置成连接到第一可消耗部件的第一端部以及配置成与第二可消耗部件匹配的第二端部，所述金属框架本体围绕所述第二可消耗部件的至少一部分；以及

形成在所述金属框架本体内的一组流动通道，所述流动通道流体地连接所述金属框架本体的内表面和所述金属框架本体的外表面，一组流动孔径向地偏移以赋予围绕所述第二可消耗部件的涡流流体流型，

其中，所述筒作为一单元被替换并且以一整合件的方式提供可消耗部件，

其中，所述金属框架本体、所述第一可消耗部件和所述第二可消耗部件分别为喷嘴本体、喷嘴和电极，

其中，所述喷嘴本体用作附接所述喷嘴和所述电极的框架，并且用作经由热传导对所述喷嘴散热的散热器，并且

其中，通过对所述金属框架本体进行阳极氧化，或者通过在所述金属框架本体和所述电极之间布置绝缘体套管，使所述金属框架本体与所述电极电隔离。

2.如权利要求1所述的框架，其中，所述第一端部或所述第二端部中的至少一个包括成形来接合互补部件的螺纹区域。

3.如权利要求1所述的框架，其中，所述组流动孔包括彼此径向偏移的多个孔。

4.如权利要求3所述的框架，其中，径向偏移是0.05英寸到0.5英寸。

5.如权利要求1所述的框架，其中，所述第一端部配置成经由护罩绝缘体连接到护罩。

6.如权利要求5所述的框架，其中，所述框架促进所述护罩和所述喷嘴之间的热连通。

7.如权利要求1所述的框架，其中，所述金属框架本体的所述外表面配置成连接到保持帽。

8.如权利要求1所述的框架，其中，所述流动通道分别具有0.14英寸的直径。

9.如权利要求1所述的框架，其还包括连接到所述金属框架本体的护罩绝缘体。

10.如权利要求1所述的框架，其还包括连接到所述金属框架本体的所述第二端部的帽插件，所述帽插件大体使所述电极取向并将其保持在所述金属框架本体内。

11.如权利要求10所述的框架，其还包括布置在所述帽插件内的密封件。

12.一种用于等离子弧焊炬的可消耗组件，所述可消耗组件包括：

金属组件本体，其沿着通过所述金属组件本体的纵向轴线从第一端部延伸至第二端部，所述金属组件本体限定具有多个涡流孔的散热器，所述多个涡流孔径向地偏移以赋予在所述散热器内或其周围的涡流流型；

喷嘴，其具有基部并且与所述散热器的所述第一端部物理连通；以及

电极，其布置在所述散热器的一部分和所述喷嘴的一部分内，

其中，所述金属组件本体用作附接所述喷嘴和所述电极的框架，并且所述散热器从所述喷嘴传导热量，并且

其中，通过对所述金属组件本体进行阳极氧化，或者通过在所述金属组件本体和所述电极之间布置绝缘体套管，使所述金属组件本体与所述电极电隔离。

13.如权利要求12所述的可消耗组件，其中，所述喷嘴和所述电极整体地形成为可消耗筒内的一部分。

14.如权利要求12所述的可消耗组件，其中，所述电极是弹簧电极。

15.如权利要求12所述的可消耗组件，其还包括筒帽，所述筒帽在所述喷嘴的所述基部内朝向所述多个涡流孔延伸。

16.如权利要求12所述的可消耗组件，其还包括直接连接到所述金属组件本体的保持帽。

17.如权利要求16所述的可消耗组件，其中，所述喷嘴和所述电极经由所述金属组件本体连接到所述保持帽。

18.如权利要求12所述的可消耗组件，其还包括连接到所述金属组件本体的护罩。

19.如权利要求18所述的可消耗组件，其中，所述护罩经由护罩绝缘体连接到所述金属组件本体。

20.如权利要求19所述的可消耗组件，其中，所述护罩绝缘体压配到所述护罩和所述喷嘴的所述基部中的至少一个。

21.如权利要求19所述的可消耗组件，其中，所述护罩绝缘体是电绝缘的。

22.如权利要求19所述的可消耗组件，其中，所述护罩绝缘体是导热的。

23.如权利要求19所述的可消耗组件，其中，所述护罩绝缘体包括阳极氧化铝。

24.如权利要求18所述的可消耗组件，其中，所述护罩具有2-4W/m-ºK-A的热容量电流比。

25.如权利要求12所述的可消耗组件，其中，所述绝缘体套管布置成围绕所述电极的一部分。

26.如权利要求25所述的可消耗组件，其中，所述绝缘体套管包括阳极氧化层，所述阳极氧化层形成来使所述电极与所述喷嘴的所述基部电隔离。

27.如权利要求25所述的可消耗组件，其中，所述绝缘体套管包括一组流动表面。

28.如权利要求12所述的可消耗组件，其还包括连接到所述金属组件本体的所述第二端部的帽插件，所述帽插件配置来使所述电极取向并将所述电极保持在所述金属组件本体内。

29.如权利要求28所述的可消耗组件，其还包括布置在所述帽插件内的密封件。

30.一种冷却等离子弧焊炬的方法，所述方法包括:

提供集成可消耗件，其具有限定径向地偏移的多个孔的散热器，所述集成可消耗件具有包括电极、喷嘴和护罩的整合部件；

将所述集成可消耗件安装在所述等离子弧焊炬中；以及

使冷却流体流经所述多个孔，所述冷却流体形成冷却所述电极、喷嘴或护罩中的至少一个的涡流流体流型，从而在操作期间从所述等离子弧焊炬移除至少一瓦特的功率，

其中，所述散热器用作附接所述电极、所述喷嘴和所述护罩的金属框架，并且从所述喷嘴和所述护罩传导热量，并且

其中，通过对所述金属框架进行阳极氧化，或者通过在所述金属框架和所述电极之间布置绝缘体套管，使所述金属框架与所述电极电隔离。

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