CN106717128B - 等离子割炬、喷嘴和防护帽 - Google Patents

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Abstract

提供了一种等离子炬组件及其部件，具有优化的属性以允许改善炬的耐用性及多用性。提供了具有新颖设计的炬喷嘴，该炬喷嘴包括沿喷嘴的长度延伸的多个外部冷却通道。提供了改善的内固位盖组件，该内固位盖组件对保护气体流赋予涡流。此外，防护帽和外固位件具有优化的几何形状以允许将炬制造得更窄，从而有助于切割通过已知机械化的等离子炬不可获得的复杂的3‑D形状和锥形切口。

Description

等离子割炬、喷嘴和防护帽
发明背景
发明领域
本发明的系统和方法涉及等离子切割，并且更确切地涉及使用具有新颖喷嘴和防护配置的炬组件的等离子切割。
相关技术的描述
在不同行业中对等离子切割系统的使用已经得到发展，并且因此，对于增加炬及其部件的耐用性和寿命存在不断增长的需要。关于一些内部炬零件(例如喷嘴)和一些外部炬零件(例如防护帽)而言尤其如此。如通常已知的，等离子切割涉及使用高电流的等离子射流，该等离子射流在切割过程中产生大量的热量并且在刺穿或起弧过程中可能产生飞溅。这种高热量和飞溅不利地影响炬中部件的运行寿命，于是需要将其更换，从而造成停工时间。因此，需要改进来减少这种停工时间并增加炬部件的运行寿命。
通过常规、传统和所提出的方法与本申请的其余部分中参照附图阐述的本发明的实施例相比较，这些方法的进一步的局限性和缺点对本领域内的技术人员而言将变得明显。
发明简要概述
本发明的实施例包括涉及较已知炬有所改善的等离子割炬及其部件的设备和方法。实施例至少包括改善的炬喷嘴几何形状和构型、改善的炬几何形状、炬轮廓和防护帽几何形状、以及改善的内固位盖组件构型。如在此描述的示例性炬较已知炬具有改善的耐用性、精确度和工作方式，尤其是在切割复杂的3-D形状和锥形切口方面。示例性喷嘴包括外部冷却通道和改善的构型，示例性炬和炬防护帽具有改善的窄几何形状和轮廓，并且示例性内固位件盖组件具有改善的性能并且提供总体改善的炬几何形状。
附图简要说明
通过参考附图来详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述和/或其他方面将会更加清晰，在附图中：
图1是已知喷嘴构型的图解表示；
图2是本发明的示例性喷嘴的图解表示；
图3是根据本发明的实施例的示例性炬头的图解表示；
图4是本发明的炬头部件的示例性组件的横截面的图解表示；
图5是图4的横截面的更近距离视图的图解表示；
图6A和图6B是本发明的内固位件组件的示例性实施例的图解展示；
图7是本发明的示例性实施例的一部分的横截面的图解表示；
图8是本发明的隔离器环的示例性实施例的图解表示。
示例性实施方案的详细说明
下面将参考附图来描述本发明的示例性实施例。所描述的示例性实施例旨在帮助理解本发明、而不旨在以任何方式限制本发明的范围。贯穿全文，类似参考号表示类似的要素。
应注意的是，出于下文讨论的目的，该系统将作为液体冷却的机械化等离子电弧切割系统来进行讨论。然而，示例性实施例不限于用在这种电弧切割系统中，并且实施例可以用在手持切割系统以及空气冷却系统中。因此，以下讨论旨在是示例性和告知性的。进一步地，以下讨论将使用诸如“远侧”和“下游”的术语。在此申请的上下文中，应理解的是，这些术语指的是更靠近炬的发射等离子的末端。例如，炬的远端是炬的发射等离子射流以执行切割的末端。进一步地，如果某物是另一个部件的“下游”，则它更靠近炬的远端。类似地，使用术语“上游”总体上将表明某物更加远离炬的远端。
因为电弧割炬的制造、组装和使用是本领域技术人员总体上已知的，其组件及其部件的细节在此将不再进行阐述。
现在转向图1，示出了已知的割炬喷嘴100构型。虽然喷嘴构型可以改变，但所描绘的喷嘴100代表了许多已知的构型。如通常已知的，喷嘴有助于集中和引导从炬电极到工件的等离子射流。喷嘴100具有空腔及喉部(未示出)，该空腔及喉部将等离子射流引导至炬的出口并引导至工件。因为该空腔及喉部的构造和使用是已知的，在此无需对其进行讨论。
如所示出的，喷嘴100具有上游部分110，该上游部分具有上游末端并且其中制成了空腔开口以使电极和气体涡流环可以插入。该上游部分典型地是具有直径的圆柱形部分，该直径是喷嘴的最大外部直径。在所示出的实施例中，上游部分110的外表面具有第一O形环槽和第二O形环槽103/105(在槽103/105中示出了O形环)。在这些O形环槽103/105的下游是喷嘴移除凹槽107，该喷嘴移除凹槽提供了如下凹槽，喷嘴移除工具可以用于该凹槽以将喷嘴从炬移除。在上游部分110的下游是过渡部分120。由于炬末端的圆锥形形状，过渡部分120将喷嘴100从大的上游部分的外径变为较小的直径。该过渡部分具有成角度表面121，该成角度表面具有截头锥体形状并且将喷嘴100从上游部分直径过渡至较小的直径以用于过渡圆柱形部分123。过渡圆柱形部分123用于产生肩台部分125，该肩台部分具有的表面垂直于喷嘴100的中心线。肩台部分125用于提供用于喷嘴固位盖的入座表面，该喷嘴固位盖用于将喷嘴保持在炬内。在过渡部分的下游是远侧部分130，该远侧部分具有总体上圆柱形的形状和喷嘴100的最小外径。远侧部分130还具有O形环槽131(O形环被示出在槽内)，该O形环槽在喷嘴固位盖上密封并且终止于喷嘴的远端133。喷嘴100的远端133具有喷嘴喉部(未示出)的出口孔口，等离子射流从该出口孔口发射并被引导至工件。喷嘴100的远端133还具有倒角边缘135，该倒角边缘是最远侧的固位盖入座表面。也就是说，边缘135用于帮助使喷嘴100在用于喷嘴100的固位盖内入座。因此，当炬组装时，喷嘴100的远端133通常与固位盖的远端表面平齐。除了等离子射流，涡流气体可以穿过喷嘴100并从远端中的孔口离开。
虽然所示出的构型可令人接受地运行，仍期望增加喷嘴的运行寿命。由于其邻近等离子射流，喷嘴在炬的运行过程中遇到非常高的热量，并且虽然通过涡流和保护气体将喷嘴冷却，但这种高的热量可能缩短喷嘴的运行寿命。因此，需要进行改善来增加喷嘴的耐用性。
在图2中示出了本发明的示例性改善的喷嘴。虽然喷嘴200与已知的喷嘴100构型具有一些广泛的相似性，但存在许多增强方式来改善喷嘴200的性能。以下将对其进行讨论。
喷嘴200具有上游部分210，该上游部分具有喷嘴的上游末端201、至少两个O形环槽203/205和喷嘴移除凹槽207。该上游部分具有总体上圆柱形的外形状并且具有喷嘴200的最大外径。在上游部分210的下游是过渡部分220。与上游部分210直接相邻的是弯曲过渡部分225，该弯曲过渡部分使用从上游部分210的外部直径至圆柱形部分223的弯曲过渡，该圆柱形部分具有的最大外部直径小于上游部分210的最大外部直径。弯曲过渡部分225可以具有弧形形状或者可以具有圆形形状(即，具有单一曲率半径)。这允许了在喷嘴200上的多个部分之间的平滑流动过渡。圆柱形部分223具有多个冷却通道227，该多个冷却通道在圆柱形部分223的周界周围径向分布。这些冷却通道227可以开始于圆柱形部分223中在从弯曲过渡部分225至圆柱形部分223的过渡处或者开始于弯曲过渡部分225中。此外，在一些示例性实施例中，这些冷却通道227可以仅仅位于成角度过渡部分221上。例如，用于低安培数应用(即，低于150安培)的喷嘴，这些凹槽227可以仅仅位于部分221上。凹槽227总体上是在喷嘴200的过渡部分220的外表面中的凹陷。
这些冷却通道227增加了过渡部分200的暴露于冷却剂流动的总表面积量并且有助于将流动引导在沿喷嘴200的期望路径中。在多个示例性实施例中，冷却通道的数量在5至12的范围中并且在喷嘴200的圆周周围均匀分布。在图2中示出的实施例中，这些冷却通道227在与喷嘴200及其喉部(未示出)的中心线CL共平面的线中延伸。中心线CL穿过喷嘴空腔(以下进一步讨论)的中心。同样，应注意的是，在图2中，相对流动方向将从该图的顶部延伸至底部，其通常是气体穿过空腔的流动。然而，在其他示例性实施例中，通道227可以是成角度的，从而在冷却通道的面积中沿喷嘴200的长度将涡流赋予经过的冷却介质(例如水)的流动。可以将这些通道227的形状优化以用于所期望的流动图案以及要实现的冷却。然而，在一些示例性实施例中，这些通道227具有的宽度大于其深度。此外，在一些示例性实施例中，所有通道227具有相同的横截面形状和流动方向，而在其他实施例中，通道的第一分组可以具有第一横截面形状(例如矩形)，而通道的第二分组可以具有不同的形状(例如半圆形)。此外，一些通道可以沿其长度与中心线CL共平面，而其他通道可以是成角度的，从而在冷却剂流动中赋予涡流。
在图2中示出的示例性实施例中，喷嘴200具有六个通道227，这些通道在喷嘴200周围均匀径向分布。如所示出的，通道227的整个长度与喷嘴的中心线CL共平面。进一步地，这些通道具有总体上矩形的横截面，其中它们的宽度大于它们的深度。
在圆柱形部分223的下游是成角度过渡部分221，该成角度过渡部分的形状类似于截头锥体并且减小了喷嘴200的外径。如所示出的，在本发明的示例性实施例中，冷却通道227延伸到成角度过渡部分221上并且可以延伸至成角度过渡部分221的远端，如所示出的。在其他示例性实施例中，冷却通道227可以在成角度过渡部分221之前终止或者沿成角度过渡部分221的长度终止。进一步地，如所示出的，在成角度过渡部分221中的通道227保持与喷嘴200的中心线CL共平面并且保持与通道227在圆柱形部分223中的部分成直线。然而，在其他示例性实施例中，通道227在成角度过渡部分221中的部分可以相对于通道227在圆柱形部分223上的部分成角度。进一步地，在图2中示出的实施例中，通道227在成角度过渡部分221中的部分与通道227在圆柱形部分223中的部分具有相同的横截面。然而，在其他示例性实施例中，通道227在成角度过渡部分221中的横截面与通道227在圆柱形部分中的部分不同。例如，通道227在成角度部分221中的部分可以更宽和/或更窄，从而有助于使流出通道227的冷却剂散热。在进一步的示例性实施例中，通道227在成角度部分221中的部分的横截面可以沿其长度改变。也就是说，在从圆柱形部分223到成角度部分221的过渡处，通道227的横截面可以与在部分223中使用的一致。然而，当通道227朝成角度过渡部分221的远端前进时，横截面可以如所期望的来变化从而实现期望的性能。
如所示出的，在过渡部分220的下游是喷嘴200的远侧部分230。远侧部分230具有与以上讨论的部分225类似的弯曲过渡部分235。弯曲过渡部分235可以具有弧形或圆形形状并且将喷嘴200的外部直径减小至喷嘴200的远侧部分230的直径，其中远侧部分230的最大外部直径小于上游部分210和过渡部分220中任一者的最小直径。在弯曲过渡部分235的下游是至少一个O形环槽231。在其他实施例中，可以利用多于一个O形环槽。O形环槽231用于紧固在安装时在固位盖上入座的O形环。在O形环槽231的下游是固位盖底座部分236，固位盖的一部分在该固位盖底座部分上入座以将喷嘴200保持在炬内的位置处。在固位盖底座部分236的下游是远侧冷却部分237，该远侧冷却部分在喷嘴的远端面233处终止。远侧冷却部分237具有的长度L使得远侧冷却部分中的至少一些延伸超出喷嘴固位盖的远端并且暴露于炬内的保护气体流。这允许保护气体流接触喷嘴顶部的尖端，有助于冷却喷嘴200。这至少在图5中可以看出，该图示出了包括示例性喷嘴200的示例性炬的横截面。(应注意的是，以下关于图4阐述了对炬的讨论)。如所示出的，远侧冷却部分237具有的长度使其延伸超出固位盖409的远端一段距离X。这允许远侧冷却部分237的至少一部分将处在保护气体流中，该保护气体流被引导在开口510中在固位盖409与防护帽303之间。在本发明的示例性实施例中，(在固位盖409的远端面与喷嘴200的远端面233之间测量的)距离X在0.025英寸至0.15英寸的范围内。在其他实施例中，只要可以实现所期望的冷却，就可以使用不同的距离。然而，距离X不应太长而使得保护气体穿过间隙510的流动受损。进一步地，冷却部分237的长度L经由到固位盖组件的热传递而允许额外地冷却喷嘴的末端。在示例性实施例中，(如从固位盖底座部分236的远端表面至喷嘴的远侧面233测量的)长度L在喷嘴的(如从表面201至表面233测量的)总长的5％至15％的范围内。这允许额外地冷却喷嘴尖端并且因此延长喷嘴200的寿命。
对喷嘴200的以上共同或分别讨论的特性显著地在已知炬之上对喷嘴200的冷却有所改善并且改善了沿喷嘴200的气体流动的效率。因此，本发明的实施例提供了在已知炬之上的显著运行优势。进一步地，以上还允许优化炬的总体设计，如以下进一步讨论的。
现在转向图3，示出了示例性炬300。如之前所解释的，等离子炬在切割操作中的使用已经有所增加。这在使用炬来切割复杂形状的机械化和机器人系统中尤其如此。例如，炬用于切割复杂的3-D形状或锥形切口。然而，由于已知炬的复杂度以及炬经历的高温(从而需要显著量的冷却)，已知的炬是相对笨重的，尤其是在其操作远端处。这妨碍了将已知炬有效地用于切割复杂的3-D形状、斜面、切口等。也就是说，难以将这些炬放入紧密的区域和空间中。此外，这些炬的远端的宽面在刺穿过程中暴露于飞溅，这对防护帽造成损坏并加速了对其进行更换的需要。然而，本发明的实施例通过提供更加集中且流线型的炬形状而解决了这些问题。这在图3中进行描绘。
图3描绘了示例性等离子炬300。炬300具有炬本体305、炬头组件301、防护帽303和外固位盖307，其中防护帽303和外固位盖307两者构成炬头组件301的外壳。外固位盖307将防护帽303紧固至炬组件(例如参见图4)。然而，与已知的炬不同，炬300的一些部件的几何形状有所优化，从而允许炬300有更加多功能的用途并且增加炬部件(例如防护帽)的使用寿命。也就是说，炬300比已知的炬更窄并更小。
确切地，在本发明的示例性实施例中，炬头组件301的从其远端311(防护帽303的端面)至外固位盖307的上游末端304的高度H小于3.25英寸、并且在一些实施例中在3.2英寸至3英寸的范围内。进一步地，外固位盖307具有小于2英寸、并且在一些实施例中在2英寸至1.9英寸的范围内的最大外径W。在盖307的中央部分307’处存在最大直径W。外固位盖307还具有小于外径W的阶梯下降的外径W’。这个阶梯下降的直径W’是盖307的圆柱形下游部分307”的最大直径，其中下游圆柱形部分307”是盖307的从具有盖307的最大外径W的部分307’在下游方向上的下一个相邻的圆柱形部分。在本发明的示例性实施例中，阶梯下降的外径W’与最大外径W的比率在0.92至0.95的范围内。盖307还被配置成使得高度H’与H的比率在0.51至0.55的范围内，其中高度H’是从远侧面311至下游圆柱形部分307”的上端306的最大距离。
防护帽303被设计成使得防护帽具有比已知的炬更大的暴露的防护高度SH。也就是说，在示例性实施例中，防护帽303具有端面311直径D和防护高度SH，使得在直径D与防护高度SH之间的比率在0.25至0.35的范围内，其中直径D是端面311的圆形平坦表面的直径，并且防护高度SH是防护帽303的暴露的竖直高度(如从端面311至外固位盖307的下游或远端308测量的)。在进一步的示例性实施例中，D与SH的比率在0.28至0.32的范围内。进一步地，防护帽具有成角度或圆锥形的外表面312，其中在圆锥形表面与水平之间的角度B在50度至65度的范围内。在进一步的示例性实施例中，角度B在55度至60度的范围内。此外，如在图3中所示出的，角度A在80度至50度的范围内。在进一步的示例性实施例中，角度A在70度至60度的范围内。角度A是在防护帽303的成角度表面312的相反侧(即，距彼此180的侧面)之间测量的。
以上尺寸关系与已知的炬构型不同并且允许更容易地在复杂的3-D形状和锥形切口应用中使用本发明的炬。此外，在示例性实施例中，至少部分地由于使用例如以上讨论的喷嘴200的示例性喷嘴，可以实现以上参考的尺寸关系。也就是说，在此讨论的喷嘴和其他炬部件的示例性实施例允许制造较窄的炬。例如，使用冷却通道227可以允许炬的内部通道和间隙更小，从而允许更紧密的炬构型。进一步地，在此讨论的示例性实施例允许这种更窄和更紧凑的炬设计，其增强了切割复杂和锥形形状的能力并且延长了炬及其部件的寿命。
炬300和炬部件(例如喷嘴200)在此可以与任何已知的切割电流一起使用。也就是说，本发明的示例性实施例可以与用高于100安培的切割电流运行的炬一起使用。在其他实施例中，这些炬与在100安培至400安培的范围内的切割电流一起使用，而在另外的实施例中，示例性炬可以与高于400安培的切割电流一起使用。
图4描绘了本发明的示例性炬头301的横截面。如以上所解释的，炬头301具有防护帽303，该防护帽通过外固位盖307保持在位。在防护帽303内部的是喷嘴200，该喷嘴通过内固位盖409保持到位。在内固位盖409与防护帽303之间的是保护气体涡流器407，该保护气体涡流器输送并对保护气体赋予流动，该保护气体在内固位件盖409与防护帽303之间被引导。(以下阐述了涡流器407和盖409的更详细的讨论)。在喷嘴200的上游是电极411和冷却管401，这两者共同地插入到喷嘴200的空腔中，如之前所讨论的。等离子电弧是由电极411产生的，并且冷却管401用于将冷却流体引导至电极411以将其保持在可接受的运行温度。在电极411与喷嘴200之间是等离子气体涡流环405，该等离子气体涡流环对等离子气体赋予涡流，这有助于在切割过程中维持稳定的电弧并将喷嘴200冷却。等离子气体涡流环405具有远端表面405’，该远端表面在喷嘴200的内入座表面240上入座。
图5描绘了炬头301的横截面的更近视图。如可以看出的，并且如以上讨论的，喷嘴200的远侧冷却部分237延伸经过内固位盖409的远端一段距离X并且具有长度L，这增加了其热传递表面积。这提高了喷嘴200的末端的冷却并且增加了喷嘴的寿命。
进一步地，如之前示出和讨论的，等离子气体涡流环405被插入到喷嘴200中。确切地，喷嘴200具有由圆柱形状的空腔壁251形成的涡流环空腔250。空腔250还具有水平入座表面240，等离子涡流环405的远端表面405’在该水平入座表面上入座。在本发明的示例性实施例中，表面240被定位成使得喷嘴200具有在0.35英寸至0.75英寸的范围内的涡流环空腔250深度CD(在表面240与上游末端201之间)。在进一步的示例性实施例中，深度CD在0.62英寸至0.72英寸的范围内。进一步地，在示例性实施例中，空腔深度CD在喷嘴200的总长(从表面201至表面233)的40％至60％的范围内。在这种实施例中，涡流环405与已知的炬相比被定位成进入喷嘴200更深。这允许本发明的实施例的涡流环405和喷嘴200提供所期望的等离子气体流，从而在切割过程中尤其在具有以上讨论的几何形状和尺寸关系的炬中提供稳定的等离子射流。
现在转到图6A和图6B，示出了本发明的内固位盖组件的示例性实施例。内固位盖组件由内固位盖409和保护气体涡流器407构成。如所示出的，固位盖409具有内部空腔，喷嘴、电极和涡流环插入到该内部空腔中(例如参见图4和图5)。此外，如所示出的，盖409具有主要部分601，该主要部分是圆柱形形状的并且具有盖409的最大外部直径。在主要部分601的下游是过渡部分610，该过渡部分具有圆柱形或成角度的外表面611，并且该过渡部分将盖409的外表面从主要部分601过渡至圆柱形部分603，该圆柱形部分具有与主要部分601相比较小的外直径。这个过渡部分610将盖409的外直径改变成使得盖409可以被容纳在以上讨论的窄的炬构型中。同样，如所示出的，过渡部分610包括与涡流器407接合的涡流器接合部分409’。在所示出的示例性实施例中，涡流器接合部分409’从过渡部分610的表面611向外延伸。
如以上陈述的，涡流器407经由接合部分409’接合至盖409，这有助于将涡流器407紧固在盖409与防护帽303之间。涡流器407还用作盖409与防护帽303之间的隔离器。因此，在示例性实施例中，涡流器407由高度耐热的非金属材料制成。涡流器407通常是环形形状的，使得盖409穿过环的中心。此外，涡流器407具有多个流动通道450，该多个流动通道从涡流器407的外径到达涡流器407的内径。这些通道450允许保护气体从涡流器407的上游流动至涡流器407下游的保护气体通道510。这总体上在图7中进行描绘。
如在图7中示出的，涡流器407具有内径向轮廓，该内径向轮廓由表面407’、407”和下方竖直表面407”构成。下方竖直表面407”是涡流器407的最内径向表面、并且如所示出地没有与盖409的过渡部分610的表面611接触。如所示出的，通道450从涡流器407的外径向轮廓到达内径向轮廓并且穿过没有与表面611接触的内表面离开。因此，这些通道450允许保护气体流动到通道510中。也就是说，当保护气体接触涡流器407的外径向轮廓时，保护气体穿过通道450并且离开进入通道510。图7还描绘了被紧固在内固位件盖409的突出接合部分409’与防护帽303之间的涡流器407。接合部分409’从内固位件盖409的外表面突出。确切地，在示例性实施例中，接合部分409’具有至少两个接合表面409”和409”’，该至少两个接合表面分别与涡流器407上的两个对应的接合表面407’和407”接合。这种接合为涡流器407提供了水平支撑和竖直支撑。此外，在示例性实施例中，涡流器407的外表面407”’和远端表面407””分别与防护帽303的内表面上的表面303’和303”接合。防护帽固位表面303’和303”在防护帽303的内表面710中形成凹陷的接合部分，从而有助于紧固涡流器407，并且在水平方向和竖直方向上约束涡流器407。当保护气体从其上游源流动时，保护气体被引导至通道450，并且这些通道将流动引导到保护气体通道510中。在图7中示出的实施例中，这些通道450是水平定向的，使其相应的中心线相对于炬的中心线CL垂直。然而，在其他示例性实施例中，通道450可以成角度以使其相应的入口(从保护气体流动角度来看)被定位成距炬的远端和盖409的末端更远，然后是通道450的相应的保护气体出口。也就是说，在将图7用作参考时，通道450将从右向左向下倾斜，其中通道450的入口(在涡流器407的外轮廓中)将比孔口的出口(在涡流器407的内轮廓中)更高。因此，在这种实施例中，这些通道450使其出口距盖409的远端更近。在示例性实施例中，这些通道450具有圆形横截面并且具有的直径允许所期望的空气流动量。在其他示例性实施例中，这些通道450的横截面可以是非圆形的。在示例性实施例中，如在图7中示出的，通道450的入口被定位在接合表面303’的同一表面上。在一些实施例中，这些通道450的直径或横截面可以全都相同，而在其他实施例中，这些通道450的直径或横截面可以不同。例如，可以存在多个实施例，其中一些通道具有第一直径，并且其他通道450具有更小或更大的第二直径。
图8描绘了涡流器407的两个替代实施例的横截面视图。如所示出的，这些通道450在涡流器407的圆周周围径向并均匀地分布。通道的数量应该足以提供保护气体到通道510的期望流动并且用于切割操作。在示例性实施例中，通道的数量在10至20的范围内。进一步地，通道450在涡流器407中定向，从而赋予保护气体涡流，使得保护气体在通道510中旋流。这有助于提供在切割操作过程中有助于使等离子电弧稳定的保护气体。如所示出的，在示例性实施例中，通道450被定向成使其相应的中心线CCL与平行于中心线CCL的线PCL(该线穿过涡流器CL的中心线)偏移一段距离XD。如在图8中示出的，在左边上的涡流器407具有偏移XD，该偏移小于右边的涡流器407的偏移。偏移XD越大，则赋予保护气体流的涡流量越大。在示出的实施例中，这些通道各自具有相同的偏移XD。然而，在其他示例性实施例中，这些通道中的一些通道具有第一偏移XD，而这些通道450中的其他通道具有不同的第二偏移XD。也就是说，在示例性实施例中，相应的通道450的偏移XD被优化以提供用于保护气体的期望涡流。在本发明的示例性实施例中，偏移距离XD在0.03英寸至0.86英寸的范围内。在进一步的示例性实施例中，偏移距离XD在0.054英寸至0.57英寸的范围内。
通过结合以上描述的特征和属性，在此描述的示例性炬能够具有显著优化的轮廓和几何形状(例如，如相对于图3描述的)并且因此提供了具有改善的寿命和切割属性的优化割炬。这种在已知技术上的改善是由于在此讨论的新颖改善而可实现的，因为没有这类新颖的特征就不可能获得本文中的增强。因此，在此描述的示例性实施例代表在已知炬构型上的显著改善，并且与已知的炬相比提供了改善的性能、耐用性和多用性。
尽管已参考本发明示例性实施例具体地示出并描述了本发明，但是本发明不限于这些实施例。本领域普通技术人员将理解的是，可以在此做出形式上和细节上的多种不同改变而不脱离如以下权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
参考号
100 喷嘴 223 圆柱形部分
103 O形环槽 225 弯曲过渡部分
105 O形环槽 227 冷却通道
107 喷嘴移除凹槽 230 远侧部分
110 上游部分 231 O形环槽
111 上游部分 233 远端面
120 过渡部分 235 弯曲过渡部分
121 成角度表面 236 固位盖底座
123 过渡圆柱形部分 237 远侧冷却部分
125 肩台部分 240 内入座表面
130 远侧部分 250 涡流环空腔
131 O形环槽 251 圆柱形状的空腔壁
133 远端 300 示例性炬
135 倒角边缘 301 炬头组件
200 喷嘴 303 防护帽
201 上游末端 303’表面
203 O形环槽 303” 表面
205 O形环槽 304 上游末端
207 喷嘴移除凹槽 305 炬本体
210 上游部分 306 上端
220 过渡部分 307 外固位盖
307’中央部分
221 成角度过渡部分 307” 下游圆柱形部分
308 远端
311 远端
312 成角度表面
401 冷却管
405 涡流环
407 保护气体涡流器
407’表面
407” 表面
407”’ 外表面
407”” 远端表面
409 固位盖
409’涡流器接合部分
409” 接合表面
409”’ 接合表面
411 电极
450 流动通道
510 开口
601 主要部分
603 圆柱形部分
610 过渡部分
611 成角度外表面
710 内表面

Claims (23)

1.一种等离子炬喷嘴固位盖组件，包括：
内固位盖，所述盖包括：
具有最大外径的圆柱形状的主要部分，该最大外径是所述内固位盖的最大外径；以及
联接至所述主要部分的成角度过渡部分，该成角度过渡部分将所述圆柱形状的主要部分联接至第二圆柱形部分，该第二圆柱形部分具有的外径小于所述最大外径，所述成角度过渡部分包括突出接合部分，该突出接合部分联接至所述成角度过渡部分的外表面；以及
具有环形形状和径向中心的涡流器，该环形形状具有内径轮廓和外径轮廓，其中所述内径轮廓包括两个接合表面和一个下方竖直表面，所述两个接合表面分别与所述突出接合部分的两个接合表面接合，所述下方竖直表面与所述涡流器的所述内径轮廓的所述两个接合表面中的任一个接合表面不是同一表面，所述下方竖直表面是所述涡流器的最内径向表面，且所述下方竖直表面没有与所述成角度过渡部分接触，
其中，所述涡流器包括径向分布的多个通道，其中所述多个通道各自在所述外径轮廓中具有一个入口并且在所述下方竖直表面中具有一个出口，并且
其中，所述多个通道中的至少一些通道被定向成使得所述至少一些通道各自的中心线与如下的线偏移一段距离：分别与所述中心线中的每一者平行且穿过所述涡流器的径向中心的线。
2.如权利要求1所述的等离子炬喷嘴固位盖组件，其中，所述多个通道中的所有通道偏移所述距离。
3.如权利要求1或2所述的等离子炬喷嘴固位盖组件，其中，所述多个通道中的所有通道具有圆柱形状。
4.如权利要求1或2所述的等离子炬喷嘴固位盖组件，其中，所述涡流器由介电材料制成。
5.如权利要求3所述的等离子炬喷嘴固位盖组件，其中，所述涡流器由介电材料制成。
6.如权利要求1-2和5之一所述的等离子炬喷嘴固位盖组件，其中，所述多个通道的数量在10至20的范围内。
7.如权利要求3所述的等离子炬喷嘴固位盖组件，其中，所述多个通道的数量在10至20的范围内。
8.如权利要求4所述的等离子炬喷嘴固位盖组件，其中，所述多个通道的数量在10至20的范围内。
9.如权利要求1-2、5和7-8之一所述的等离子炬喷嘴固位盖组件，其中，所述距离在0.03英寸至0.86英寸的范围内。
10.如权利要求1-2、5和7-8之一所述的等离子炬喷嘴固位盖组件，其中，所述距离在0.054英寸至0.57英寸的范围内。
11.如权利要求1-2、5和7-8之一所述的等离子炬喷嘴固位盖组件，其中，所述多个通道中的其他通道偏移与所述多个通道中的所述至少一些通道不同的距离。
12.如权利要求1-2、5和7-8之一所述的等离子炬喷嘴固位盖组件，其中，所述多个通道中的至少一些通道成角度，使得成角度通道中每一个的出口分别更靠近所述内固位盖的远端。
13.如权利要求1-2、5和7-8之一所述的等离子炬喷嘴固位盖组件，其中，所述多个通道中的至少一些通道具有与所述多个通道中的其他通道不同的直径。
14.一种等离子割炬组件，包括：
如前述权利要求之一所述的等离子炬喷嘴固位盖组件，以及
防护帽，该防护帽与所述涡流器的所述外径轮廓接合。
15.一种等离子割炬组件，包括：
外固位盖，该外固位盖具有中央部分和下游圆柱形部分，该中央部分具有的第一最大外径是所述外固位盖的最大外径，该下游圆柱形部分联接至所述中央部分并且具有小于所述第一最大外径的第二最大外径，其中所述下游圆柱形部分被定位成与所述中央部分相比更靠近所述等离子割炬组件的远端；以及
防护帽，该防护帽通过所述外固位盖紧固至所述等离子割炬组件并且具有远端面和成角度外表面，该远端面带有具有直径D的平坦圆形表面，该成角度外表面从所述远端面延伸至所述外固位盖的远端，并且其中所述防护帽具有暴露的外表面高度SH，使得所述直径D与所述高度的比率在0.25至0.35的范围内，其中所述高度SH是从所述远端面至所述外固位盖的远端竖直测量的，
其中，所述成角度外表面具有圆锥形状，并且其中所述成角度外表面相对于穿过所述防护帽的所述远端面的水平线具有在50度至65度的范围内的角度。
16.如权利要求15所述的等离子割炬组件，其中，第二最大外径与所述第一最大外径的比率在0.92至0.95的范围内。
17.如权利要求15或16所述的等离子割炬组件，其中，所述直径D与所述高度SH的所述比率在0.28至0.32的范围内。
18.如权利要求15或16所述的等离子割炬组件，其中，所述第一最大外径小于2英寸。
19.如权利要求17所述的等离子割炬组件，其中，所述第一最大外径小于2英寸。
20.如权利要求15-16和19之一所述的等离子割炬组件，其中，所述外固位盖和所述防护帽各自被配置成使得所述炬组件具有如从所述防护帽的所述远端面至所述外固位盖的上游末端竖直测量的第一高度H、以及如从所述防护帽的所述远端面至具有所述第二最大外径的所述下游圆柱形部分的远端竖直测量的第二高度H’，其中，在所述第二高度H’与所述第一高度H之间的比率在0.51至0.55的范围内，其中，所述第一高度H在3英寸至3.2英寸的范围内。
21.如权利要求17所述的等离子割炬组件，其中，所述外固位盖和所述防护帽各自被配置成使得所述炬组件具有如从所述防护帽的所述远端面至所述外固位盖的上游末端竖直测量的第一高度H、以及如从所述防护帽的所述远端面至具有所述第二最大外径的所述下游圆柱形部分的远端竖直测量的第二高度H’，其中，在所述第二高度H’与所述第一高度H之间的比率在0.51至0.55的范围内，其中，所述第一高度H在3英寸至3.2英寸的范围内。
22.如权利要求18所述的等离子割炬组件，其中，所述外固位盖和所述防护帽各自被配置成使得所述炬组件具有如从所述防护帽的所述远端面至所述外固位盖的上游末端竖直测量的第一高度H、以及如从所述防护帽的所述远端面至具有所述第二最大外径的所述下游圆柱形部分的远端竖直测量的第二高度H’，其中，在所述第二高度H’与所述第一高度H之间的比率在0.51至0.55的范围内，其中，所述第一高度H在3英寸至3.2英寸的范围内。
23.如权利要求15所述的等离子割炬组件，其中，所述成角度外表面相对于穿过所述防护帽的所述远端面的水平线具有在55度至60度的范围内的角度。
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