CN107113957B - 冷却等离子体焊炬喷嘴及相关的系统和方法 - Google Patents

Abstract

在一些方面，用于等离子体电弧焊炬的喷嘴能够包括：第一主体，具有第一端、第二端和纵轴线；和第二主体，设置于第一主体的一部分的周围，从而补充第一主体，第二主体限定了形成于内表面上的一组通道，其成形为在第一主体与第二主体之间形成一组液体流动通路，第二主体至少部分地限定了通向一组液体流动通路的至少一个入口和至少一个出口。

Description

冷却等离子体焊炬喷嘴及相关的系统和方法

技术领域

本公开一般涉及材料加工系统，且更具体地，涉及冷却等离子体焊炬喷嘴及相关的系统和方法。

背景

等离子体电弧焊炬广泛地用于切割和标记金属材料。等离子体电弧焊炬通常包括焊炬主体、安装于主体内的电极(即，阴极)、用于冷却的通路和电弧控制流体、控制流体流动模式的涡流环、具有中心出口孔口的喷嘴(即，阳极)、电连接件以及电源。焊炬产生等离子体电弧，等离子体电弧是具有高温和高动量的等离子体气体的压缩的电离的射流。也可以采用防护件，以将保护气流提供给最接近于等离子体电弧的区。焊炬中所使用的气体可能为非活性的(例如，氩气或氮气)或活性的(例如，氧气或空气)。

在运行中，首先，在电极与喷嘴之间生成引导电弧。引导电弧使穿过喷嘴出口孔口的气体电离。由于电离后的气体降低电极与工件之间的电阻，因此电弧从喷嘴传递至工件。可以在这一所传递的等离子体电弧模式下操作焊炬，该模式表征为电离气体的导电流从电极流至工件，以切割工件。

利用冷却液体(例如，水)来使等离子体电弧焊炬的消耗品(例如，喷嘴)冷却的过程能够具有安全和性能的益处。在不利用液体冷却的情况下，在使用的期间，消耗品可能达到可能造成安全问题的极高的温度。无损的冷却系统能够允许使用干燥等离子体和干燥切割台。干燥台可能是理想的，这是由于混乱程度降低，并且使得不需要处置可能被视为危险废物的用过的/被污染的水。

概要

在一些方面，用于等离子体电弧焊炬的喷嘴能够包括：第一主体，具有第一端、第二端和纵轴线；和第二主体，设置于第一主体的一部分的周围，从而补充第一主体，第二主体限定了形成于内表面上的一组通道，其成形为在第一主体与第二主体之间形成一组液体流动通路，第二主体至少部分地限定了通向一组液体流动通路的至少一个入口和至少一个出口。

本文中所描述的实施例能够包括以下的特征中的一个或更多个。

在一些实施例中，一组液体流动通路形成冷却剂环路。第二主体能够由电绝缘材料形成。在一些实施例中，第二主体的外表面限定一组环形通道，该组的第一环形通道与至少一个入口流体连接，并且，该组的第二环形通道与至少一个出口流体连接。一组通道能够由沿着第二主体的内表面的一组流动特征限定，以限定液体流动通路的至少一部分。第一主体能够关于纵轴线而旋转对称。一组液体流动通路能够包括至少一个环形通路，环形通路中的至少一个形成于在内表面上形成的一组通道的一端处。第二主体能够包括电绝缘部分。在一些实施例中，喷嘴能够包括形成于第一主体与第二主体之间的流体密封件。

在一些方面，用于液体冷却式等离子体电弧焊炬的喷嘴能够包括：第一主体，包括远端、近端以及中心轴线；和由非导电材料形成的壳体，设置于第一主体的一部分的周围，第一主体和壳体一起限定流体流动路径，该流体流动路径成形为引导第一主体与壳体之间的冷却剂流。

本文中所描述的实施例能够包括以下的特征中的一个或更多个。

在一些实施例中，非导电材料能够包括塑料材料。壳体能够基本上完全地由非导电材料形成。壳体能够部分地由导电材料形成。壳体能够包括非导电材料的涂层。流体流动路径能够由从壳体的内表面延伸的一个或更多个特征限定。第一主体和壳体能够彼此搭扣配合。壳体能够限制喷嘴与相邻的防护件之间的电弧效应。

在一些方面，用于液体冷却式等离子体电弧焊炬的喷嘴能够包括：导电主体，具有第一端、第二端和纵轴线；和第二主体，由非导电材料形成，设置于导电主体的一部分的周围，第二主体包括：内表面，成形为补充导电主体，以形成一组流体流动通路，该组流体流动通路在导电主体与第二主体之间形成液体冷却环路；以及限定一组环形通道的外表面，通向液体冷却环路的入口至少部分地限定于该组的第一环形通道内，并且，通向液体冷却环路的出口至少部分地限定于该组的第二环形通道内，第一环形通道设置在比第二环形通道更靠近第二端的纵向位置。

在一些方面，用于液体冷却式等离子体电弧焊炬的喷嘴能够包括：第一主体，具有第一端、第二端和纵轴线，第一主体包括外部轴向对准凸缘，该外部轴向对准凸缘具有配置成与焊炬主体匹配的近侧表面和暴露于液体冷却剂流的相对的远侧表面；和第二主体，设置于第一主体的一部分的周围，第二主体包括：限定一组环形通道的外表面，至少一个通向液体冷却环路的入口至少部分地限定于该组的第一环形通道内，并且，至少一个通向液体冷却环路的出口至少部分地限定于该组的第二环形通道内，对准凸缘的远侧表面和第一环形通道一起形成入口。

本文中所描述的实施例能够包括以下的特征中的一个或更多个。

在一些实施例中，第一环形通道设置在比第二环形通道更靠近第二端的纵向位置。第一环形通道和第二环形通道能够通过从第二主体的外表面延伸的环形凸缘而分离。至少一个入口能够跨越第二主体的圆周的大约5%至大约35%。第一环形通道也能够由对准凸缘限定。在一些实施例中，第一环形通道的轴向长度具有比第二环形通道的轴向长度更大的轴向长度。

在一些方面，用于液体冷却式等离子体电弧焊炬的喷嘴能够包括：第一主体，具有前端、后端以及纵轴线，第一主体包括设置于前端与后端之间的外部轴向对准凸缘，外部轴向对准凸缘具有喷嘴的最大直径，并且，具有背面和正面，背面将喷嘴与焊炬主体直接地对准，从而将喷嘴的出口孔口相对于安装于焊炬主体中的电极而定位，并且，正面形成冷却剂通道的入口通路的至少一部分；和壳体，设置于第一主体的一部分的周围，并且，同第一主体一起形成密封的前端，第一主体和壳体一起限定第一主体与壳体之间的冷却剂通道。

本文中所描述的实施例能够包括以下的特征中的一个或更多个。

在一些实施例中，第一主体和第二主体一起限定环绕喷嘴的周边的通道，以便冷却剂环绕流动，且然后流动至壳体中。壳体能够在其后端处限定冷却剂入口和冷却剂出口。第一主体能够在其前端处限定台阶特征。下方的红圈示出所讨论的台阶特征。台阶特征能够接合壳体的前端，以设定冷却剂通道的轴向长度。在一些实施例中，喷嘴也包括设置于密封的前端处的密封元件，以将冷却剂保持于冷却剂通道内。

本文中所描述的实施例能够具有以下的优点中的一个或更多个。

能够使用具有多构件式(例如，两件式、三件式等)喷嘴的本文中所描述的系统及方法来获得喷嘴的寿命的期间的更好的切割质量，且与一些常规的系统相比而降低制造成本。如本文中所描述的，能够使用多构件式喷嘴来将冷却剂引导更靠近于喷嘴的中心区域(例如，朝向等离子体所行进穿过的喷嘴孔)，这能够经由改进的冷却而帮助允许优化的孔尺寸和性能。例如，常规的液体冷却式(例如，机械化)等离子体喷嘴典型地将冷却剂保持于自喷嘴孔起的某一距离处(例如，仅将冷却剂涂敷至沿轴向远离喷嘴孔口的外表面)，这可能导致难以从区去除热，以限制由喷嘴中的生热引起的磨损和损伤。由于一些常规的设计中的冷却限制，因此这些条件能够限制设计选择且制约喷嘴孔尺寸，导致寿命期间的差的切割质量。

本文中所描述的系统及方法能够导致实现改进的喷嘴冷却，且因此，例如，由于改进的冷却而导致喷嘴孔尺寸(即，电弧电流密度)能够设计成满足期望的切割速度和无浮渣的切割要求。在某些情况下，系统及方法也能够满足以等离子体切割系统设计者和制造商所开发的切割过程为目标的寿命的期间的切割质量。

另外，在一些方面，具有多构件式喷嘴的本文中所描述的系统及方法能够比一些其他常规的喷嘴(例如，具有沿着内部构件限定的流动特征的喷嘴)更容易且/或更便宜地制造，在该多构件式喷嘴中，外部构件包括限定内部冷却剂流动通路的流动特征，并且，内部构件一般旋转对称。例如，在一些喷嘴中，内部构件典型地由实现电及热管理性能而期望的材料(比如，铜)制成。然而，主要地配置成引导冷却剂流，而不是将电性质提供给喷嘴的如本文中所描述的外部构件能够由各种各样的材料形成，并且，通过各种各样的技术中的任一个而制造，从成本的观点来看，对于内部构件中的使用，这可能是不理想的。在某些情况下，实现来形成外部构件的制造方法能够包括用于制作等离子体切割消耗品的先前未使用过或甚至被阻止使用的方法。例如，能够包括非对称特征的外部构件能够通过模塑(例如，对塑料进行注射模塑)、冷成型、铸造、三维打印等而形成。这能够减少内部喷嘴构件中的制造(例如，加工)所需要的特征的数量，缩短制造时间，且减少废物材料(例如，铜碎屑)。这可能特别有用，因为，内部构件典型地是在使用期间承受大部分的热应力和电应力的构件，这导致材料破裂和破坏。而且，从内部构件去除流引导特征的方案能够减少所使用的材料的制造废物，这可能起因于从内部构件切除这样的材料。作为替代，更复杂的几何结构能够由外部构件由适于更理想的制造过程的材料形成。

另外，在一些方面，具有能够(完全地或部分地)由非导电材料制成的外部构件的本文中所描述的系统及方法能够用于限制喷嘴与相邻的防护构件之间的电弧效应，这能够降低对将喷嘴和防护件电分离的另外的构件的需要。结果，本文中所描述的系统及方法能够降低使用这些系统及方法的焊炬的成本和复杂度。

附图简述

图1是具有限定内部冷却剂流动路径的两件式喷嘴的示例的等离子体焊炬的横截面图。

图2是在内部构件与外部构件之间限定冷却剂流动路径的示例的两件式喷嘴的透视图。

图3是两件式喷嘴的示例的内部构件的外表面的透视图。

图4是图示了冷却剂流动路径的两件式喷嘴的示例的外部构件的内表面的透视图。

图5是图示了限定冷却剂流动路径的流动特征的两件式喷嘴的示例的外部构件的横截面图。

图6是具有沿着其外表面的流动特征的两件式喷嘴的示例的内部构件的透视图。

详细描述

在一些方面，等离子体焊炬喷嘴能够由多个构件形成，这些构件包括内部构件和外部构件，其中，一个或更多个液体冷却剂路径形成于内部构件与外部构件之间，以使喷嘴冷却。在某些情况下，冷却剂路径由从外部构件的内表面延伸的特征限定。在某些情况下，外部构件能够由电绝缘材料(比如，塑料)形成。

参考图1，比如等离子体电弧焊炬(例如，液体冷却式等离子体电弧焊炬)之类的材料加工装置的材料加工头部100能够包括材料加工头部主体102和可移除地附接至材料加工头部主体102的多个可消耗的构件。例如，可消耗的构件能够包括喷嘴200、防护件300、防护件保持盖400以及电极500。如所图示，喷嘴200能够由包括内部构件210和外部构件250的多个构件形成。等离子体电弧焊炬能够与电源(未示出)电通信(例如，使用载流电缆(未示出))，并且，从电源接收电流。通过电流路径而将从电源接收到的电流朝向喷嘴200传递至电极500。

在使用期间，将气体(例如，等离子体气体)引导至限定于电极500与喷嘴200之间的集气室区域中。在等离子体集气室内，能够使等离子体气体加速(例如，能够对等离子体气体进行加热，这降低形成等离子体时的气体的密度，这增大其体积和速度)，从而经由在电极500与喷嘴200之间创建的等离子体电弧而生成等离子体流。

实验研究已指出，使用等离子体焊炬的期间的喷嘴的温度能够对电极和喷嘴的寿命产生重大影响。因此，增强的冷却能够是在延续或延长电极和/或喷嘴的可用的使用寿命中有用的技术。能够通过将冷却剂(例如，比如水之类的液体冷却剂)引导通过电极和/或喷嘴表面而实现冷却。在一个或更多个不同的冷却剂环路周期中，能够将冷却剂经过这些元件(例如，电极或喷嘴)的流动沿着内表面和/或外表面引导。如本文中所讨论的，通过引导一个或更多个液体冷却剂流经过限定于喷嘴内的各种各样的通道且经过喷嘴，从而能够使等离子体电弧焊炬冷却。

参考图2-6，例如，在一些实施例中，喷嘴200包括第一主体(例如，内部构件)210，第一主体210具有前部远侧第一端211A、后部近侧第二端211B以及纵轴线211C。内部构件210能够配置于其近端211B处，以与焊炬主体102连接。例如，内部构件210能够包括与焊炬主体102接口连接(例如，直接地接口连接)的对准特征(例如，外部轴向对准凸缘)212，或设置于焊炬主体中的另一个接口连接构件，比如，涡流环。在某些情况下，对准凸缘212限定喷嘴的最大宽度。外部对准凸缘212能够限定近侧表面213，近侧表面213配置成与焊炬主体匹配。外部对准凸缘212能够用于将喷嘴沿轴向定位于焊炬内。焊炬内的喷嘴的轴向对准能够设定喷嘴出口孔口相对于电极500和相对于防护件300的位置。对准凸缘212的近侧也能够限定径向对准特征215，径向对准特征215能够帮助将喷嘴通常在焊炬主体内定位于中心。例如，径向对准特征215能够是台阶特征。

如下文中所讨论的，凸缘212的相对的远侧表面214可能暴露于液体冷却剂流，例如，递送液体冷却剂流，以使喷嘴冷却。如下文中所讨论的，暴露于冷却剂流的凸缘的远侧表面214能够配置成接收从焊炬主体递送的液体冷却剂，将冷却剂环绕喷嘴的周边分配，并且，将冷却剂递送(例如，将冷却剂基本上均匀地递送)至喷嘴的一个或更多个冷却剂入口204。

内部构件能够包括大体上圆柱形的主体部分220(在图3中示出)，外部构件250能够环绕主体部分220设置。在一些实施例中，远端211A沿纵向延伸到外部构件250之外。大体上圆柱形的主体部分220配置成通过涂敷至主体部分220的液体冷却剂流而冷却。在一些实施例中，内部构件210能够关于纵轴线211C而基本上旋转对称。照此，喷嘴能够在许多基本上无限的不同的旋转地取向的位置处安装于焊炬中，以供使用。这样的灵活安装帮助更容易地且更快地制作喷嘴，以在焊炬内安装使用。另外，使用一般无轴对称的流引导特征的基本上对称的内部构件的方案能够致使比包括环绕其外表面的一个或更多个离散的流动特征的情况更简单地(例如，更容易地、更便宜地等)制造内部构件。另外，从内部构件去除流引导特征的方案能够减少典型地比能够用于其他构件的其他材料(比如，塑料或不那么昂贵的金属，比如黄铜或钢)更昂贵的所使用的材料(例如，铜)的制造废物。例如，在内部构件上不具有轴对称的流动通道的方案能够减少可能起因于切除材料而形成这样的轴向流动通道的加工过程的制造废物和时间。

喷嘴也包括第二主体(例如，外部构件、壳体)250(在图4中示出)，第二主体250环绕第一主体210的至少一部分布置或设置。外部构件250典型地限定沿着其内表面254形成的一组流动通道252。流动通道252成形为补充(例如，接触)内部构件210的表面，以在内部构件210与外部构件250之间形成一组液体流动通路。外部构件250限定内部构件与外部构件之间的液体流动通路的至少一个入口204和内部构件与外部构件之间的液体流动通路的至少一个出口206(在图2中示出)。在焊炬的冷却运行的期间，冷却剂(例如，液体冷却剂)能够通过入口204而进入喷嘴200，流过液体流动通路而冷却，从而使喷嘴构件(具体地，内部构件210)冷却，且经由出口206而从喷嘴流动。液体流动通路因此在喷嘴内形成冷却剂环路，以创建封闭的(例如，无损的)冷却剂环路，其中，限制(例如，防止)冷却剂从其远端211A处的喷嘴排出。液体流动通路限定穿过喷嘴200的位于第一主体/内部构件210与外部构件/第二主体250之间的路径，该路径使液体横穿构件210和250的表面，并且，最接近于远端211A，因此在等离子体出口孔口附近，喷嘴200经历最高的热极值。接近于孔口的该冷却剂的存在改进可消耗的寿命和性能。

基于冷却要求和期望的流动通路，喷嘴能够包括任意数量的入口和出口。例如，在一些实施例中，喷嘴能够具有一个入口204和一个出口206。在某些情况下，一个入口和一个出口能够相对于彼此而定位于喷嘴的相对侧(沿周向)处。例如，入口和出口能够定位成相对于纵轴线211C而彼此离开大约180度。在一些实施例中，喷嘴能够包括多个入口204和多个出口206。例如，喷嘴能够包括两个入口204和两个出口206。入口和出口能够环绕喷嘴均匀地隔开，使得两个入口204位于喷嘴的相对侧上，且两个出口206位于喷嘴的相对侧上，并且，各入口能够定位成与相邻的出口相隔大约90度。该间距允许新鲜的冷却剂流(进入喷嘴)相对于已穿过喷嘴且正退出喷嘴的使用过的/变暖后的冷却剂流而远离。在一些实施例中，入口204和出口206可以相对于彼此而沿轴向隔开，使得入口204或出口206比其对应物更靠近于喷嘴出口孔口。

入口和出口能够在尺寸上设置且配置成创建流入流出于喷嘴的各种各样的流动特性中的任一个。在一些实施例中，至少一个入口204能够在尺寸上设置为形成跨越外部构件250的圆周的大约5%至大约35%(例如，大约22%至大约25%)的一个或更多个开口。在一些实施例中，至少一个出口206能够在尺寸上设置为形成跨越外部构件250的圆周的大约5%至大约35%(例如，大约22%至大约25%)的一个或更多个开口。如图2中所描绘的，在一些实施例中，至少一个入口204能够采取具有比其轴向长度204L更大的周向宽度204W的槽的形式。例如，入口204的周向宽度能够为大约80度，并且，轴向长度能够为大约0.06英寸(例如，大约1.52 mm)。另外，在一些实施例中，至少一个出口206能够采取具有比其轴向长度206L更大的周向宽度206W的槽的形式。例如，出口206的周向宽度能够为大约90度，并且，轴向长度能够为大约0.063英寸(例如，大约1.6 mm)。

外部构件的外表面能够限定环绕喷嘴的周边的一组环形通道256，该组环形通道256能够配置成与焊炬的其他构件接合，以促进焊炬运行，比如，将流体流提供至喷嘴200，并且，从喷嘴200提供流体流。在一些实施例中，第一环形通道258与至少一个入口204流体连接，并且，第二环形通道259与至少一个出口206流体连接。在某些情况下，第一环形通道258也由对准凸缘212限定。第一环形通道258和第二环形通道259典型地通过从第二主体的外表面延伸的环形凸缘261而分离。环形凸缘261能够限制或防止预定给入口的流体不慎地避开流过喷嘴而直接地传递至第二环形通道259且经由冷却剂出口/退出路径而递送回到焊炬主体102。在一些实施例中，除了环形凸缘261使第一环形通道258(及入口204)和第二环形通道259(及出口206)分离的结构之外或作为对该结构的备选，外部构件能够包括设置于第一环形通道与第二环形通道之间的密封元件。例如，密封元件能够包括凸缘261与相邻的构件(比如，保持盖或涡流环)之间的o环型密封件或表面对表面式接口。

基于递送至喷嘴和从喷嘴递送的期望的流动路径，环形通道的尺寸和配置可能变化。在一些实施例中，与入口204连接的第一环形通道258能够定位于比与出口206连接的第二环形通道259更靠近于近端211B的纵向位置。在一些实施例中，对准凸缘212的远侧表面214与第一环形通道258一起形成入口204。第一环形通道258能够限定轴向长度258L和径向深度258D。第二环形通道259能够限定轴向长度259L和径向深度259D。在一些实施例中，第一环形通道258的轴向长度258L比第二环形通道259的轴向长度259L更大。

在一些实施例中，流动通道252及由此造成的液体流动通路由沿着外部构件的内表面的流动特征260限定。常规的喷嘴将流动特征限定于构件的外表面上，因为，这些外表面在制造的期间更容易接近得多且更容易加工得多，然而，众所周知，内表面难以接近且难以精细地加工。如所图示，流动特征260能够包括从内表面向内延伸的凸起的凸出部或凸缘。在一些实施例中，流动特征260能够形成为与纵轴线211C大体上平行的轴向带。流动特征260能够具有径向高度262，径向高度262与当彼此组装时，形成于内部构件与外部构件之间的间隙的径向宽度相对应。例如，沿着流动特征260的轴向长度的径向高度262能够大至足以抑制冷却剂流动于流动特征260与流动特征260的区域中的内部构件210之间。在某些情况下，流动特征260能够由与内部构件210的外部轮廓相对应的径向高度262限定，以便表面对表面式密封件形成于流动特征260与内部构件210之间。取决于将使用的入口和出口的数量，本文中所描述的喷嘴能够包括任意数量的流动特征260。例如，图4图示一个实施例，其中，外部构件250包括四个流动特征260，流动特征260能够引导两个入口与两个出口之间的液体冷却剂流。然而，图5图示一个示例，其中，外部构件250包括两个流动特征(由于图5是横截面图，因此为了清楚起见，仅示出一个特征)，这些流动特征能够引导一个入口与一个出口之间的流动。

在一些实施例中，一组液体流动通路包括沿着喷嘴200的一部分或整个圆周形成的至少一个环形通路(例如，环形流动通道)264，环形通路264形成于内部构件210与外部构件250之间。环形通路264能够形成于在内表面上形成的一组通道252的一端处。环形通路264也能够由内部构件210部分地限定。环形通路264能够提供一个定位，其中，沿轴向朝向远端211C流动的冷却剂能够通过环绕流动特征260流动且朝向近端211B流回并从喷嘴出口206流出而改变方向。

喷嘴典型地包括形成于内部构件210与外部构件250之间的密封件230，密封件230帮助将流体保持于喷嘴内侧的液体流动通路内。流体密封件能够限制(例如，防止)液体从远端流动。密封件能够包括各种各样的密封技术(包括o环或表面对表面式接触密封件)中的任一个。在一些实施例中，内部构件210能够包括或限定其前端处的台阶特征217，台阶特征217能够用来接合外部构件250的前端，以形成密封。也能够使用台阶来设定内部构件210与外部构件250之间的轴向长度和冷却剂通道的轴向长度。

喷嘴200的构件能够由各种各样的不同的在结构上且在电学上合适的材料中的任一个形成。例如，内部构件210能够由导电金属材料(比如，铜)形成。出于不同的性能的目的，外部构件250能够由各种各样的材料形成。在一些实施例中，外部构件250能够由金属材料(比如，黄铜或铜)形成。

在一些实施例中，外部构件250能够至少部分地由非导电(例如，电绝缘)材料形成。至少部分地由非导电材料形成的外部构件250能够帮助限制喷嘴200与相邻的防护件300之间的电弧效应。在某些情况下，外部构件250能够包括非导电材料的至少一部分(例如，外部涂层)。在某些情况下，外部构件250能够遍及其厚度而基本上由非导电材料形成(例如，基本上完全地由非导电材料形成)。在一些实施例中，非导电材料能够包括塑料材料。在某些情况下，塑料材料能够包括聚醚醚酮(PEEK)。

多构件式喷嘴200能够以若干个不同的方式组装。例如，在一些实施例中，内部构件210和外部构件250能够彼此压入配合。例如，在两个构件都由金属材料(比如，铜或黄铜)制成的实施例中，能够使用压入配合连接。在某些情况下，内部构件210能够由铜材料形成，并且，外部构件能够由黄铜材料250形成。

在一些实施例中，内部构件210和外部构件250能够彼此搭扣配合。例如，在构件由不同的材料制成，比如内部构件210由金属材料(比如，铜)形成，并且，外部构件250由不同的更具柔性的材料(比如，塑料材料)形成的实施例中，能够使用搭扣配合连接。在一些实施例中，外部构件250能够包括配置成帮助搭扣配合连接的一个或更多个特征。例如，在其远端处，外部构件250能够具有直径减小的接合区266，接合区266形成与内部构件的径向干涉。即，外部构件250能够包括采取接合内部构件的周向边缘266的特征的形式的直径减小的接合区。

虽然本文中的系统及方法大体上被描述且图示为具有基本上旋转对称的内部构件和具有限定液体冷却剂流动路径的非对称流动特征的外部构件，但其它实施例是可能的。例如，作为备选或作为附加，参考图6，内部构件310能够包括一个或更多个流动特征360，流动特征360在内部构件与外部构件之间限定流动通道。除非另有描述，否则流动特征360和由流动特征360限定的流动通道能够包括与内部构件210的流动特征260类似或相同的特征和性质。例如，流动特征360能够具有与外部构件的内部轮廓相对应的径向高度362，以便表面对表面式密封件形成于流动特征360与外部构件之间。内部构件310的其他特征也能够与内部构件210的特征类似或相同。

虽然在本文中描述了各种各样的实施例，但应当理解到，仅经由示例而提出并描述了这些实施例，并且，一并提出的权利要求并不限制任何特定的配置或结构构件。因此，优选的实施例的广度和范围不应当受上述示例性结构或实施例中的任一者限制，而应当仅根据以下的权利要求及其等同物而限定。

Claims (24)

1.一种用于等离子体电弧焊炬的喷嘴，所述喷嘴包括：

第一主体，其具有第一端、第二端和纵轴线；

模塑的第二主体，其由电绝缘材料形成，所述模塑的第二主体具有与所述第一主体的搭扣配合连接并且设置于所述第一主体的一部分的周围，从而补充所述第一主体，所述第二主体限定形成于内表面上的一组通道，其成形为在所述第一主体与所述第二主体之间形成一组液体流动通路，所述第二主体至少部分地限定通向所述一组液体流动通路的至少一个入口和至少一个出口；

其中，所述一组通道由从所述第二主体的所述内表面向内延伸的一组流动特征结构限定，以限定所述液体流动通路的至少一部分；以及

密封元件，其设置在所述第一端处并且形成在所述第一主体和所述第二主体之间以将冷却剂保持在所述一组液体流动通路内。

2.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述一组液体流动通路形成冷却剂环路。

3.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述第二主体的外表面限定一组环形通道，所述组的第一环形通道与所述至少一个入口流体连接，并且，所述组的第二环形通道与所述至少一个出口流体连接。

4.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述第一主体关于所述纵轴线而旋转对称。

5.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述一组液体流动通路包括至少一个环形通路，所述环形通路中的至少一个形成于在所述内表面上形成的所述一组通道的一端处。

6.一种用于液体冷却式等离子体电弧焊炬的喷嘴，所述喷嘴包括：

第一主体，包括远端、近端以及中心轴线；

由非导电材料形成的模塑壳体，所述模塑壳体具有与所述第一主体的搭扣配合连接并且设置于所述第一主体的一部分的周围，所述第一主体和所述壳体一起限定流体流动路径，所述流体流动路径成形为引导所述第一主体与所述壳体之间的冷却剂流；

其中，一组流动特征结构从所述壳体的内表面向内延伸以限定所述流体流动路径的至少一部分；以及

密封元件，其设置在所述远端处并且形成在所述第一主体和所述壳体之间以将冷却剂保持在所述流体流动路径内。

7.根据权利要求6所述的喷嘴，其中，所述壳体完全地由所述非导电材料形成。

8.根据权利要求6所述的喷嘴，其中，所述壳体部分地由导电材料形成。

9.根据权利要求8所述的喷嘴，其中，所述壳体包括所述非导电材料的涂层。

10.根据权利要求6所述的喷嘴，其中，所述流体流动路径由从所述壳体的内表面延伸的一个或更多个特征结构限定。

11.根据权利要求6所述的喷嘴，其中，所述第一主体和所述壳体彼此搭扣配合。

12.根据权利要求6所述的喷嘴，其中，所述壳体限制所述喷嘴与相邻的防护件之间的电弧效应。

13.一种用于液体冷却式等离子体电弧焊炬的喷嘴，所述喷嘴包括：

导电主体，具有第一端、第二端和纵轴线；

模塑的第二主体，由非导电材料形成，所述模塑的第二主体具有与所述导电主体的搭扣配合连接并且设置于所述导电主体的一部分的周围，所述第二主体包括：

内表面，成形为补充所述导电主体，以形成一组流体流动通路，所述一组流体流动通路在所述导电主体与所述第二主体之间形成液体冷却环路，其中，所述一组流体流动通路由从所述第二主体的所述内表面向内延伸的一组流动特征结构限定；和

限定一组环形通道的外表面，通向所述液体冷却环路的入口至少部分地限定于所述组的第一环形通道内，并且通向液体冷却环路的出口至少部分地限定于所述组的第二环形通道内，所述第一环形通道设置在比所述第二环形通道更靠近所述第二端的纵向位置；以及

密封元件，其设置在所述第一端处并且形成在所述导电主体和所述第二主体之间以将冷却剂保持在所述液体冷却环路内。

14.一种用于液体冷却式等离子体电弧焊炬的喷嘴，所述喷嘴包括：

第一主体，具有第一端、第二端和纵轴线，所述第一主体包括外部轴向对准凸缘，所述外部轴向对准凸缘具有配置成与焊炬主体匹配的近侧表面和暴露于液体冷却剂流的相对的远侧表面；

模塑的第二主体，其由非导电材料形成，所述模塑的第二主体具有与所述第一主体的搭扣配合连接并且设置于所述第一主体的一部分的周围，所述第二主体包括：

限定一组环形通道的外表面，至少一个通向液体冷却环路的入口至少部分地限定于所述组的第一环形通道内，并且，至少一个通向所述液体冷却环路的出口至少部分地限定于所述组的第二环形通道内，

所述对准凸缘的所述远侧表面和所述第一环形通道一起形成所述入口；

其中，一组流动特征结构从所述第二主体的内表面向内延伸；以及

密封元件，其设置在所述第一端处并且形成在所述第一主体和所述第二主体之间以将冷却剂保持在所述液体冷却环路内。

15.根据权利要求14所述的喷嘴，其中，所述第一环形通道设置在比所述第二环形通道更靠近所述第二端的纵向位置。

16.根据权利要求14所述的喷嘴，其中，所述第一环形通道和所述第二环形通道通过从所述第二主体的所述外表面延伸的环形凸缘而分开。

17.根据权利要求14所述的喷嘴，其中，所述至少一个入口跨越所述第二主体的圆周的5%至35%。

18.根据权利要求14所述的喷嘴，其中，所述第一环形通道也由所述对准凸缘限定。

19.根据权利要求18所述的喷嘴，其中，所述第一环形通道的轴向长度具有比所述第二环形通道的轴向长度更大的轴向长度。

20.一种用于液体冷却式等离子体电弧焊炬的喷嘴，所述喷嘴包括：

第一主体，具有前端、后端以及纵轴线，所述第一主体包括设置于所述前端与所述后端之间的外部轴向对准凸缘，所述外部轴向对准凸缘具有所述喷嘴的最大直径，并且，具有背面和正面，所述背面将所述喷嘴与焊炬主体直接地对准，从而将所述喷嘴的出口孔口相对于安装于所述焊炬主体中的电极而定位，所述正面形成冷却剂通道的入口通路的至少一部分；和

模塑壳体，其由非导电材料形成，所述模塑壳体具有与所述第一主体的搭扣配合连接并且设置于所述第一主体的一部分的周围，并且同所述第一主体一起形成密封的前端，所述第一主体和所述壳体一起将所述冷却剂通道限定于所述第一主体与所述壳体之间；

其中，一组流动特征结构从所述壳体的内表面向内延伸；以及

密封元件，其设置在所述密封的前端处并且形成在所述第一主体和所述壳体之间以将冷却剂保持在所述冷却剂通道内。

21.根据权利要求20所述的喷嘴，其中，所述第一主体和所述第二主体一起限定环绕所述喷嘴的周边的通道，以便冷却剂环绕流动，且然后流动至所述壳体中。

22.根据权利要求20所述的喷嘴，其中，所述壳体在其后端处限定冷却剂入口和冷却剂出口。

23.根据权利要求20所述的喷嘴，其中，所述第一主体在其前端处限定台阶特征结构。

24.根据权利要求23所述的喷嘴，其中，所述台阶特征结构接合壳体的所述前端，以设定所述冷却剂通道的轴向长度。

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