CN107852809A - 用于液体冷却的等离子弧焊炬的筒 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于液体冷却的等离子弧焊炬的耗材筒。耗材筒包括筒框架，其包括具有端面的近端，远端，以及具有延伸穿过其间的中心纵向轴线的本体。筒构造成与焊炬头形成射频识别(RFID)接口。耗材筒还包括弧发射器和弧收缩器(其在远端处附接到筒框架上)，以及在端面附近形成在筒框架上或中的RFID安装特征。RFID安装特征与本体的中心纵向轴线非同心。耗材筒还包括设置在RFID安装特征中或上的RFID标签，以用于在筒连接到焊炬头上时将关于筒的信息传输至焊炬头中的读取装置。

Description

用于液体冷却的等离子弧焊炬的筒

相关申请的交叉引用

本申请请求享有2015年8月4日提交的美国临时专利申请第62/200913号的权益和优先权，该申请的全部内容由本申请的受让人拥有，且通过引用以其整体并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及用于液体冷却的等离子弧焊炬的筒，且更具体地涉及具有整体结合的构件的一个或多个可替换的低成本筒。

背景技术

热处理焊炬如等离子弧焊炬广泛用于材料的高温处理(例如，加热、切割、熔刮和标记)。等离子弧焊炬大体上包括焊炬头、安装在焊炬头内的电极、设置在电极的开孔内的放射性插入物、具有安装在焊炬头内的中心流出孔口的喷嘴、护罩、电连接、用于冷却的通路、用于弧控制流体(例如，等离子气体)的通路，以及电源。涡旋环可用于控制形成在电极与喷嘴之间的等离子室中的流体流型。在一些焊炬中，固持盖用于将喷嘴和/或涡旋环保持在等离子弧焊炬中。在操作中，焊炬产生等离子弧，其为具有高温和足够动量的电离气体的收缩射流，以有助于协助除去熔融金属。用于焊炬中的气体可为非反应性的(例如，氩或氮)，或反应性的(例如，氧或空气)。

现有的等离子切割系统包括可结合不同的电流和/或操作模式使用的较大阵列的单独耗材，其在现场由使用者反复地组装和拆卸来执行热处理操作。大量耗材选择需要使用者有很大的零件数目和库存，且可使使用者混淆，且提高了安装不准确的耗材的可能性。大量耗材选择还可引起较长的焊炬设置时间，且使得难以在需要焊炬中的不同耗材布置的切割过程之间过渡，这通常在现场一次运行一个构件。例如，在切割操作之前，选择和安装用于特定切割任务的正确组的耗材可能繁重且耗时。此外，在现场选择、组装和安装这些构件可在旧构件结合新构件使用时引起对准问题或兼容性问题。在焊炬操作期间，现有的耗材可经历性能问题，如，不能保持正确的耗材对准和间隔。此外，当前的耗材包括大量的昂贵材料(例如，Vespel^TM)，且通常需要相对复杂的制造过程，这导致了较高制造成本，且妨碍了其广泛的商业化、生产和采用。所需的是一种用于液体冷却的等离子弧焊炬的新的且改进的耗材平台，其减少制造成本和时间，减少零件数，提高系统性能(例如，构件对准、切割质量、耗材寿命、可变性/通用性，等)，且简化了耗材由最终使用者的安装和使用。

发明内容

本发明提供了一种用于液体冷却的等离子弧焊炬的一个或多个整体结合的成本效益合算的筒设计。大体上，由于筒包括成套的两个或更多个耗材构件，故其提供了使用便利，且相比于独立地安装/替换各个耗材构件，缩短了安装到等离子弧焊炬中的时间。使用耗材筒还降低了操作者放入错误耗材零件、在安装期间污染零件和/或意外将较差或坏的零件放回焊炬上的可能性。这些优点消除了有经验的操作者操作得到的液体冷却的等离子弧焊炬的需要。此外，筒用于液体冷却的焊炬改善了构件对准、切割一致性和切割质量体验。此外，使用耗材筒加强了供应商的体验，因为需要囤积和常备较少的耗材零件。在一些情况中，供应商可回购用过的筒，且再循环构件来用于其他使用。然而，制造和材料成本可妨碍筒的广泛商业化和生产。本发明通过提供一个或多个成本效益合算的筒设计来解决该问题，此筒设计便于筒的商业化和生产，且改进其安装。

一方面，本发明的特征在于一种用于液体冷却的等离子弧焊炬的耗材筒框架，耗材筒框架包括构造成设置在焊炬头与筒末梢之间的绝缘本体、设置在本体中的构造成传导从焊炬头接收到的第一流体流来接触连接到筒框架上的筒末梢的构件的第一冷却通道，以及设置在本体中的构造成将来自构件的第一流体流的至少一部分传导至焊炬头的第一返回通道。第一冷却通道和第一返回通道关于本体的中心纵向轴线非同心。

在一些实施例中，耗材筒框架还包括焊炬接合特征，其构造成将筒末梢以预定定向沿径向装固到焊炬头上。第一冷却通道可构造成在筒末梢经由焊炬接合特征沿径向装固到焊炬头上时与焊炬头的对应第一冷却通道大致对准。第一液体冷却通道可适于将来自焊炬头的冷却液体传导到筒末梢中。第一返回通道可构造成在筒末梢经由焊炬接合特征沿径向装固到焊炬头上时与焊炬头的对应第一返回通道大致对准。第一返回通道可适于使冷却液体从筒末梢返回焊炬头中。

在一些实施例中，耗材筒框架还包括设置在绝缘本体中且相对于绝缘本体的中心纵向轴线同心的中心通道，中心通道构造成执行以下至少一者(i)将第一流体流从焊炬头传导至电极，或(ii)将电流从焊炬头传递至电极。耗材筒框架还可包括：第二冷却通道，其设置在绝缘本体中，构造成传导从焊炬头接收到的第一流体流的至少一部分来接触不同于第一构件的筒末梢的第二构件；以及第二返回通道，其设置在绝缘本体中，构造成将第一流体流的至少一部分从第二构件传导至焊炬头。第二冷却通道和第二返回通道可关于绝缘本体的中心纵向轴线非同心。

在一些实施例中，耗材筒框架还包括至少一个气体通道，其设置在绝缘本体中，构造成将第二流体流传导至筒末梢的第二构件。该至少一个气体通道相对于绝缘本体的中心纵向轴线非同心。第二流体流可包括等离子气流或防护气流。第二构件可包括喷嘴或护罩中的一者。

在一些实施例中，第一流体流包括液体冷却剂流。在一些实施例中，筒末梢的构件包括喷嘴或护罩中的一者。在一些实施例中，第一冷却通道和第一返回通道沿纵向从绝缘本体的近侧区域延伸至远侧区域，且非重叠。

在另一个方面中，提供了一种用于液体冷却的等离子弧焊炬筒的筒框架。筒框架包括筒框架本体，其具有中心区域、内表面、外表面、近侧部分和远侧部分，其中筒框架本体至少大致由非传导性材料制成。筒框架还包括位于筒框架本体的近侧部分处的焊炬接合对接表面，焊炬接合对接表面构造成接合焊炬头。筒框架还包括形成在中心区域中的多个构件对准特征，以及近侧部分与远侧部分之间的多个通道。该多个通道位于偏离中心区域的中心轴线。该多个通道构造成引导液体和气体穿过筒框架。

在一些实施例中，一个或多个构件对准特征构造成使喷嘴与筒框架的内表面对准，且将喷嘴匹配地接合至内表面。一个或多个构件对准特征可包括一个或多个台阶，其构造成将喷嘴沿轴向对准且匹配地接合至筒框架。一个或多个构件对准特征可包括沿筒框架的内表面的区段变化的直径，以将喷嘴沿径向对准且匹配地接合至筒框架。在一些实施例中，一个或多个构件对准特征构造成将护罩与筒框架的外表面对准，且将护罩匹配地接合至外表面。

在一些实施例中，多个通道包括构造成提供穿过其间的计量的防护气流的防护气体通道。筒框架还可包括设置在筒框架本体的远侧部分处的挡板和防护涡旋环。挡板和防护涡旋环可与防护气体通道流体连通，以调整穿过其间的防护气流的至少一个参数。

在一些实施例中，筒框架还包括筒框架的内表面上的开口。多个通道包括构造成将液体冷却剂供应至喷嘴的冷却剂通道，且开口与冷却剂通道流体连通来将液体冷却剂传导离喷嘴。在一些实施例中，筒框架还包括筒框架的外表面上的开口。多个通道均包括构造成将液体冷却剂供应至护罩的冷却剂通道，且开口与冷却剂通道流体连通来将液体冷却剂传导离护罩。

在一些实施例中，筒框架还包括从筒框架的内表面延伸至外表面的排出通路。

另一方面，提供了一种用于液体冷却的等离子弧焊炬的耗材筒。耗材筒包括具有远侧区域和近侧区域的本体部分、位于远侧区域处的末梢部分，末梢部分包括等离子发射器和等离子弧收缩器，以及从近侧区域延伸至本体的远侧区域中的末梢部分的两个或更多个非同心通道。

在一些实施例中，两个或更多个非同心通道设置在由绝缘材料制成的筒框架中。在一些实施例中，筒框架形成末梢部分与焊炬头之间的界面。

在一些实施例中，末梢部分包括喷嘴、护罩或电极中的至少一者。在一些实施例中，两个或更多个非同心通道包括(i)第一组通道，其包括与喷嘴流体连通的冷却剂通道和返回通道，以将供应液体冷却剂往返于喷嘴，以及(ii)第二组通道，其包括与护罩流体连通的冷却剂通道和返回通道，以供应液体冷却剂的至少一部分往返于护罩。在一些实施例中，两个或更多个非同心通道包括等离子气体通道，以将等离子气体供应至涡旋环与喷嘴之间的通路。在一些实施例中，两个或更多个非同心通道包括将防护气体供应至护罩与喷嘴之间的通路的防护气体通道。在一些实施例中，耗材筒还包括与电极流体连通的中心通道，其中中心通道构造成将液体冷却剂或电流中的至少一者传递至电极。

另一方面，提供了一种用于液体冷却的等离子弧焊炬的耗材筒框架。耗材筒框架包括构造成连接到等离子弧焊炬的焊炬头上的第一界面，以及沿耗材的纵向轴线关于第一表面沿轴向间隔开的第二界面，其中第二界面构造成连接到多个构件上，包括至少喷嘴、护罩、电极和涡旋环。耗材筒框架还包括沿纵向轴线延伸来使第一界面与第二界面连接的本体部分。本体部分包括多个通道，其构造成穿过第一界面和第二界面在焊炬头与多个构件之间传送液体和气体。

在一些实施例中，第一界面包括构造成以预定定向沿径向装固到焊炬头上的对准特征。多个通道可适于以预定定向与焊炬头中的对应通道对准，以在焊炬头与多个构件之间传送液体和气体。在一些实施例中，多个通道中的两个或更多个是非同心的。

在一些实施例中，第二界面包括(i)将喷嘴匹配地接合且沿轴向对准至筒框架的耗材筒框架的内表面上的至少一个台阶，以及(ii)具有变化的直径来使喷嘴匹配地接合且沿径向对准至筒框架的耗材筒框架的内表面的至少一个区段。第二界面还可包括构造成使护罩与筒框架沿轴向且沿径向对准且使护罩匹配地接合至筒框架的对准特征。对准特征可包括耗材筒的外表面上的台阶或匹配区段中的至少一者。

在一些实施例中，耗材筒框架还可包括在第一界面附近设置在本体部分中的腔。腔构造成接收用于与焊炬头的读取装置通信的射频识别(RFID)标签。

又一方面，提供了一种用于液体冷却的等离子弧焊炬筒耗材的筒框架。筒框架包括筒框架本体，其具有近侧部分、远侧部分、外表面，以及通向筒框架本体中的中心通道的内部开口。筒框架还包括从筒框架本体的近侧部分延伸至筒框架本体的远侧部分的防护气体通道、从筒框架本体的近侧部分延伸至内部开口的喷嘴冷却剂供应通道，以及从筒框架本体的内部开口延伸至近侧部分的喷嘴冷却剂返回通道。筒框架还包括筒框架本体的外表面中的周向冷却剂流通道、从近侧部分延伸至周向冷却剂流通道的护罩冷却剂供应通道，以及从周向冷却剂流通道延伸至近侧部分的护罩冷却剂返回通道。

再一方面，提供了一种用于等离子弧焊炬的液体冷却的耗材筒。筒包括：(i)电极，(ii)具有外表面上的第一外固持特征和第二外固持特征的涡旋环，其中电极装固到涡旋环上，以及(iii)具有内表面上的内固持特征的喷嘴，其中喷嘴的内固持特征与涡旋环的第一外固持特征匹配。筒还包括具有内表面上的内固持特征和外表面上的外固持特征的筒框架。筒框架的内固持特征与涡旋环的第二外固持特征匹配。筒还包括护罩，其具有与筒框架的外固持特征匹配的内表面上的内固持特征。至少喷嘴、涡旋环、筒框架和护罩在与彼此匹配时沿轴向装固到预定位置，以提供从筒框架到护罩或喷嘴的至少一个液体流路。

在一些实施例中，电极和喷嘴关于彼此沿轴向且沿径向对准，而没有电极与喷嘴之间的物理接触。在一些实施例中，喷嘴和护罩关于彼此沿轴向且沿径向对准，而没有喷嘴与护罩之间的物理接触。

在一些实施例中，护罩、喷嘴或涡旋环中的至少一者与筒框架直接地匹配。电极可经由涡旋环或电极绝缘体中的至少一个来与筒框架间接地匹配。

在一些实施例中，喷嘴的内固持特征与涡旋环的第一外固持特征之间的匹配使喷嘴与涡旋环沿径向对准。在一些实施例中，筒框架的内固持特征与涡旋环的第二外固持特征之间的匹配提供了筒框架与涡旋环之间的轴向对准或径向对准中的至少一者。在一些实施例中，护罩的内固持特征与筒框架的外固持特征之间的匹配提供了筒框架与护罩之间的轴向对准或径向对准中的至少一者。在一些实施例中，筒框架还包括构造成与喷嘴的外表面上的外固持特征匹配的内表面上的第二内固持特征。筒框架与喷嘴之间的匹配提供了筒框架与喷嘴之间的轴向对准或径向对准中的至少一者。

在一些实施例中，喷嘴是联接到喷嘴夹套的非排出喷嘴。在一些实施例中，喷嘴是联接到喷嘴衬套上的排出喷嘴。

再一方面，提供了一种用于等离子弧焊炬的液体冷却的耗材筒。筒包括：(i)电极，(ii)具有外表面上的外固持特征和内表面上的内固持特征的涡旋环，其中电极装固到涡旋环的内固持表面上，以及(iii)具有外表面上的外固持特征的喷嘴。筒还包括具有内表面上的第一内固持特征和第二内固持特征和外表面上的外固持特征的筒框架。筒框架的第一内固持特征与涡旋环的外固持特征匹配，且筒框架的第二内固持特征与喷嘴的外固持特征匹配。筒还包括护罩，其具有与筒框架的外固持特征匹配的内表面上的内固持特征。至少喷嘴、涡旋环、筒框架和护罩在匹配时沿轴向装固在预定位置。

又一方面，提供了一种用于液体冷却的等离子弧焊炬的耗材筒。耗材筒包括非传导性筒框架，以及部分地限定等离子仓室的成组传导性耗材构件。成组传导性构件附接到筒框架上。耗材筒按体积由至少50%的非传导性材料构成。在一些实施例中，耗材筒按体积由大约60%到80%的非传导性材料构成。

在一些实施例中，耗材筒是单次使用的筒。成组传导性耗材构件在附接到筒框架上之后不可独立弃置或使用。

在一些实施例中，筒框架包括与成组传导性构件流体连通的液体和气体通道。液体和气体通道关于筒框架的中心纵向轴线非同心。

在一些实施例中，成组传导性耗材构件包括护罩、喷嘴和电极。

另一方面，提供了一种由多个构件制造整体耗材筒的方法。该方法包括将电极沿轴向且沿径向装固到涡旋环上，将涡旋环的外表面上的固持特征沿轴向且沿径向装固到筒框架或喷嘴的内表面上的匹配的固持特征中的至少一个上，以及将筒框架的外表面上的固持特征沿轴向且沿径向装固到护罩的内表面上的匹配固持特征上。耗材构件关于彼此的轴向和径向装固定位具有(i)喷嘴的流体通路或(ii)护罩的流体通路的筒框架的至少一个内部流体通道。

在一些实施例中，将电极沿轴向且沿径向装固到涡旋环上包括，将电极沿轴向且沿径向装固到电极绝缘体上，以及将电极绝缘体沿轴向且沿径向装固到涡旋环上。

在一些实施例中，该方法还包括使筒框架内的等离子气体通道与涡旋环与喷嘴之间的气体通路沿径向对准。在一些实施例中，该方法还包括使筒框架内的防护气体通道与喷嘴与护罩之间的气体通路沿径向对准。在一些实施例中，该方法还包括将筒框架内的中心通道与电极沿径向对准。在一些实施例中，该方法还包括使筒框架内的第一冷却剂通道和第二冷却剂通道与喷嘴沿径向对准，以及使筒框架内的第三冷却剂通道和第四冷却剂通道与护罩沿径向对准。

在一些实施例中，该方法还包括使用锌通过压铸来形成涡旋环。在一些实施例中，该方法还包括使用非传导性材料通过模制来形成筒框架。在一些实施例中，该方法还包括使用传导性材料通过冲压来形成护罩。在一些实施例中，多个构件的轴向和径向装固通过卡扣配合、压配合或过盈、卷边、胶合、水泥接合或焊接中的一者或多者。

另一方面，提供了一种组装用于等离子弧切割焊炬的液体冷却的耗材筒的方法。该方法包括提供具有中心区域、外表面、远端和近端的绝缘筒框架。该方法还包括在中心区域中将涡旋构件联接到筒框架上、在中心区域中将电极联接到筒框架上、在中心区域中将喷嘴联接到筒框架上，以及在外表面处将护罩联接到筒框架上。

在一些实施例中，将涡旋构件联接到筒框架上包括，将涡旋构件的外表面匹配至筒框架的内表面，这提供了涡旋构件与筒框架的轴向对准或径向对准中的至少一者。在一些实施例中，将喷嘴联接到筒框架上包括，将喷嘴的外表面联接到筒框架的内表面上，这提供了喷嘴与筒框架的轴向对准或径向对准中的至少一者。在一些实施例中，在外表面处将护罩联接到筒框架上提供了护罩与筒框架的轴向对准或径向对准中的至少一者。在一些实施例中，该方法还包括经由涡旋构件和电极绝缘体中的至少一者将电极联接到筒框架上。在一些实施例中，联接使筒框架的至少一个内部流体通道与(i)喷嘴的流体通路或(ii)护罩的流体通路对准。

在一些实施例中，该方法还包括将挡板和第二涡旋构件在中心区域中设置在筒框架的远端处。

提供了一种用于液体冷却的等离子弧焊炬的耗材筒。耗材筒包括筒框架，其包括具有端面的近端，远端，以及具有延伸穿过其间的中心纵向轴线的本体。筒构造成与焊炬头形成射频识别(RFID)接口。耗材筒还包括弧发射器和弧收缩器，其在远端处附接到筒框架上，以及在端面附近形成在筒框架上或中的RFID安装特征。RFID安装特征与本体的中心纵向轴线非同心。耗材筒还包括：RFID标签，其设置在RFID安装特征中或上，以在筒连接到焊炬头上时用于将关于筒的信息传输至焊炬头中的读取装置；以及同步(clocking)特征，其构造成在筒连接到焊炬头上时使RFID标签与焊炬中的读取装置旋转地对准。

在一些实施例中，RFID安装特征包括设置在筒框架的本体中的腔。RFID标签可嵌入筒框架的本体的腔中，且由本体的绝缘材料包绕。在一些实施例中，端面大致平坦，以允许RFID读取器从等离子弧焊炬外侧询问RFID标签。在一些实施例中，RFID标签可从等离子弧焊炬内侧或外侧读取。

在一些实施例中，筒框架的本体由绝缘材料构造。在一些实施例中，筒框架的本体包括用于将液体冷却剂传导穿过其间的至少一个通道。至少一个通道可构造成在由同步特征旋转对准时与焊炬头的对应通道大致对准，以在焊炬头与筒之间传导液体冷却剂。

在一些实施例中，在旋转对准时，筒框架中的RFID标签和焊炬头中的读取装置定向成使得中心轴线延伸穿过RFID标签的中心线和读取装置的中心线。在一些实施例中，在旋转对准时，RFID标签与读取装置之间的第一距离小于RFID标签与设置在焊炬头或筒中的相邻金属材料之间的第二距离。

在一些实施例中，同步特征包括构造成接收从焊炬头延伸的同步销的腔。

又一方面，提供了一种用于液体冷却的等离子弧切割焊炬的耗材筒。耗材筒包括位于筒的第一部分处的筒末梢。筒末梢具有电极、喷嘴和护罩。耗材筒包括耗材筒的第二部分处的等离子气体入口开口、第二部分处的防护气体入口开口、第二部分处的电极冷却剂入口开口、第二部分处的喷嘴冷却剂入口开口和喷嘴冷却剂出口开口，以及第二部分处的护罩冷却剂入口开口和护罩冷却剂出口开口。

在一些实施例中，第二部分包括筒的近侧部分的端面。端面可大致平坦。

在一些实施例中，等离子气体入口开口、防护气体入口开口、喷嘴冷却剂入口开口、喷嘴冷却剂出口开口、护罩冷却剂入口开口和护罩冷却剂出口开口关于筒的中心纵向轴线是非同心的。

在一些实施例中，等离子气体入口开口构造成与焊炬头的对应开口对准，以将等离子气流从焊炬头引导至喷嘴。在一些实施例中，防护气体入口开口与护罩流体连通。防护气体入口开口构造成与焊炬头的对应开口对准，以将防护气流引导至护罩。在一些实施例中，电极冷却剂入口开口保持与电极的电连通或流体连通中的至少一者。电极冷却剂入口开口构造成与焊炬头的对应开口对准，以将液体冷却剂或电流中的至少一者引导至电极。在一些实施例中，喷嘴冷却剂入口开口和喷嘴冷却剂出口开口与喷嘴流体连通。喷嘴冷却剂入口开口和喷嘴冷却剂出口开口构造成与焊炬头上的对应开口中的相应开口对准，以在焊炬头与喷嘴之间引导液体冷却剂。在一些实施例中，护罩冷却剂入口开口和护罩冷却剂出口开口与护罩流体连通。护罩冷却剂入口开口和护罩冷却剂出口开口构造成与焊炬头上的对应开口中的相应开口对准来在焊炬头与护罩之间引导液体冷却剂。在一些实施例中，喷嘴冷却剂出口开口流体地连接到护罩冷却剂入口开口上。

在一些实施例中，耗材筒还包括第二部分处的同步销容置部。同步销容置部构造成接收焊炬头的同步销，以将筒以预定定向装固到焊炬头上。

在一些实施例中，耗材筒还包括具有绝缘本体的筒框架。筒框架联接到筒末梢上。等离子气体入口开口、防护气体入口开口、电极冷却剂入口开口、喷嘴冷却剂入口开口、喷嘴冷却剂出口开口、护罩冷却剂入口开口和护罩冷却剂出口开口位于绝缘本体的近端处。在一些实施例中，耗材筒还包括设置在筒框架的绝缘本体中的非同心腔，以及设置在腔中的射频识别(RFID)标签。

又一方面，提供了一种用于液体冷却的等离子弧切割焊炬的耗材筒。耗材筒包括位于筒的第一部分处的筒末梢。筒末梢具有电极、喷嘴和护罩。耗材筒还包括筒的第二部分处的筒框架。筒框架包括连接到筒末梢上的远端，以及近端。筒框架包括构造成保持与喷嘴流体连通来将等离子气流引入喷嘴的近端处的等离子气体入口开口、构造成保持与护罩流体连通来将防护气流引入护罩的近端处的防护气体入口开口，以及构造成保持与电极电连通或流体连通中的至少一者来将冷却剂流或电流中的至少一者引入电极的近端处的电极界面。筒框架还包括构造成在筒框架与喷嘴之间循环冷却剂流的近端处的喷嘴冷却剂入口开口和喷嘴冷却剂出口开口，以及构造成在筒框架与护罩之间循环冷却剂流的近端处的护罩冷却剂出口开口。

另一方面，提供了一种用于液体冷却的等离子弧焊炬的焊炬头。焊炬头包括焊炬本体，以及具有大致非传导性的绝缘本体的焊炬绝缘体。焊炬绝缘体联接到焊炬本体上。焊炬绝缘体包括：(i)第一液体冷却剂通道，其设置在绝缘本体内，构造成将流体流从焊炬头沿第一预先存在的流路传导到耗材筒中；(ii)第一液体返回通道，其设置在绝缘本体内，构造成使流体流的至少一部分从筒沿第一预先存在的流路返回焊炬头；以及(iii)气体通道，其设置在绝缘本体内，构造成将第一气流从焊炬头沿第二预先存在的流路传导至筒。第一预先存在的流路和第二预先存在的流路与彼此流体地隔离。

在一些实施例中，焊炬头还包括对准特征，其构造成将焊炬头以预定定向沿径向装固到筒上，以保持延伸穿过焊炬绝缘体和筒的第一预先存在的流路和第二预先存在的流路。第一液体冷却剂通道可构造成在焊炬头经由对准特征沿径向装固到筒上时与筒的对应的第一液体冷却剂通道大致对准。第一液体返回通道可构造成在焊炬头经由对准特征沿径向装固到筒上时与筒的对应的第一液体返回通道大致对准。第一预先存在的流路可包括焊炬头的第一液体冷却剂通道、筒的对应第一液体冷却剂通道、筒的对应第一液体返回通道，以及焊炬头的第一液体返回通道。

在一些实施例中，焊炬绝缘体还包括嵌入绝缘本体中的气体阀，气体阀与气体通道流体连通，气体阀构造成选择多种气体中的一种来供应至气体通道。在一些实施例中，焊炬绝缘体还包括第二气体通道，其设置在绝缘本体内，构造成将第二气流从焊炬头沿第三预先存在的流路传导至筒。第二预先存在的流路和第三预先存在的流路与彼此流体地隔离。在一些实施例中，焊炬绝缘体还包括设置在绝缘本体中的中心通道，中心通道构造成将(i)电流或(ii)流体流的至少一部分中的至少一者从焊炬头提供至筒。在一些实施例中，焊炬绝缘体还包括设置在绝缘本体中的电通道，电通道构造成接收建立焊炬头与筒之间的欧姆接触的欧姆接触连接。

在一些实施例中，焊炬绝缘体还包括：(i)绝缘本体的远端处的电流环，电流环构造成从筒接收维弧电流；以及(ii)构造成接收维弧连接件的维弧通道，维弧连接件与电流环电连通来将维弧电流从筒传递至焊炬头。

在一些实施例中，焊炬绝缘体还包括：(i)第二液体冷却剂通道，其设置在绝缘本体内，构造成将流体流的至少一部分从焊炬头沿第一预先存在的流路传导到筒中；(ii)第二液体返回通道，其设置在绝缘本体内，构造成使流体流的至少一部分从筒沿第一预先存在的流路返回焊炬头；以及(iii)分送通道，其设置在绝缘本体内，使第一液体返回通道与第二液体冷却剂通道连接。第一预先存在的流路可流过绝缘本体中的一系列通道，包括第一液体冷却剂通道、第一液体返回通道、分送通道、第二液体冷却剂通道，以及第二液体返回通道。

在一些实施例中，第一液体冷却剂通道、第一液体返回通道和气体通道相对于延伸穿过绝缘本体的纵向轴线非同心。

另一方面，提供了一种用于液体冷却的等离子弧焊炬的焊炬头。焊炬头包括：(i)具有绝缘本体的焊炬绝缘体；(ii)第一冷却通道和第三冷却通道，其设置在绝缘本体中，各自构造成将第一流体流从焊炬头传导到筒中；(iii)第二冷却通道和第四冷却通道，其设置在绝缘本体中，各自构造成使第一流体流的至少一部分从筒返回焊炬头；以及(iv)第一分送通道，其设置在绝缘本体中，连接第二冷却通道和第三冷却通道。第一分送通道构造成将第一流体流从第二通道引导至第三通道。

在一些实施例中，第一分送通道沿周向定向来连接第二冷却通道和第三冷却通道。在一些实施例中，第一冷却通道、第二冷却通道、第三冷却通道和第四冷却通道关于延伸穿过绝缘本体的纵向轴线非同心。在一些实施例中，第一冷却通道、第二冷却通道、第三冷却通道和第四冷却通道中的各个相对于延伸穿过绝缘本体的中心纵向轴线非对称。

又一方面，提供了一种用于液体冷却的等离子弧焊炬的焊炬头。焊炬头包括：(i)具有包括近端和远端的绝缘本体的焊炬绝缘体；(ii)从绝缘本体的近端大致延伸至远端的多个气体和液体通道；(iii)绝缘本体中的腔；以及(iv)包括电路板和射频识别(RFID)天线线圈的通信装置。RFID天线线圈电连接到电路板上，且定位在通信装置的远端附近。通信装置位于腔中，使得RFID天线线圈位于绝缘本体的远端处。

在一些实施例中，通信装置还包括密封壳体，以用于防止液体进入其中。在一些实施例中，通信装置的电路板构造成对天线线圈提供功率，且读取由天线线圈接收到的RFID信号。天线线圈可定位在通信装置的远端的端面处。在一些实施例中，通信装置还包括通信装置的近端处的连接器。

在一些实施例中，多个气体和液体通道和腔关于绝缘本体的中心纵向轴线非同心。

附图说明

上文所述的本发明的优点连同其他优点可通过连同附图参照以下描述来更好理解。附图不一定按比例，而是重点大体上放在示出本发明的原理上。

图1a和1b分别为根据本发明的示范性实施例的大体上包括焊炬头和筒的液体冷却的等离子弧焊炬10的分解视图和组装视图。

图2为根据本发明的示范性实施例的图1b的组装的等离子弧焊炬的截面视图。

图3为根据本发明的示范性实施例的图1的焊炬头的近端的视图。

图4为根据本发明的示范性实施例的图1的焊炬头的远端的视图。

图5为根据本发明的示范性实施例的图1的焊炬头的阴极的示例性设计。

图6为根据本发明的示范性实施例的图1的焊炬头的冷却剂管的示例性设计。

图7为根据本发明的示范性实施例的定向成示出等离子弧焊炬的焊炬头与筒之间的示例性维弧电流路径的图2的等离子弧焊炬的截面视图。

图8为根据本发明的示范性实施例的定向成示出示例性欧姆接触路径的图2的等离子弧焊炬的截面视图。

图9为根据本发明的示范性实施例的图1的焊炬头中的电流环的示例性设计。

图10为根据本发明的示范性实施例的焊炬头102的通信装置的示例性设计。

图11a和b为根据本发明的示范性实施例的定向成示出从等离子弧焊炬的焊炬头到筒的示例性防护气流路径的图2的等离子弧焊炬的截面视图。

图12a-c为根据本发明的示范性实施例的定向成示出从等离子弧焊炬的焊炬头到筒的示例性等离子气流路径的图2的等离子弧焊炬的截面视图。

图13a和b为根据本发明的示范性实施例的定向成示出在等离子环焊炬的焊炬头与筒之间循环的示例性液体冷却剂流路的图2的等离子弧焊炬的截面视图。

图14a和b分别为根据本发明的示范性实施例的焊炬头的阴极块的示例性轮廓视图和近侧视图。

图15为根据本发明的示范性实施例的图1的筒的筒框架的近端的视图。

图16为根据本发明的示范性实施例的图1的固持盖120的示例性设计的截面视图。

图17为根据本发明的示范性实施例的图1的筒的截面视图。

图18为根据本发明的示范性实施例的图17的筒的筒框架的示例性设计。

图19为根据本发明的示范性实施例的图17的筒的电极的示例性设计。

图20为根据本发明的示范性实施例的附接到图17的筒的筒框架上的挡板和防护涡旋环的截面视图。

图21为根据本发明的示范性实施例的图17的筒的防护涡旋环的截面视图。

图22为根据本发明的示范性实施例的示出各种通道开口的图17的筒的筒框架的透视图。

图23为根据本发明的示范性实施例的图17的筒的涡旋环的示例性设计。

图24a和b分别为根据本发明的示范性实施例的图17的筒的非排出喷嘴和喷嘴夹套的外部视图。

图25为根据本发明的示范性实施例的图17的筒的护罩的截面视图。

图26为根据本发明的示范性实施例的与图1的等离子弧焊炬的焊炬头兼容的示例性排出筒。

图27a和b分别为根据本发明的示范性实施例的图26的筒的喷嘴衬套和排出喷嘴的外部视图。

图28为根据本发明的示范性实施例的可适当构造成形成与图1的焊炬头兼容的筒的另一个示例性筒框架。

图29为根据本发明的示范性实施例的包括非平坦近端的示例性排出筒。

图30为根据本发明的示范性实施例的图17的筒的分解视图。

图31为根据本发明的示范性实施例的示出通信装置和信号装置的示例性位置的图2的等离子弧焊炬的一部分。

具体实施方式

本发明提供了一种包括焊接头和耗材筒的液体冷却的等离子弧焊炬。在一些实施例中，耗材筒是整体构件，其中筒的构件不可独立地工作或弃置。因此，如果需要替换耗材筒的一个构件，则将替换整个筒。在一些实施例中，耗材筒是"单次使用的"筒，其中筒在其任何构件达到其使用寿命末期之后由操作者替换，而非像传统焊炬设计那样修理和替换独立的耗材。在一些实施例中，筒在可涉及多个弧的单个时段之后替换。在一些实施例中，筒在单个弧事件之后替换。

图1a和1b分别为根据本发明的示范性实施例的大体上包括焊炬头102和筒104的液体冷却的等离子弧焊炬10的分解视图和组装视图。包括多个耗材焊炬构件的筒104具有沿等离子弧焊炬10的中心纵向轴线A的近端(区域)14和远端(区域)16。焊炬头102包括沿纵向轴线A的焊炬本体18、近端(区域)20和远端(区域)22。焊炬本体18可由导电材料如黄铜制成。在一些实施例中，筒104的近端14通过固持盖120与焊炬头102的远端22对准且装固到其上。在一些实施例中，筒104的近端14匹配地接合/连接到焊炬102的远端22上。例如，近端14和远端22可经由至少七个不同的匹配接头/接合处/连接点来连接。焊炬头102与筒104之间的其他接合手段是可能的，包括螺接、过盈配合、卡扣配合、快速锁定等。此后，构件的近端沿纵向轴线A限定远离工件(在焊炬10用于处理工件时)的构件的区域，且构件的远端限定与近端相对且接近工件(在焊炬10用于处理工件时)的构件的区域。

图2为根据本发明的示范性实施例的图1b的组装的等离子弧焊炬10的截面视图。如图所示，图1中的界面106在筒104与焊炬头102接合至彼此时限定筒104与焊炬头102之间的边界。大致是整体元件的筒104包括筒末梢，其包括电极108(即，弧发射器)、喷嘴110(即，弧收缩器)和围绕中心纵向轴线A同心地设置的护罩114。筒末梢的构件可连接到筒104的筒框架112上。在一些实施例中，筒104还包括围绕纵向轴线A设置的涡旋环150。下文参照图15和17-25阐释了关于筒104的细节。焊炬头102包括围绕纵向轴线A设置在焊炬本体18中的焊炬绝缘体118。下文参照图2-14b阐释了关于焊炬头102的细节。

焊炬头

如图2中所示，焊炬头102的焊炬绝缘体118围绕中心纵向轴线A大致设置在焊炬本体18中且由焊炬本体18包绕。焊炬本体18可由导电材料如黄铜制成。包括近端21和远端23的焊炬绝缘体118可由电绝缘材料如塑料制成。在其近端21处，焊炬绝缘体118可联接到阴极130、通信装置122、维弧连接件124和欧姆连接131中的一个或多个上，同时使这些构件与彼此且与焊炬本体18电绝缘。在一些实施例中，阴极130、通信装置122、维弧连接件124或欧姆连接131中的至少一个固定到焊炬绝缘体118上(例如，螺接或嵌入焊炬绝缘体118中)，使得它们不可容易或快速地与焊炬绝缘体118断开。此外，焊炬绝缘体118可包括用于联接到气体源(未示出)上且将气体引入焊炬10的至少一个气体开口126a。焊炬绝缘体118还可包括至少一个冷却剂开口128a，以用于联接到液体冷却剂源(未示出)且将冷却剂引入焊炬10中。图3为焊炬头102的近端20的视图，其示出了根据本发明的示范性实施例的焊炬绝缘体118的近端21处的各种电、气体和液体开口。图4为焊炬头102的远端22的视图，其示出了根据本发明的示范性实施例的焊炬绝缘体118的远端23处的各种电、气体和液体开口。

a.维弧和转移弧连接

一方面，焊炬绝缘体118可使用于保持焊炬头102与筒104之间的维弧电流和/或转移弧电流的多个构件互连。例如，焊炬绝缘体118适于以支持焊炬头102与筒104之间的维弧电流和转移弧电流传导两者的构造连接阴极130、冷却剂管116、维弧连接件124和电流环800。

在一些实施例中，焊炬绝缘体118包括从焊炬绝缘体118的近端21处的开口132a(图3中所示)延伸至焊炬绝缘体118的远端23处的开口132b(图4中所示)的主通道132(图2中所示)。主通道132可位于焊炬绝缘体118内的中心，使得其相对于中心纵向轴线A同心。主通道132可在绝缘体118内大致直线延伸来连接开口132a和132b。主通道132可构造成收纳阴极130的至少一部分。如图2中所示，阴极130可沿焊炬绝缘体118的长度在主通道132内延伸。在一些实施例中，阴极块锁定构件250用于将阴极130在焊炬绝缘体118内装固到主通道132上。

图5为根据本发明的示范性实施例的焊炬头102的阴极130的示例性设计。阴极130包括阴极配件602，其具有联接到阴极管604上的远端，阴极管604具有联接到阴极块606上的远端。阴极配件602、阴极管604和阴极块606中的各个均可由传导材料制成，如，黄铜或铜。在一个示例性设计中，阴极配件602和阴极块606由黄铜制成，而阴极管604由铜制成。

如图2中所示，阴极块606的远端电联接和/或物理联接到焊炬绝缘体118的主通道132内的冷却剂管116上。在一些实施例中，冷却剂管116限定O形环凹槽，其收纳O形环133来形成冷却剂管116的外表面与阴极块606的内表面之间的界面。因此，冷却剂管116的至少近侧部分插入阴极块606的远端内。大体上，在操作期间，一旦焊炬头102联接到筒104上，则冷却剂管116将冷却流体分送至筒104。在一些实施例中，冷却剂管116构造成额外地将电流从阴极130传递至筒104，如，至筒104的电极108。在一些实施例中，可由非传导性材料制成的阴极块电极管252(图2中所示)可构造成与其近端处的阴极块606和其远端处的电极108连接(例如，螺接或由过盈配合密封)。包括阴极130、阴极块电极管252和电极108的所得壳体大致包围冷却剂管116以包含其中的冷却剂流。

图6为根据本发明的示范性实施例的焊炬头102的冷却剂管116的示例性设计。冷却剂管116可由传导性材料如黄铜制成。在一些实施例中，冷却剂管116附接(例如，通过螺接)至阴极块606的远端上，使得其不可容易或快速地断开。在一些其他实施例中，冷却剂管116附接(例如，通过过盈配合)到阴极块606的远端上，使得其可容易或快速地断开。冷却剂管116可具有在近端740处围绕外表面的电连接器，如，Louvertac^TM环702，近端740为构造成与阴极块606匹配的端部。Louvertac环720构造成一旦冷却剂管116的近端740插入且附接到阴极块606的远端，则传导从阴极块606的内表面传送至冷却剂管116的外表面的切割电流。作为备选，冷却剂管116可经由螺纹或其他电流传送方法在没有Louvertac环702的情况下固定地装固到阴极130上。在一些实施例中，冷却剂管116具有在冷却剂管116的远端742处围绕外表面的电连接器，如，Louvertac^TM环704，远端742是构造成一旦焊炬头102装固到筒104上则与电极108的内表面匹配的端部。在一些实施例中，冷却剂管116包括远端742处的Louvertac环704下方的其外表面上的一个或多个纵向通道744，以限制冷却剂管116与电极108之间的冷却剂流中的压降。除传导电流之外，冷却剂管116可构造成将冷却剂流传导至电极108。例如，冷却剂管116具有其近端704处的开口745和远端742处的开口746，以允许冷却剂流分别进入和离开冷却剂管116。在一些实施例中，Louvertac^TM环704或704在远端742或近端740中的一个处或两端处的使用允许了冷却剂管116可滑动地联接到焊炬头102上，且同样允许筒104可滑动地联接到冷却剂管116上。下文详细描述了该特征。

在一些实施例中，焊炬绝缘体118包括腔148(图2中所示)，其具有焊炬绝缘体118的近端21处的开口148a(图3中所示)。如图2中所示，腔148可构造成收纳维弧连接件124。在一些实施例中，腔148沿纵向轴线A部分地延伸到焊炬绝缘体118中。

在一些实施例中，由导电材料(例如，黄铜)制成的电流环800位于焊炬绝缘体118的远端23中。图9为根据本发明的示范性实施例的焊炬头102中的焊炬绝缘体118的电流环800的示例性设计。如图所示，电流环800具有环部分800a和凸起部分800b。环部分800a具有薄的远侧边沿802，且凸起部分800b具有远侧表面805。电流环800的环部分800a可相对于焊炬绝缘体118中的冷却剂管116和阴极130同心地定位，而电流环800的凸起部分800b可定向成使得其电接触和/或物理接触收纳在腔148中的维弧连接件124的近端。在一些实施例中，电流环800由阴极绝缘体804(图2中所示)与冷却剂管116和阴极130电绝缘，使得大致没有电流在电流环800与阴极130之间或电流环800与冷却剂管116之间传递。在如图4中所示的一些实施例中，电流环800的至少一个表面经由主电通道开口132b从焊炬绝缘体118的远端23露出，使得筒104的构件可在筒104附接到焊炬头102的情况下物理地接触电流环800。例如，环部分800a的薄远侧边沿802和电流环800的凸起部分800b的远侧表面805两者可从开口132b露出。

图7为根据本发明的示范性实施例的定向成示出等离子弧焊炬10的焊炬头102与筒104之间的示例性维弧流路752的图2的等离子弧焊炬10的截面视图。为了开始维弧，与高频高电压(HFHV)信号相关联的维护电流752联接到从电源(未示出)到等离子弧焊炬10的电力线上。维弧电流752可从电源经由阴极配件602传递至阴极130。连接到阴极配件602上的阴极管604然后将维弧电流752传递至阴极块606，其将电流经由冷却剂管116的近端740处的Louvertac环702转移至冷却剂管116。维弧电流752向远侧流过冷却剂管116，且经由冷却剂管116的远端742处的Louvertac环704转移至电极108的内表面，从而激励电极108的内表面。在备选实施例中，维弧电流从阴极130传递至电极108，而不使用冷却剂管116，如，通过阴极130与电极108之间的物理连接。一旦在电极108处，则维弧电流路径752在电极108与喷嘴110之间的间隙中流的等离子气体中引起火花放电，从而在间隙生成维弧。为了接通维弧电路，维弧电流路径752可通过从喷嘴110向近侧流至涡旋环150(其可由传导材料制成)且至焊炬头102中的电流环800而返回焊炬头102。如图所示，涡旋环150的远端在界面758处物理地接触喷嘴110。涡旋环150的近端经由Louvertac电连接器756来物理地接触电流环800的环部分800a的至少远侧边沿802。因此，涡旋环150构造成使维弧电流752从筒104的喷嘴110返回焊炬头102。电流环800的环部分800a可将维弧电流752转移至电流环800的凸起部分800b，其将维弧电流752传递至腔148内的维弧电流连接件124来使维弧电流返回电源。

电极108与喷嘴110之间的间隙中的气流由维弧电离，以便电极108与工件(未示出)之间的电阻变得较小。高于用于引发维弧的电压的电压可跨过电极108和工件施加来引起弧在间隙电离之后转移至工件。电极108与工件之间的该弧是转移弧。为了保持转移弧，供应来自电源的较高电压的转移弧电流从阴极130经由冷却剂管116和Louvertac环702、704以大致类似于远侧维弧电流752的方式从阴极130传递至电极108。为了接通转移弧电路，转移弧电流从工件经由单独的线(未示出)返回电源。

b.通信装置(RFID读取器)

另一方面，焊炬绝缘体118可构造成支持焊炬头102与筒104之间的无线通信。在一些实施例中，焊炬绝缘体118包括腔114(图2中所示)，其具有焊炬绝缘体118的近端21处的开口144a(图3中所示)。腔144可构造成将通信装置122固持在焊炬绝缘体118内。通信装置122可经由开口144a从腔144除去。在一些实施例中，腔144沿中心纵向轴线A部分地延伸到焊炬绝缘体118中，使得没有焊炬绝缘体118的远端23上的对应开口。

图10为根据本发明的示范性实施例的焊炬头102的通信装置122的示例性设计。通信装置122可包括射频识别(RFID)读取器，其适于接收从位于筒104(图2中所示)中的附近信号装置160(例如，RFID标签)无线地传输的RFID信号。通信装置122适于处理这些信号来取得由信号装置160传输的关于筒104的相关数据(和/或其他焊炬信息)，且将数据转发至处理器(未示出)来用于分析。大体上，通信装置122可置于等离子弧焊炬10中的位置处，如，焊炬绝缘体118中，以最小化等离子弧和弧点燃干扰信号装置160与通信装置122之间的无线通信的可能性。通信装置122可包括其近端处的连接器806、其远端处的天线组件808，以及连接器806与天线组件808之间的处理组件810。

天线组件808可包括天线线圈814，其构造成将RF信号无线地传输至信号装置160来询问信号装置160，且/或响应于询问而接收来自信号装置160的RF信号。该天线线圈814可位于天线组件808的远端处(即，通信装置122的远端)，使得当通信装置122插入腔144中时，天线线圈814嵌入焊炬绝缘体118的远端23处。此放置最小化天线线圈814与筒104中的信号装置160之间的无线通信距离，且减小了它们之间的通信干扰。在一些实施例中，天线线圈814定位在通信装置的远端的端面处。例如，天线线圈814可卷绕天线组件808的远端处的柱812。组件808还可包括塑料柱状壳体，其构造成将连接到天线线圈814上的一条或多条线给送至处理组件810。处理组件810可包括塑料柱状壳体，其具有设置在其中的一个或多个硬件构件(例如，印刷电路板(PCB))。从天线组件808的天线线圈814连接到线上的PCB构造成(i)对包括天线组件808的通信装置122提供功率，(ii)对信号装置160提供功率，和/或(iii)使用通信协议(例如，RFID协议，如ISO/IEC15693)经由天线线圈814与信号装置160无线地通信来处理来自信号装置160的数据。在一些实施例中，PCB可对焊炬10上的整个焊炬通信电路(包括通信装置122、信号装置160和相关的构件)提供功率。与处理组件810的PCB电连通的连接器806构造成将由处理组件810处理的数据传输至焊炬10外的计算装置(例如，中央处理单元等)。例如，与处理组件810的PCB协作的连接器806可将从信号装置160获得的信息使用无线或有线连接传送至外部计算装置。

在一些实施例中，允许通信装置122与信号装置160之间的无线通信的电路是模拟的，而允许通信装置122与外部计算装置之间的(有线或无线)通信的电路是数字的。在该构造中，将包括PCB的通信装置122放入焊炬10中减小了通信装置122与信号装置160之间的通信距离，且因此减小了对应的模拟电路中的噪音拾取。然而，将通信装置122放入焊炬10中可延长通信装置122与远程计算装置之间的通信距离，且因此可增大对应的数字电路中的噪音拾取，但数字电路比模拟电路对于噪音拾取更稳健(即，更免疫)。

在一些实施例中，通信装置122包围在保护材料的一层或多层中，例如，保护材料提供电绝缘、液体冷却剂泄漏保护(加上保护免受冷却剂流传送的废物)，且保护免受其他环境因素。在一些实施例中，处理组件810的壳体和/或天线组件808的壳体由耐用塑料制成，以保护其中的构件免受液体和碎屑。壳体可为半透明的，使得其中的PCB的LED信号可从壳体外侧可见。在一些实施例中，一个或多个O形环密封件用于保护通信装置122免受液体破坏，且产生了电绝缘层。

在一些实施例中，焊炬绝缘体118中的通信装置122与等离子功率和点火电路电隔离，如，通过大约30000V的电隔离。在一些实施例中，通信装置122构造成配合在焊炬绝缘体118内，同时容纳上文所述的焊炬绝缘体118的所有其他构件，以及围绕通信装置122的保护层，这加至其体积。例如，通信装置122可设计成长、薄和/或柔性的，以较好地配合在焊炬绝缘体118内。

在操作期间，等离子弧焊炬100可在环境温度中引起达到100摄氏度，这对于操作温度上升留下了较小裕度。因此，在一些实施例中，通信装置122设计成生成最低操作温度。例如，通信装置122可具有低电路功率电压、低多点控制单元(MCU)时钟频率、低操作工作周期，和/或用于在不运行时最小化发热的睡眠模式。

在一些实施例中，包括通信装置122和信号装置160的焊炬通信电路与等离子弧焊炬10的中心纵向轴线A偏轴。该偏移允许了通信电路远离限定等离子处理性能的焊炬的区域。大体上，通信电路置于该处的区域不易受到等离子过程设计中的变化，这允许了等离子过程的设计自由，以及通信电路性能的稳定性。在一些实施例中，为了减少焊炬通信电路与附近的金属构件之间的不需要的联接，天线线圈814的尺寸最小化(例如，减小线圈的直径)，且/或RFID功率最小化来减小所得的RFID场的大小。大体上，可能与RFID场耦合的相邻金属构件可考虑在内，且保持尺寸和关于焊炬通信电路的接近性的大致一致。

在备选实施例中，等离子弧焊炬10并不包括通信系统(其例如包括焊炬头102中的通信装置122或筒104中的信号装置106)。例如，通信装置可不存在于焊炬中，其中筒104连接到焊炬头102或快速断开的焊炬头上，其继而又连接到焊炬容置部上。

在一些实施例中，如图2和10中所示，等离子弧焊炬10的通信系统还包括设置在焊炬绝缘体118中的通信装置122中或上的第二信号装置162(例如，RFID标签)，如，在接近天线线圈814的通信装置122的天线组件808中。作为备选，第二信号装置162可在通信装置122和/或焊炬绝缘体118外位于焊炬头102中。可选的底座164可用于将第二信号装置162保持就位。第二信号装置162构造成读取和/或写入关于等离子弧焊炬10的信息(例如，燃起的弧的数目)，且将信息传输至等离子切割系统，该系统然后可将信息中继至筒104中的第一信号装置160。大体上，第一信号装置160和第二信号装置162可在它们之间往返转移信息。

c.欧姆接触

另一方面，焊炬绝缘体118可构造成支持欧姆接触来用于控制焊炬10与工件之间的相对高度的目的，以便于焊炬操作。在一些实施例中，焊炬绝缘体118包括欧姆接触腔146(图8中所示)，其具有焊炬绝缘体118的近端21处的开口146a(图3中所示)。图8为根据本发明的示范性实施例的定向成示出示例性欧姆接触路径780的图2的等离子弧焊炬10的截面视图。如图所示，焊炬头102中的焊炬绝缘体118的欧姆接触腔146可构造成固持欧姆接触连接131，其可经由开口146a(图3中所示)从腔146除去。在一些实施例中，欧姆接触腔146沿纵向轴线A部分地延伸到焊炬绝缘体118中，使得没有焊炬绝缘体118的远端23上的对应开口。

图8的欧姆接触路径780允许焊炬10的控制器(未示出)检测和感测工件/板782来用于在焊炬操作之前或期间控制焊炬10与工件/板782之间的相对高度的目的。相对于欧姆接触路径780，当焊炬头102在焊炬操作期间安装时，到来的销(未示出)产生与欧姆接触连接131的电接触，以形成电接触路径780。路径780然后继续穿过欧姆接触连接131的长度，以经由调节螺钉784来电接触焊炬本体18。路径780在焊炬本体18和固持盖120上向远侧行进来到达筒104的护罩114。该路径780允许控制器感测工件/板782的位置且相应地调整相对高度。在一些实施例中，筒104的护罩114与筒104的喷嘴110电隔离，以允许欧姆接触路径780从焊炬头102行进至焊炬10的外表面上的护罩114。

在一些实施例中，图8中的欧姆接触路径780通过使用焊炬绝缘体118来与维弧电流路径752和/或转移弧电流路径电隔离。例如，维弧电流路径752和转移弧电流路径可穿过焊炬绝缘体118，同时欧姆接触路径780主要穿过焊炬本体18。

d.防护气体

另一方面，焊炬绝缘体118可构造成将一股或多股气流从焊炬头102引导至筒104。在一些实施例中，焊炬绝缘体118构造成将至少一股防护气体从焊炬头102引导至筒104。示例性防护气体包括空气、氧(即，O₂)和氩。在一些实施例中，本文所述的防护气流路径和通道也与焊炬头102与筒104之间的防护流体如水兼容。焊炬绝缘体118可包括从焊炬绝缘体118的近端21处的开口126a(图3中所示)延伸至焊炬绝缘体118的远端23处的防护气体开口126b(图4中所示)的防护气体通道850。

图11a和b为根据本发明的示范性实施例的定向成示出在防护气体通道850(包括防护气体通道节段850a和850c)上从焊炬头102到筒104的示例性防护气流路径868的图2的等离子弧焊炬10的截面视图。如图所示，防护气体通道850可包括若干节段。第一通道节段850a将焊炬绝缘体118的近端21上的开口126a连接到绝缘体118中或上的内部开口860上。第一通道节段850a可大致平行于纵向轴线A延伸。第二通道节段(未示出)可使开口860与绝缘体118中或上的另一个内部开口862连接，其中第二内部开口862从第一内部开口860沿径向偏移。例如，内部开口860、862可沿径向偏移大约30度到大约90度。第二通道节段可围绕焊炬绝缘体118沿周向(或沿不同定向)延伸来连接内部开口860、862。第三通道节段850c将内部开口862连接到焊炬绝缘体118的远端23上的开口126b上。第三通道节段850c可大致平行于纵向轴线A延伸。

在一些实施例中，在将筒104附接到焊炬头102上时，筒104的筒框架112内的对应防护气体通道864与防护气体通道节段850c流体地对准。防护气流868可经由筒框架112中的防护气体通道864的近侧开口864a进入筒104。防护气体通道864还具有筒框架112的远端处的开口864b，其流体地连接到护罩114与喷嘴110之间的气体通路872上。因此，防护气体通道864可将防护气体从焊炬头102引入气体通路872。在一些实施例中，筒框架112包括防护气体通道864的路径中的一个或多个构件，以调整其中的防护气流868的一个或多个参数(例如，流型和流率)。下文描述了关于防护气体通道864、筒框架112的涡旋构件和穿过筒104的防护气流868的细节。

相对于图11a和b中所示的防护气流路径868，防护气体经由焊炬绝缘体118的近端21处的防护气体开口126a引入焊炬头102。气体868向远侧流过防护气体通道节段850a而到达内部开口860。气体868然后可围绕焊炬绝缘体118经由防护气体通道850的第二节段沿周向(或以不同定向)流动，以到达关于内部开口860间隔开的内部开口862。气体868从开口862经由防护气体通道节段850c沿纵向流至焊炬绝缘体118的远端23上的开口126b而到达筒104。在经由开口126b流出焊炬头102时，防护气流868进入筒104中的筒框架112的防护气体通道864。气体868向远侧流过筒框架112的防护气体通道864，且从防护气体通道864的开口864b流出至护罩114与喷嘴110之间的气体通路872来冷却两个构件。防护气体868适于经由护罩流出孔口870流出筒104。

e.等离子气体

在一些实施例中，焊炬头102的焊炬绝缘体118可将一种或多种等离子气体从焊炬头102引导至筒104。例如，焊炬绝缘体118可构造成接收多个气源，选择一种气体或混合气体，且将选择的气体或气体混合物引入筒104中。图12a-c为根据本发明的示范性实施例的定向成示出从焊炬头102到筒104的示例性等离子气流路径900的图2的等离子弧焊炬10的截面视图。

焊炬绝缘体118包括焊炬绝缘体118的近端21处的两个等离子气体开口200a和200b，其中各个开口均构造成接收等离子气体，如，氧(O₂)、空气、氮(N₂)、氢基气体(例如，H35)、F5燃料气体，或这些化学物质中的一种或多种的混合物。此外，焊炬绝缘体118可包括构造成收纳等离子气体阀204的腔202(图12a-c中所示)。腔202连接到焊炬绝缘体118的近端21处的开口202a(图3中所示)上，经由其，等离子气体阀204可除去地设置在腔202中。等离子气体阀204构造成选择从等离子气体开口200a和200b接收到的气体中的一种或混合气体，且将得到的气体或气体混合物在等离子气体通道206(图12a-c中所示)上且经由焊炬绝缘体118的远端23上的开口200c(也在图4中示出)引入筒104中。

如图12a中所示，示例性等离子气流路径900包括从等离子气体开口200a经由连接通道902引入位于腔202中的等离子气体阀204的第一等离子气流900a。连接通道902使开口200a与等离子气体阀204的入口904流体地连接，以将第一等离子气流902引入阀204。如图12b中所示，等离子气流路径900包括从等离子气体开口200b经由连接通道906引入等离子气体阀204的第二等离子气流900b。连接通道906使开口200b与第二入口908流体地连接，以用于将第二等离子气流900b引入等离子气体阀204。如图12c中所示，等离子气体阀204选择一种气体或混合气体，且将得到的等离子气流900c在等离子气体通道206上传输，以从焊炬绝缘体118的远端23处的开口200c流出。等离子气体通道206适于沿焊炬10的长度纵向地延伸，且将等离子气体阀204的出口910流体地连接到焊炬绝缘体118的远端23处的开口200c上。

相对于图12c中所示的等离子气流路径900c，在经由开口200c流出焊炬头102时，等离子气流900c经由筒框架112的近端15上的开口912a进入筒104中的筒框架112的对应的等离子气体通道912。气体900c沿纵向流过筒框架112的等离子气体通道912，且从筒框架112的远端17处的开口912b流出，这将气体引入电极108与筒104的喷嘴110之间的等离子气体通路918。等离子气体900c适于经由中心喷嘴流出孔口916和中心护罩流出孔口870向远侧流过通路918且流出筒104。在一些实施例中，等离子气流900c的路径中的涡旋环150可将涡旋运动引入等离子气流900c。下文描述了关于等离子气体通道912、涡旋环150和穿过筒104的等离子气流900c的细节。

在一些实施例中，防护气流868和等离子气流900在焊炬头102和筒104两者中与彼此流体地隔离，使得这些气体不会跨过路径或共用同一通道。例如，等离子气体通道206和防护气体通道850与彼此流体地隔离。在一些实施例中，焊炬头102的焊炬绝缘体118构造成通过将防护气流868和等离子气流900引导至筒框架112内的适合的通道来控制穿过焊炬10的气流，以用于分送至筒104中的适合的气体通路(例如，用于防护气流868的护罩114与喷嘴110之间的通路872，以及用于等离子气流900c的喷嘴110与电极108之间的通路918)。

f.液体冷却剂流

另一方面，焊炬绝缘体118可构造成引导一系列液体冷却剂流来在焊炬头102与筒104之间循环。示例性液体冷却剂包括水、丙二醇、乙二醇，或特别设计成用于等离子切割系统的任何数目的市售冷却剂。如图3中所示，焊炬绝缘体118可包括焊炬绝缘体118的近端21处的冷却剂开口128a，以用于将液体冷却剂引入焊炬头102。

图13a和b为根据本发明的示范性实施例的定向成示出在焊炬头102与筒104之间在一系列流节段中循环的示例性液体冷却剂流路950的图2的等离子弧焊炬10的截面视图。沿图13a的液体冷却剂流路950，液体冷却剂首先经由焊炬绝缘体118的近端21处的开口128a引入焊炬头102。冷却剂950从开口128a在连接通道952上流至焊炬绝缘体118内的阴极块606，且经由阴极块606的至少一个入口进入阴极块606。图14a和b分别为根据本发明的示范性实施例的焊炬头102的阴极块606的示例性轮廓视图和近侧视图。如图14b中所示，阴极块606可包括围绕阴极块606的内圆周分散的第一组三个液体入口620a-c。在其他实施例中，限定了更多或更少的入口。连接通道952将焊炬绝缘体开口128a流体地连接到第一组液体入口620a-c上，以将冷却剂传导到阴极块606中。阴极块606的液体入口620a-c还可将液体冷却剂传导到冷却剂管116的近端740处的开口745中，冷却剂管116可如上文所述的那样物理地附接到阴极块606上。在一些实施例中，入口620a-c与冷却剂管116的近端处的开口745之间的连接是交叉的(例如，用于节省空间的目的)，以将冷却剂从阴极块606输送至冷却剂管116。

一旦在冷却剂管116中，则冷却剂流路950继续沿纵向朝冷却剂管116的远端742。冷却剂流950经由冷却剂管116的远侧开口746从冷却剂管116流出，且进入由筒104的电极108的内表面限定的腔954中，从而大致冷却电极108。因此，初始冷却剂流路950大致界定在焊炬绝缘体118的主通道132(其接收冷却剂管116和阴极130的至少一部分)和筒框架112的对应主通道1020(其连接到电极108的腔954上)内。在由腔954的壁引导时，冷却剂流950反向，且沿冷却剂管116的外表面在主通道1020、132中向近侧继续。该逆流还大致冷却包绕冷却剂管116的远端742的外部部分的Louvertac环704。

冷却剂流950继续朝向焊炬头102的阴极块606。冷却剂流950可经由阴极块606的远侧开口622(图14a中所示)进入阴极块606。一旦在阴极块606内，冷却剂950在阴极130的流出通道624上沿径向向外流动。流出通道624将阴极606流体地连接到焊炬绝缘体118的第一冷却剂通道958上，其沿焊炬头102的长度纵向地延伸，以将冷却剂流950再次从焊炬头102传导到筒104中。具体而言，第一冷却剂通道958将流出通道624流体地连接到焊炬绝缘体118的远端23上的第一液体冷却剂开口960a(也在图4中所示)上。第一冷却剂通道958将冷却剂流950从阴极130经由焊炬绝缘体118的开口960a传导至筒104，且将冷却剂流950引入筒框架112的近端15的开口962a中，其中近侧开口962a连接到筒104中的筒框架112的对应的第一冷却剂通道962上。

冷却剂950在第一冷却剂通道962上向远侧流过筒框架112而到达筒框架112的远端17处的开口962b，其将筒框架112的第一冷却剂通道962流体地连接到与喷嘴110相关联的喷嘴开口966上。具体而言，喷嘴110可联接到外喷嘴构件111上(如，用于非排出喷嘴的喷嘴夹套和用于排出喷嘴的喷嘴衬套)，且开口966可在外喷嘴构件111上，使得其可将冷却剂流从远侧冷却剂通道开口962b引入喷嘴110的外表面与外喷嘴构件111的内表面之间的喷嘴冷却剂流室965。当冷却剂流950经由喷嘴开口966向远侧传导穿过喷嘴冷却剂流室965时，其大致冷却喷嘴110和外喷嘴构件111。在到达喷嘴110的远侧末梢时，冷却剂流950可经由设置在喷嘴110的外表面上的周向通道(未示出)围绕喷嘴110的圆周的至少一部分成涡旋。冷却剂流950可向近侧返回流室965内的喷嘴110的不同侧上，且朝向外喷嘴构件111上的另一个开口967。第二喷嘴开口967继而又流体地连接到筒框架112的第二冷却剂通道968。具体而言，第二冷却剂通道968与筒框架112的远端17处的开口968b处的外喷嘴构件111的第二开口967对接。筒框架112的第二冷却剂通道968适于将液体冷却剂流950传导离喷嘴冷却剂流室965，且经由筒框架112的近端15上的第二液体冷却剂通道开口968a和焊炬绝缘体118的远端23处的第二液体冷却剂通道开口960b(也在图4中示出)进入焊炬头102的焊炬绝缘体118的对应第二冷却剂通道970中。当冷却剂流950在焊炬头102的第二冷却剂通道970内向近侧行进穿过焊炬绝缘体118时，冷却剂流遇到焊炬绝缘体118中的第二冷却剂通道970的内部开口972。即，第二冷却剂通道970使内部开口972与焊炬绝缘体118的远端23上的开口960b连接。

如图13b中所示，第二冷却剂通道970的内部开口972可经由围绕焊炬绝缘体118沿周向延伸的分送通道(未示出)流体地连接到焊炬绝缘体118的第三冷却剂通道976的内部开口974上。第二冷却剂通道970和第三冷却剂通道976可沿径向偏离彼此大约30度到大约90度(例如，70度)。因此，分送通道连接内部开口972、974来将冷却剂流950从第二冷却剂通道970输送至第三冷却剂通道976。在第三冷却剂通道976内，冷却剂950朝焊炬绝缘体118的远端23上的第三冷却剂通道开口960c(也在图4中示出)向远侧流动来再次进入筒104。具体而言，在经由开口960c流出焊炬头102的焊炬绝缘体118的第三冷却剂通道976时，冷却剂流950适于经由筒框架112的近端15上的对应第三冷却剂通道开口978a进入筒104，其连接到筒框架112的第三冷却剂通道978上，以继续使远侧流朝向筒104中的护罩114。冷却剂流950经由筒框架112的远端17处的开口978b流出第三冷却剂通道978，以进入限定在筒框架112的外侧表面与护罩114的对应内表面之间的周向护罩冷却剂流区域1222。冷却剂流950可沿周向围绕护罩冷却剂流区域1222行进，从而冷却护罩114。沿着周向护罩冷却剂流区域1222，冷却剂流950可通过进入筒框架112的远端17处的开口982b来返回流区域1222的不同侧上的筒框架112。与护罩冷却剂流区域1222流体连通的开口982b连接到筒框架112的第四冷却剂通道982上。冷却剂流950然后在第四冷却剂通道982中向近侧行进，经由筒框架112的近端15处的开口982a流出第四冷却剂通道982，且流入焊炬头102。冷却剂流950经由焊炬绝缘体118的远端23处的第四冷却剂通道开口960d(也在图4中示出)进入焊炬头102。焊炬绝缘体118的远端23处的开口960d流体地连接到焊炬绝缘体118的第四冷却剂通道984上，其构造成将冷却剂流950从筒104输送至焊炬绝缘体118中的内部开口986，其流体地连接到阴极块606上。

如图14a和b中所示，阴极块606包括第二组的一个或多个液体入口626，其从外表面延伸至阴极块606的内表面。在一些实施例中，阴极块606包括围绕阴极块606的外圆周分散的第二组的三个液体入口626a-c。在其他实施例中，限定了更多或更少的入口。参照图13b所示，连接通道988将焊炬绝缘体118的第四冷却剂通道984的内部开口986流体地连接到第二组液体入口626a-c上，以将冷却剂950从第四冷却剂通道984传导至阴极块606。在一些实施例中，第二组入口626a-c与内部开口986之间的连接是交叉的(例如，为了节省空间的目的)，以将冷却剂以涡旋方式从第四冷却剂通道984输送至阴极块606。一旦在阴极块606内，则冷却剂流950继续以此顺序经由阴极管604和阴极配件602向近侧流出焊炬绝缘体118。

在焊炬绝缘体118的一些实施例中，第一冷却剂通道958和第二冷却剂通道970可沿径向偏离彼此大约30度到90度(例如，大约90度)。第三冷却剂通道976和第四冷却剂通道984可沿径向偏离彼此大约30度到90度(例如，大约90度)。在筒框架112的一些实施例中，第一冷却剂通道962和第二冷却剂通道968可沿径向偏离彼此与焊炬绝缘体118的第一冷却剂通道958与第二冷却剂通道970之间的偏移相同的度数(例如，大约90度)。第三冷却剂通道978和第四冷却剂通道982可沿径向偏离彼此与焊炬绝缘体118的第四冷却剂通道984与第三冷却剂通道976之间的偏移相同的度数(例如，大约90度)。在等离子弧焊炬10的一些实施例中，第二冷却剂通道970、968沿径向偏离第三冷却剂通道976、978大约30度到大约90度(例如，70度)。

大体上，如上文参照图13a和b所述，与筒104的筒框架112合作的焊炬头102的焊炬绝缘体118构造成控制进和出焊炬头102和筒104的冷却剂流950分送至筒末梢的各种构件。例如，焊炬绝缘体118和筒框架112可按以下顺序引导冷却剂流950：(i)从阴极600到冷却剂管116，且在焊炬绝缘体118的主通道132和筒框架112的主通道1020中反向以冷却电极108，其中各个主通道132、1020均用作供应通道和返回通道两者；(ii)从焊炬绝缘体118的第一冷却剂通道958(即，供应通道)，至筒104的第一冷却剂通道962(即，供应通道)，至筒104的第二冷却剂通道968(即，返回通道)，以及至焊炬绝缘体118的第二冷却剂通道970(即，返回通道)来冷却喷嘴110；(iii)从焊炬绝缘体118的第三冷却剂通道976(即，供应通道)，至筒104的第三冷却剂通道978(即，供应通道)，至筒104的第四冷却剂通道982(即，返回通道)，以及至焊炬绝缘体118的第四冷却剂通道984(即，返回通道)来冷却护罩114。在备选实施例中，冷却剂流950包括三组供应通道和返回通道中的仅一者，以冷却一个筒末梢构件。在备选实施例中，冷却剂流950包括三组供应通道和返回通道中的两者来冷却两个筒末梢构件。

即使图13a和b的冷却剂流路950按照冷却电极108，后接喷嘴110且然后是筒末梢的护罩114的顺序示出，但其他冷却顺序同样可用。例如，不同顺序可包括冷却护罩114，后接喷嘴110且然后是电极108。又一个顺序可包括冷却喷嘴110，后接护罩114且然后是电极108。在一些实施例中，冷却筒末梢的这三个构件的任何顺序都由本发明构想出。

在一些实施例中，防护气流路径868、等离子气体流路900和冷却剂流路950在焊炬头102和筒104两者中与彼此流体地隔离，使得这些流体不会跨过路径也不会共用相同的通道。在一些实施例中，防护气流路径868、等离子气体流路900和冷却剂流路950基于焊炬头102以预定定向与筒104的同步来预先限定。下文将详细描述该同步特征。在焊炬绝缘体118的一些实施例中，冷却剂通道968、970、976、984、等离子气体通道206和防护气体通道850中的一个或多个相对于中心纵向轴线A非同心。维弧连接件腔148、通信装置腔144和等离子气体阀腔202中的一个或多个相对于中心纵向轴线A非同心。在焊炬绝缘体118(图3中所示)的一些实施例中，用于接收等离子气体阀204的开口202a、等离子气体开口200a、200b、用于接收维弧连接件123的腔开口148a、液体冷却剂开口128a、用于接收欧姆连接131的腔开口146a、防护气体开口126a、用于接收通信装置122的腔开口144a，以及主通道开口132a中的一个或多个设置在焊炬绝缘体118的近端21的端面上，在该处，端面可大致平坦。除主通道开口132a外的这些开口可相对于中心纵向轴线A非同心地设置在近端面上。在焊炬绝缘体118(图4中所示)的一些实施例中，等离子气体开口200c、液体冷却剂开口960a-d和防护气体开口126、主通道开口132b中的一个或多个设置在焊炬绝缘体118的远端23的端面上，在该处，端面可大致平坦。除主通道开口132a外的这些开口可相对于中心纵向轴线A非同心地设置在远端面上。在本发明的语境中，"非同心"意思是可用的通道、腔或开口关于纵向轴线A偏移。在一些实施例中，各个非同心通道、腔或开口相对于纵向轴线A非对称地定向。

在一些实施例中，焊炬绝缘体118的近端21处的主通道开口132a、主通道132，以及焊炬绝缘体118的远端23处的主通道开口132b相对于中心纵向轴线A位于中心且同心地设置。如上文所述，主通道132构造成提供(i)维弧或转移弧电流或(ii)从焊炬头到筒的液体冷却剂流950的至少一部分中的至少一者。

焊炬头与筒之间的界面

参照图4，焊炬绝缘体118的远端23还可包括同步特征220(例如，销)，其构造成在焊炬头102与筒104之间接合时，使焊炬绝缘体118以预定径向定向与筒框架112装固。图15为根据本发明的示范性实施例的筒框架112的近端15的视图。筒框架112的近端15可包括同步特征(例如，销腔)1002，其可与焊炬绝缘体118的远端23上的对应同步特征220相互作用以形成焊炬头102与筒104之间的界面106(图2中所示)的至少一个区段。此界面106允许了焊炬头102与筒104之间的各种电、液体冷却剂和气体通道的对准，从而保持了上文参照图7、8和11a-13b所述的预先限定的电、液体冷却剂和气流路径。在一些实施例中，焊炬绝缘体118的远端23的端面大致平坦。筒框架112的近端15的端面也可大致平坦，使得它们之间的界面106大致平坦。

相对于焊炬头102与筒104之间的冷却剂流的连续性，在焊炬绝缘体118与筒框架112以预定径向定向同步时，焊炬绝缘体118的远端23上的第一液体冷却剂通道开口960a(图4和13a中所示)与筒框架112的近端15处的第一冷却剂通道开口962a(图13a和15中所示)对准，以使焊炬绝缘体118的第一液体冷却剂通道958与筒框架112的第一液体冷却剂通道962(图13a中所示)流体地连接。以相同的预定径向定向，焊炬绝缘体118的第二液体冷却剂通道开口960b(图4和13a中所示)与筒框架112的近端15处的第二冷却剂通道开口968a(图13a和15中所示)对准，以使焊炬绝缘体118的第二冷却剂通道970与筒框架112的第二冷却剂通道968(图13a中所示)流体地连接。以相同的预定径向定向，焊炬绝缘体118的第三液体冷却剂通道开口960c(图4和13b中所示)与筒框架112的近端15处的第三冷却剂通道开口978a(图13b和15中所示)对准，以使冷却剂绝缘体118的第三冷却剂通道976与筒框架112的第三冷却剂通道978(图13b中所示)流体地连接。以相同的预定径向定向，焊炬绝缘体118的第四液体冷却剂通道开口960d(图4和13b中所示)与筒框架112的第四冷却剂通道开口982a(图13b和15中所示)对准，以使冷却剂绝缘体118的第四冷却剂通道984与筒框架112的第四冷却剂通道982(图13b中所示)流体地连接。

相对于焊炬头102与筒104之间的气流的连续性，以预定径向定向，焊炬绝缘体118的远端23上的防护气体开口126b(图4和11b中所示)与筒框架112的近端15处的防护气体开口864a(图11b和15中所示)对准，以使焊炬绝缘体118的第三防护气体通道节段850c与筒框架112的防护气体通道864(图11b中所示)流体地连接。以相同预定径向定向，焊炬绝缘体118的远端23上的等离子气体开口200c(图4和12c中所示)与筒框架112的近端15处的等离子气体近侧开口912a(图12c和15中所示)对准，以使焊炬绝缘体118的等离子气体通道206与筒框架118的等离子气体通道912(图12c中所示)流体地连接。

相对于焊炬头102与筒104之间的数据通信，以同步特征220、1002允许的预定径向定向，读取装置122与信号装置160旋转地对准。例如，嵌入焊炬绝缘体118中的天线线圈814可映射至焊炬绝缘体118的远端23处的区域230(图4中所示)，其具有中心232，中心232与筒框架112的近端15处的区域1016的中心1018(图15中所示)大致对准，该中心映射至嵌入筒104中的信号装置160。中心232、1018之间的该旋转对准减少了读取装置122与信号装置160之间的通信干扰。

图31为根据本发明的示范性实施例的图2的等离子弧焊炬10的一部分，其示出了焊炬头102和筒104关于彼此成预定径向定向的情况下的通信装置122和信号装置160的示例性位置。在一些实施例中，在对准位置，天线线圈814的纵向和径向中心与信号装置160的纵向和径向中心之间的距离816小于信号装置160的纵向和径向中心与设置在焊炬头102或筒104中的任何相邻金属材料之间的距离。在一些实施例中，由天线线圈814生成的RFID场是围绕盘形RIFD标签160的周边的环面形。任何点处的环面场的截面是圆形。为了防止干扰，RFID标签160与读取装置122之间沿x轴线(在场的圆形截面的中心点处测得)的距离比RFID标签160与任何相邻金属之间沿Y轴线的距离更小或较近。因此，当RFID场以围绕环面形状的圆形路径移动时，场构造成使得其在遇到RFID标签160之前不会遇到任何金属。在一些实施例中，在对准位置，信号装置160和读取装置122定向成使得直线轴线延伸穿过信号装置160的中心线和读取装置122的中心线。在一些实施例中，读取装置122的天线线圈814定向成大致平行于信号装置160。在一些实施例中，天线线圈814和RFID标签160以大约13.5MHz的频率通信。

相对于如图2中所示的焊炬头102与筒104之间的电连接的连续性，在使焊炬绝缘体118与筒框架112对接时，焊炬绝缘体118的主通道132的远侧开口132b适于与筒框架112的近端15处的开口1020a对准来连接到筒框架112的主通道1020上。因此，冷却剂管116的远端742适于经由开口1020a插入筒框架112的主通道1020中。筒框架112的远端17处的主通道1020的开口1020b连接到电极108的腔954上，使得冷却剂管116延伸穿过开口1020b且延伸到腔954中。如上文所述，来自电源的维弧电流和/或转移弧电流可从焊炬头102的阴极130发送至冷却剂管116，两者附接到焊炬绝缘体118上，且经由电极腔954的内表面附接到筒104的电极108上。传送电流的冷却剂管116因此激励电极108的内表面。在一些实施例中，冷却剂管116的一端或两端740、742上的一个或多个Louvertac环702、704用于便于将电从电源传导至电极108的内表面。冷却剂管116的远端742处的至少Louvertac环704的使用使电极108关于冷却剂管116沿径向对准/定心，但并未将电极108附接于任何特定径向定向。例如，在组装期间，操作者可施加轴向力来抵靠冷却剂管116向近侧推电极108，直到冷却剂管116的远端742处的Louvertac环704完全位于电极108的腔954内，且由大部分腔954覆盖。因此，冷却剂管116的Louvertac环704允许电极108分别在接合或脱离期间沿轴向推上或拉下，而不使用螺接(或其他同步移动)，从而允许使用无工具和/或无螺纹的电极108。

简单的推上/拉下特征还与焊炬绝缘体118的同步特征220和筒框架112的同步特征1002之间的接合兼容，以形成界面106。即，焊炬头102与筒104之间的联接可由同步特征220、1002管理，而不需要解决电极108与冷却剂管116之间的任何螺接或其他同步要求。大体上，允许冷却剂管116和Louvertac环704将维弧/转移弧电流传送至筒104将(i)焊炬绝缘体118与筒框架112之间的物理界面与(ii)阴极130/冷却剂管116与电极108之间的电连接分开。该分开适于最大化设计空间，且简化焊炬组装。此外，冷却剂管116(且因此焊炬头102)与电极108(且因此筒104)的相对直接的轴向安装和除去促进了较快的耗材替换和安装。此外，由于Louvertac环704关于冷却剂管116的放置(例如，在冷却剂管116的外表面上)，故可容易地检查和容易地保养Louvertac环704。在备选实施例中，替代使用Louvertac环704，可使用其他电流传送特征和/或固持特征，如，螺纹附接、过盈配合等。

在一些实施例中，由于切割电流从电源由冷却剂管116传送至电极108，故电极108不需要出于电流转移目的来与焊炬头102直接电接触或物理接触。在一些实施例中，电极108由阴极块电极管252与焊炬头102电隔离，管252将电极108连接到阴极130和冷却剂管116上。阴极块电极管252可由非传导性材料如塑料制成。另一方面，电极108比用于从阴极直接接收电流的电极较短。在本例中，由于电极108并未物理接触或电接触阴极130，故电极108可比直接接触电极较短，如，短25%以上。

在冷却剂管116轴向插入电极108的腔954中且焊炬绝缘体118与筒框架112径向同步(例如，通过将焊炬绝缘体118的同步销220插入筒框架112的同步销腔/容置部1002中)时，筒104可使用固持盖120(图1中所示)来抵靠焊炬头102固持。焊炬头102与筒104之间的其他接合方法是可能的，包括螺接、卡扣配合、过盈配合等。图16为根据本发明的示范性实施例的用于将筒104和焊炬头102装固到彼此上的图1中的固持盖120的示例性设计的截面视图。固持盖120包括沿纵向轴线A延伸的本体764、近端760和远端762。固持盖本体764的近端760包括接合特征766(例如，凹槽、螺纹或台阶)，以沿周向设置在内表面上来抵靠固持盖本体764捕获焊炬头102。类似地，固持盖本体764的远端762包括接合特征768(例如，凹槽、螺纹或台阶)，其设置在内表面上来抵靠固持盖本体764捕获筒104。因此，在筒104与焊炬头102同步时，固持盖102可牢固地且沿周向包绕焊炬头102的远端22处的焊炬头102的外表面以及筒104的近端104处的筒14的外表面。在一些实施例中，焊炬头102和/或筒并未相对于固持盖120旋转。在本例中，操作者可使固持盖120在筒104和/或焊炬头102上滑动来锁定零件，而不使用任何旋转移动。在一些实施例中，固持盖120提供为焊炬头102的一部分。在一些实施例中，固持盖120提供为筒104的一部分。在一些实施例中，固持盖120提供为与筒104或焊炬头102分开的不同构件。

筒

图17为根据本发明的示范性实施例的图1的筒104的截面视图，其中筒104是非排出筒。如上文所述，筒104可大体上包括联接到筒末梢上的筒框架112，筒末梢包括电极108、附接到喷嘴夹套111上的非排出喷嘴的喷嘴110，以及护罩114。筒框架112适于形成筒末梢与焊炬头102之间的界面，从而将筒末梢连接到焊炬头102上。筒104的各种构件，包括筒框架112、电极108、喷嘴110、喷嘴夹套111和护罩114可围绕等离子弧焊炬10的纵向轴线A同心地设置。在一些实施例中，筒104包括允许筒末梢的构件与筒框架112中的一个或多个通道对准和接合的多个固持特征，使得这些通道可将液体和气体从焊炬头102经由筒框架112传导且传导至筒末梢中的期望构件。在一些实施例中，包括筒框架112的近端15的筒104的近端14大致平坦。

大体上，筒末梢的各种构件可直接地或间接地装固到筒框架112上，同时实现相对于筒框架112的轴向对准和径向对准(即，定心)。电极108可装固到筒框架112上，其中电极108的至少一部分设置在筒框架112的中心通道1020中。在一些实施例中，电极108经由包绕主通道1020的至少一部分的涡旋环150装固到筒框架112上。具体而言，电极108的外径可装固到涡旋环150的内径上，使得电极108的至少近侧部分插入涡旋环150的远侧部分中。如果涡旋环150是导电的，则涡旋环150可经由电极绝缘体754装固到电极108上。如图所示，电极108包括外表面上的外固持特征1066(例如，电极108的变化直径的一个或多个台阶)，其构造成匹配地接合电极绝缘体754的内表面上的内固持特征1068(例如，一个或多个互补的台阶或凸起)，以防止电极108和电极绝缘体754关于彼此的轴向移动。固持特征1066、1068之间的匹配可为卡扣配合、压配合或过盈配合中的一者。电极108与电极绝缘体754之间的所得界面1067还沿径向对准/定心两个构件。电极绝缘体754继而又包括外表面上的外固持特征1056(例如，电极绝缘体754的变化直径的台阶)，以匹配地接合涡旋环150的内表面上的内固持特征1054(例如，互补的台阶或凸起)，以防止电极绝缘体754和涡旋环150关于彼此的轴向移动。固持特征1054、1056之间的匹配可为卡扣配合、压配合或过盈配合中的一者。电极绝缘体754与涡旋环150之间的所得界面1055也沿径向对准/定心两个构件。如果涡旋环150是大致非传导性的，则涡旋环150可直接地装固到电极108上，而不使用电极绝缘体754。在一些实施例中，涡旋环150的外径匹配地接合筒框架112的内径来将电极108联接到筒框架112上。例如，涡旋环150可通过使外表面上的外固持特征1052(例如，涡旋环150的变化直径的台阶)与筒框架112的内表面上的内固持特征1058(例如，互补的台阶或凸起)匹配地接合来装固到筒框架112上，以防止涡旋环150和筒框架112关于彼此的轴向移动。固持特征1052、1058之间的匹配可为卡扣配合、压配合或过盈配合中的一者。涡旋环150与筒框架112之间的所得界面1053也沿径向对准/定心两个构件。

喷嘴110和喷嘴夹套111可接合在涡旋环150与筒框架112之间。在一些实施例中，涡旋环150的外径接合至喷嘴110的内径。涡旋环150可通过使外表面上的外固持特征1050(例如，涡旋环150的变化直径的一个或多个台阶)与喷嘴110的内表面上的内固持特征1060(例如，互补的台阶或凸起)匹配地接合来装固到喷嘴110上，以防止涡旋环150和喷嘴110关于彼此的轴向移动。固持特征1050、1060之间的匹配可为卡扣配合、压配合或过盈配合中的一者。涡旋环150与喷嘴110之间的所得界面1051也沿径向对准/定心两个构件。在一些实施例中，喷嘴110的外径装固到筒框架112的内径上。喷嘴110可通过使外表面上的至少一个外固持特征1070(例如，喷嘴110的变化直径的一个或多个台阶)匹配地接合筒框架112的内表面上的至少一个内固持特征1072(一个或多个互补的台阶或凸起)来装固到筒框架112上，以防止喷嘴110和筒框架112关于彼此的轴向移动。固持特征1070、1072之间的匹配可为卡扣配合、压配合或过盈配合中的一者。喷嘴110与筒框架112之间的所得界面1071也沿径向对准/定心两个构件。

护罩114可联接到筒框架112的外表面上。例如，筒框架112的外径通过使筒框架112上的外表面上的外固持特征1062(例如，筒框架112的变化直径的台阶)与护罩114的内表面上的内固持特征1064(例如，互补的台阶或凸起)匹配地接合来装固到护罩114的内径上，以防止筒框架112和护罩114关于彼此的轴向移动。固持特征1062、1064之间的匹配可为卡扣配合、压配合或过盈配合中的一者。筒框架112与护罩114之间的所得界面1063沿径向对准/定心两个构件。此外，筒框架112可包括构造成通过卷边来接收护罩114的远侧部分的外表面上的凹部1065，从而将护罩114进一步装固且对准至筒框架112。

在一些实施例中，上述固持特征1050-1072可通过卡扣配合、压配合、过盈配合、卷边、摩擦配合、胶合、水泥接合或焊接中的一者来与其对应的固持特征匹配。在一些实施例中，固持特征1050-1072包括例如由硬化环氧树脂或橡胶制成的一个或多个密封O形环或垫圈。在一些实施例中，固持特征1050-1072允许筒末梢的喷嘴110、夹套111、护罩114和/或电极108与筒框架112中的一个或多个通道对准和接合，使得这些通道可将液体和/或气体从焊炬头102传导穿过筒框架112且传导至筒末梢中的期望构件。下文详细描述了筒框架112与筒末梢之间的液体和气体连接。

图18为根据本发明的示范性实施例的图17的筒104的筒框架112的示例性设计。筒框架112包括设置在焊炬头102与筒末梢之间的大体上柱状的绝缘本体1100。更具体而言，绝缘本体1100包括内部区域1106、外侧表面1108、包绕且形成主通道1020的内侧表面1110、具有端面1102的近端15，以及具有端面1104的远端17。上文参照图15所述的筒框架112的近端15包括用于从焊炬头102的冷却剂管116接收电流和/或冷却剂流950的中心开口1020a、用于从焊炬绝缘体118接收等离子气流900c的等离子气体开口912a、用于从焊炬绝缘体118接收防护气流868的防护气体开口864a，以及用于将液体冷却剂流950传导进和出筒104的四个液体冷却剂开口968a、978a、962a和982a。在一些实施例中，这些开口设置在绝缘本体1100的近端15的端面1102上。在一些实施例中，端面1102与筒104的近端14大致共面。大体上，这些开口构造成在焊炬头102经由筒框架112的同步特征1002和焊炬绝缘体118的对应同步特征220以预定定向与筒104对准且连接到筒104上的情况下与焊炬绝缘体118的远端23上的其对应开口电连通和/或流体连通。

筒中的电连接

在一些实施例中，电极108与设置在筒框架112的绝缘本体1100中的主通道1020对准且连接到其上。通道1020可设置在绝缘本体110中心，其中中心纵向轴线A延伸穿过其间来将筒框架112的近端15的端面1102上的开口1020a连接到筒框架112的远端17的端面1104上的开口1020b上。远侧开口1020b继而又连接到电极108(图2中所示)的腔954上且与其对准。如上文所述，此电极界面允许了冷却剂管116插入主通道1020中，以将电流(即，维弧或转移弧电流)从焊炬头102的阴极130传递至电极108的内表面。在此情况下，如上文所述，电极108可与阴极130电隔离。在备选实施例中，电极108电连接到阴极130上，以直接从阴极130接收电流。在一些实施例中，相同的电极界面(即，电极108与焊炬头102之间，经由筒框架112的主通道1020)可允许焊炬头102将液体冷却剂从冷却剂管116内侧引入电极118中。下文详细论述了筒框架112的主通道1020的该液体冷却剂传导特征。

图19为根据本发明的示范性实施例的图17的筒104的电极108的示例性设计。放射性插入物1200可设置在电极108的远端1202中，以便露出放射表面。插入物1200可由铪或拥有适合的物理特征的其他材料制成，包括耐腐蚀和高的热电子发射性。锻造、冲击挤制或冷成型可用于在对构件精整加工之前首先形成电极108。电极108的近端1204可设置成经由筒框架112的远侧开口1020b设置在筒框架112的主通道1020中且与其对准。电极108可使用至少涡旋环150和电极绝缘体754来连接到筒框架112上。在一些实施例中，电极108不包括任何螺纹来用于连接到电极绝缘体754或涡旋环150上。如上文所述，此连接可通过压配合、过盈配合、卷边或卡扣配合中的一者来进行。在一些实施例中，电极108比用于从阴极130直接接收电流(即，不使用冷却剂管116)的电极较短。在这些情况下，由于电极108不需要物理接触或电接触阴极130，故电极108可比直接接触电极较短，如，短25%以上。在一些实施例中，电极108包括近端1204处的O形环凹槽1205，其中O形环凹槽1205构造成收纳O形环，其可用于密封由电极108和喷嘴110协作地限定的等离子室或仓室109。此密封防止等离子气流900c在电极108与电极绝缘体754(图17中所示)之间行进。

筒中的防护气体连接

在一些实施例中，形成在护罩114与喷嘴夹套111之间的防护气体通路872与设置在筒框架112的绝缘本体1100中的防护气体通道864(图11a和b中所示)对准。防护气体通道864(图11a和b中所示)可在绝缘本体1100的内部区域1106中大致平行于纵向轴线A延伸，但偏离中心纵向轴线A(即，相对于纵向轴线A非同心)。防护气体通道864将筒框架112的近端15处的端面1102上的开口864a连接到筒框架112的远端17处的开口864b上。在一些实施例中，开口864b设置在筒框架112的远端17的端面1104上。在备选实施例中，沿纵向轴线A在开口864a远侧的防护气体通道864的开口864b设置在筒框架本体110的外侧表面1108或内侧表面1110上(即，通道864并未沿纵向方向延伸穿过本体1100的整个长度)。开口864b继而又流体地连接到防护气体通路872上，这允许防护气流868从焊炬头102穿过筒104的筒框架112，且传递到防护气体通路872中(图11a和b中所示)。在一些实施例中，防护气体通道864可构造成向其中的防护气流868提供计量功能。例如，防护气体通道864的直径可在通道的长度上变化来提供计量功能。筒框架112的远端17处的防护气体通道864的直径可为筒框架112的近端15处的防护气体通道864的直径的大约一半，以减小防护气流868的流率。

在一些实施例中，筒框架112包括防护气体通道864的路径中的一个或多个构件，以调整其中的防护气流868的一个或多个性质。例如，筒框架112可包括调整构件，如，包括挡板1112和防护涡旋环1114的两件式构件。如图17中所示，挡板1112和防护涡旋环1114沿周向设置在其远端17处的筒框架112的绝缘本体1100内，且两个构件在防护气体通道开口864b的路径中，使得它们调整某些流参数，且在其流出筒框架112且进入防护气体通路872时将涡旋运动引入防护气流868中。这两个单独的构件1112、1114的使用在操作者可使用挡板和防护涡旋环的不同组合来形成不同类型的防护气流时提供了制造和组装的优点。

图20为根据本发明的示范性实施例的附接到图17的筒104的筒框架112上的挡板1112和防护涡旋环1114的截面视图。在一些实施例中，挡板1112或防护涡旋环1114中的至少一个由非传导性材料制成，如，Torlon™。在一些实施例中，挡板1112或防护涡旋环1114中的至少一个由传导材料制成。挡板1112和防护涡旋环1114可通过模制、冲压或压铸来独立地制造。

如图所示，挡板1112位于防护涡旋环1114附近，使得在防护气流868向远侧行进时，其首先由挡板1112且然后由防护涡旋环1114调节。在其他实施例中，挡板1112和防护涡旋环1114的位置相反。挡板1112可沿周向设置在筒框架112的绝缘本体1100内，如，绝缘本体1100的远端17处的腔1116内。挡板1112可由过盈配合或压配合中的一者装固到腔1116上。挡板1112包括纵向部分1118和径向部分1120，径向部分1120成角连接到纵向部分1118上，使得径向部分1120覆盖腔1116的宽度1122的一部分，但在径向部分1120的外径与腔1116的内表面之间留下径向空隙1124。防护气体通道864内的防护气流868适于由挡板1112分散，以围绕其外径均匀地流过径向空隙1124且流入涡旋环1114中。径向空隙1124形状和大小确定为调整防护气流868的至少一个参数。例如，径向空隙1124可调整防护气流868的流率和/或流体压力。在一些实施例中，增大径向空隙1124的尺寸会增大防护气流868的流率，在此情况下，等离子弧焊炬系统可相应地调整来保持恒定压力。在一些实施例中，增大径向空隙1124的尺寸会减小气体压力，在此情况下，等离子弧焊炬系统可相应地调整来保持恒定流率。

防护涡旋环1114可通过过盈配合或压配合中的至少一者来插入腔1116的至少一部分中，使得其关于挡板1112在远侧。图21为根据本发明的示范性实施例的防护涡旋环1114的截面视图。防护涡旋环1114可限定围绕涡旋环1114的第一圆周的第一组端口1126和围绕涡旋环1114的第二圆周的第二组端口1128，其中各个端口将筒框架112的内表面连接到筒框架112的外表面上。第一组端口1126从第二组端口1128中的其相应一个偏移。此偏移将涡旋运动给予穿过其间的防护气流868。因此，挡板1112与防护涡旋环1114之间的组合可在其向远侧穿过防护气体通道864行进至防护气体通路872时调整防护气流868的参数。大体上，等离子弧焊炬10中的防护气流868可通过改变挡板的空隙1124的大小和/或防护涡旋环1114中的第一组端口1126和第二组端口1128的尺寸来构造。

筒中的等离子气体连接

在一些实施例中，形成在电极108与喷嘴110之间的等离子气体通路918与设置在筒框架112的绝缘本体1100中的等离子气体通道912(图12a-c中所示)对准。等离子气体通道912(图12a-c中所示)可在绝缘本体1100的内部区域1106中大致平行于纵向轴线A延伸，但偏离纵向轴线A(即，相对于纵向轴线A非同心)。等离子气体通道912将筒框架112的近端15处的近侧表面1102上的开口912a连接到开口912b上。在一些实施例中，沿纵向轴线A在开口912a远侧的等离子气体通道912的开口912b设置在筒框架本体1100的内侧表面1110上，且与中心通道1020流体连通。因此，在此构造中，等离子气体通道912并未沿纵向方向在筒框架本体1100的整个长度上延伸。

图22为根据本发明的示范性实施例的筒框架112的透视图，示出了各种通道开口，包括等离子气体通道912的开口912b。如图所示，开口912b在筒框架112的中心区域中的内侧表面1110上，且开口912b流体地连接到中心通道1020上。在备选实施例中，等离子气体通道912在筒框架112的整个长度上延伸，其中开口912b位于筒框架绝缘本体1100的远端面1104上。开口912b流体地连接到等离子气体通路918上。此连接允许了等离子气流900c从焊炬头102传递穿过筒框架112，且进入等离子气体通路918，其在等离子气流900c经由中心喷嘴流出孔口916和中心护罩流出孔口870(图12a-c中所示)流出焊炬10之前并入中心主通道1020中。

在一些实施例中，筒框架112包括构造成调整其中的等离子气流900c的一个或多个性质的等离子气体通道912的路径中的一个或多个构件。例如，筒框架112可包括涡旋环150，其沿周向位于围绕主通道1020的喷嘴110与电极绝缘体754之间。涡旋环150可与远侧等离子气体通道开口912b对准，使得涡旋环150可在其经由筒框架112的内侧表面1110上的开口912b流出等离子气体通道912且进入等离子气体通路918时将涡旋运动引入等离子气流900c。

图23为根据本发明的示范性实施例的图17的筒104的涡旋环150的示例性设计。如图所示，涡旋环150可由大致中空的长形本体1170限定，长形本体1170具有沿等离子弧焊炬10的中心纵向轴线A的近端1174和远端1172。在一些实施例中，远端1172处的涡旋环102的中空本体1170大小确定成经由电极绝缘体754直接地或间接地接收电极104的至少一部分。在一些实施例中，涡旋环150包括围绕长形本体1170的远端1172设置的一组沿径向间隔开的气流开口1176，如，围绕其远端1172的圆周。各个气流开口1176可从长形本体1170的内表面延伸至外表面，且定向成将切向速度分量给予在电极108与喷嘴110之间的气体通路918中行进的等离子气流900c，从而引起气流900c涡旋。该涡旋引起旋流，其使等离子弧收缩，且使电极108的插入物1200上的弧的位置稳定。

筒中的冷却剂连接

在一些实施例中，如上文所述，筒末梢的构件(例如，电极108、喷嘴110或护罩114)可与筒框架112的绝缘本体1100中的至少一个冷却通道(例如，通道1002、962或978)和至少一个冷却剂返回通道(通道1002、968或982)对准，以分别从焊炬头102接收液体冷却剂流，且使流体流的至少一部分返回焊炬头102。除主通道1002外，冷却通道和返回通道中的各个可相对于中心纵向轴线A非同心，且关于纵向轴线A非对称。在一些实施例中，除主通道1002外，没有冷却通道和返回通道重叠。即，除主通道1002外，冷却通道和返回通道中的各个为液体入口通道或液体出口通道。

在一些实施例中，中心通道1020延伸穿过筒框架112的绝缘本体1100，以将筒框架112的近端15处的端面1102上的其开口1020a连接到筒框架112的远端17处的其开口1020b上。近侧开口1020a与焊炬绝缘体118的主通道开口132b对准且连接到其上。远侧开口1020b与电极108的腔954对准且连接到其上，这允许了冷却剂流950在冷却剂管116内时从焊炬头102传递穿过筒框架112，且进入电极108的腔954中(图13a和b中所示)。该连接还允许了冷却剂流950冲击在腔954的远端的内表面上，使得冷却剂流950可反向，且沿冷却剂管116的外表面朝焊炬头102向近侧行进穿过主通道1020(图13a和b中所示)。冷却剂管116的外表面上的该反向冷却剂流还大致冷却附接到冷却剂管116的远端742上的Louvertac环704。在一些实施例中，反向冷却剂流可行进穿过Louvertac环704下方的冷却剂管116的外表面上的纵向通道744，从而限制冷却剂管116与电极108之间的压降。

在一些实施例中，可形成在喷嘴夹套111上的喷嘴开口966与设置在筒框架112的绝缘本体1100中的第一冷却剂通道962(图13a和b中所示)对准。喷嘴开口966允许冷却剂流950从第一冷却剂通道962进入喷嘴110的外表面与喷嘴夹套111的内表面之间的喷嘴冷却剂流室965。第一冷却剂通道962(图13a和b中所示)可在绝缘本体1100的内部区域1106中大致平行于纵向轴线A延伸，但偏离纵向轴线A(即，相对于纵向轴线A非同心)。第一冷却剂通道962可将筒框架112的近端15处的端面1102上的开口962a连接到筒框架112的开口962b上，其沿纵向轴线A在开口962a的远侧。开口962b继而又流体地连接到喷嘴开口966上，这允许冷却剂流950从焊炬头102向远侧行进穿过筒104的筒框架112，且进入喷嘴冷却剂流室965(图13a和b中所示)。

在一些实施例中，第一冷却剂通道962的开口962b设置在筒框架本体1100的内侧表面1110上，且与中心通道1020流体连通。因此，在该构造中，第一冷却剂通道962并未沿纵向方向在筒框架本体1100的整个长度上延伸。图22中示出了第一冷却剂通道962的开口962b。如图所示，开口962b在朝筒框架112的远端17的内侧表面1110上，且开口962b流体地连接到中心通道1020上。在备选实施例中，第一冷却剂通道962在筒框架112的整个长度上延伸，其中开口962b位于筒框架绝缘本体1100的远端面1104上。开口962b流体地连接到喷嘴夹套111中的喷嘴开口966上。此连接允许液体冷却剂流950从焊炬头102传递穿过筒框架112，且进入喷嘴110与喷嘴夹套111之间的喷嘴冷却剂流室965来冷却两个喷嘴构件。

如上文所述，喷嘴开口966构造成与筒框架112的第一冷却剂通道962对准，使得冷却剂流950可从第一冷却剂通道962经由喷嘴开口966引入喷嘴冷却剂流室965中。喷嘴开口966可与喷嘴夹套111上的第二喷嘴开口967流体连通，其中两个冷却剂开口966、967沿径向偏离彼此(即，在喷嘴110的不同侧上)。冷却剂流950可经由喷嘴开口966进入喷嘴冷却剂流室965，向近侧流过流室965，向远侧在室965的不同侧上返回，且经由第二开口967流出室965。在一些实施例中，第二开口967与设置在筒框架112中的第二冷却剂通道968(图13a和b)对准且连接。第二冷却剂通道968可在绝缘本体1100的内部区域1106内大致平行于纵向轴线A延伸，但偏离纵向轴线A(即，相对于纵向轴线A非同心)。第二冷却剂通道968将筒框架112的近端15处的端面1102上的开口968a连接到筒框架112的远端17处的开口968b上，其继而又连接到第二喷嘴开口967上。此连接允许了冷却剂流950从喷嘴冷却剂室965向近侧行进穿过筒104的筒框架112，且进入焊炬头102(图13a和b中所示)。在一些实施例中，沿纵向轴线A在开口968a远侧的第二冷却剂通道968的开口968b设置在筒框架本体1100的内侧表面1110上。因此，与喷嘴开口966、967协作的第一冷却剂通道962和第二冷却剂通道968允许冷却剂流950经由喷嘴冷却剂流室965冷却喷嘴110和喷嘴夹套111。

图24a和b分别为根据本发明的示范性实施例的图17的非排出喷嘴110与喷嘴夹套111的外部视图。非排出喷嘴110包括近端/部分1206、中部1208，以及沿焊炬10的纵向轴线A的远端/部分1210。喷嘴108的远端1210包括位于中心的喷嘴流出孔口916，以用于将等离子弧如电离的气体射流引入待切割的工件(未示出)。喷嘴夹套111包括大致中空的本体1212，其限定沿纵向轴线A的近端1214和远端1216。喷嘴110适于插入喷嘴夹套111的中空本体1212，使得喷嘴108的远端1210延伸穿过喷嘴夹套111的远端1216的开口。

在一些实施例中，喷嘴夹套111包括其近端1214处的喷嘴开口966、967，其中各个开口均将外表面连接到喷嘴夹套本体1212的内表面上。开口966、967可定向在喷嘴夹套111的大致相对侧上(例如，与彼此成大约180度)。在一些实施例中，喷嘴111的中部1208的外表面和喷嘴夹套111的对应内表面协作地限定喷嘴冷却剂流室965。流室965可沿纵向轴线A大致位于喷嘴110和喷嘴夹套111的中部中，且/或在其最宽径向区段处。在一些实施例中，喷嘴110的远侧部分1210包括围绕喷嘴110的周向流通道1218(即，围绕喷嘴110大约360度延伸的流通道)，其位于穿过喷嘴夹套111的远端1216处的开口。周向通道1218允许冷却剂流过喷嘴110的末梢的外表面，从而在焊炬操作期间促进喷嘴末梢的对流冷却，且减小了流动液体的停滞。周向流通道1218可至少部分地由喷嘴110的弯曲表面限定。

在操作中，冷却液体流950可经由喷嘴夹套111的一侧上的开口966进入流室965中。冷却液体流950可在流室965的一侧上沿纵向方向向远侧朝周向流通道1218行进。在到达周向流通道1218时，冷却剂流950可围绕喷嘴末梢成涡旋，且在与远侧流大致相对(例如，大约180度)的喷嘴110的另一侧上向近侧返回。返回流950可从喷嘴冷却剂流室965经由开口967流出至筒框架112。

在一些实施例中，护罩114的内表面与设置在筒框架112的绝缘本体1100中的第三冷却剂通道978(图13a和b中所示)流体连通。第三冷却剂通道978可在绝缘本体1100的内部区域1106中大致平行于纵向轴线A延伸，但偏离纵向轴线A(即，相对于纵向轴线A非同心)。第三冷却剂通道978可将筒框架112的近端15处的端面1102上的开口978a连接到筒框架112中的开口978b，其沿纵向轴线A在开口978a的远侧。在一些实施例中，第三冷却剂通道978的开口978b设置在筒框架本体1100的外侧表面1108上。因此，在该构造中，第三冷却剂通道978并未沿纵向方向在筒框架本体1100的整个长度上延伸。图22中示出了第三冷却剂通道978的开口978b。如图所示，开口978b在筒框架112的中部中的外侧表面1108上。在备选实施例中，第三冷却剂通道978在筒框架112的整个长度上延伸，其中开口978b位于筒框架绝缘本体1100的远端面1104上。开口978b可流体地暴露于护罩114的内表面，这允许冷却剂流950从焊炬头102向远侧行进穿过筒104的筒框架112，且进入护罩114(图13a和b中所示)。

在如图22中所示的一些实施例中，筒框架112的中部区段的外侧表面1108限定围绕筒框架112的周向流通道1220(即，围绕筒框架112大约360度延伸的流通道)。周向通道1220流体地连接到第三冷却剂通道978的开口978b上。与护罩114的内圆周协作的周向通道1220形成护罩冷却剂流区域1222(图13b中所示)，其允许了冷却剂流950流过其间，从而冷却护罩114的内圆周。在一些实施例中，周向通道1220与筒框架112的第四冷却剂通道982的开口982b流体连通，其还可位于筒框架112的外侧表面1108上。开口982b沿纵向轴线A在开口982a的远侧。开口978b、982b可关于彼此沿径向偏移，例如，180度，故它们在筒框架112的相对侧上。第四冷却剂通道982可大致平行于纵向轴线A延伸，但从纵向轴线A偏移(即，相对于纵向轴线A非同心)。第四冷却剂通道982适于将筒框架112的近端15处的端面1102上的开口982a连接到开口982b上。

在操作中，冷却剂流950可经由第三冷却剂通道978的开口978b向远侧行进至护罩114。在进入护罩冷却剂流区域1222(即，由筒框架112的外侧表面1108上的周向流通道1220和护罩114的对应内圆周限定)时，冷却剂流950可围绕护罩冷却剂流区域1222涡旋，且在与远侧流大致相对(例如，大约180度)的护罩冷却剂流区域1222的另一侧上向近侧返回。返回流950可经由第四冷却剂通道982的开口982b流出护罩冷却剂流区域1222至筒框架112。

图25为根据本发明的示范性实施例的图17的筒104的护罩114的截面视图。护罩114包括大致中空的本体，其包括位于中心的护罩流出孔口870，以及可选地从护罩114的内表面延伸至外表面的一个或多个气体排出孔(未示出)。护罩114可使用铜来冷成型或冲压。

大体上，相对于筒框架112的近端15，第一冷却剂通道开口962a可作用为喷嘴110的冷却剂入口，第二冷却剂通道开口968a可作用为喷嘴110的冷却剂出口，第三冷却剂通道开口978a可作用为护罩114的冷却剂入口，且第四冷却剂通道开口982a可作用为护罩114的冷却剂出口。在一些实施例中，当焊炬头102联接到筒104上时，作用为喷嘴110的冷却剂出口的第二冷却剂通道开口968a流体地连接到作用为护罩114的冷却剂入口的第三冷却剂通道开口978a。具体而言，如上文参照图13a和b所述的那样，连接焊炬绝缘体118的内部开口972、974的焊炬绝缘体118中的分送通道可将冷却剂流950从第二冷却剂通道968引导至第三冷却剂通道978来冷却喷嘴和护罩两者。

在一些实施例中，液体冷却剂通道开口962a、968a、978a、982a、等离子气体通道开口912a、防护气体通道开口864a和主通道开口1020a中的一个或多个设置在焊炬绝缘体118的近端21的端面1102上，在该处，端面可大致平坦。除主通道开口1020a外，这些开口可相对于中心纵向轴线A非同心地设置在近端面1102上。在一些实施例中，筒框架112的冷却剂通道962、968、978、982、等离子气气体通道912和防护气体通道864中的一个或多个相对于中心纵向轴线A非同心。

筒中的RFID通信

在一些实施例中，筒框架112形成焊炬头102与筒末梢之间的通信接口(例如，RFID通信接口)。参照图17，筒框架的绝缘本体1100包括形成在筒框架112的近端15的端面1102附近的筒框架112上或中的RFID安装特征1230。例如，安装特征1230可为从端面1102设置在筒框架本体1110中的腔。RFID安装特征1230(例如，腔)可设置在筒框架112的内部区域1106中，且可关于中心纵向轴线A以非同心方式定位/定向。

信号装置160可设置在安装特征1230中或上，以将关于筒104(例如，关于电极108、喷嘴110、护罩114和/或筒框架112自身)的信息传输至相邻的读取装置，如，在焊炬头102联接到筒104上时至焊炬绝缘体118中的通信装置122。例如，信号装置160可嵌入腔1230中，且由筒框架本体1100的绝缘材料包绕。信号装置160可为可电写入和/或读取的RFID标签。在信号装置160上编码的示例性信息可包括普通或固定信息，如，构件的名称、商标、制造者、序列号和/或类型。在一些实施例中，编码的信息对于构件是独一的，如，构件的金属成分、构件的重量、制造构件时的日期、时间和/或位置，等。编码至信号装置160的信息还可指定关于独立于构件的可检测的物理特征的构件的操作参数和/或数据。信号装置160可为RFID标签或卡、条码标记或标签、集成电路(IC)板等。

在一些实施例中，筒框架112的近端15的端面1102大致平坦。在此构造中，如果筒104并未联接到焊炬头102上，则操作者可抵靠大致平坦的端面1102平放读取器，如，安装在手持式装置上的RFID读取器，以询问信号装置160且获取储存在信号装置160上的信息。因此，筒框架112可构造成使得安装在筒框架112中或上的信号装置160从等离子弧焊炬10内(例如，通过焊炬头102的通信装置122)或等离子弧焊炬10外(例如，通过外部读取器)读取。

在本发明的另一个方面中，焊炬头102可联接到筒上，筒包括排出喷嘴，在此情况下，焊炬头102仍提供与其提供非排出筒104时大致相同的功能。图26为根据本发明的示范性实施例的可与图1的等离子弧焊炬10的焊炬头102兼容的示例性排出筒1300。排出筒1300的筒框架1302可在构造和/或材料成分上与非排出筒104的筒框架112大致相同，使得筒框架1302保持焊炬头102与筒末梢的构件之间的相同界面，包括电极1308、联接到喷嘴衬套1311上的排出喷嘴1310，以及护罩1314。例如，电极1308可与非排出筒104的电极108大致相同，且电极1308可以以与电极108与筒框架112相同的方式附接到筒框架1302上。护罩1314可与非排出筒104的护罩114大致相同，且护罩1314可以以与护罩114至筒框架112相同的方式附接到筒框架1302上。

喷嘴衬套1311可设置在排出喷嘴1310的内表面中且附接到其上。喷嘴衬套1311和喷嘴1310中的各个均可直接地附接到筒框架1302上，使得喷嘴衬套1311和喷嘴1310与筒框架1302沿轴向且沿径向对准。在一些实施例中，如图26中所示，排出筒1300的涡旋环1316的内表面与电极1308的外表面之间的径向距离1360是大约0.08英寸。在一些实施例中，电极108的外表面与喷嘴衬套1311的内表面之间的最近的击穿间隙距离1362是大约0.05英寸。

图27a和b分别是根据本发明的示范性实施例的图26的筒1300的喷嘴衬套1311和排出喷嘴1310的外部视图。如图27b中所示，排出喷嘴1310包括大致中空的本体，其具有沿焊炬10的纵向轴线A的近端/部分1326和远端/部分1328。喷嘴1310的远端1328包括位于中心的喷嘴流出孔口1332，以用于将等离子弧如电离的气体射流引入待切割的工件(未示出)。在一些实施例中，喷嘴1310包括围绕喷嘴1310的外表面的周向冷却剂通道1339(即，围绕喷嘴110大约360度延伸的流通道)，其位于近端1326处。周向通道1339允许液体冷却剂在以涡旋流型流过喷嘴1310的外表面，从而促进对流冷却且减少流动液体的停滞。

如图27a中所示，喷嘴衬套1311包括大致中空的本体，其沿纵向轴线A限定近端1334和远端1336。喷嘴衬套1311包括远端1336处的中心开口1338，以及围绕中心开口1338沿纵向定向在衬套1311的外表面上的一个或多个等离子气体通道1337。在一些实施例中，喷嘴衬套1311包括其近端1334处的一个或多个排出孔1346，以允许排出的等离子气流从喷嘴衬套1311的内表面行进至外表面。排出孔1346可适当地计量来控制一个或多个流参数。喷嘴衬套1311适于从喷嘴1310的远侧部分1326处的开口设置在喷嘴1310的中空本体中。喷嘴衬套1311可相对于喷嘴1310沿径向对准/定心。一旦喷嘴衬套1311设置在喷嘴1310中，则中心开口1338可与喷嘴流出孔口1332流体连通。喷嘴衬套1311的远端1334可露出，使得排出孔1346不由喷嘴1310阻挡。

在一些实施例中，穿过排出筒1300的防护气流与穿过非排出筒104的防护气流868大致相同。在一些实施例中，穿过筒框架1302的等离子气流与穿过筒框架112的等离子气流900c相同。图26中示出了在其从筒框架112流出之后的等离子气流路径。与筒框架112的等离子气流路径900b大致相同，涡旋环1316可构造成在其向远侧流动而流出筒框架1302时将涡旋运动引入等离子气流1340。等离子气流1340然后在电极1308与喷嘴衬套1311之间向远侧行进而到达由电极1308、喷嘴衬套1311和喷嘴1310协作地限定的仓室1342。等离子气流1340可通过行进穿过仓室1342、喷嘴衬套1311的中心开口1338、中心喷嘴流出孔口1332和中心护罩流出孔口1344来流出等离子弧焊炬10。仓室1342中的等离子气流1340的小部分1341可经由衬套1311的外表面与喷嘴1310的内表面之间的一个或多个等离子气体通道1337向远侧排出。

当等离子气流1341在衬套1311与喷嘴1310之间向远侧行进时，其到达喷嘴衬套1311的近端1324，且可经由近端1324处的排出孔1346流出喷嘴衬套1311，排出孔1346将喷嘴衬套本体1311的内表面连接到喷嘴衬套本体1311的外表面上。排出孔1346适于与排出通道1348流体连通，其在筒框架1302的本体中沿径向定向，以连接筒框架1302的内侧表面和筒框架1302的外侧表面(其继而又暴露于大气)。在一些实施例中，类似的排出通道可构造在用于非排出筒112的筒框架112的绝缘本体1100中，使得相同的通框架可用于排出和非排出筒设计两者。因此，远侧等离子气流1341可经由排出孔1346流出喷嘴1310，以进入设置在筒框架1302的本体中的排出通道1348。远侧等离子气流1341可通过沿着从筒框架1302的内侧表面到外侧表面的排出通道1348而排出至大气。在一些实施例中，如果固持盖120用于将筒框架1302连接到焊炬头102上，则设置在固持盖120的本体中的排出孔可与筒框架的排出通道1348对准来允许远侧等离子气流1341从焊炬10散逸。大体上，通过允许等离子气流1341从筒1300而代替从焊炬头102排出，等离子气流1341中的臭氧将不会另外破坏焊炬10，因为焊炬头102是更耐用的构件，其可重复使用，而筒1300是耗材构件，其可有规律更换(例如，大约每2到20小时的操作，如，大约每8小时的操作)或在各次使用之后替换。

在一些实施例中，流过筒框架1302的冷却剂流与穿过筒框架112的液体冷却剂流950大致相同。在排出筒1300中，冷却剂流可使用相同的冷却剂通道和通路/流区域来以与非排出筒104的冷却剂流950大致相同的方式冷却电极1308和护罩1314。例如，冷却排出筒1300中的电极1308可通过使用连接到电极108的腔954上的主冷却剂通道1002而与冷却非排出筒104的电极108的相同。作为另一个示例，冷却排出筒1300中的护罩1314可通过使用连接到护罩114的护罩冷却剂流区域1222上的第三冷却剂通道978和第四冷却剂通道982而与冷却非排出筒104的护罩114相同。

对于排出筒1300的排出喷嘴1310，穿过筒框架1302的冷却剂流与在第一冷却剂通道962和第二冷却剂通道968上穿过筒框架112的液体冷却剂流950大致相同。图26中示出了在其从筒框架112流出之后的朝排出喷嘴1310的冷却剂流路。如图所示，位于筒框架1302的内侧表面上的第一冷却剂通道962的开口962b将冷却剂流1350从筒框架1302的内部区域传导至中心主通道1351(例如，与筒框架112的主通道1020相同)。冷却剂流1350可在主通道1351上向远侧行进离开筒1302且进入限定在喷嘴1310的外表面上的周向通道1339与护罩1314的内表面之间的喷嘴冷却剂流区域1352中。例如，第一冷却剂通道962的开口962b可与周向通道1339(和喷嘴冷却剂流区域1352)流体连通，使得其在中心将来自筒框架1302的冷却剂流1350从喷嘴1310的一侧传导至喷嘴冷却剂流区域1352。冷却剂流1350可在喷嘴冷却剂流区域1352的一侧上沿纵向方向朝周向流通道1339向远侧行进。在到达周向流通道1339时，冷却剂流1350可围绕喷嘴1310涡旋，且在与远侧流大致相对(例如，大约180度)的喷嘴1310的另一侧上向近侧返回。周向流通道1339还可与第二冷却剂通道968的开口968b流体连通，使得返回流1350可从喷嘴冷却剂流区域1352流出，且经由第二冷却剂通道968的开口968b进入筒框架1302。

在一些实施例中，不同于相对于非排出喷嘴110的冷却剂流950，用于排出筒1300的冷却剂流1350不会进入衬套1311与排出喷嘴1310之间的区域。作为替代，冷却剂流1350围绕关于衬套1311向远侧间隔开的喷嘴1310的外圆周流动。

大体上，用于非排出筒104的筒框架112和用于排出筒1300的筒框架1302可为相同的。在一些实施例中，相同的筒框架可通过将不同类型的构件对准和附接到筒框架上来在不同类型的筒中使用。例如，如上文所述，本发明的筒框架可联接到排出或非排出的喷嘴上，以定制等离子气体排出能力。作为另一个示例，不同的涡旋环(例如，涡旋环150或涡旋环1316)可附接到筒框架上，以定制穿过筒的等离子气流的涡旋流型。作为又一个示例，不同的挡板(例如，挡板1112)或防护涡旋环(例如，防护涡旋环1114)可附接到筒框架上来定制穿过筒的防护气流的流性质。因此，本发明的筒框架允许，耗材筒可构造和定制来实现不同的切割目的。

图28为根据本发明的示范性实施例的另一个示例性筒框架1400，其可适合构造成形成与图1的焊炬头102兼容的筒。筒框架1400与筒框架112或筒框架1302大致相同。主要差别在于具有"花瓣"构造的筒框架1400的近端1402的形状。包括入口和出口开口和通道的筒框架1400的所有其他特征保持与筒框架112的那些相同。与筒框架112相同，筒框架1400可由绝缘材料制成，如，Torlon™或聚苯硫醚。筒框架1400的近端1402的"花瓣"构造允许筒框架1400使用注射模制技术制造，这提供了相比于传统过程较快且廉价的制造途径，包括使用较少质量，冷却较好，且更均匀而无成穴。在备选实施例中，筒框架112或1400可为机加工的。

在一些实施例中，喷嘴夹套111或电极绝缘体754中的至少一者由非传导性材料制成，如，Torlon™或聚苯硫醚。电极108、1308、插入物1200、非排出喷嘴110、排出喷嘴1310、喷嘴衬套1311或护罩114、1314中的至少一个可由传导性材料如铜或黄铜制成。涡旋环150、1316可由传导材料如锌(例如，Zamac3)制成。挡板1112或防护涡旋环1114中的各个均可由绝缘材料或传导材料制成。在一些实施例中，非排出筒104或排出筒1300中的各个按体积由至少大约50%的塑料构成。在一些实施例中，筒104或1300沿纵向轴线A的总体长度是大约2英寸，且筒104或1300沿垂直于纵向轴线A的平面的最大直径是大约1.7英寸。

电极108、1308和护罩114、1314可使用冷成型、冲压或机加工技术来制造。非排出喷嘴110或排出喷嘴1310可使用冷成型、冲压或机加工制造，而在其中具有钻取的特征(例如，孔)。涡旋环150、1316可使用其中具有钻取的涡旋孔的压铸、其中具有钻取的涡旋孔的注射模制、或机加工来制造。挡板1112可使用冲压、压铸、机加工或模制而形成。防护涡旋环1114可使用压铸、模制或机加工来形成。大体上，为了降低制造成本和复杂性，筒104或1300包括很少或没有Vespel^TM、很少或没有熔岩、很少或没有铝、最小铜使用，和/或很少O形环凹槽。此外，筒104、1300的构件制造成最小化钻取的孔。

在一些实施例中，筒104或筒1300设计成在近端中非平坦，使得筒与焊炬头102之间的界面也非平坦。图29为根据本发明的示范性实施例的包括非平坦近端1452的示例性排出筒1450。排出筒1450可包括端面1458和设置在筒框架1454上的凸出的远侧部分1460。具体而言，凸出的远侧部分1460是形成主中心通道1456的筒框架1454的一部分。凸出的远侧部分1460可沿纵向轴线A向远侧延伸超过筒框架1454的内部区域1462的端面1458。筒1450的所有其他特征/功能可保持与上文所述的排出筒1300大致相同。

图30为根据本发明的示范性实施例的图18的筒104的分解视图。为了组装筒104，放射性插入物1200可首先插入电极108的远端1202处的电极108中。电极108然后可从电极绝缘体754的远端联接到电极绝缘体754上。例如，电极108的外固持特征1066可匹配地接合电极754的内固持特征1068，以沿轴向对准构件且/或沿界面1067来使它们径向地对准/定心。所得的构件可联接到涡旋环150上来形成第一子组件1502。例如，电极绝缘体754的外固持特征1056可匹配地接合涡旋环150的内固持特征1054来沿轴向对准构件且沿界面1055使它们径向地对准/定心。在一些实施例中，一个或多个O形环用于在第一子组件1502中使构件(例如，涡旋环150、电绝缘体75和电极108)关于彼此进一步装固。第二子组件1504可通过将喷嘴110附接到喷嘴夹套111上来形成，其中喷嘴110可设置在喷嘴夹套111的中空本体中。在一些实施例中，一个或多个O形环用于在第二子组件1504中关于彼此进一步装固喷嘴110和喷嘴夹套111。

第一子组件1502、第二子组件1504和护罩114可直接地附接到筒框架112上来形成筒104。例如，涡旋环150的外固持特征1052可匹配地接合筒框架112的内固持特征1058，以沿轴向对准构件且沿界面1053使它们径向地对准/定心。喷嘴110的外固持特征1070可匹配地接合筒框架112的另一个内固持特征1072来沿轴向对准构件且/或沿界面1071使它们径向地对准/定心。筒框架112的外固持特征1062可匹配地接合护罩114的内固持特征1064来沿轴向对准构件且沿界面1063使它们径向地对准/定心。此外，护罩114的远端可卷边到筒框架112的外表面上的凹部1065中，以将两个构件进一步装固在一起。在一些实施例中，一个或多个O形环用于协助第一子组件1502、第二子组件1504和/或护罩114接合至筒框架112。

应当理解，本发明的各种方面和实施例可以以各种方式组合。基于本说明书的教导内容，本领域的普通技术人员可容易确定如何组合这些各种实施例。本领域的技术人员在查阅说明书时将想到改型。

Claims (48)

1.一种用于液体冷却的等离子弧焊炬的耗材筒，所述耗材筒包括：

筒框架，其包括具有端面的近端，远端，以及具有延伸穿过其间的中心纵向轴线的本体，所述筒构造成与焊炬头形成射频识别(RFID)接口；

在所述远端处附接到所述筒框架上的弧发射器和弧收缩器；

RFID安装特征，其在所述端面附近安装在所述筒框架上或中，所述RFID安装特征与所述本体的中心纵向轴线非同心；

RFID标签，其设置在所述RFID安装特征中或上以用于在所述筒连接到所述焊炬头上时将关于所述筒的信息传输至所述焊炬头中的读取装置；以及

同步特征，其构造成在所述筒与所述焊炬头连接时使所述RFID标签旋转地对准至所述焊炬头中的读取装置。

2.根据权利要求1所述的耗材筒，其特征在于，所述RFID安装特征包括设置在所述筒框架的本体中的腔。

3.根据权利要求2所述的耗材筒，其特征在于，所述RFID标签嵌入所述筒框架的本体的腔中，且由所述本体的绝缘材料包绕。

4.根据权利要求1所述的耗材筒，其特征在于，所述筒框架的本体由绝缘材料构造。

5.根据权利要求1所述的耗材筒，其特征在于，所述筒框架的本体包括用于将液体冷却剂传导穿过其间的至少一个通道。

6.根据权利要求5所述的耗材筒，其特征在于，所述至少一个通道构造成在由所述同步特征旋转对准时与所述焊炬头的对应通道大致对准，以在所述焊炬头与所述筒之间传导所述液体冷却剂。

7.根据权利要求1所述的耗材筒，其特征在于，所述端面大致平坦，以允许RFID读取器从所述等离子弧焊炬外侧询问所述RFID标签。

8.根据权利要求1所述的耗材筒，其特征在于，在所述旋转对准时，所述筒框架中的RFID标签和所述焊炬头中的读取装置定向成使得中心轴线延伸穿过所述RFID标签的中心线和所述读取装置的中心线。

9.根据权利要求1所述的耗材筒，其特征在于，在所述旋转对准时，所述RFID标签与所述读取装置之间的第一距离小于所述RFID标签与设置在所述焊炬头或所述筒中的相邻金属材料之间的第二距离。

10.根据权利要求1所述的耗材筒，其特征在于，所述RFID标签可从所述等离子弧焊炬内侧或外侧读取。

11.根据权利要求1所述的耗材筒，其特征在于，所述同步特征包括构造成接收从所述焊炬头延伸的同步销的腔。

12.一种用于液体冷却的等离子弧切割焊炬的耗材筒，所述耗材筒包括：

位于所述筒的第一部分处的筒末梢，所述筒末梢具有电极、喷嘴和护罩；

所述耗材筒的第二部分处的等离子气体入口开口；

所述第二部分处的防护气体入口开口；

所述第二部分处的电极冷却剂入口开口；

所述第二部分处的喷嘴冷却剂入口开口和喷嘴冷却剂出口开口；以及

所述第二部分处的护罩冷却剂入口开口和护罩冷却剂出口开口。

13.根据权利要求12所述的耗材筒，其特征在于，所述第二部分包括所述筒的近侧部分的端面。

14.根据权利要求12所述的耗材筒，其特征在于，所述端面大致平坦。

15.根据权利要求12所述的耗材筒，其特征在于，所述等离子气体入口开口、所述防护气体入口开口、所述喷嘴冷却剂入口开口、所述喷嘴冷却剂出口开口、所述护罩冷却剂入口开口和所述护罩冷却剂出口开口关于所述筒的中心纵向轴线非同心。

16.根据权利要求12所述的耗材筒，其特征在于，所述喷嘴冷却剂出口开口流体地连接到所述护罩冷却剂入口开口上。

17.根据权利要求12所述的耗材筒，其特征在于，所述耗材筒还包括所述第二部分处的同步销容置部，所述同步销容置部构造成接收焊炬头的同步销来以预定定向将所述筒沿径向装固到所述焊炬头上。

18.根据权利要求12所述的耗材筒，其特征在于，所述耗材筒还包括：

具有绝缘本体的筒框架，所述筒框架联接到所述筒末梢上；

其中所述等离子气体入口开口、所述防护气体入口开口、所述电极冷却剂入口开口、所述喷嘴冷却剂入口开口、所述喷嘴冷却剂出口开口、所述护罩冷却剂入口开口和所述护罩冷却剂出口开口位于所述绝缘本体的近端处。

19.根据权利要求18所述的耗材筒，其特征在于，所述耗材筒还包括：

设置在所述筒框架的绝缘本体中的非同心腔；以及

设置在所述腔中的射频识别(RFID)标签。

20.根据权利要求12所述的耗材筒，其特征在于，所述等离子气体入口开口构造成与焊炬头的对应开口对准，以将等离子气流从所述焊炬头引导至所述喷嘴。

21.根据权利要求12所述的耗材筒，其特征在于，所述防护气体入口开口与所述护罩流体连通，所述防护气体入口开口构造成与焊炬头的对应开口对准来将防护气流引导至所述护罩。

22.根据权利要求12所述的耗材筒，其特征在于，所述电极冷却剂入口开口保持与所述电极电连通或流体连通中的至少一者，所述电极冷却剂入口开口构造成与焊炬头的对应开口对准，以将液体冷却剂或电流中的至少一者引导至所述电极。

23.根据权利要求22所述的耗材筒，其特征在于，所述喷嘴冷却剂入口开口和所述喷嘴冷却剂出口开口与所述喷嘴流体连通，所述喷嘴冷却剂入口开口和所述喷嘴冷却剂出口开口构造成与所述焊炬头上的对应开口中的相应开口对准来在所述焊炬头与所述喷嘴之间引导所述液体冷却剂。

24.根据权利要求23所述的耗材筒，其特征在于，所述护罩冷却剂入口开口和所述护罩冷却剂出口开口与所述护罩流体连通，所述护罩冷却剂入口开口和所述护罩冷却剂出口开口构造成与所述焊炬头上的对应开口中的相应开口对准来在所述焊炬头与所述护罩之间引导所述液体冷却剂。

25.一种用于液体冷却的等离子弧切割焊炬的耗材筒，所述耗材筒包括：

位于所述筒的第一部分处的筒末梢，所述筒末梢具有电极、喷嘴和护罩；以及

所述筒的第二部分处的筒框架，所述筒框架包括连接到所述筒末梢上的远端，以及近端；所述筒框架包括：

所述近端处等离子气体入口开口，其构造成保持与所述喷嘴流体连通来将等离子气流引入所述喷嘴；

所述近端处的防护气体入口开口，其构造成保持与所述护罩流体连通来将防护气流引入所述护罩；

所述近端处的电极界面，其构造成保持与所述电极的电连通或流体连通中的至少一者来将冷却剂流或电流中的至少一者引入所述电极；

所述近端处的喷嘴冷却剂入口开口和喷嘴冷却剂出口开口，其构造成在所述筒框架与所述喷嘴之间循环所述冷却剂流；以及

所述近端处的护罩冷却剂入口开口和护罩冷却剂出口开口，其构造成在所述筒框架与所述护罩之间循环所述冷却剂流。

26.一种用于液体冷却的等离子弧焊炬的焊炬头，所述焊炬头包括：

焊炬本体；以及

焊炬绝缘体，其具有大致非传导性绝缘本体，所述焊炬绝缘体联接到所述焊炬本体上，所述焊炬绝缘体包括：

第一液体冷却剂通道，其设置在所述绝缘本体内，构造成将流体流从所述焊炬头沿第一预先存在的流路传导到耗材筒中；

第一液体返回通道，其设置在所述绝缘本体内，构造成使所述流体流的至少一部分从所述筒沿所述第一预先存在的流路返回所述焊炬头；以及

气体通道，其设置在所述绝缘本体内，构造成将第一气流从所述焊炬头沿第二预先存在的流路传导至所述筒，

其中所述第一预先存在的流路和所述第二预先存在的流路与彼此流体地隔离。

27.根据权利要求26所述的焊炬头，其特征在于，所述焊炬头还包括对准特征，其构造成以预定定向将所述焊炬头沿径向装固到所述筒上，以保持延伸穿过所述焊炬绝缘体和所述筒的第一预先存在的流路和第二预先存在的流路。

28.根据权利要求27所述的焊炬头，其特征在于，所述第一液体冷却剂通道构造成在所述焊炬头经由所述对准特征沿径向装固到所述筒上时与所述筒的对应的第一液体冷却剂通道大致对准。

29.根据权利要求28所述的焊炬头，其特征在于，所述第一液体返回通道构造成在所述焊炬头经由所述对准特征沿径向装固到所述筒上时与所述筒的对应的第一液体返回通道大致对准。

30.根据权利要求29所述的焊炬头，其特征在于，所述第一预先存在的流路包括所述焊炬头的第一液体冷却剂通道、所述筒的对应的第一液体冷却剂通道、所述筒的对应的第一液体返回通道，以及所述焊炬头的第一液体返回通道。

31.根据权利要求26所述的焊炬头，其特征在于，所述焊炬绝缘体还包括第二气体通道，其设置在所述绝缘本体内，构造成将第二气流从所述焊炬头沿第三预先存在的流路传导至所述筒，其中所述第二预先存在的流路和所述第三预先存在的流路与彼此流体地隔离。

32.根据权利要求26所述的焊炬头，其特征在于，所述第一液体冷却剂通道、所述第一液体返回通道和所述气体通道相对于延伸穿过所述绝缘本体的纵向轴线非同心。

33.根据权利要求26所述的焊炬头，其特征在于，所述焊炬绝缘体还包括设置在所述绝缘本体中的中心通道，所述中心通道构造成将(i)电流或(ii)所述流体流的至少一部分中的至少一者从所述焊炬头提供至所述筒。

34.根据权利要求26所述的焊炬头，其特征在于，所述焊炬绝缘体还包括设置在所述绝缘本体中的电通道，所述电通道构造成接收建立所述焊炬头与所述筒之间的欧姆接触的欧姆接触连接。

35.根据权利要求26所述的焊炬头，其特征在于，所述焊炬绝缘体还包括：

所述绝缘本体的远端处的电流环，所述电流环构造成从所述筒接收维弧电流；以及

维弧通道，其构造成接收维弧连接件，所述维弧连接件与所述电流环电连通，以将所述维弧电流从所述筒传递至所述焊炬头。

36.根据权利要求26所述的焊炬头，其特征在于，所述焊炬绝缘体还包括嵌入所述绝缘本体中的气体阀，所述气体阀与所述气体通道流体连通，所述气体阀构造成选择多种气体中的一者来供应至所述气体通道。

37.根据权利要求26所述的焊炬头，其特征在于，所述焊炬绝缘体还包括：

第二液体冷却剂通道，其设置在所述绝缘本体内，构造成将所述流体流的至少一部分从所述焊炬头沿所述第一预先存在的流路传导到所述筒中；

第二液体返回通道，其设置在所述绝缘本体内，构造成使所述流体流的至少一部分从所述筒沿所述第一预先存在的流路返回所述焊炬头；以及

分送通道，其设置在所述绝缘本体内，使所述第一液体返回通道与所述第二液体冷却剂通道连接。

38.根据权利要求37所述的焊炬头，其特征在于，所述第一预先存在的流路流过所述绝缘本体中的一系列通道，其包括所述第一液体冷却剂通道、所述第一液体返回通道、所述分送通道、所述第二液体冷却剂通道，以及所述第二液体返回通道。

39.一种用于液体冷却的等离子弧焊炬的焊炬头，所述焊炬头包括：

焊炬绝缘体，其具有绝缘本体；

第一冷却通道和第三冷却通道，其设置在所述绝缘本体中，各自构造成将第一流体流从所述焊炬头引导到筒中；

第二冷却通道和第四冷却通道，其设置在所述绝缘本体中，各自构造成使所述第一流体流的至少一部分从所述筒返回所述焊炬头；以及

第一分送通道，其设置在所述绝缘本体中，连接所述第二冷却通道和所述第三冷却通道，所述第一分送通道构造成将所述第一流体流从所述第二通道引导至所述第三通道。

40.根据权利要求39所述的焊炬头，其特征在于，所述第一分送通道沿周向定向成连接所述第二冷却通道和所述第三冷却通道。

41.根据权利要求39所述的焊炬头，其特征在于，所述第一冷却通道、所述第二冷却通道、所述第三冷却通道和所述第四冷却通道关于延伸穿过所述绝缘本体的纵向轴线非同心。

42.根据权利要求39所述的焊炬头，其特征在于，所述第一冷却通道、所述第二冷却通道、所述第三冷却通道和所述第四冷却通道中的各个相对于延伸穿过所述绝缘本体的中心纵向轴线非对称。

43.一种用于液体冷却的等离子弧焊炬的焊炬头，所述焊炬头包括：

焊炬绝缘体，其具有包括近端和远端的绝缘本体；

多个气体和液体通道，其从所述绝缘本体的近端大致延伸至远端；

所述绝缘本体中的腔；以及

通信装置，其包括电路板和射频识别(RFID)天线线圈，所述RFID天线线圈电连接到所述电路板上，且定位在所述通信装置的远端附近；

其中所述通信装置位于所述腔中，使得所述RFID天线线圈定位在所述绝缘本体的远端处。

44.根据权利要求43所述的焊炬头，其特征在于，所述通信装置还包括用于防止液体进入其中的密封的壳体。

45.根据权利要求43所述的焊炬头，其特征在于，所述通信装置的电路板构造成对所述天线线圈提供功率，且读取由所述天线线圈接收到的RFID信号。

46.根据权利要求43所述的焊炬头，其特征在于，所述通信装置还包括所述通信装置的近端处的连接器。

47.根据权利要求43所述的焊炬头，其特征在于，所述多个气体和液体通道和所述腔关于所述绝缘本体的中心纵向轴线非同心。

48.根据权利要求43所述的焊炬头，其特征在于，所述天线线圈定位在所述通信装置的远端的端面处。