CN109311115A - 控制和输送等离子电弧焊炬中的气体以及相关的系统和方法 - Google Patents

Abstract

在一些方面，用于将等离子电弧焊炬联接至焊炬引管管线的焊炬接纳装置可包括：本体，其具有连接至焊炬引管管线的第一端部和连接至焊炬本体的第二端部；一组端口，其在第一端部内，流体地连接至焊炬引管内的一组流体导管；以及多通阀，其在本体内并且流体地连接至成组端口和形成在第二端部中的焊炬气体导管，多通阀构造成：i)操纵第一端部与第二端部之间的流体流，以从进入成组端口的初级气体中选择，ii)将选择的初级气体通过焊炬气体导管输送至焊炬本体，并且iii)将焊炬气体导管流体地连接至等离子切割系统的气体供应歧管。

Description

控制和输送等离子电弧焊炬中的气体以及相关的系统和方法

相关申请

本申请为于2016年10月6日提交的并且标题为“控制等离子电弧焊炬及相关系统和方法(Controling Plasma Arc Torches and Related Systems and Methods)”的美国专利申请序列号15/287,694的继续部分，其要求享有于2015年10月6日提交的并且标题为“控制等离子电弧焊炬及相关系统和方法(Controling Plasma Arc Torches and RelatedSystems and Methods)”的美国临时专利申请序列号62/237,780的权益，两项申请的内容通过引用以其整体由此并入本文。本申请还要求享有于2016年3月30日提交的标题为“靠近等离子电弧焊炬的气体切换和排放(Gas Switching and Venting Proximate a PlasmaArc Torch)”的美国临时专利申请序列号62/315,331的权益，其内容通过引用以其整体由此并入本文。

技术领域

本公开大体上涉及等离子电弧焊炬系统，并且更具体而言，涉及控制和输送至等离子电弧焊炬和在该等离子电弧焊炬内的气体以及相关系统和方法。

背景技术

热处理焊炬(诸如等离子电弧焊炬)广泛用于材料的加热、切割、刨削以及标记。等离子电弧焊炬大体上包括电极、具有安装在焊炬本体内的中心出口孔口的喷嘴、电连接部、用于冷却的通路以及用于电弧控制流体(例如，等离子气体)的通路。回旋环可用于控制在电极与喷嘴之间形成的等离子室中的流体流动式样。在一些焊炬中，可使用固持帽来维持焊炬本体中的喷嘴和/或回旋环。在操作中，等离子电弧焊炬产生等离子电弧，其为具有高温和足够的动量以有助于移除熔融金属的电离气体的压缩射流。用于操作等离子电弧焊炬的功率可由等离子操作系统的功率供应组件控制。通常相对于焊炬定位在远处(例如，几米)的功率供应部和/或计量控制台可包括多个电子构件，所述多个电子构件构造成控制和供应至等离子电弧焊炬的操作电流、提供至等离子电弧焊炬的气体流，以及在某些情况下，等离子电弧焊炬的运动。焊炬与功率供应部/计量控制台之间的该距离可因系统和安装而异。

在等离子电弧切割系统中，瞬态电极寿命、切割质量和一致性以及整体操作可受斜坡时间影响或者取决于该斜坡时间(例如，等离子电流和/或等离子气体在启动和关闭期间上升和下降的速率)，其可在给定系统的过程参数开发期间选择。这些过程参数(即，波形)典型地存在于功率供应部中(通常离实际焊炬末端数米)，并且与使用的系统构造无关。一些系统构造成在使用期间基于电弧的期望特性实施在转换、启动或关闭分布(profile)期间的某些气体以及气体特性。例如，一些系统可提供合乎需要的气体流或电流分布组合，以用于关闭。

发明内容

在一些方面中，用于将等离子电弧焊炬联接至等离子切割系统的焊炬引管(lead)并且用于通过等离子切割系统向上游排放焊炬引管(并且在一些情况下为等离子电弧焊炬)的焊炬接纳装置(receptacle)可包括：本体，其具有定形成连接至焊炬引管的第一端部和定形成连接至等离子电弧焊炬的焊炬本体的第二端部；一组端口，其设置在本体的第一端部内，并且构造成流体地连接至设置在焊炬引管内的一组流体导管；以及多通阀，其设置在本体内，并且流体地连接至成组端口和形成在本体的第二端部中的焊炬气体导管，多通阀构造成：i)操纵本体的第一端部和第二端部之间的流体流，以从进入成组端口的初级(primary)气体中选择，ii)将选择的初级气体通过焊炬气体导管输送至焊炬本体，并且iii)将焊炬气体导管流体地连接至等离子切割系统的气体供应歧管，以容许焊炬气体导管通过气体供应歧管的排放。

实施例可包括以下特征中的一个或更多个。

本体可由基本上绝缘的材料形成。本体可在第一端部与第二端部之间具有小于大约1英尺的长度。本体可限定基本上设置在本体内的一组流体流动路径，以将多通阀流体地联接至焊炬引管内的流体导管。

多通阀可为三通阀，其流体地联接至成组流体导管的第一导管、成组流体导管的第二导管以及焊炬气体导管，并且构造成从第一导管或第二导管中选择气体并容许选择的气体经由焊炬气体导管输送至焊炬本体。多通阀可定位成离等离子电弧焊炬的等离子仓室小于12英寸。多通阀可构造成在进入成组端口的气体之间切换经由焊炬气体导管提供至焊炬本体的气体的供应。

成组端口可包括第一等离子气体端口和第二等离子气体端口，其中第一等离子气体端口构造成接收等离子预流气体，并且第二等离子气体端口构造成接收等离子切割流气体。成组端口可包括保护气体端口，其流体地连接至形成在本体的第一端部和本体的第二端部之间的保护气体导管。焊炬气体导管可具有小于大约0.3立方英寸的体积。在一些情况下，焊炬气体导管具有小于大约0.2立方英寸的体积。焊炬引管可将成组导管中的至少一个流体地联接至排放的大气压。在一些示例中，由多通阀阻止进入焊炬气体导管的过量等离子气体通过焊炬引管向上游排放。

在一些方面中，用于通过等离子焊炬引管管线向上游反向排放等离子气体的等离子电弧焊炬系统可包括：等离子焊炬功率供应部，其具有：包括第一等离子气体和第二等离子气体的一组气体供应部、用于将成组的气体供应部流体地连接至等离子焊炬引管管线的焊炬引管歧管以及用于将第一等离子气体排放至大气压的排放阀；等离子焊炬引管管线，其构造成联接至焊炬引管歧管，等离子焊炬引管管线限定一组流体通路，以从等离子焊炬功率供应部传送第一等离子气体和第二等离子气体；以及焊炬接纳装置，其用于将等离子电弧焊炬联接至等离子焊炬功率供应部，焊炬接纳装置具有：本体，其具有联接至等离子焊炬引管管线的第一端部和定形成连接至等离子电弧焊炬的焊炬本体的第二端部；一组端口，其限定在本体的第一端部内并且构造成流体地连接至等离子焊炬引管管线的成组流体通路；以及三通式多通阀，其设置在本体内，并且流体地连接至成组端口，以流体地联接至等离子焊炬引管管线中的成组流体通路的第一通路和等离子焊炬引管管线中的成组流体通路的第二通路，并且流体地连接至形成在本体的第二端部中的焊炬气体导管，该焊炬气体导管具有小于大约0.3立方英寸的体积，三通式多通阀构造成：i)操纵本体的第一端部和第二端部之间的流体流，以从进入成组端口的初级气体中选择，ii)将选择的初级气体通过焊炬气体导管从第一通路或第二通路输送至焊炬本体，并且iii)将焊炬气体导管流体地连接至等离子焊炬功率供应部的焊炬引管歧管，以容许焊炬气体导管通过焊炬引管歧管排放至大气压。

在一些方面中，操作等离子切割系统的方法，其通过在将等离子电弧焊炬联接至等离子切割系统的焊炬引管的焊炬接纳装置中的一组等离子气体之间选择进行，焊炬接纳装置具有阀，该阀构造成操纵至成组等离子气体的气体之间的等离子电弧焊炬的流体流，该方法可包括：通过联接至焊炬接纳装置的焊炬引管的第一导管供应预流等离子气体，预流等离子气体通过阀行进至等离子电弧焊炬；在存在预流等离子气体的情况下点燃等离子电弧焊炬内的等离子电弧；通过激活阀来以：i)限制预流等离子气体进一步向下游流动至等离子电弧焊炬，并且ii)容许切割等离子气体通过阀从焊炬引管的第二导管流动至等离子电弧焊炬，来选择切割等离子气体；在等离子电弧焊炬上游的歧管处将焊炬引管的第一导管排放至大气压，以释放来自焊炬引管的预流等离子气体；以及使用切割等离子气体来执行等离子切割操作。

实施例可包括以下特征中的一个或更多个。

方法还可包括，使阀激活，以：i)限制切割等离子气体进一步从第二导管向下游流动至等离子电弧焊炬，并且ii)使剩余的切割等离子气体通过焊炬引管向上游排放并从等离子切割系统功率供应部内的歧管排放掉，以减小等离子电弧焊炬中的压力。方法还可进一步包括开始等离子电弧关闭程序。

对焊炬引管的第一导管的排放可包括打开焊炬引管附接至其的等离子切割系统功率供应部内的阀。对切割等离子气体的选择可在小于大约1秒内将等离子电弧焊炬处的气体供应从第一导管的预流等离子气体转换为第二导管的切割等离子气体。

在一些示例中，焊炬接纳装置中的阀与等离子切割系统功率供应部内的歧管间的距离可为至少大约2米。

本文中描述的实施例可具有以下优点中的一个或更多个。

本文中描述的系统和构件可用于执行用于控制和输送等离子切割系统内的气体的各种方法中的任一个。例如，由本文中描述的系统的精确和动态控制可用于控制、修改、定制、操纵和优化等离子切割系统内的气体流和/或选择。在一些实施例中，这可对应于或匹配针对给定过程的气体分布、压力以及选择，以通过减少等离子焊炬斜降(ramp down)误差来改进切割质量或者延长电极寿命。斜降误差(RDE)可在等离子系统经历等离子电弧的突然损失时，例如，在等离子焊炬从工件流掉并且无法完成等离子气体仓室压力和切割电流的协调斜降时(在某些情况下被称为“长寿命技术”)发生。在没有适当的灭弧程序的情况下电弧的突然损失可导致高压气体吹过熔融的发射体材料并因此过度磨损。即，电弧的突然损失可引起铪磨损增加，尤其是在氧气存在的情况下。例如，在一些情况下，在没有适当的灭电弧程序的情况下，在等离子电弧骤然损失时，继续流动(如同等离子电弧仍然连接至工件)的等离子气体的高压可吹掉熔融的发射体材料，这可导致磨损。因此，在稳态切割过程转换为焊炬关闭(即，熄灭电弧)时，精确和准确的等离子气体倾斜技术可对于延长电极寿命而言尤其有用。即，在预测/检测非合乎需要的电弧损失即将发生时，如果不调节气体输送以解决即将发生的电弧损失，则这可引起电极的不必要磨损，功率供应可采取行动以限制这种不必要的磨损，从而通过提供至焊炬的等离子气体的快速且易响应的调节来延长电极的寿命。

例如，本文中描述的系统和方法可与其它焊炬控制系统相关联地实施和使用，该其它焊炬控制系统可监测这些电气参数、系统参数以及控制参数，以预测等离子电弧何时将要损失，例如，等离子焊炬何时行进超出受处理的材料的边缘。作为响应，功率供应可快速采取行动，以防止电弧的突然损失，这可导致电极磨损以及寿命缩短。如以下论述的，防止电弧的突然损失的该快速行动可包括调节电弧的电气参数、至焊炬的气体流或焊炬本身的运动。关于斜降误差检测和预防的额外细节可在于2016年10月6日提交并且标题为“控制等离子电弧焊炬及相关系统和方法(Controling Plasma Arc Torches and RelatedSystems and Methods)”的申请人的相关的共同未决的美国专利申请No.15/287,694中找到，其全部内容通过引用以其整体并入本文。示出在关闭程序期间的这种受控气体输送方法以改进耗材寿命，如可用的电极寿命。例如，电极寿命可受长的等离子压力斜降时间和从预流气体至切割流气体的转换阻碍(例如，限制)。

然而，本文中描述的系统和方法可用于通过提供更快的气体切换转换时间来改进电极寿命和焊炬性能。例如，其中气体在功率供应部处被切换的常规系统可引起长的气体转换，导致输送至焊炬的引管管线中的预流和切割流气体有一些混和。这可引起问题，因为一些气体的化学性质更适合于预流，一些其它气体的化学性质更适合于切割，并且一些其它气体的化学性质可更适合于斜降(例如，在焊炬关闭期间)。因此，以受控且精确的方式在这些不同气体之间快速切换的能力可改进切割质量、耗材寿命、系统响应性，并且提供其它益处。然而，使用本文中描述的系统，从预流至切割流的气体转换可在焊炬处或在焊炬附近发生，这导致转换时间更快并且因此电极寿命更长。例如，一些常规系统可需要至少250微秒的斜降时间，但是本文中描述的一些系统可具有小于大约50微秒的斜降时间。

此外，在焊炬附近的位置处(诸如在焊炬接纳装置处)快速地改变输送至焊炬的气体可有助于使焊炬性能和操作在不同的焊炬构造(例如，不同长度的焊炬(例如，不同的焊炬引管管线长度))之间更加稳定。例如，一些常规系统仅具有连接至焊炬的一条等离子气体管线，其用于提供预流气体和切割流气体两者。因此，远离焊炬发生从预流至切割流的气体切换，并且焊炬内的气体的实际转换典型地取决于气体引管管线长度(或者以其它方式受到该气体引管长度的影响)。然而，本文中描述的系统和方法(其中可更靠近焊炬发生气体切换)可提供基本上与引管长度无关的焊炬控制和气体切换响应时间。例如，为了排出期望的气体(例如，为了排出预流气体，以便使用切割流气体，或者为了排出切割流气体，以熄灭焊炬)，常规焊炬系统在功率供应部处或在功率供应部附近(即，在引管管线的与焊炬相反的端部上，在燃气计量控制台中等)典型地激活阀(或具有排放阀)，以改变输送至焊炬的气体。一旦阀被激活，残余气体(例如，存在于引管管线中的气体)就典型地允许通过焊炬从该阀排出。然而，这可在气体变化或非合乎需要的气体混合中引起非合乎需要的延迟。因此，由于本文中描述的其中多通阀定位成接近焊炬(例如，小于大约12英寸)的系统和方法，气体可更加快速地从预流气体切换为切割流气体。

除了增加切换气体用于焊炬斜降的能力之外，本文中描述的系统和方法可在焊炬启动期间利用快速气体切换技术，例如，以几乎瞬间(例如，在小于大约50微秒内)从预流气体转换为切割流气体。如以下详细地论述的，预流气体为更适合于启动和延长电极寿命的气体，因此期望它们用于点火。然后，一旦电弧被转移，气体切换就可发生，以提供更适合于切割的切割流气体。在一些常规系统中，该切换发生在电弧转移时，但是在切割开始时存在相当大的延迟，以部分地解决气体切换的延迟(例如，解决预流气体从引管管线衰减并且被切割流气体更换)。然而，本文中描述的使用具有更快且更好的受控气体切换的系统和方法，切割可在电弧转移之后更快速地开始和或即刻/立即开始。

此外，常规系统中的在功率供应部处或在功率供应部附近的该气体改变程序可引起具有不同引管管线长度的焊炬之间的不稳定性能。即，常规等离子切割平台提供不同的引管/软管长度(例如，在计量控制台(例如，在功率供应部处)与焊炬之间)，以便满足客户的特定要求。该长度变化(可在大约6英尺到大约50英尺(或更大)之间变化)可导致不稳定的气体转换时间和分布，这损害质量和稳定性，并且/或者导致气体斜降时间变化，从而使耗材寿命部分地取决于系统构造，并且可使客户无法获得一致的耗材性能。这意味着电极的整体寿命可由长的等离子压力斜降时间阻碍，这可经由控制元件(例如，气体控制阀)与焊炬之间的距离来推导(drive)/需要这些时间。此外，电极寿命也受由从预流气体到切割流气体的转换的影响，并且该转换的时机需要受控制。例如，在一些常规等离子系统中，来自引管内的不需要的气体从焊炬本身排出，较长的引管长度相比于较短的引管长度将典型地需要更长的时间来抽出所有残余气体。然而，在一些示例中，代替必须熄灭等离子电弧并且接着排泄引管管线中的气体，本文中的系统可用于在电弧依然接通时对气体供应管线进行排泄。例如，不稳定性可通过在焊炬正上游添加气体切换阀(例如，三通阀)并且将两个等离子管线(预流和切割流)连接至该阀来减少。因此，气体切换和可预测的斜降可实现为与引管长度无关。使两个等离子管线靠近焊炬可有助于提供快速(例如，几乎瞬时)的气体切换(预流至切割流)和改进的斜降响应性。

附图说明

图1为等离子电弧焊炬系统的示意图，该等离子电弧焊炬系统具有用于在等离子电弧焊炬中向上游反向排放穿过等离子焊炬引管管线的系统。

图2为等离子电弧焊炬系统的示意图，该等离子电弧焊炬系统具有用于在等离子电弧焊炬中向上游反向排放穿过在焊炬处或在焊炬附近的阀的系统。

图3为示例性焊炬的侧视剖视图，该示例性焊炬具有设置在其中的多通阀，用于选择性地向仓室区域提供气体。

具体实施方式

在一些方面中，如本文中论述的，本文中描述的系统和方法可包括等离子切割系统，其具有一个或更多个精确且动态监测和控制的气体参数，诸如等离子气体流或保护气体流。已发现这些系统的精确控制对实施本文中描述的若干有利的焊炬控制方法而言为有用的。示例性方法(如本文中详细地论述的)包括在等离子电弧启动或斜降程序期间快速调节提供至焊炬的不同等离子气体的流。已发现更易响应的气体处理以产生更好和/或更稳定的耗材性能和寿命。

参照图1，在一些情况下，用于将在等离子电弧焊炬中的等离子气体向上游反向排放穿过等离子焊炬引管管线的等离子切割系统(例如，等离子电弧焊炬系统)50，可包括等离子焊炬功率供应部100、等离子焊炬引管管线120、焊炬接纳装置140以及具有焊炬本体160的等离子电弧焊炬150。焊炬接纳装置140可用作引管管线120与等离子电弧焊炬150之间的接口连接构件。

功率供应部100可包括具有一组气体供应部的计量控制台，该一组气体供应部可包括保护气体供应部102、第一处理气体(例如，等离子气体(例如，预流等离子气体))供应部104，以及第二处理气体(例如，等离子气体(例如，切割流等离子气体))供应部106。不同气体供应部的构造可基于期望的材料处理操作而变化。例如，在一些情况下，第一等离子气体104可包括氮气。在一些情况下，第二等离子气体106可为氧气。气体供应部可包括各种硬件构件，诸如阀(例如，三通阀或比例阀)和压力传感器，其可用于控制和监测气体的流。

功率供应部100还典型地包括焊炬引管歧管108。焊炬引管歧管108可用于例如经由等离子焊炬引管管线120将成组的气体供应部选择性地流体连接至焊炬本体160。焊炬引管歧管108可包括气动开关，其可打开和闭合不同的流动路径，以容许或限制气体流动至焊炬引管管线120以及从焊炬引管管线120流动。

功率供应部100还可包括排放部(例如，排放阀)110，以降低一种或更多种气体的压力。例如，排放部110可容许气体通向大气压。在一些情况下，排放阀110可流体地连接至第一处理气体供应部104并且构造成将第一处理气体(例如，从焊炬引管管线，如以下论述的)排放至大气。在一些情况下，如以下详述的，可执行该排放，以将处理气体(例如，向上游)从引管管线120快速抽出，同时焊炬150(例如，仓室)可通过焊炬末端向下游/向前排空。

等离子焊炬引管管线120构造成将等离子焊炬150连接至功率供应部102。例如，引管管线120可构造成连接至功率供应部102，以联接至焊炬引管歧管108和焊炬接纳装置140。焊炬引管歧管108可定位成在功率供应部102的外部/与功率供应部102分离，或者在功率供应部102内。等离子焊炬引管管线120典型地构造成将流体(例如，焊炬气体)输送至焊炬150。例如，引管管线120可限定一组流体通路(例如，导管)，以将第一等离子气体和第二等离子气体从等离子焊炬功率供应部传送至焊炬本体160。引管管线120可包括保护气体通路122、第一处理气体通路124以及第二处理气体通路126。保护气体通路122可将保护气体传送至焊炬150(例如，传送至焊炬接纳装置140)。第一处理气体通路124可将第一处理气体传送至焊炬150(例如，传送至焊炬接纳装置140)。第二处理气体通路126可将第二处理气体传送至焊炬150(例如，传送至焊炬接纳装置140)。引管管线可包括用于传送气体的各种结构上合适的构件中的任一个。例如，引管管线120可包括多室软管，诸如具有两个或更多个(例如，三个，以容纳保护气体、第一处理气体以及第二处理气体)分离的流动路径的软管。在一些情况下，引管管线120可包括彼此联接的三个不同的软管。

等离子焊炬引管管线120可具有各种长度中的任一个，这取决于期望的操作和使用环境。例如，在一些情况下，等离子焊炬引管管线120可具有长度121，其为至少大约2米、5米或50米。

焊炬接纳装置140可构造成例如由引管管线120将等离子电弧焊炬本体160联接至等离子焊炬功率供应部100。焊炬接纳装置140可包括本体142，本体142具有用于联接至等离子焊炬引管管线120的第一端部143和定形成连接至等离子电弧焊炬150的焊炬本体160的第二端部144。接纳装置140可包括限定在本体142的第一端部143内的一组端口145。端口145可构造成流体地连接至等离子焊炬引管管线120的成组流体通路122,124,126。成组端口145典型地包括第一等离子气体端口145A和第二等离子气体端口145B。第一等离子气体端口145A可构造成接收等离子预流气体(例如，气体104)，并且第二等离子气体端口145B可构造成接收等离子切割流气体(例如，气体106)。第三端口145C可为保护气体端口，其构造成接收保护气体(例如，气体106)。

本体142可限定一组流体流动路径(例如，气体通道)148，其基本上设置在本体内，以经由气体端口145A,145B,145C流体地联接至焊炬引管120内的流体导管122,124,126。例如，本体可限定连接至气体端口145A的第一等离子气体通道148A、连接至气体端口145B的第二等离子气体通道148B以及连接至气体端口145C的保护气体通道(例如，保护气体导管)148C。如以下论述的，第一等离子气体通道148A和第二等离子气体通道148B可将气体端口145A和145B流体地连接至阀146，以在其中流动的两种气体之间进行选择。例如，阀146可分别在第一等离子气体通道148A和第二等离子气体通道148B中流动的两种气体之间进行选择，并且确定哪种气体可(例如，经由以下论述的焊炬气体导管149)流动到焊炬上。即，阀146可阻止气体中的一种(例如，第一等离子气体通道148A中的气体或第二气体通道148B中的气体)流动到焊炬上，同时容许另一气体流动到焊炬上。保护气体端口145C可流体地连接至形成在第一端部143与第二端部144之间的保护气体导管148C。

本体142可由各种材料中的任一种形成。在一些实施例中，本体142由基本上绝缘的材料形成。例如，本体可由Ryton/Thermec、Techtron、Torlon、Vespel或其它材料制成。

本体142具有短的长度(例如，相对于诸如引管管线120的其它构件更短)。如以下论述的，接纳装置内的构件(例如，阀)可用于从焊炬本体160快速抽出气体，使得在存在或不存在某些气体的情况下可更优化地执行的一个或更多个材料处理程序(诸如焊炬关闭程序(例如，斜降误差程序))可开始。例如，在一些实施例中，本体可在第一端部143与第二端部144之间具有小于大约1英尺(例如，小于大约6英寸)的长度。

接纳装置140还可包括流体选择阀(例如，三通式多通阀)146，其设置在本体142内并且流体地连接至成组端口145，以流体地联接至等离子焊炬引管管线120中的第一通路124和第二通路126。阀146构造成将第一和/或第二通路流体地连接至形成在第二端部144处或在第二端部144附近的焊炬气体导管149。焊炬气体导管149可将由阀146选择的气体输送至焊炬本体160。在一些情况下，例如，在阀146与等离子仓室之间没有障碍物的情况下，焊炬气体导管149流体地连接至焊炬末端。在一些实施例中，本体的焊炬气体导管149具有小于大约0.3立方英寸的体积(例如，在阀146与焊炬末端之间(例如，在阀146与接纳装置本体的下游第二端部的外表面之间))。在一些实施例中，焊炬气体导管149具有小于大约0.2立方英寸的体积。例如，在一些情况下，焊炬气体导管体积可为阀146与接纳装置的输出端口147之间限定或包封的空间(例如，沿着本体的第二端部的外表面形成)，其将选择的处理气体提供至焊炬。该小体积的焊炬气体导管149可有助于提供快速的气体转换时间，并且减少(例如，最小化，消除)气体压力衰减和长时间的气体压力衰减的相关负面影响，诸如长时间的斜降时间。此外，焊炬气体导管149的基本上固定的体积可提供在焊炬点火期间在从预流到切割流气体的气体转换时的稳定行为，以及在电弧的消退期间气体压力与电流之间的稳定比率。

在一些实施例中，三通阀146构造成从第一通路(例如，导管)124或第二通路(例如，导管)126中选择气体(例如在其进入端口145A和/或145B时)，并且容许选择的气体经由焊炬气体导管149输送至焊炬本体。例如，三通式多通阀146可构造成改变(例如，选择性地操纵)本体的第一端部143和第二端部144之间的流体流，以从已进入成组端口145并正被传送至焊炬气体导管149的初级气体中选择。例如，阀146可用于流体地将第一处理气体104和第二处理气体106流体地连接至焊炬气体导管149。阀146还可将选择的初级气体(例如，来自第一通路124或第二通路126)通过焊炬气体导管149选择性地输送至焊炬。

除了将气体输送至焊炬之外，阀146还可将焊炬气体导管149流体地连接至焊炬上游的位置，诸如功率供应部(例如，连接至焊炬引管歧管108)。至上游构件的该流体连接可用于容许通过焊炬引管歧管108排放至大气压。例如，焊炬引管管线120可将气体通道148中的至少一个流体地联接至排放的大气压。例如，存在于引管管线120的流体通路122,124,126中的一个或更多个中的气体可通过焊炬引管歧管108从焊炬系统排出，并且接着通过排放阀110离开系统(例如，至大气)(例如，而不是全部通过焊炬末端向前排空)。此外，在一些实施例中，阀146可用于限制气体的流(例如，等离子气体中的一种(例如，预流或切割流))进入焊炬气体导管149，并且因此也限制其进入焊炬本体160。在一些情况下，由多通阀146阻止进入焊炬气体导管149的过量等离子气体可通过焊炬引管120向上游排放。

多通阀146可包括各种类型的合适的气体切换阀中的任一个。多通阀146可构造成使得处理气体(例如，预流气体或切割流气体)中的至少一种总是流体地连接至焊炬气体导管149。例如，多通阀146可来回快速切换，使得气体中的至少一种总是流动至焊炬。

如以上提及的，接纳装置140可定位在焊炬本体160处或在焊炬本体160附近，以便快速且有效地改变或更换焊炬内的气体(例如，等离子气体)。在一些实施例中，多通阀146可位于离等离子电弧焊炬本体160的等离子仓室162小于大约12英寸(例如，小于大约6英寸)的长度141处。在一些实施例中，接纳装置内的阀146可远离功率供应部100定位。例如，焊炬接纳装置140中的阀146可与等离子切割系统功率供应部100的歧管108相距至少大约2米。

关于图1描绘和描述的等离子切割系统可在各种示例(诸如机械化焊炬或手持便携式焊炬)中实施。例如，参照图3的剖视图，机械化焊炬350可包括阀346，以引导在其中从功率供应部(诸如以上描述的功率供应部100)接收的一种或更多种处理气体。焊炬350可包括构造成联接至焊炬本体360的接纳装置340。接纳装置可限定端口345A和345B，它们连接至处理气体通道348A和348B，并且容许选择的气体经由焊炬气体导管349输送至焊炬本体360。如上下文描述的，多通阀346可设置在接纳装置340内，以选择性地容许通过端口345A,345B和处理气体通道348A,348B进入接纳装置的气体前进至焊炬的等离子仓室并且流动到其上。

在一些方面中，以上描述的等离子切割系统(例如，等离子电弧焊炬系统50)可用于在焊炬接纳装置(例如，接纳装置140)中的一组等离子气体(例如，预流气体和切割流气体)之间进行选择，该焊炬接纳装置将等离子电弧焊炬(例如，焊炬150)联接至焊炬引管(例如，焊炬引管管线120)，其中焊炬接纳装置140包括阀(例如，多通阀146)，该阀构造成在成组的等离子气体的气体之间操纵至等离子电弧焊炬的流体流(例如，通过在预流气体与切割流气体之间进行选择)。

在一些实施例中，示例性方法可包括通过联接至焊炬接纳装置的焊炬引管的第一导管(例如，第一处理气体通路124)供应预流等离子气体(例如，来自气体104)，预流等离子气体通过阀(例如，阀146)行进至等离子电弧焊炬。这可允许预流气体(诸如氮气)流动至焊炬(例如，流动至焊炬的等离子仓室)。

在一些情况下，方法可包括在存在预流等离子气体的情况下点燃等离子电弧焊炬内的等离子电弧。焊炬系统可检测或感测到点火发生并且等离子电弧形成在电极与焊炬的喷嘴之间。

在等离子电弧被点燃的情况下，方法可包括选择切割等离子气体(例如，来自气体106)。例如，切割等离子气体可通过激活阀以限制预流等离子气体向下游进一步流动至等离子电弧焊炬来选择。使阀激活还可容许切割等离子气体通过阀从焊炬引管的第二导管(例如，第二处理气体通路126)流动至等离子电弧焊炬。从预流气体切换到切割流气体可快速发生。由于接纳装置140定位成靠近焊炬，因而可快速实现提供至焊炬的气体的改变，例如，典型地比在气体流的改变在功率供应部处(例如，仅在歧管108处)被引导的情况下更快。这典型地是因为，如果气体在焊炬处或在焊炬附近切换，则引管管线的内容物在可实现气体变化之前不需要从引管管线并通过焊炬排出。如本文中论述的，在气体流方面的这种快速响应性可在制定(enacting)材料处理操作(诸如加速的关闭程序)的改变中为有用的。一些测试表明，气体斜降时间可使用本文中描述的系统和方法减少大约35毫秒到大约100毫秒。例如，选择切割等离子气体可将等离子电弧焊炬处的气体供应(例如，来自焊炬气体导管149)从第一导管的预流等离子气体在小于大约1秒内转换为第二导管的切割等离子气体。

在一些实施例中，方法可包括在等离子电弧焊炬上游的位置处将焊炬引管的第一导管排放至低于等离子仓室的压力的压力，诸如大气压，这可释放来自焊炬引管的预流等离子气体。在一些情况下，对焊炬引管的第一导管排放可包括打开焊炬引管附接至其的等离子切割系统功率供应部内的阀。例如，可打开功率供应部内的歧管108，以将第一处理气体通路124排放至大气压。在一些情况下，这可在阀阻止预流气体的流并且容许切割流气体流动至焊炬之后执行。

方法还可包括使用切割等离子气体来执行等离子切割操作。例如，一旦例如使用阀146将等离子气体从预流切换到切割流，焊炬便可使用切割流气体作为等离子气体来执行切割操作。

在一些实施例中，方法还可包括激活阀(例如，阀146)，以便限制切割等离子气体(例如，气体106)流进一步从第二导管(例如，第二处理气体通路126)向下游流至等离子电弧焊炬。使阀(例如，阀146)激活还可将剩余的切割等离子气体通过焊炬引管向上游排放，并且从等离子切割系统功率供应部内的歧管(例如，歧管108)排出，以减小等离子电弧焊炬中的压力。即，可切换阀，以阻止切割气体进一步行进至焊炬，同时可打开歧管108，使得存在于引管管线中的任何切割气体可从系统中排出。在一些实施例中，这可结合等离子电弧关闭程序来执行。在一些情况下，方法可包括在正好开始等离子电弧关闭程序之前或同时激活阀。

其它构造为可行的。除非另外规定，否则其它示例性实施例可包括来自以上描述的示例的一个或更多个特征或构件。例如，在一些实施例中，阀146可直接连接至排放部。例如，气体可在功率供应部处被改变或控制并且诸如经由端口145A和端口145B提供至接纳装置140，可例如排放至大气压。本文中描述的气体输送方法中的一个或更多个可使用这种构造通过在接纳装置处而不是在功率供应部处排放来执行。

在一些实施例中，等离子切割系统可构造成在焊炬处或在焊炬附近具有多个气体流引导阀。例如，参照图2，等离子切割系统可包括具有计量控制台的功率供应部200，该计量控制台提供一组气体供应部，其可包括保护气体供应部202、第一处理气体(例如，等离子气体(例如，预流等离子气体))204以及第二处理气体(例如，等离子气体(例如，切割流等离子气体))206。不同气体供应部的构造可基于期望的材料处理操作而变化。

类似于以上关于图1描述的示例，等离子切割系统可包括引管管线220，其包括保护气体通路222、第一处理气体通路224以及第二处理气体通路226。

用于控制气体的阀可设置在焊炬150中或设置在焊炬150上，或者设置在另一结构构件(诸如焊炬接纳装置240)内。在一些实施例中，多通阀(例如，三通阀)246可设置在焊炬本体160上或设置在焊炬本体160附近，以将期望的处理气体选择性地输送至焊炬，如以上描述的。此外，另一阀247可设置在焊炬处或在焊炬附近，诸如在多通阀246与焊炬本体160之间，以容许或阻止选择的处理气体流到焊炬上。如示出的，阀247也可流体地连接至排放部210。在使用期间，阀247可因此在转换期、启动或关闭程序期间使用，以便快速地排放焊炬上游的处理气体。即，依照本文中描述的方法中的一个或更多个，阀247可通过显著减少排放时间/气体压力衰减和焊炬150的等离子仓室中的气体的抽出来改进加速关闭程序。

虽然在本文中描述各种实施例，但是应当理解的是，它们仅通过示例的方式呈现和描述，并且不将在此呈现的权利要求限制于任何特定构造或结构构件。因此，优选实施例的广度和范围不应当通过以上描述的示例性结构或实施例中的任一个限制，而应当仅根据所附权利要求及其等同物来限定。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于将等离子电弧焊炬联接至等离子切割系统的焊炬引管并且用于使所述焊炬引管向上游排放的焊炬接纳装置，所述焊炬接纳装置包括：

本体，其具有定形成连接至所述焊炬引管的第一端部和定形成连接至所述等离子电弧焊炬的焊炬本体的第二端部；

成组的端口，其设置在所述本体的所述第一端部内，并且构造成流体地连接至设置在所述焊炬引管内的成组的流体导管；以及

多通阀，其设置在所述本体内，并且流体地连接至所述组的端口和形成在所述本体的所述第二端部中的焊炬气体导管，所述多通阀构造成：i)操纵所述本体的所述第一端部和所述第二端部之间的流体流，以从进入所述组的端口的初级气体中选择，ii)选择性地阻止进入所述本体的所述初级气体中的各个的流，以将选择的初级气体通过所述焊炬气体导管输送至所述焊炬本体，并且iii)将所述焊炬气体导管流体地连接至所述等离子切割系统的气体供应歧管。

2.根据权利要求1所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述本体由基本上绝缘的材料形成。

3.根据权利要求1所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述本体在所述第一端部与所述第二端部之间具有小于大约1英尺的长度。

4.根据权利要求1所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述多通阀为三通阀，其流体地联接至所述组的流体导管的第一导管、所述组的流体导管的第二导管以及所述焊炬气体导管，并且构造成从所述第一导管或所述第二导管中选择气体并容许所述选择的气体经由所述焊炬气体导管输送至所述焊炬本体。

5.根据权利要求1所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述本体限定基本上设置在所述本体内的成组的流体流动路径，以将所述多通阀流体地联接至所述焊炬引管内的所述流体导管。

6.根据权利要求1所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述多通阀定位成离所述等离子电弧焊炬的等离子仓室小于12英寸。

7.根据权利要求1所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述组的端口包括第一等离子气体端口和第二等离子气体端口，所述第一等离子气体端口构造成接收等离子预流气体，并且所述第二等离子气体端口构造成接收等离子切割流气体。

8.根据权利要求1所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述焊炬气体导管具有小于大约0.3立方英寸的体积。

9.根据权利要求8所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述焊炬气体导管具有小于大约0.2立方英寸的体积。

10.根据权利要求1所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述焊炬引管将所述组的导管中的至少一个流体地联接至排放的大气压。

11.根据权利要求10所述的焊炬接纳装置，其特征在于，由所述多通阀阻止进入所述焊炬气体导管的过量等离子气体通过所述焊炬引管向上游排放。

12.根据权利要求1所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述多通阀构造成在进入所述成组的端口的气体之间切换经由所述焊炬气体导管提供至所述焊炬本体的气体的供应。

13.根据权利要求1所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述组的端口包括保护气体端口，所述保护气体端口流体地连接至形成在所述本体的所述第一端部和所述本体的所述第二端部之间的保护气体导管。

14.一种操作等离子切割系统的方法，其通过在将等离子电弧焊炬联接至所述等离子切割系统的焊炬引管的焊炬接纳装置中的成组的等离子气体之间选择来进行，所述焊炬接纳装置具有阀，所述阀构造成，通过选择性地阻止所述气体中的各个的流穿过具有小于大约0.3立方英寸的体积的焊炬气体导管并且到所述等离子电弧焊炬上，来在所述组的等离子气体的所述气体之间操纵预流等离子气体和切割等离子气体的所述流，所述方法包括：

通过联接至所述焊炬接纳装置的所述焊炬引管的第一导管供应所述预流等离子气体，所述预流等离子气体通过所述阀行进至所述等离子电弧焊炬；

在存在所述预流等离子气体的情况下点燃所述等离子电弧焊炬内的等离子电弧；

通过激活所述阀以：i)阻止所述预流等离子气体进一步向下游流动至所述等离子电弧焊炬，并且ii)容许所述切割等离子气体通过所述阀从所述焊炬引管的第二导管流动至所述等离子电弧焊炬，来选择所述切割等离子气体；以及

使用所述切割等离子气体执行等离子切割操作。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，激活所述阀，以：i)阻止所述切割等离子气体从所述第二导管进一步向下游流动至所述等离子电弧焊炬，并且ii)通过所述焊炬引管向上游排放剩余的切割等离子气体并从所述等离子切割系统功率供应部内的所述歧管将其排放掉，以减小所述等离子电弧焊炬中的压力。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，开始等离子电弧关闭程序。

17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述等离子电弧焊炬上游的歧管处使所述焊炬引管的所述第一导管排放至大气压，以通过打开所述焊炬引管附接至其的等离子切割系统功率供应部内的阀来释放来自所述焊炬引管的所述预流等离子气体。

18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述焊炬接纳装置中的所述阀与所述等离子切割系统功率供应部内的所述歧管间的距离为至少大约2米。

19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，对所述切割等离子气体进行的所述选择在小于大约1秒内将所述等离子电弧焊炬处的气体供应从所述第一导管的所述预流等离子气体转换为所述第二导管的所述切割等离子气体。

20.一种用于通过等离子焊炬引管管线反向排放等离子气体的等离子电弧焊炬系统，所述系统包括：

等离子焊炬功率供应部，其包括：

成组的气体供应部，其包括第一等离子气体和第二等离子气体；

焊炬引管歧管，其用于将所述成组的气体供应部流体地连接至所述等离子焊炬引管管线；以及

排放阀，其用于将所述第一等离子气体和所述第二等离子气体中的至少一种排放至大气压；

等离子焊炬引管管线，其构造成联接至所述焊炬引管歧管，所述等离子焊炬引管管线限定成组的流体通路，以从所述等离子焊炬功率供应部传送所述第一等离子气体和所述第二等离子气体；以及

焊炬接纳装置，其用于将等离子电弧焊炬联接至所述等离子焊炬功率供应部，所述焊炬接纳装置包括：

本体，其具有联接至所述等离子焊炬引管管线的第一端部和定形成连接至所述等离子电弧焊炬的焊炬本体的第二端部；

成组的端口，其限定在所述本体的所述第一端部内，并且构造成流体地连接至所述等离子焊炬引管管线的所述成组的流体通路；以及

三通式多通阀，其设置在所述本体内，并且流体地连接至所述成组的端口，以流体地联接至所述等离子焊炬引管管线中的所述成组的流体通路中的第一通路和所述等离子焊炬引管管线中的所述成组的流体通路中的第二通路，并且流体地连接至形成在所述本体的所述第二端部中的焊炬气体导管，所述焊炬气体导管具有小于大约0.3立方英寸的体积，所述三通式多通阀构造成：i)操纵所述本体的所述第一端部和所述第二端部之间的流体流，以从进入所述成组的端口的初级气体中选择，并ii)选择性地阻止进入所述本体的所述初级气体中的各个的流，以将选择的初级气体通过所述焊炬气体导管从所述第一通路或所述第二通路输送至所述焊炬本体，并且iii)将所述焊炬气体导管流体地连接至所述等离子焊炬功率供应部的焊炬引管歧管。

Claims (20)

1.一种用于将等离子电弧焊炬联接至等离子切割系统的焊炬引管并且用于使所述焊炬引管向上游排放的焊炬接纳装置，所述焊炬接纳装置包括：

本体，其具有定形成连接至所述焊炬引管的第一端部和定形成连接至所述等离子电弧焊炬的焊炬本体的第二端部；

成组的端口，其设置在所述本体的所述第一端部内，并且构造成流体地连接至设置在所述焊炬引管内的成组的流体导管；以及

多通阀，其设置在所述本体内，并且流体地连接至所述组的端口和形成在所述本体的所述第二端部中的焊炬气体导管，所述多通阀构造成：i)操纵所述本体的所述第一端部和所述第二端部之间的流体流，以从进入所述组的端口的初级气体中选择，ii)将选择的初级气体通过所述焊炬气体导管输送至所述焊炬本体，并且iii)将所述焊炬气体导管流体地连接至所述等离子切割系统的气体供应歧管。

2.根据权利要求1所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述本体由基本上绝缘的材料形成。

3.根据权利要求1所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述本体在所述第一端部与所述第二端部之间具有小于大约1英尺的长度。

4.根据权利要求1所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述多通阀为三通阀，其流体地联接至所述组的流体导管的第一导管、所述组的流体导管的第二导管以及所述焊炬气体导管，并且构造成从所述第一导管或所述第二导管中选择气体并容许所述选择的气体经由所述焊炬气体导管输送至所述焊炬本体。

5.根据权利要求1所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述本体限定基本上设置在所述本体内的成组的流体流动路径，以将所述多通阀流体地联接至所述焊炬引管内的所述流体导管。

6.根据权利要求1所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述多通阀定位成离所述等离子电弧焊炬的等离子仓室小于12英寸。

7.根据权利要求1所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述组的端口包括第一等离子气体端口和第二等离子气体端口，所述第一等离子气体端口构造成接收等离子预流气体，并且所述第二等离子气体端口构造成接收等离子切割流气体。

8.根据权利要求1所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述焊炬气体导管具有小于大约0.3立方英寸的体积。

9.根据权利要求8所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述焊炬气体导管具有小于大约0.2立方英寸的体积。

10.根据权利要求1所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述焊炬引管将所述组的导管中的至少一个流体地联接至排放的大气压。

11.根据权利要求10所述的焊炬接纳装置，其特征在于，由所述多通阀阻止进入所述焊炬气体导管的过量等离子气体通过所述焊炬引管向上游排放。

12.根据权利要求1所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述多通阀构造成在进入所述成组的端口的气体之间切换经由所述焊炬气体导管提供至所述焊炬本体的气体的供应。

13.根据权利要求1所述的焊炬接纳装置，其特征在于，所述组的端口包括保护气体端口，所述保护气体端口流体地连接至形成在所述本体的所述第一端部和所述本体的所述第二端部之间的保护气体导管。

14.一种操作等离子切割系统的方法，其通过在将等离子电弧焊炬联接至所述等离子切割系统的焊炬引管的焊炬接纳装置中的成组的等离子气体之间选择来进行，所述焊炬接纳装置具有阀，所述阀构造成在所述组的等离子气体的所述气体之间操纵穿过具有小于大约0.3立方英寸的体积的焊炬气体导管并且到所述等离子电弧焊炬上的流体流，所述方法包括：

通过联接至所述焊炬接纳装置的所述焊炬引管的第一导管供应预流等离子气体，所述预流等离子气体通过所述阀行进至所述等离子电弧焊炬；

在存在所述预流等离子气体的情况下点燃所述等离子电弧焊炬内的等离子电弧；

通过激活所述阀以：i)限制所述预流等离子气体进一步向下游流动至所述等离子电弧焊炬，并且ii)容许所述切割等离子气体通过所述阀从所述焊炬引管的第二导管流动至所述等离子电弧焊炬，来选择切割等离子气体；以及

使用所述切割等离子气体执行等离子切割操作。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，激活所述阀，以：i)限制所述切割等离子气体从所述第二导管进一步向下游流动至所述等离子电弧焊炬，并且ii)通过所述焊炬引管向上游排放剩余的切割等离子气体并从所述等离子切割系统功率供应部内的所述歧管将其排放掉，以减小所述等离子电弧焊炬中的压力。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，开始等离子电弧关闭程序。

17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述等离子电弧焊炬上游的歧管处使所述焊炬引管的所述第一导管排放至大气压，以通过打开所述焊炬引管附接至其的等离子切割系统功率供应部内的阀来释放来自所述焊炬引管的所述预流等离子气体。

18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述焊炬接纳装置中的所述阀与所述等离子切割系统功率供应部内的所述歧管间的距离为至少大约2米。

19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，对所述切割等离子气体进行的所述选择在小于大约1秒内将所述等离子电弧焊炬处的气体供应从所述第一导管的所述预流等离子气体转换为所述第二导管的所述切割等离子气体。

20.一种用于通过等离子焊炬引管管线反向排放等离子气体的等离子电弧焊炬系统，所述系统包括：

等离子焊炬功率供应部，其包括：

成组的气体供应部，其包括第一等离子气体和第二等离子气体；

焊炬引管歧管，其用于将所述成组的气体供应部流体地连接至所述等离子焊炬引管管线；以及

排放阀，其用于将所述第一等离子气体和所述第二等离子气体中的至少一种排放至大气压；

等离子焊炬引管管线，其构造成联接至所述焊炬引管歧管，所述等离子焊炬引管管线限定成组的流体通路，以从所述等离子焊炬功率供应部传送所述第一等离子气体和所述第二等离子气体；以及

焊炬接纳装置，其用于将等离子电弧焊炬联接至所述等离子焊炬功率供应部，所述焊炬接纳装置包括：

本体，其具有联接至所述等离子焊炬引管管线的第一端部和定形成连接至所述等离子电弧焊炬的焊炬本体的第二端部；

成组的端口，其限定在所述本体的所述第一端部内，并且构造成流体地连接至所述等离子焊炬引管管线的所述成组的流体通路；以及

三通式多通阀，其设置在所述本体内，并且流体地连接至所述成组的端口，以流体地联接至所述等离子焊炬引管管线中的所述成组的流体通路中的第一通路和所述等离子焊炬引管管线中的所述成组的流体通路中的第二通路，并且流体地连接至形成在所述本体的所述第二端部中的焊炬气体导管，所述焊炬气体导管具有小于大约0.3立方英寸的体积，所述三通式多通阀构造成：i)操纵所述本体的所述第一端部和所述第二端部之间的流体流，以从进入所述成组的端口的初级气体中选择，并ii)将选择的初级气体通过所述焊炬气体导管从所述第一通路或所述第二通路输送至所述焊炬本体，并且iii)将所述焊炬气体导管流体地连接至所述等离子焊炬功率供应部的焊炬引管歧管。