CN109691239A

CN109691239A - 等离子体喷枪

Info

Publication number: CN109691239A
Application number: CN201780029650.0A
Authority: CN
Inventors: 黄元奎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2019-04-26
Also published as: KR101942019B1; WO2019054562A1

Abstract

本发明的目的在于提供与现有的等离子体喷枪相比其性能(切割力等)更加优秀的等离子体喷枪。适用本发明之实施例的等离子体喷枪的特征在于，在包括：主体部；以及，头部，结合到上述主体部；的等离子体喷枪中，上述头部，包括：电极，采用前端部扁平的乳头(Teat)形状；喷嘴，配置于上述电极的前方，前端部按照一定的曲率半径突出，内部采用与上述电极对应的形状；喷嘴固定盖，用于将上述喷嘴固定到上述主体部；以及，保护罩，配置于上述喷嘴的前方，内部按照一定的曲率半径凹陷。

Description

等离子体喷枪

技术领域

本文件所公开的技术涉及一种等离子体喷枪。

此外，本文件所公开的技术涉及于2016年03月31日向韩国专利局提出申请的专利申请第10-2016-0039359号以及于2016年07月13日向韩国专利局提出申请的专利申请第10-2016-0088844号。

背景技术

等离子体喷枪是一种用于生成高温等离子体射流的工具(Tool)，可作为对被切割材料(母材等)进行切割的用途使用。

通常，等离子体喷枪包括：主体部，用于提供工作气体、冷却流体、保护气体以及电能；以及，头部，结合到主体部，用于喷射等离子体射流以及保护气体。

此外，上述等离子体射流是通过由从主体部供应的工作气体(氩气、氢气以及氮气等)与在电极[-]和喷嘴[+]或电极[-]和被切割材料[+]之间产生的电弧(Arc)发生反应而生成。

因此，等离子体喷枪的性能(切割力等)在很大程度上取决于电极以及喷嘴的形态、工作气体的流速以及流量等。

图1中对现有的等离子体喷枪的头部1的内部结构进行了概要性图示。

如图1所示，现有的等离子体喷枪的头部1，包括：电极20，结合到冷却管10；旋流器30，用于对电极20进行围绕；喷嘴40，配置于电极20的前方；喷嘴固定盖50，用于将喷嘴40固定到主体部(未图示)；以及，保护罩60，用于喷射保护气体SG等。

在现有的等离子体喷枪的头部1生成等离子体射流PZ的过程如下所述。首先，当工作气体WG被供应到主体部(未图示)中时，所供应的工作气体WG将通过在旋流器30的周围倾斜穿孔形成的流入孔32流入到旋流器30的内周面与电极20的外周面之间的空间中，从而在使电极20高速旋转的同时向前方移动。

接下来在电位差的作用下，将在电极20与喷嘴40之间(Non-Transferred Type，非转移型)或在电极20与被加载电压的被切割材料CM之间(Transferred Type，转移型)之间发生放电[火花放电→电弧放电]并产生电弧(Arc)。

接下来，工作气体WG将在高速通过喷嘴40的过程中被电加热并转换成等离子体射流PZ。

此外，现有的等离子体喷枪为了能够生成锋利(Sharp)形态的等离子射流而将喷嘴的内部空间加工成圆锥形并将电极的前端部边缘加工成锥形(Taper)形态。

但是，因为现有的等离子体喷枪采用如上所述的喷嘴和电极形态，因此虽然能够生成锋利(Sharp)形态的等离子射流，但同时会因为在喷嘴和电机之间通过的工作气体的旋流(Swirling)不够流畅和强力而导致只能生成菱形形态的等离子体射流并因此无法在被切割材料上形成接近于直线(垂直)的切割面的问题。

(现有技术文献)

(专利文献)

专利文献1：KR10-1686540B1(2016年12月14日公告)

专利文献2：KR10-1671174B1(2016年11月03日公告)

专利文献3：KR10-1683663B1(2016年12月01日公告)

专利文献4：KR10-1781104B1(2017年09月18日公告)

发明内容

(发明所要解决的问题)

本发明的目的在于提供与现有的等离子体喷枪相比其性能(切割力等)更加优秀的等离子体喷枪。

尤其在于提供一种通过使工作气体在喷嘴和电极之间流畅且快速地发生旋流(Swirling)之后再对其进行喷射而生成接近于直线的等离子体射流的等离子体喷枪。

(解决问题所采用的措施)

适用本发明之实施例的等离子体喷枪的特征在于，在包括：主体部，用于提供工作气体、冷却流体、保护气体以及电能；以及，头部，结合到上述主体部，用于喷射等离子体射流以及保护气体；的等离子体喷枪中，上述头部，包括：电极，采用前端部扁平的乳头(Teat)形状；喷嘴，配置于上述电极的前方，前端部按照一定的曲率半径突出，内部采用与上述电极对应的形状；喷嘴固定盖，用于将上述喷嘴固定到上述主体部；以及，保护罩，配置于上述喷嘴的前方，内部按照一定的曲率半径凹陷。

此外，上述头部，还能够包括：场盖，配置于上述保护罩的前方，配备有可供等离子体射流通过的主孔以及沿着上述主孔的外侧周围形成的多个气体喷射孔。

此外，在上述喷嘴的孔口入口周围，能够形成用于对当工作气体在上述电极与上述喷嘴之间放电时所生成的火花进行诱导的凹槽。

此外，上述喷嘴，能够包括：喷嘴主体，内部采用与上述电极对应的形状；以及，喷嘴头，在上述喷嘴主体突出形成，外径小于上述喷嘴主体的外径，前端部按照一定的曲率半径突出。

此外，上述喷嘴固定盖，能够包括：固定盖头，采用具有与上述前端部相同的曲率半径的半球形碗(Bowl)状，在中央形成有用于对上述喷嘴头进行固定的固定孔；以及，固定盖主体，在上述固定盖头的下部延长形成，与上述主体部结合。

此外，上述保护罩，能够包括：保护罩头，内部按照一定的曲率半径凹陷；保护罩主体，采用圆筒形形态，在上述保护罩头的下部延长形成；以及，保护罩气密环，配置于上述保护罩主体的内侧，配备有可供保护气体移动的内部腔室以及沿着内周面的周围形成的多个旋流孔。

此外，上述主体部，能够包括：第1主体，配备有具有一定长度的冷却管以及对冷却管进行围绕并加载与上述电极相同极性的电压的连接管；旋流管，用于对上述连接管进行围绕，在一侧周围形成有可供工作气体流入的多个第1流入孔，而在另一侧周围形成有可供工作气体流入的多个第2流入孔，加载与上述电极相同极性的电压；以及，第2主体，结合到上述第1主体的一侧，配备有用于对上述旋流管进行收容的收容部以及可供冷却流体移动的内部腔室。

此外，在上述连接管的外周面，能够沿着长度方向以相同的间隔形成一定深度的凹槽。

此外，在上述第2主体的前端部，能够配备有隔断。

上述的实施例仅为本文件所公开的技术的一部分形态(Aspect)，其他的形态或特征将在“具体实施方式”中进行详细的说明。

(发明的效果)

适用本发明之实施例的等离子体喷枪具有如下所述的技术特征。

第一，能够通过利用磁场对工作气体的流速进行加速并利用旋流管对工作气体的流量进行增强而生成具有强大切割力的等离子体射流。

第二，能够通过使工作气体在电极和喷嘴之间流畅地发生旋流(Swirling)之后再对其进行喷射而生成可垂直形成被切割材料的切割面的直线形态的等离子体射流。

第三，能够通过配备场盖而减少因为从被切割材料崩出的副产物(铁水)而导致的头部的损伤。

第四，能够通过使保护气体以发生旋流(Swirling)的状态喷射而强力地对等离子体射流进行围绕并借此强化等离子体射流的直行性。

第五，能够通过将在电极和喷嘴之间生成的火花诱导至在喷嘴上形成的凹槽中而减少在长时间使用时的喷嘴的损伤。

附图说明

图2是适用本发明之实施例的等离子体喷枪300的分解斜视图。

图3是对适用本发明之实施例的等离子体喷枪300的内部结构进行图示的分解斜视图。

图4是对图2中的“A”部分进行放大的示意图。

图5是适用本发明之实施例的等离子体喷枪300的头部的分解斜视图。

图6中对场盖头292所喷射出的气体的形状进行了概要星图是。

图7是适用本发明之实施例的等离子体喷枪300的主体部100的分解斜视图。

图8是对图3中的“B”部分进行放大的示意图。

图9是对冷却流体CF在第2主体150中进出的状态进行概要性图示的示意图。

图10是电极210的分解斜视图。

图11是在现有的等离子体喷枪的头部1中所使用的电极20被使用之后的正面照片。

图12是在适用本发明之实施例的等离子体喷枪300中所使用的电极210被使用之后的正面照片。

(附图标记说明)

300：等离子体喷枪；200：头部；100：主体部；210：电极；110：第1主体；

230：喷嘴；112：冷却管；232：喷嘴头；114：连接管；234：喷嘴主体；

130：旋流管；250：喷嘴固定盖；150：第2主体；252：固定盖头；152：隔断；

254：固定盖主体；270：保护罩；272：保护罩头；274：保护罩主体；

276：保护罩气密环；290：场盖；292：场盖头；294：场盖主体；WG：工作气体；

PZ：等离子体射流；SG：保护气体；CM：被切割材料；CF：冷却流体；

1：现有的等离子体喷枪的头部；10：冷却管；40：喷嘴；20：电极；

50：喷嘴固定盖；30：旋流器；60：保护罩

具体实施方式

接下来，将结合附图对适用本发明之实施例的等离子体喷枪300进行详细的说明。

图2是适用本发明之实施例的等离子体喷枪300的分解斜视图。图3是对适用本发明之实施例的等离子体喷枪300的内部结构进行图示的分解斜视图。

如图2至图3所示，适用本发明之实施例的等离子体喷枪300包括主体部100以及头部200。

主体部100用于提供工作气体WG、冷却流体CF、保护气体SG以及电能。

头部200与现有的等离子体喷枪的头部1相同，包括电极210、喷嘴230、喷嘴固定盖250以及保护罩270，通过结合到主体部100而喷射等离子体射流PZ以及保护气体SG。

图4是对图2中的“A”部分进行放大的示意图，图5是适用本发明之实施例的等离子体喷枪300的头部的分解斜视图。

如图4至图5所示，头部200基本包括电极210、喷嘴230、喷嘴固定盖250以及保护罩270，还能够包括场盖290。

电极210为乳头(Teat)形状，电极210的前端部扁平形成。

喷嘴230配置于电极210的前方，前端部以按照一定的曲率半径突出的形态构成。此外，用于对电极210的头端部进行收容的喷嘴230的内部(空间)以与电极210对应的形状形成。

在如上所述的情况下，工作气体WG将在电极230和喷嘴210之间流畅地发生旋流之后再被喷射到外部，从而生成高能量密度的直线形态的等离子体射流PZ。当利用直线形态的等离子体射流PZ对被切割材料CM进行切割(或穿孔)时，能够保证被切割材料CM的切割面垂直(整齐)形成。

在与电极210相向的喷嘴230的孔口232a入口周围，能够形成用于对当工作气体WG在电极210与上述喷嘴230之间放电时所生成的火花进行诱导的凹槽232b。

通过试验可以发现，当在喷嘴230的孔口232a入口周围形成凹槽232b时，能够显著降低因为在放电时所生成的火花而导致的与电极210相向的喷嘴230的内部壁面受到损伤的现象。据估计，这是因为通过在凹槽232b的周围形成强电磁场，能够将火花诱导到凹槽232b中(参考专利申请第10-2016-0088844号)。

喷嘴固定盖250能够起到将喷嘴230固定到主体部100中的功能。

此外，喷嘴230能够包括：喷嘴主体234，内部采用与电极210对应的形状；以及，喷嘴头232，在喷嘴主体234的前方突出形成，外径小于喷嘴主体234的外径，前端部按照一定的曲率半径突出；而与其对应地，喷嘴固定盖250能够包括：固定盖头252，采用具有与喷嘴头232的前端部相同的曲率半径的半球形碗(Bowl)状，在中央形成有用于对喷嘴头232进行固定的固定孔；以及，固定盖主体254，在固定盖头252的下部延长形成，与主体部100结合。

在如上所述的情况下，能够将对喷嘴230的孔口232a入口进行围绕的壁面[在喷嘴230中生成最多热量的部分]的厚度最小化并在固定盖头252的内周面和喷嘴主体234的外周面之间形成空间，从而使冷却流体CF能够到达对孔口232a入口进行围绕的壁面。即，能够提升利用冷却流体CF对喷嘴230进行冷却的效果。

保护罩270配置于喷嘴230的前方，而用于对喷嘴230的前端部进行收容的保护罩270的内部(空间)以按照一定的曲率半径凹陷的形状形成。此时，保护罩270内部的曲率半径等于或略微大于喷嘴230前端部的曲率半径为宜。

保护罩270能够包括：保护罩头272，内部(空间)按照一定的曲率半径凹陷；保护罩主体274，采用圆筒形形态，在保护罩头272的下部延长形成；以及，保护罩气密环276，配置于保护罩主体274的内侧，配备有可供保护气体SG移动的内部腔室276a以及沿着内周面的周围倾斜穿孔形成的多个旋流孔276b。

在如上所述的情况下，保护气体SG将在保护罩270和电极230之间流畅地发生旋流之后再被喷射，从而强力地对等离子体射流PZ进行围绕并借此强化等离子体射流PZ的直行性。

保护罩头272、保护罩主体274以及保护罩密封环276也能够一体形成。

场盖290能够包括：场盖头292，配备有可供等离子体射流PZ通过的主孔292a以及沿着主孔292a的外侧周围形成的多个气体喷射孔292b；以及，场盖主体294，起到将场盖头292固定到主体部100中的功能。此外，场盖头292和场盖主体294

能够通过螺栓结合，也能够一体形成。

图6中对场盖头292所喷射出的气体的形状进行了概要星图是。

如图6所示，场盖290从主体部100接收保护气体SG的供应或从外部气罐(未图示)接收气体的供应，起到为了能够在利用等离子体射流PZ对被切割材料CM进行加工时避免从被切割材料CM崩出的副产物与头部200发生接触而通过喷射出气体[保护气体SG或空气]向斜线方向排出副产物的功能。

图7是适用本发明之实施例的等离子体喷枪300的主体部100的分解斜视图，图8是对图3中的“B”部分进行放大的示意图。

如图7至图8所示，主体部100包括第1主体110、旋流管130以及第2主体150。

第1主体100，配备有具有一定长度的冷却管112以及对冷却管进行围绕112并加载与电极210相同极性的电压[-]的连接管114。冷却管112的长度大于连接管114，连接管114的前端部与电极210结合。

旋流管130用于对连接管114进行围绕。在旋流管130的一侧周围形成有可供工作气体WG流入的多个第1流入孔130a，而在另一侧周围形成有可供工作气体WG流入的多个第2流入孔130b。此外，旋流管130加载与电极210相同极性的电压[-]。

此时，在连接管114的外周面和旋流管130的内周面之间形成可供工作气体WG移动的第1区域S1。

为了能够使工作气体WG在流入到第1区域S1之后在电极210的外周发生旋流而相对于旋流管130倾斜穿孔形成多个第1流入孔130a，同时为了能够使更多量的工作气体WG流入而沿着旋流管130的中心方向垂直穿孔形成多个第2流入孔130b为宜。

第2主体150，配备有用于对旋流管130进行收容的收容部150a以及可供冷却流体CF移动的内部腔室150b，结合到第1主体110的一侧。

此时，在旋流管130的外周面和收容部150a的壁面之间形成可供工作气体WG分路流动的第2区域S1。

如图8所示，当向连接管114以及旋流管130加载与电极210相同极性[-]的电压时，在连接管114以及旋流管130中将分别形成磁场，而各个磁场的电磁力将向第1区域S1的中心部产生作用。借此，在第1区域S1移动的具有导电性的工作气体WG将在两个磁场的作用下被箍缩(Pinch)，从而在与旋流管130的内壁以及连接管114的外壁分离的情况下发生移动并借此使移动速度进一步加快。

进而，从第1主体110供应过来的工作气体WG将分路移动到第1区域S1以及第2区域S2，如上所述，因为在第1区域S1中的工作气体WG的流速会受到磁场的影响而得到加速，因此会形成低于第2区域S2的气压。借此，在第2区域S2移动的工作气体WG将在气压差异的作用下被吸入到第1流入孔130a，而在第1区域S1移动的工作气体WG的流量将在第1流入孔130a的附近急剧增加。

此时，为了能够使在连接管114上生成的磁场的强度最大化，在连接管114的外周面沿着长度方向以相同的间隔形成一定深度的凹槽114a，从而使连接管114以与散热器类似的形状构成为宜。

此外，如图9所示，在第2主体150的前端部能够配备隔断152。隔断152起到防止从第2主体150的某一个腔室150b排出的冷却流体CF直接流入到位于邻近位置的另一个腔室150b中的阻隔壁的功能，从而使大量的冷却流体CF流入到保护罩270和喷嘴230之间。

此外，如图10所示，电极210包括在前端部形成有嵌入槽212a的电极主体212以及被插入到嵌入槽212a中的嵌块214，而在嵌入槽212a和嵌块214之间能够配备有在将嵌块214钎接(Braizing)到嵌入槽212a中时防止因为在嵌入槽212a的壁面上产生的气泡而导致嵌块214发生倾斜的固定用具216。按照技术惯例，电极主体212通常由银(Silver)材质制成而嵌块214通常由铪(Hafnium)材质制成，在将铪材质的嵌块214嵌入到主体电极212并进行钎接的过程中，可能会因为在银上产生的气泡而导致嵌块214发生倾斜，而当嵌块214发生倾斜时会导致喷嘴40寿命的缩短。

此外，嵌块214的下部能够为圆锥形态。当嵌块214的下部采用圆锥形态时，相对于圆柱形形态的嵌块214，能够实现嵌块214的电流通电面积增加15％以上的效果。

此外，在喷嘴固定盖250和喷嘴230之间能够介有O型环245以及喷嘴环240。上述喷嘴环240包括环状的主体以及沿着环状主体的周围按照一定的间隔形成的多个支撑杆，结合到喷嘴头232，使冷却流体CF与O型环245的一部分相接的方式形成可供冷却流体CF移动的流路。即，从外部流入到喷嘴环240的支脚之间的冷却流体CF将通过主体的贯通孔并达到O型环245。借此，能够减少因为过热而导致O型环245受到损伤的问题。

此外，图11是在现有的等离子体喷枪的头部1中所使用的电极20被使用之后的正面照片，图12是在适用本发明之实施例的等离子体喷枪300中所使用的电极210被使用之后的正面照片。

通过对图11以及图12进行比较可以发现，对于在适用本发明之实施例的等离子体2300中所使用的电极210，因为使工作气体WG在电极和喷嘴之间流畅地发生旋流(Swirling)之后再对其进行喷射，因此相对于在现有的等离子体喷枪的头部1中所使用的电极20，工作流体WG发生旋流的痕迹更加接近于圆形的漩涡形态，而且更加集中于中央(嵌块的周围)位置。

如上所述的适用本发明之实施例的等离子体喷枪300，能够由具有本发明所属技术领域之一般知识的人员在不脱离本发明之技术思想的范围内进行各种变形(应用)。

因此，在本文件中公开的技术的权利要求范围应以整个“专利内容”以及“附图”中的技术思想为背景做出宽泛的解释。

(产业上可利用性)

适用本发明之实施例的等离子体喷枪能够作为对铁板等进行切割的用途使用。

Claims

1.一种等离子体喷枪，其特征在于：

在包括：主体部，用于提供工作气体、冷却流体、保护气体以及电能；以及，头部，结合到上述主体部，用于喷射等离子体射流以及保护气体；中，

上述头部，包括：

电极，采用前端部扁平的乳头(Teat)形状；

喷嘴，配置于上述电极的前方，前端部按照一定的曲率半径突出，内部采用与上述电极对应的形状；

喷嘴固定盖，用于将上述喷嘴固定到上述主体部；以及，

保护罩，配置于上述喷嘴的前方，内部按照一定的曲率半径凹陷。

2.根据权利要求1所述的等离子体喷枪，其特征在于：

上述头部，包括：

场盖，配置于上述保护罩的前方，配备有可供等离子体射流通过的主孔以及沿着上述主孔的外侧周围形成的多个气体喷射孔；

上述场盖，

为了在利用等离子体射流对被切割材料进行加工时避免从被切割材料崩出的副产物与上述头部发生接触而通过喷射出气体排出副产物。

3.根据权利要求1所述的等离子体喷枪，其特征在于：

在上述喷嘴的孔口入口周围，形成用于对当工作气体在上述电极与上述喷嘴之间放电时所生成的火花进行诱导的凹槽。

4.根据权利要求1所述的等离子体喷枪，其特征在于：

上述喷嘴，包括：

喷嘴主体，内部采用与上述电极对应的形状；以及，

喷嘴头，在上述喷嘴主体突出形成，外径小于上述喷嘴主体的外径，前端部按照一定的曲率半径突出；

上述喷嘴固定盖，包括：

固定盖头，采用具有与上述前端部相同的曲率半径的半球形碗(Bowl)状，在中央形成有用于对上述喷嘴头进行固定的固定孔；以及，

固定盖主体，在上述固定盖头的下部延长形成，与上述主体部结合。

5.根据权利要求1所述的等离子体喷枪，其特征在于：

上述保护罩，包括：

保护罩头，内部按照一定的曲率半径凹陷；

保护罩主体，采用圆筒形形态，在上述保护罩头的下部延长形成；以及，

保护罩气密环，配置于上述保护罩主体的内侧，配备有可供保护气体移动的内部腔室以及沿着内周面的周围形成的多个旋流孔。

6.根据权利要求1所述的等离子体喷枪，其特征在于：

上述主体部，包括：

第1主体，配备有具有一定长度的冷却管以及对冷却管进行围绕并加载与上述电极相同极性的电压的连接管；

旋流管，用于对上述连接管进行围绕，在一侧周围形成有可供工作气体流入的多个第1流入孔，而在另一侧周围形成有可供工作气体流入的多个第2流入孔，加载与上述电极相同极性的电压；以及，

第2主体，结合到上述第1主体的一侧，配备有用于对上述旋流管进行收容的收容部以及可供冷却流体移动的内部腔室；

在上述连接管的外周面和上述旋流管的内周面之间形成可供工作气体移动的第1区域，

在上述旋流管的外周面和上述收容部的壁面之间形成可供工作气体分路流动的第2区域。

7.根据权利要求6所述的等离子体喷枪，其特征在于：

在上述连接管的外周面，沿着长度方向以相同的间隔形成一定深度的凹槽。

8.根据权利要求6所述的等离子体喷枪，其特征在于：

在上述第2主体的前端部配备有隔断。

9.根据权利要求1所述的等离子体喷枪，其特征在于：

上述电极包括在前端部形成有嵌入槽的电极主体以及被插入到上述嵌入槽中的嵌块，

而在上述嵌入槽和上述嵌块之间配备有在将上述嵌块钎接(Braizing)到嵌入槽中时防止上述嵌块发生倾斜的固定用具。

10.根据权利要求2所述的等离子体喷枪，其特征在于：

上述嵌块的下部为圆锥形态。

11.根据权利要求4所述的等离子体喷枪，其特征在于：

在上述喷嘴固定盖和上述喷嘴之间介有O型环以及喷嘴环，

上述喷嘴环包括环状的主体以及沿着上述主体的周围按照一定的间隔形成的多个支撑杆，结合到上述喷嘴头，

使冷却流体与上述O型环相接。