CN110291846A - 等离子体电弧炬的不对称消耗品 - Google Patents

Abstract

提供了一种等离子体电弧炬的炬尖端组件，用于在刨削操作中递送扩散的等离子体电弧流。该组件包括喷嘴，该喷嘴包括喷嘴主体，喷嘴主体限定在近端与远端之间延伸的中心纵向轴线。喷嘴主体的喷嘴出孔限定了至少一个内孔，内孔用于穿过其中传导等离子体电弧。该组件还包括埋头内孔特征，该埋头内孔特征相对于喷嘴主体的远端设置，流体连接到内孔并相对于内孔位于远侧。内孔或埋头内孔特征中的至少一者在垂直于纵向轴线的平面中具有非圆形横截面形状。非圆形横截面形状被配置为在等离子体电弧中实现扩散等离子体电弧的第二非圆形横截面形状。

Description

等离子体电弧炬的不对称消耗品

技术领域

本发明总体上涉及等离子体电弧炬的炬尖端组件，其包括具有非圆形横截面的至少一个内孔或埋头内孔特征。

背景技术

热加工炬，诸如等离子体电弧炬，广泛用于材料的加热、切割、刨削和标记。等离子体电弧炬通常包括电极、安装在炬主体内具有中央出孔的喷嘴、电连接件、冷却通路和电弧控制流体(例如等离子体气体)通路。可选地，涡流环用于控制形成在电极与喷嘴之间的等离子体腔室中的流体流动模式。在一些炬中，保持帽可用于保持等离子体电弧炬中的喷嘴和/或涡流环。在操作中，炬产生等离子体电弧，等离子体电弧是电离气体的收缩射流，具有高温和足够的动量来帮助移除熔融金属。

许多材料加工应用和产品经常需要对传导性(例如金属)材料进行刨削。这些刨削通常通过将材料移除至某一期望深度而在工件中形成槽/通道。刨削工艺也可用于移除含有已知工艺缺陷或断裂的焊缝。在当今使用具有圆形内孔的典型等离子体电弧炬的刨削操作中，刨削的宽度受到等离子体加工的限制，诸如受到间隙、安培数和加工速度的限制。因此，为了制造更宽的刨槽，传统的等离子体电弧炬需要多次经过工件，以基本上形成一系列具有相似深度的连接的通道。此外，一些操作者和系统在刨削加工期间振荡炬，以加宽受影响区域，同时保持深度控制。然而，重复的炬经过和/或炬振荡可能产生不一致的表面纹理(例如，圆齿状和/或肋状特征)，需要熟练的操作者和/或复杂的机械来实现，并且是耗时的。尽管自动炬振荡可以最小化表面纹理变化，但它会大大增加加工时间，因为通常需要高的振荡与低线性行进速度比来避免变化。

因此，需要设计炬和炬消耗品，它们能够在炬单次经过工件和/或没有炬振荡的情况下，在工件中产生宽的刨削轮廓(例如，宽度明显大于深度)。

发明内容

本发明提供了一种炬尖端组件设计，其允许通过单次经过的刨削操作和/或没有振荡地在工件中产生刨削轮廓，该刨削轮廓的宽度比其深度宽得多(例如，大于大约3比1的比)。炬尖端组件可以包括定位在特定定向的非圆形内孔和/或非圆形埋头内孔特征，以获得期望的刨削轮廓。

在一个方面，提供了一种等离子体电弧炬的炬尖端组件，用于将扩散的等离子体电弧流递送到工件以执行刨削操作。该组件包括喷嘴，该喷嘴包括(i)喷嘴主体，喷嘴主体限定在近端与远端之间延伸的中心纵向轴线，和(ii)位于喷嘴主体的远端处的喷嘴出孔。喷嘴出孔限定了至少一个内孔，用于穿过其中传导等离子体电弧。该组件还包括埋头内孔特征，该埋头内孔特征相对于喷嘴主体的远端设置，流体连接到内孔并相对于内孔位于远侧。内孔或埋头内孔特征中的至少一者在垂直于纵向轴线的平面中具有非圆形横截面形状。非圆形横截面形状被配置成在等离子体电弧中实现适于扩散等离子体电弧的第二非圆形横截面形状。

在一些实施例中，平面由彼此垂直的第一横向轴线和第二横向轴线限定。扩散的等离子体电弧的第二非圆形横截面形状具有的沿着第一横向轴线的第一长度不同于沿着第二横向轴线的第二长度。在一些实施例中，等离子体电弧的第二非圆形横截面形状是椭圆形的。等离子体电弧的椭圆形截面形状的长轴线可以基本上垂直于工件中的刨削路径的方向定向。

在另一方面，提供了一种等离子体电弧炬的炬尖端组件，用于将扩散的等离子体电弧流递送到工件以执行刨削操作。该组件包括喷嘴，该喷嘴包括(i)喷嘴主体，其限定在近端与远端之间延伸的中心纵向轴线，和(ii)位于喷嘴主体的远端处的喷嘴出孔。喷嘴出孔限定了至少一个内孔，用于穿过其中传导等离子体电弧。该组件还包括屏蔽件，屏蔽件具有屏蔽件出孔，该屏蔽件出孔限定至少一个埋头内孔特征，该埋头内孔特征流体连接到喷嘴的内孔并相对于内孔位于远侧。内孔或埋头内孔特征中的至少一者在垂直于纵向轴线的平面中具有非圆形横截面形状。非圆形横截面形状被配置成在等离子体电弧中实现扩散等离子体电弧的第二非圆形横截面形状。

在一些实施例中，平面由彼此垂直的第一横向轴线和第二横向轴线限定。扩散的等离子体电弧的第二非圆形横截面形状具有的沿着第一横向轴线的第一长度不同于沿着第二横向轴线的第二长度。

在又一方面，提供了一种等离子体电弧炬的炬尖端组件，用于将扩散的等离子体电弧流递送到工件以执行刨削操作。该组件包括喷嘴，该喷嘴包括(i)喷嘴主体，其限定在近端与远端之间延伸的中心纵向轴线，和(ii)位于喷嘴主体的远端处的喷嘴出孔。该组件还包括由喷嘴出孔限定的内孔，用于穿过其中传导等离子体电弧。内孔在垂直于纵向轴线的平面内具有非圆形横截面形状，其中该平面由彼此垂直的第一横向轴线和第二横向轴线限定。内孔的非圆形横截面形状具有的沿着第一横向轴线的第一长度不同于沿着第二横向轴线的第二长度。该组件还包括相对于喷嘴主体的远端设置的埋头内孔特征，该埋头内孔特征流体连接到内孔并相对于内孔位于远侧。埋头内孔特征在平面中具有第二非圆形横截面形状，使得第二非圆形横截面形状沿着平面的第一横向轴线的第一长度不同于第二非圆形横截面形状沿着平面的第二横向轴线的第二长度。

在一些实施例中，内孔和埋头内孔适于产生具有第三非圆形横截面形状的扩散的等离子体电弧。扩散的等离子体电弧的第三非圆形横截面形状具有的沿着第一横向轴线的第一长度不同于沿着第二横向轴线的第二长度。

上述方面中的任何方面都可以包括一个或多个以下特征。在一些实施例中，由喷嘴出孔限定的埋头内孔特征设置在喷嘴中。在一些实施例中，埋头内孔特征设置在连接到喷嘴的屏蔽件上，并由屏蔽件的屏蔽件出孔限定。内孔或埋头内孔特征中的至少一者可以相对于纵向轴线定位在特定的径向定向，用于定向非圆形横截面形状以导向地分散等离子体电弧。喷嘴或屏蔽件中的至少一者可以包括分度固定（clocking）特征，用于将内孔或埋头内孔特征定位和固定在特定的径向定向。

在一些实施例中，埋头内孔特征是埋头锥孔。在一些实施例中，埋头内孔特征是埋头柱孔。在一些实施例中，埋头内孔特征具有比内孔更大的横截面面积。

在一些实施例中，内孔或埋头内孔特征之一在平面中具有圆形横截面形状。在一些实施例中，非圆形横截面形状是椭圆形、梯形、三角形、三叶形、狭槽或矩形之一。在一些实施例中，平面由彼此垂直的第一横向轴线和第二横向轴线限定。非圆形横截面形状具有的沿着第一横向轴线的第一长度不同于沿着第二横向轴线的第二长度。

在一些实施例中，喷嘴还限定了围绕内孔设置的气体通路组。该气体通路组可以围绕内孔以非圆形图案设置。在一些实施例中，等离子体电弧适于在工件中形成宽深比大于3比1的刨削轮廓。

在一个方面，提供了一种消耗品组，其可用于等离子体电弧炬中，以将等离子体电弧导向至工件的加工表面。消耗品组包括喷嘴，该喷嘴具有： 1)喷嘴主体，其限定延伸穿过其中的纵向轴线，和2)喷嘴出孔，其设置在喷嘴主体中用于收缩等离子体电弧。喷嘴出孔限定了相对于纵向轴线以非零角度定向的出孔轴线。消耗品组还包括大致平行于出孔轴线的对准表面。对准表面的尺寸被设计成对准出孔，使得等离子体电弧正交地撞击在加工表面上。

在一些实施例中，对准表面被配置成至少基本齐平地抵靠相对于工件的加工表面成角度的引导表面放置。引导表面可以是可附连到工件或等离子体电弧炬的模板的一部分。在一些实施例中，对准表面平行于出孔轴线。对准表面也可以在与出孔轴线平行的大约10度内。

在一些实施例中，消耗品组还包括相对于(第一)对准表面成角度的第二对准表面。第二对准表面与该对准表面合作，对准等离子体电弧，以正交地撞击在加工表面上。消耗品组还可以包括用于使对准表面与第二对准表面互连的弯曲表面。第二对准表面可以被配置成接触加工表面。对准表面或第二对准表面中的至少一者可以位于喷嘴的外表面上。

在一些实施例中，消耗品组包括相对于对准表面和第二对准表面成角度的第三对准表面。第三对准表面与该对准表面和第二对准表面合作，对准等离子体电弧以正交地撞击在加工表面上。第三对准表面可以被配置成接触相对于引导表面和工件的加工表面成角度的第二引导表面。

在一些实施例中，消耗品组还包括屏蔽件，屏蔽件具有对准表面、第二对准表面或第三对准表面中的至少一者。

在一些实施例中，对准表面包括倒圆部分。喷嘴出孔可以沿着出孔轴线限定内部开口和外部开口。对于这种配置，从由对准表面的倒圆部分限定的几何弧上的第一点到喷嘴出孔的外部开口的中心的距离至少基本上等于从对准表面的倒圆部分的几何弧上的第二点到喷嘴出孔的外部开口的中心的距离。喷嘴出孔的外部开口的中心距对准表面可以小于约0.25英寸。喷嘴出孔的外部开口可以位于相对于对准表面成角度的第二对准表面上。

在一些实施例中，喷嘴出孔是弯曲的或直的。在一些实施例中，喷嘴或对准表面涂覆有电绝缘材料。在一些实施例中，等离子体电弧炬是手持式等离子体电弧炬。

在另一方面，提供了一种用于等离子体电弧炬的喷嘴。喷嘴包括喷嘴主体，该喷嘴主体具有1)延伸穿过喷嘴主体的纵向轴线，2)大致围绕纵向轴线旋转对称的内部结构，以及3)围绕纵向轴线旋转不对称的外部结构。喷嘴包括在喷嘴主体的内部结构与外部结构之间穿过的出孔，用于通过出孔收缩等离子体电弧。出孔围绕纵向轴线旋转不对称。喷嘴还包括位于喷嘴主体的外部结构上的对准表面，用于将等离子体电弧引导至工件的加工表面的位置。

在一些实施例中，喷嘴的出孔限定了大致平行于对准表面的出孔轴线。在一些实施例中，出孔轴线相对于延伸穿过喷嘴主体的纵向轴线以非零角度定向。

在一些实施例中，喷嘴还包括位于喷嘴主体的外部结构上的第二对准表面。第二对准表面适于接触工件的加工表面。

在一些实施例中，喷嘴的对准表面适于接触引导表面，引导表面引导等离子体电弧以撞击在加工表面上。工件的加工表面可以与引导表面相对地成角度。例如，加工表面与引导表面可以彼此垂直，并且等离子体电弧可以正交地撞击在加工表面上。在一些实施例中，对准表面包括倒圆部分。

在另一方面，提供了一种用于手持式等离子体电弧炬的炬尖端。炬尖端包括用于产生等离子体电弧的喷嘴。喷嘴可以包括喷嘴主体。炬尖端还包括位于喷嘴主体中的等离子体电弧出孔，用于收缩等离子体电弧。等离子体电弧出孔限定了出孔轴线。炬尖端还包括由与出孔轴线相交的平面分割的第一部分和第二部分。第一部分具有的体积小于第二部分。炬尖端还包括位于炬尖端的第一部分的外表面上的对准表面，以引导等离子体电弧正交地撞击在工件的加工表面上。出孔轴线与对准表面之间的距离可以小于0.5英寸、小于0.25英寸或小于0.125英寸。

在一些实施例中，出孔轴线与延伸穿过喷嘴主体的纵向轴线成非零角度定位。

在一些实施例中，炬尖端包括位于炬尖端的第二部分的外表面上的第二对准表面。第二对准表面被配置成接触工件的加工表面。在一些实施例中，炬尖端的第一部分约为第二部分的体积的1/3或更小。

在另一方面，提供了一种制造消耗品组的方法，该消耗品组可用于等离子体电弧炬，用于将等离子体电弧导向至工件的加工表面。该方法包括制作喷嘴主体，喷嘴主体具有延伸穿过其中的纵向轴线，并且在喷嘴主体中形成相对于喷嘴主体的纵向轴线以非零角度定向的喷嘴出孔。喷嘴出孔的尺寸被设计成收缩通过其中的等离子体电弧。该方法还包括将对准表面定位在喷嘴主体上，该对准表面大致平行于喷嘴出孔轴线。对准表面的尺寸被设计成对准离开喷嘴出孔的等离子体电弧，以正交地撞击在加工表面上。

在一些实施例中，该方法还包括制作屏蔽件，该屏蔽件包括： 1)对准表面和2)与喷嘴出孔共面的屏蔽件出孔，用于递送等离子体电弧以撞击在工件的加工表面上。

本技术的系统和方法能够一致地产生高品质的斜角切割，尤其是拖曳切割过各种距离。当进行这种斜角切割时，炬不必保持在固定的角度，从而减少切割不一致和对熟练操作者、（多个）昂贵的辅助工具(例如机械化工具)和/或二次精整作业的需求。这些系统和方法也使得使用模板进行斜角切割成为可能。

在另一个方面，提供了一种消耗品组，其可用于等离子体电弧炬中，以将等离子体电弧导向至工件的加工表面。消耗品组包括喷嘴和对准表面。该喷嘴包括： 1)喷嘴主体，其限定延伸穿过其中的纵向轴线，和2)喷嘴出孔，其设置在喷嘴主体中用于收缩等离子体电弧。喷嘴出孔限定相对于纵向轴线以非零斜角定向的出孔轴线。对准表面位于喷嘴的外表面上，并且大致平行于纵向轴线并且基本上是平面的。对准表面的尺寸被设计成使喷嘴出孔定向为使得等离子体电弧以斜角撞击在工件的加工表面上，同时等离子体电弧炬基本上垂直于加工表面定位。

在一些实施例中，消耗品组包括位于喷嘴的外表面上并基本垂直于对准表面的第二对准表面。第二对准表面与(第一)对准表面合作，对准等离子体电弧以撞击在加工表面上。第二对准表面可以被配置成接触工件的加工表面。例如，第二对准表面可以被定向成在垂直于纵向轴线的工件的加工表面上基本上平行地放置。消耗品组还可以包括喷嘴的弯曲外表面，用于将对准表面与第二对准表面互连。在一些实施例中，消耗品组还包括屏蔽件，屏蔽件包括对准表面或第二对准表面中的至少一者。

在一些实施例中，对准表面被配置成滑动地接触模板的引导表面，模板可附连到工件或等离子体电弧炬。例如，对准表面可以至少基本平齐地抵靠模板的引导表面放置。对准表面可以包括轴承组，该轴承组联接到对准表面以滑动地接触引导表面。

在一些实施例中，斜角相对于纵向轴线在大约20度至60度之间。例如，斜角相对于纵向轴线可以是大约22.5度、37.5度或45度。

在一些实施例中，喷嘴出孔沿出孔轴线限定内部开口和外部开口。喷嘴出孔的外部开口的中心距对准表面可以小于约0.25英寸。喷嘴出孔的外部开口可以位于第二对准表面上。

在一些实施例中，喷嘴或对准表面涂覆有电绝缘材料。

在一些实施例中，等离子体电弧炬是手持式等离子体电弧炬。

在一些实施例中，大致平行于纵向轴线的对准表面包括与纵向轴线平行约10度内的对准表面。

在另一方面，提供了一种制造用于等离子体电弧炬的消耗品组的方法，消耗品组能够将等离子体电弧导向工件的加工表面。该方法包括制作喷嘴主体，喷嘴主体具有延伸穿过其中的纵向轴线。该方法还包括在喷嘴主体中形成喷嘴出孔，该喷嘴出孔相对于喷嘴主体的纵向轴线以非零斜角定向。喷嘴出孔的尺寸被设计成收缩通过其中的等离子体电弧。该方法还包括在喷嘴主体上定位对准表面，其中对准表面大致平行于纵向轴线。对准表面的尺寸被设计成对准离开喷嘴出孔的等离子体电弧，以斜角撞击在工件的加工表面上，同时等离子体电弧炬被定向成基本上垂直于加工表面。

在一些实施例中，该方法还包括制作屏蔽件，该屏蔽件包括： 1)对准表面和2)与喷嘴出孔共面的屏蔽件出孔，用于递送等离子体电弧以撞击在加工表面上。该方法还可以包括制作对准表面以滑动地接触模板的引导表面。

该方法还可以包括将第二对准表面基本垂直于对准表面定位在喷嘴的外表面上。喷嘴出孔的外部开口可以位于第二对准表面上。

在一些实施例中，斜角相对于纵向轴线在大约20度至60度之间。

在又一方面，提供了一种用于手动等离子体电弧炬的喷嘴。喷嘴包括喷嘴主体、出孔和基本平面的对准表面。喷嘴主体包括1)延伸穿过喷嘴主体的纵向轴线，2)围绕纵向轴线大致旋转对称的内部结构，以及2)围绕纵向轴线设置的外部结构。出孔在喷嘴主体的内部结构与外部结构之间延伸，用于收缩等离子体电弧。出孔围绕纵向轴线旋转不对称，并且相对于纵向轴线以非零斜角限定出孔轴线。对准表面位于喷嘴主体的外部结构上，用于相对于工件的加工表面定向出孔轴线。

在一些实施例中，对准表面大致平行于纵向轴线。在一些实施例中，对准表面适于接触模板的引导表面，该模板被配置为引导等离子体电弧撞击在工件的加工表面上。加工表面和引导表面可以相对于彼此基本垂直地定向，以合作地引导等离子体电弧以斜角撞击在加工表面上。

在一些实施例中，喷嘴还包括位于喷嘴主体外部结构上的第二对准表面。第二对准表面适于接触加工表面。第二对准表面可以大致垂直于纵向轴线。

在又一方面，本发明的喷嘴和/或屏蔽件在操作之间被分度固定(例如，进行调节，然后被锁定在关于其它消耗品和/或相对于炬的位置)。例如，喷嘴和/或屏蔽件可以具有将被分度固定到的一组预定定向(例如，30度增量)，使得这些消耗品相对于炬(例如，炬手柄、触发器、操作者接口等)以特定角度定向。喷嘴和/或屏蔽件可以是不对称的。

在一些实施例中，提供了可用于等离子体电弧炬中的消耗品组，用以将等离子体电弧导向至工件的加工表面。等离子体电弧炬限定了炬主体。消耗品组包括喷嘴，该喷嘴包括： 1)喷嘴主体，其限定延伸穿过其中的纵向轴线，和2)喷嘴出孔，其设置在喷嘴主体中用于收缩等离子体电弧。喷嘴出孔限定了相对于纵向轴线以非零角度定向的出孔轴线。消耗品组还包括对准表面，该对准表面的尺寸被设计成对准出孔，使得等离子体电弧以斜角或直角之一撞击在工件的加工表面上。对准表面被配置成至少基本平齐地抵靠相对于工件的加工表面成角度的引导表面放置。消耗品组还包括分度固定元件，该分度固定元件被配置为在将喷嘴相对于炬主体定向在选定的角度以便于以斜角或直角撞击的同时将喷嘴附连到炬主体。

在另一方面，提供了一种用于等离子体电弧炬的消耗品组。等离子体电弧炬和消耗品组限定了延伸穿过其中的纵向轴线。消耗品组包括消耗尖端，消耗尖端被配置成将等离子体电弧导向工件。消耗尖端可沿纵向轴线对准，并包括多个消耗部件，消耗部件中的至少一个包括相对于纵向轴线不对称地设置在消耗尖端中的不对称特征。消耗品组还包括用于将消耗尖端联接到炬主体的安装元件。安装元件被配置为相对于炬主体轴向固定消耗尖端，同时在组装期间允许消耗尖端相对于纵向轴线独立旋转。独立旋转允许消耗尖端相对于纵向轴线定位在特定的径向定向。安装元件还被配置为相对于炬主体轴向和径向地固定消耗尖端，使得不对称特征在固定之后相对于纵向轴线锁定在特定的径向定向。

在一些实施例中，消耗尖端的多个消耗部件包括喷嘴和屏蔽件。消耗尖端可以进一步包括锁定元件，锁定元件被配置为使多个消耗部件中的至少两个相对于彼此径向附接。多个消耗部件和锁定元件可以包括互补特征，互补特征被配置成相互配合以定向不对称特征。在一些实施例中，互补特征包括设置在消耗部件中每一个和锁定元件的圆周部段上的平坦表面。在一些实施例中，多个消耗部件中的每一个包括相对于纵向轴线不对称设置的不对称特征，并且锁定元件保持不对称特征之间的径向和轴向对准。在一些实施例中，喷嘴包括不对称的喷嘴出孔，并且屏蔽件包括不对称的屏蔽件出孔，并且锁定元件被配置成保持喷嘴出孔和屏蔽件出孔之间的径向和轴向对准。

在一些实施例中，不对称特征限定了相对于纵向轴线以非零角度定向的轴线。在一些实施例中，不对称特征限定了围绕纵向轴线不对称的横截面。

在一些实施例中，消耗品组还包括消耗体，该消耗体包括至少一个电极和联接到炬主体的等离子体加工接口。安装元件被配置成经由与等离子体加工接口的固定接合将消耗体和消耗尖端保持到炬主体，以实现固定。

在一些实施例中，消耗品组还包括推出器特征，推出器特征连接到安装元件，被配置为将消耗体和消耗尖端从等离子体加工接口脱离。

在一些实施例中，安装元件包括近端，该近端被配置成在固定之后固定地接合等离子体加工接口。在一些实施例中，在与等离子体加工接口固定接合之前的组装期间，安装元件相对于炬主体和消耗尖端是可旋转的或可平移中的至少一种。

在一些实施例中，安装元件与等离子体加工接口在近端处的固定接合导致安装元件向安装元件的远端处的消耗尖端上施加摩擦力，从而导致安装元件在远端处与消耗尖端固定接合，使得消耗尖端的不对称特征在固定之后相对于纵向轴线锁定在特定的径向定向。在一些实施例中，安装元件与等离子体加工接口在近端处的固定接合将消耗体锁定在相对于纵向轴线的特定的径向定向上。

在另一方面，提供了一种用于组装等离子体电弧炬的至少一部分的方法。等离子体电弧炬限定了延伸穿过其中的纵向轴线。该方法包括将安装元件的近端松动地接合到炬主体。安装元件的远端轴向固定消耗尖端，同时允许消耗尖端相对于安装元件独立旋转。消耗尖端具有多个消耗部件，并且多个消耗部件中的至少一个包括不对称特征，该不对称特征相对于纵向轴线不对称地设置在消耗尖端中。该方法还包括围绕纵向轴线相对于安装元件定向消耗尖端，以实现不对称特征相对于纵向轴线的特定的径向定向。该方法还包括将安装元件固定地接合到炬主体。这种固定接合在安装元件与消耗尖端之间施加摩擦力，以将消耗尖端轴向和径向地固定到炬主体，使得炬尖端的不对称特征在固定接合之后相对于等离子体电弧炬的纵向轴线锁定在特定的径向定向。

在一些实施例中，该方法还包括通过将多个消耗部件彼此固定地锁定来组装具有多个消耗部件的消耗尖端。在一些实施例中，组装消耗尖端还包括将多个消耗部件的一个或多个互补特征彼此对准和相互配合，以定向不对称特征。消耗尖端的多个消耗部件可以包括喷嘴和屏蔽件。

在一些实施例中，该方法还包括将消耗尖端连接到安装元件，使得安装元件轴向地固定消耗尖端，同时允许消耗尖端在固定接合之前相对于安装元件独立旋转。在一些实施例中，该方法还包括在安装主体至炬主体的固定接合之前，相对于消耗尖端或炬主体旋转或平移安装元件。

在一些实施例中，安装元件至炬主体的固定接合将消耗体和消耗尖端保持到炬主体上。在一些实施例中，该方法还包括在将安装元件固定接合到炬主体上时，相对于等离子体电弧炬的纵向轴线以特定的径向定向将消耗体锁定到炬主体上。

还应该理解，本发明的各个方面和实施例可以以各种方式组合。基于本说明书的教导，本领域普通技术人员可以容易地确定如何组合这些不同的实施例。例如，在一些实施例中，上述方面中的任何方面可以包括一个或多个上述特征。本发明的一个实施例可以提供所有上述特征和优点。

附图说明

通过结合附图参考以下描述，可以更好地理解上述本发明的优点以及其它优点。图不一定按比例绘制，相反，重点通常放在说明本发明的原理上。

图1示出了用于切割工件的示例性等离子体电弧炬。

图2A和2B示出了图1的示例性喷嘴配置的各种透视图。

图3示出了图2A和2B的示例性喷嘴的另一个透视图。

图4示出了图2A和2B的喷嘴的示例性对准表面。

图5A-5C示出了另一个示例性喷嘴配置的各种透视图。

图6示出了用于切割工件的另一个示例性等离子体电弧炬。

图7A和7B示出了图6的示例性喷嘴配置的各种透视图。

图8示出了图7A和7B的示例性喷嘴的另一个透视图。

图9示出了另一个示例性喷嘴配置。

图10总体上描绘了等离子体电弧炬的示例性消耗品组，其具有多个接口，接口被配置成在特定的径向定向上联接消耗品以支持不对称炬特征。

图11示出了包括图10的用于定向不对称炬特征的元件的示例性等离子体电弧炬。

图12示出了具有不对称特征的示例性消耗品盒的截面图，该不对称特征需要相对于图10的等离子体加工接口的分度固定的径向定向。

图13示出了图12的盒的盒框架的近端的视图。

图14示出了图10的等离子体加工接口的示例性设计，其包括对应于图13的盒框架的近端处的开口的各种电、气体和液体开口。

图15示出了在图11的等离子体电弧炬中实现的图10的消耗尖端的示例性设计。

图16a和16b分别示出了示例性不对称喷嘴的俯视图和剖视图，该不对称喷嘴可用作图10的消耗尖端来执行切割或刨削操作。

图17示出了完全组装的图11的等离子体电弧炬的等距视图。

图18示出了用于将图10的消耗品组组装到炬主体的示例性过程。

图19a-19c示出了用于产生表1所示刨削轮廓特性的各种配置的喷嘴。

具体实施方式

图1示出了根据本技术的一些实施例的用于切割工件的示例性等离子体电弧炬200。等离子体电弧炬200包括炬主体202和炬尖端204。炬尖端204包括多种消耗品，例如电极205、喷嘴210、保持帽215和涡流环220。炬尖端204还可以包括屏蔽件(未示出)。炬主体202（其具有大致圆柱形形状），支持电极205和喷嘴210。喷嘴210与电极205间隔开，并且具有安装在炬主体202内的中央出孔225。涡流环220安装到炬主体202上，并具有一组径向偏移或倾斜的气体分配孔227，其将切向速度分量赋予等离子体气流，导致等离子体气流涡旋。如果存在屏蔽件，则屏蔽件包括屏蔽件出孔，并且连接(例如，螺纹连接)到保持帽215。如图所示，保持帽215是牢固地连接(例如，螺纹连接)到炬主体202的内保持帽。在一些实施例中，外保持帽(未示出)相对于屏蔽件固定。炬200还可以包括电连接件、冷却通路、电弧控制流体(例如等离子体气体)通路和电源。在一些实施例中，消耗品包括焊嘴，焊嘴是用于使点燃的焊接气体通过的喷嘴。

在操作中，等离子体气体流过气体入口管(未示出)和涡流环220中的气体分配孔227。从那里，等离子体气体流入等离子体腔室228，并通过喷嘴210的出孔225流出炬200，出孔225收缩等离子体气流。首先在电极205与喷嘴210之间产生导引电弧。导引电弧电离通过喷嘴出孔225的气体。电弧然后从喷嘴210转移到工件230，用于工件230的热加工(例如切割或焊接)。在一些实施例中，喷嘴210被适当地配置成尽可能靠近由突出凸缘232和水平部分234形成的工件230的内拐角定位。喷嘴210可以引导等离子体气体流通过出孔225，使得当等离子体气体从孔225排出时，等离子体气体正交地撞击在凸缘232上，从而从工件230沿着路径237切割凸缘232。要注意的是，炬200的图示细节，包括部件的布置、气体和冷却流体流动的方向以及电连接件，可以采取多种形式。此外，即使凸缘232和内拐角的水平部分234被示出为彼此垂直，但是工件230的两个部分可以以任何角度定向，并且喷嘴210可以被适当地配置为在所得内拐角中执行平齐切割。

图2A和2B示出了喷嘴210的示例性配置的各种透视图，该喷嘴210被设计成便于内拐角平齐切割操作。喷嘴210包括喷嘴主体250，喷嘴主体250限定了穿过其中延伸的纵向轴线A。喷嘴210的内表面252可以围绕纵向轴线A旋转对称，而喷嘴主体250的外部可以围绕纵向轴线A旋转不对称。设置在喷嘴主体210中的喷嘴出孔225限定了沿着喷嘴出孔225的长度从内部开口225b纵向延伸到外部开口225a的出孔轴线B。出孔轴线B可以相对于纵向轴线A以非零角度定向。也就是说，喷嘴出孔225可以围绕纵向轴线A旋转不对称。喷嘴出孔225被配置为将等离子体电弧流从与喷嘴210的内表面252流体连通的内部开口225b通过外部开口225a引至工件。即使喷嘴出孔225显示为基本上直的，但在其它实施例中，喷嘴出孔225可以是弯曲的或者具有一系列不平行的区段。

此外，喷嘴210包括设置在喷嘴主体250的外表面上的对准表面254。对准表面254可以大致平行于出孔轴线B，诸如精确地平行于出孔轴线B或者与出孔轴线B平行在大约10度内。在炬操作期间，对准表面254的尺寸被设计成基本平齐地抵靠工件230的水平部分234上的引导表面236放置，该引导表面236不是被等离子体电弧切割的表面，而是相反用于引导和/或定位炬以增强凸缘232的平齐切割。具体地，喷嘴210的对准表面254在放置在水平部分234的引导表面236上时，将喷嘴出孔225的外端225a对准在凸缘232的加工表面238上，使得等离子体电弧沿着切割路径237正交地撞击到加工表面238上并进入凸缘232中。在一些实施例中，喷嘴主体的纵向轴线A相对于对准表面254成锐角定向，诸如相对于对准表面254成60度角。如图1所示，工件230的加工表面238和引导表面236相对于彼此成角度，以形成工件230的内拐角。尽管引导表面236被示出为工件234的一部分，但是在其它实施例中，引导表面236是用于将炬200引导到位的单独模板(未示出)的一部分。例如，包括引导表面236的单独模板可以附连到炬200和/或工件234，用于定位炬200以执行平齐切割。

在一些实施例中，喷嘴出孔225的外部开口225a的中心与对准表面254之间的距离260小于或等于约0.5英寸、0.25英寸或0.1英寸。该距离控制切割路径237离工件230的水平部分234有多近。因此，距离260越小，等离子体电弧炬从水平部分234切割到凸缘232的底部越近。

除了(第一)对准表面254之外，喷嘴210还可以包括相对于对准表面254成角度的第二对准表面256和将两个对准表面互连的弯曲表面258。在炬操作期间，第二对准表面256与对准表面254合作，增强等离子体电弧对凸缘232的加工表面238的正交撞击。例如，第二对准表面256可以与对准表面254成一定角度定向，使得第二对准表面256基本平齐地抵靠在凸缘232的加工表面238放置，而对准表面254基本平齐地抵靠水平部分234的引导表面236放置。此外，喷嘴210的弯曲表面258被配置成相互配合在由工件230的加工表面238和引导表面236形成的拐角内。喷嘴210的两个对准表面确保等离子体电弧炬紧密且牢固地定位到工件230的内拐角中，同时等离子体电弧由炬200经由喷嘴出孔225的外部开口225a递送到加工表面238。如图2A和图2B所示，喷嘴出孔225的外部开口225a位于喷嘴210的第二对准表面256上。

在一些实施例中，第一对准表面254和第二对准表面256基本上彼此垂直，使得喷嘴210可以牢固地定位在大约90度的内拐角中。在其它实施例中，对准表面之间具有不同角度(例如，60度、30度和15度)的喷嘴可以被构造成使得操作者可以根据给定内拐角的角度选择最合适的喷嘴来执行平齐切割。在一些实施例中，喷嘴210的第一对准表面254与第二对准表面256之间的角度是可调节的，使得操作者可以调节对准表面中的一者或两者，以产生喷嘴210到工件的任何给定拐角中的牢固配合。例如，可以进行调节，使得喷嘴210的两个对准表面可以在切割操作期间接触工件230的相应加工表面238和引导表面236。

图3中示出了用于说明喷嘴210的不对称性质的另一种方法。平面可以被限定为包括出孔轴线B，从而将喷嘴210分成两部分： 1)在平面一侧上的第一较小部分280和2)在平面另一侧上的第二较大部分282。喷嘴210的对准表面254位于第一部分280的外表面上，并且一旦炬200定位到工件的内拐角中，对准表面254就可以接触工件的引导表面236。第二对准表面256位于第二部分282的外表面上，并且可以在切割操作期间接触工件的加工表面238。第一部分280可以是第二部分282的体积的大约1/3、1/4或1/5。

在一些实施例中，喷嘴210的对准表面254的轮廓具有至少一个倒圆的弧形部分268，如图4中的喷嘴210的俯视图所示。倒圆的弧形部分268可以定位在由工件230的水平部分234与凸缘232相交而形成的内拐角中。从倒圆的弧形部分268上的第一点270到喷嘴出孔255的外部开口225a的中心的距离至少基本上等于从倒圆的弧形部分268上的第二点272到外部开口225a的中心的距离。外部开口225a可以位于喷嘴210的第二对准表面256上。这种等距配置确保等离子体电弧炬的操作者可以在启动等离子体电弧操作之前预测工件上要被递送等离子体电弧的位置，从而允许切割操作是可重复和可预测的。在一些实施例中，第二对准表面256被设计成包括类似的倒圆的弧形部分。

图5A-5C示出了包括三个对准表面的另一示例性喷嘴300的各种透视图。具体地，喷嘴300包括i)（第一）对准表面302，ii)相对于对准表面302成角度的第二对准表面304，iii)相对于对准表面302和第二对准表面304成角度的第三对准表面306；和iv)连接三个对准表面的一个或多个弯曲表面310。喷嘴300被配置为相对于工件308的内拐角执行平齐切割，内拐角由三个表面构成，被切割的表面称为加工表面，并且其余两个表面称为引导表面。在其它实施例中，引导表面设置在可附连到工件308和/或喷嘴300的一个或多个单独模板上。在操作中，喷嘴300的三个对准表面相互配合，对准等离子体电弧，以正交地撞击工件308的加工表面上。例如，对准表面302和304可以基本平齐地抵靠工件308的两个引导表面放置，而包括喷嘴出孔225的外部开口225a的对准表面306基本平齐地抵靠工件308的加工表面放置。喷嘴300的对准表面确保等离子体电弧炬紧密且牢固地定位在工件308的内拐角中，同时等离子体电弧经由外部开口225a递送到工件308的加工表面。在一些实施例中，对准表面302、第二对准表面304或第三对准表面306中的至少一个具有带倒圆的弧形部分的轮廓，类似于图4所示的轮廓。

在各种实施例中，关于图1-5C描述的不对称设计可以被引入到包括屏蔽件的等离子体电弧炬。在一些实施例中，屏蔽件可以包括上面关于喷嘴210描述的对准表面254或第二对准表面256中的至少一者。在替代实施例中，屏蔽件可以包括上面关于喷嘴300描述的对准表面302、第二对准表面304或第三对准表面306中的至少一者。不对称屏蔽件还可以包括与喷嘴出孔共面的屏蔽件出孔，用于递送等离子体电弧以撞击在工件的加工表面上。不对称屏蔽件在安装到等离子体电弧炬中时，可以提供与不对称喷嘴210或300类似的功能，诸如允许操作者将炬牢固且紧密地定位到由两个或三个工件表面形成的工件的内拐角中，同时炬将等离子体电弧流递送到工件表面之一。在一些实施例中，不对称屏蔽件的对准表面中的至少一个的轮廓具有倒圆的弧形部分，类似于图4所示的轮廓。

在另一方面，提供了一种具有喷嘴的等离子体电弧炬，用于在工件上进行斜角切割。在切割操作期间，炬可以保持垂直于(例如，以固定的90度角)工件。因此，斜角特征是由喷嘴本身提供的，而不是炬的角度性。可以提供模板来引导炬，这在操作者希望在一段距离内以一致的角度进行斜角切割的情况下是有用的。本技术的等离子体电弧炬可以提高斜角切割的品质，从而减少对二次加工作业或附件的需求。

图6示出了根据本技术的一些实施例的用于以斜角切割工件的示例性等离子体电弧炬。等离子体电弧炬400包括炬主体402和炬尖端404。炬尖端404包括多种消耗品，例如电极405、喷嘴410、保持帽415和涡流环420。炬尖端404还可以包括屏蔽件(未示出)。炬400的许多部件（包括电极405、保持帽415和涡流环420）的功能和配置可以基本上类似于图1的等离子体炬200的对应部件。

如图6所示，喷嘴410以与电极405隔开的关系安装在炬主体402内。喷嘴410具有主体和出孔425，主体限定延伸穿过其中的纵向轴线446。在操作中，等离子体气体通过出孔425流出炬400，出孔425被配置成收缩等离子体气体流。首先在电极405与喷嘴410之间产生导引电弧。导引电弧电离通过喷嘴出孔425的气体。电弧然后从喷嘴410转移到工件430，用于热加工(例如切割)工件430。在一些实施例中，喷嘴410被适当地配置成允许炬400被定位成基本垂直于工件430的加工表面438，其中加工表面438被定义为工件430上的、与炬400递送的等离子体电弧进行初始接触的基本平坦的表面。具体地，喷嘴410可以引导等离子体气体流通过出孔425，使得等离子体气体相对于喷嘴410的纵向轴线446以斜角444撞击在加工表面438上，同时炬400保持基本垂直于加工表面438。该操作沿着路径437将工件430切割成两块。在一些实施例中，模板432用于尤其是在沿着工件430的长度方向433一定距离上引导和/或定位炬400，以增强工件430的斜角切割。

图7A和7B示出了喷嘴410的示例性配置的各种透视图，该喷嘴410被设计成便于斜角切割。喷嘴410包括喷嘴主体450，喷嘴主体450限定了延伸穿过其中的纵向轴线446。喷嘴410的内表面452可以围绕纵向轴线446旋转对称。设置在喷嘴主体450中的喷嘴出孔425限定了沿着喷嘴出孔425的长度从内部开口425b纵向延伸到外部开口425a的出孔轴线447。出孔轴线447可以相对于纵向轴线446以非零斜角444定向。也就是说，喷嘴出孔425可以围绕纵向轴线446旋转不对称。非零斜角444可以相对于纵向轴线446在大约0度至±90度之间，诸如相对于纵向轴线446在大约20度至大约60度之间。示例性斜角444可以是22.5度、37.5度或45度。喷嘴出孔425被配置成将等离子体电弧流从与喷嘴410的内表面452流体连通的内部开口425b通过外部开口425a引至工件，从而以非零斜角444切割工件。即使喷嘴出孔425显示为基本上直的，在其它实施例中，喷嘴出孔425可以是弯曲的或者具有一系列不平行的区段。

此外，喷嘴410包括设置在喷嘴主体450的外表面上的对准表面454。对准表面454可以大致平行于纵向轴线446，诸如精确平行于纵向轴线446或者在与纵向轴线446平行的大约10度以内。对准表面454可以基本上是平面的。在一些实施例中，喷嘴出孔425的外部开口425a的中心与对准表面454之间的距离460小于或等于约0.5英寸、0.25英寸或0.1英寸。

在示例性炬操作期间，对准表面454的尺寸被设计成滑动地接触(例如，基本平齐地放置于)模板432上的引导表面436，该引导表面436是用于引导和/或定位炬400以对工件430进行更精确的斜角切割的表面，如图6所示。具体地，喷嘴410的对准表面454在接触(例如，平齐放置抵靠于)模板432的引导表面436时，适于将等离子体电弧炬400定向成基本垂直于工件430的加工表面438，使得喷嘴出孔425的外部开口425a对准在工件430的加工表面438上，以引入等离子体电弧，该等离子体电弧沿着切割路径437以斜角444撞击到加工表面438上。

在一些实施例中，模板432的引导表面436沿着长度方向433延伸特定的距离，使得操作者可以在长度方向433上抵靠引导表面436滑动炬400，以在该距离上以一致的角度进行斜角切割。在一些实施例中，模板432的引导表面436和/或炬400的对准表面454包括一组轴承(未示出)，以便于两个表面之间的滑动接触，诸如以减少两个表面之间的摩擦量。模板432可以附连到工件430或炬400上或与/由工件430或炬400一体构造。模板432也可以是单独的独立部件。

除了(第一)对准表面454之外，喷嘴410还可以包括基本垂直于对准表面454的第二对准表面456和将两个对准表面互连的弯曲表面458。在一些实施例中，不存在弯曲表面458，并且对准表面454、456彼此垂直连接。在炬操作期间，第二对准表面456与对准表面454合作，增强等离子体电弧对工件430的加工表面438以斜角444的撞击。例如，第二对准表面456可以垂直于对准表面454定向，使得第二对准表面456接触工件430的加工表面438，同时对准表面454接触模板432的引导表面436。第二对准表面456可以基本平齐地(即平行于)抵靠加工表面438并且基本垂直于喷嘴410的纵向轴线446放置。喷嘴410的两个对准表面确保等离子体电弧炬400基本垂直地抵靠工件430的加工表面438定位，同时等离子体电弧由炬400以斜角444经由喷嘴出孔425的外部开口425a递送到加工表面238。如图7A所示，喷嘴出孔425的外部开口425a位于喷嘴410的第二对准表面456上。

在一些实施例中，喷嘴410的第二对准表面456的轮廓是不对称的，至少包括倒圆的弧形部分468和直部分470，如图8中的喷嘴410的俯视图所示。直部分470可以位于第二对准表面456靠近对准表面454的一侧上。在操作中，直部分470可以基本平行于模板432的引导表面436定位，以便在切割过程中由模板432引导。喷嘴出孔225可以成角度，使得当等离子体电弧离开位于第二对准表面456上的外部开口425a时，等离子体电弧路径437朝向直部分370 (即，对准表面454)导向。在一些实施例中，外部开口425a位于第二对准表面456的偏心位置(即，与距倒圆的弧形部分468相比更靠近直部分470)。这种偏心特征允许等离子体电弧更容易以更接近直部分470的斜角施加。相反，内部开口425b (如图7A所示)可以相对于喷嘴主体450居中，以便与电极405中的铪插件406对准。在一些实施例中，模板432的使用是可选的。当第二对准表面456允许等离子体电弧炬400更容易且更牢固地垂直于工件430的加工表面438定位时，可能不需要模板432，尤其是如果斜角切割在长度方向433上的距离相对较短。

图9示出了包括三个对准表面的另一示例性喷嘴500。具体地，喷嘴500包括i)（第一）平面对准表面502，ii)第二平面对准表面504，其定向为基本垂直于对准表面502并适于在炬操作期间接触工件430的加工表面438，iii)第三平面对准表面506，其定向为基本垂直于第二对准表面504并基本平行于对准表面502，以及iv)两个弧形表面514和516。平面对准表面502的功能类似于喷嘴410的对准表面454。具体地，对准表面502被配置成滑动接触第一模板(未示出)，以在等离子体电弧沿着切割路径510朝向对准表面502被引导时定位炬。第二对准表面504的功能基本类似于喷嘴410的第二对准表面456。具体地，其被配置为接触工件430的加工表面438，从而垂直于喷嘴500的纵向轴线508基本平行地放置在工件430上，同时等离子体电弧经由位于第二对准表面504上的外部开口512递送。第二对准表面504的轮廓可以是基本对称的。第三对准表面506被配置成滑动接触第二模板(未示出)，用于在等离子体电弧沿着切割路径510被引导远离第三对准表面506时定位炬。在操作中，喷嘴500的三个对准表面互相合作，对准等离子体电弧从而以斜角撞击在工件的加工表面上。例如，对准表面502和506可以基本齐平地抵靠两个模板放置，而包括喷嘴出孔的外部开口512的对准表面504基本齐平地抵靠工件的加工表面放置。喷嘴500的对准表面确保等离子体电弧炬基本上垂直于工件定位，同时等离子体电弧经由外部开口512递送到加工表面。

在一些实施例中，当操作者在工件上沿长度方向进行切割时，他使用第一模板和第二模板来实现喷嘴500的精确定位。第一模板和第二模板可以彼此附连，使得它们可以同时围绕喷嘴定位。在一些实施例中，仅使用一个模板，与对准表面502或第二对准表面506合作，来引导等离子体电弧朝向模板撞击或远离模板。例如，当喷嘴500沿长度方向朝向模板切割时，操作者可以仅使用抵靠对准表面502定位的第一模板来引导喷嘴500。在一些实施例中，当喷嘴500沿长度方向远离第二模板切割时，操作者仅使用抵靠对准表面506定位的第二模板来引导喷嘴500。在一些实施例中，操作者在制作斜角时不使用模板，特别是如果在长度方向的的切割距离短的话。

在各种实施例中，不同的喷嘴可用于进行不同角度的斜角切割，其中每个喷嘴包括相对于喷嘴主体的纵向轴线以不同角度定向的喷嘴出孔。例如，可以提供一套喷嘴消耗品，包括用于以22.5度、37.5度、45度等角度进行斜角切割的喷嘴。套件还可以包括具有不同数量引导表面的喷嘴。此外，套件中可以包括与不同喷嘴形状兼容的一个或多个模板。因此，操作者可以根据需要改变喷嘴，以获得期望的切割角度和切割距离。

在各种实施例中，关于图6-图9描述的特征可以被引入到包括屏蔽件的等离子体电弧炬中。在一些实施例中，屏蔽件可以包括上面关于喷嘴410描述的对准表面454或第二对准表面456中的至少一者。在替代实施例中，屏蔽件可以包括上面关于喷嘴500描述的对准表面502、第二对准表面504或第三对准表面506中的至少一者。屏蔽件还可以包括与喷嘴出孔共面的屏蔽件出孔，用于递送等离子体电弧以撞击在工件的加工表面上。在安装到等离子体电弧炬中时，屏蔽件可以提供与喷嘴410或500类似的功能，诸如允许操作者将炬保持在相对于工件的加工表面的垂直位置，同时炬将等离子体电弧流以斜角并在切割距离上递送到加工表面。

在各种实施例中，本技术的喷嘴和/或屏蔽件可以涂覆有电绝缘材料，诸如陶瓷涂层。等离子体电弧炬（包括喷嘴和/或屏蔽件）可以被构造成手持式设备或可佩戴设备，例如，附连到背包、前包和/或肩带安装包。此外，本技术的喷嘴和/或屏蔽件可用于机械化应用中，诸如结合在X-Y切割台中，在这种情况下，可能不需要额外的模板。例如，如果喷嘴410或500结合在机械化炬系统中以进行斜角切割，则不需要复杂的装备来操纵炬，并且也不需要复杂的软件来执行运动控制。

在另一方面，本发明的特征在于用于将一种或多种消耗品附连到等离子体电弧炬以实现（一个或多个）消耗品相对于炬的纵向轴线的特定的径向定向的装置。这些消耗品可以包括一个或多个不对称特征，如果消耗品在炬操作期间保持在期望的径向定向，则这些不对称特征提供专门的切割或刨削功能。例如，可以提供一个或多个接口，以将图1的不对称喷嘴210径向附接到炬主体上，以便于在不对称喷嘴210的期望径向定向上进行平齐切割操作。可通过消耗部件的特定的径向定向实现的其它不对称特征包括气体连接、数据连接、电源/电连接、定位、装夹和/或自动化特征、用于接触起动炬的弹簧机构、等离子体加工/性能特征(例如，等离子体内孔、引导表面、切割过程、刨削过程、清洗过程、经由增压室切断、内孔配置或埋头内孔配置等)和/或安全联锁特征。

图10总体上描绘了具有多个接口的等离子体电弧炬的示例性消耗品组1000，这些接口被配置为在特定的径向定向联接消耗品以支持不对称炬特征。图11示出了示例性等离子体电弧炬1100，其包括用于定向不对称炬特征的图10的元件。如图10所示，消耗品组包括消耗尖端1001、安装元件1002、主要消耗体1003和等离子体加工接口1004。消耗品组1000可以联接到炬主体1005以实现炬操作，其中炬主体1005和消耗品组限定了延伸穿过其中的中心纵向轴线A。在一些实施例中，消耗品组1000是多件式系统，消耗尖端1001、安装元件1002和主要消耗体1003可单独维修和更换。在一些实施例中，消耗尖端1001、安装元件1002和主要消耗体1003中的两者或更多者形成消耗品盒，该消耗品盒作为整体结构来替换和维修。

如图所示，消耗尖端1001通常限定近端1008和远端1006，其中远端1006是沿着纵向轴线A的在炬操作期间保持最靠近工件(未示出)的端部，并且近端1008沿着纵向轴线A与远端1006相对。消耗尖端1001的近端1008适于经由安装元件1003保持抵靠主要消耗体1003的远端1010。此外，当安装到主要消耗体1003时，消耗尖端1000可以沿着纵向轴线A对准。在一些实施例中，消耗尖端1001包括一个或多个消耗部件，其被配置为将等离子体电弧导向至工件以加工工件。此外，消耗尖端1001的消耗部件中的至少一个包括不对称特征，当消耗尖端1001安装到主要消耗体1003时，该不对称特征相对于纵向轴线A不对称地设置。消耗尖端1001的各种实施例将在下面关于图11、15和17进行描述。

例如，如图11所示，消耗尖端1001可以包括图1的不对称喷嘴210，用于靠近工件的内拐角平齐切割，如上所述。在这种情况下，喷嘴210的喷嘴出孔225是不对称特征，因为当喷嘴210连接到炬主体1005时，喷嘴出孔225相对于纵向轴线A以非零角度定向。替代地，如上所述，消耗尖端1001包括用于斜角切割的图6的不对称喷嘴410。在一些实施例中，消耗尖端1001另外地包括屏蔽件，该屏蔽件可以具有不对称特征，也可以不具有不对称特征。例如，如图11所示，屏蔽件1102具有不对称的屏蔽件出孔1104，屏蔽件出孔1104被配置成在平齐切割操作中从喷嘴210向工件递送等离子体电弧。在消耗尖端1001的一些实施例中，锁定元件1106用于相对于彼此径向附接消耗尖端1001的消耗部件中的至少两个，同时允许不对称特征径向和/或轴向对准。例如，如图11所示，锁定元件1106可以将屏蔽件1102联接到喷嘴210，使得屏蔽件出孔1104在组装消耗尖端1001时与喷嘴出孔225径向和轴向对准。锁定元件1106还将消耗部件一起锁定在对准位置，以使消耗尖端1001能够作为整体结构移动(例如，旋转或平移)。下面参考图15提供关于图11的消耗尖端1001的细节。消耗尖端1001的替代设计将在下面参考图16a和16b进行描述。

在一些实施例中，如图11所示，安装元件1002是包括内保持帽1002a和外保持帽1002b的保持元件。如图10所示，安装元件1002包括基本中空的主体，并限定远端1012和近端1014。安装元件1002的中空主体被配置成容纳主要消耗体1003的至少一部分，主要消耗体1003可以包括电极1108、涡流环1110或接触元件1120中的至少一者加上弹性元件1118(例如弹簧)，这两者都是等离子体电弧炬1100的接触起动机构的一部分。安装元件1002的远端1012被配置成接合消耗尖端1001。安装元件1002的近端1014被配置成经由等离子体加工接口1004接合炬主体1005。安装元件1002的近端1014与远端1012之间的中空主体被配置成容纳主要消耗体1003的至少一部分。因此，安装元件1002可以保持消耗尖端1001和/或主要消耗体1003抵靠炬主体1005，以实现炬操作。

安装元件1002在其近端1014可以例如通过螺纹连接而固定地接合等离子体加工接口1004。安装元件1002与等离子体加工接口1004之间的固定接合还将主要消耗体1003和/或消耗尖端1001相对于纵向轴线A以特定的径向定向锁定到炬主体1005。在一些实施例中，安装元件1002首先松动地接合(例如， 松动地螺纹连接至)等离子体加工接口1004，以允许操作者调节和定向(i)主要消耗体1003相对于炬主体1005的期望的径向定向和/或(ii)消耗尖端1001相对于炬主体1005的另一期望的径向定向。然后，安装元件1002可以固定地接合到等离子体加工接口1004 (例如，通过拧紧螺纹)，以将主要消耗体1003和/或消耗尖端1001以调节后的径向定向锁定就位。因此，在一些实施例中，安装元件1002可绕纵向轴线A旋转和/或沿纵向轴线A平移，以使其能够螺纹连接到等离子体加工接口1004中。

在松动接合之后但在经由等离子体加工接口1004将安装元件1002的近端1014固定接合到炬主体1005之前，安装元件1002、主要消耗体1003和消耗尖端1001中的至少两者可相对于彼此和炬主体1005旋转。例如，消耗尖端1001可以独立于主要消耗体1003和/或安装元件1002旋转，使得消耗尖端1001可以相对于炬主体1005定位在特定的径向定向，从而以期望的径向定向来定向消耗尖端1001中的不对称特征(例如，喷嘴内孔、拖曳表面、保护气体孔等)而不干扰其它部件。作为另一个示例，主要消耗体1003可以在固定接合之前独立于安装元件1002和/或消耗尖端1001旋转，使得主要消耗体1003可以相对于炬主体1005定位在特定的径向定向，以便支持某些不对称的电、流体和数据连接。通常，消耗品组1000中的元件在固定接合之前的这种相对移动允许独立调节元件，以使得在炬操作之前能够围绕纵向轴线A对一个或多个不对称特征进行期望的径向定位。

如上所述，安装元件1002的远端1012被配置成接合消耗尖端1001的近端1008。例如，如图11所示，消耗尖端1001的近端1008通常可以夹在外保持帽1002a与内保持帽1002b之间。在安装元件1002在近端1014处固定接合到等离子体加工接口1004之前(即，在松动接合期间)，安装元件1002可以相对于主要消耗体1003纵向约束(即，轴向固定)消耗尖端1001，同时允许消耗尖端1001相对于安装元件1002独立旋转。这种可旋转的接合和轴向固定可以通过压合连接、卡扣配合、摩擦配合、螺纹连接、凹槽等中的一种来实现。

在一些实施例中，安装元件1002和消耗尖端1001之间的可旋转接合和轴向固定发生在(i)消耗尖端1001的屏蔽件1102的外表面与外保持帽1002a的内表面之间的接口1112处，和/或(ii)消耗尖端1001的喷嘴210的近侧表面与内保持帽1002b的远侧表面之间的接口1114处。例如，屏蔽件1102可以包括接合特征，诸如凹槽或台阶，其周向地设置在外表面上，允许外保持帽1002a的远侧尖端摩擦配合到凹槽或台阶中。类似地，喷嘴210可以包括接合特征，诸如凹槽或台阶，其周向地设置在近侧表面处，允许内保持帽1002b的远侧尖端邻接抵靠凹槽或台阶。在一些实施例中，为了将消耗尖端1001附连到安装元件1002，消耗尖端1001被推入安装元件1002的远侧开口(即，由外保持帽1002a限定的远侧开口)中，直到消耗尖端1001的喷嘴210的近侧表面物理地接触内保持帽1002b的远侧表面以形成接口1114，在该位置处消耗尖端1001在安装元件1002内进一步轴向前进受到阻碍。此外，在该位置，外保持帽1002a的远端可旋转地接合消耗尖端的屏蔽件1102的近端，以形成接口1112。

在一些实施例中，安装元件1002的近端1014，诸如外保持帽1002a的近端，可以固定地接合等离子体加工接口1004，等离子体加工接口1004联接到炬主体1005。例如，这种固定接合可以通过安装元件1002相对于炬主体1005的全螺纹连接来实现。这种固定使得安装元件1002经由安装元件1002的远端1012处的接口1112或接口1114中的至少一个在消耗尖端1001上施加摩擦力，从而使得安装元件1002夹紧在消耗尖端1001上，以围绕纵向轴线A以特定的径向定向固定地接合消耗尖端1001。安装元件1002与消耗尖端1001的固定接合因此以特定的径向定向锁定消耗尖端1001的不对称特征(例如，喷嘴出孔225和/或屏蔽件出孔104)，使得设置在屏蔽件104外表面上的第一对准表面122和/或第二对准表面1126可以装配到工件的拐角中以执行平齐切割。对准表面1122、1126可以分别基本上类似于图1的不对称喷嘴210的对准表面254、256。

如上所述，在安装元件1002与等离子体加工接口1004之间的松动接合期间，操作者可以调节消耗尖端1001围绕纵向轴线A的径向定向，使得其在安装元件1002与等离子体加工接口1004之间固定接合之后锁定在期望的径向定向。在一些实施例中，消耗尖端1001中的消耗部件的外表面(诸如，接口1112处的屏蔽件1102和/或接口1114处的喷嘴210)相对平滑，使得操作者可以在固定接合之前自由旋转消耗尖端1001以实现任何期望的径向定向。在一些实施例中，消耗尖端1001的消耗部件具有一组预定定向(例如，以30度增量)，可以在固定接合之前由安装元件1002分度固定到这组预定定向。这些固定位置可以通过各种机械装置来实现，例如消耗尖端1001的外表面上的棘爪和/或磁体以及安装元件1002的表面上的互补特征(或反之亦然)。在使用棘爪的一个实施例中，棘爪允许消耗尖端1001相对于炬手柄停留于预定的特定的径向定向(例如，90度)。在一些实施例中，机械装置(例如棘爪)可以相对于安装元件1002与消耗尖端1001之间的螺纹连接布置定位，以在消耗尖端1001与安装元件1002之间实现基本精确/预定的径向关系。

在一些实施例中，安装元件1002固定地附连到消耗体1003，使得当安装元件1002螺纹连接到等离子体加工接口1004时，消耗体1003在松动接合和固定接合期间都与安装元件1002一起旋转和平移。在这种情况下，消耗体1003可以围绕纵向轴线A基本对称，使得消耗体1003不需要相对于炬主体1005以特定的径向定向定位和分度固定。例如，图11的消耗体1003包括接触元件1120、弹性元件1118、电极1108和涡流环1110，该消耗体1003围绕纵向轴线A基本对称，并且不需要相对于炬主体1005定向在任何特定的径向位置以支持炬操作。

在一些实施例中，在安装元件1002与等离子体加工接口1004之间松动接合期间，消耗体1003可独立于安装元件1002和/或消耗尖端1001旋转。因此，操作者可以调节消耗体1003围绕纵向轴线A的径向定向，使得其在通过安装元件1002与等离子体加工接口1004之间的固定接合而锁定就位之前，相对于等离子体加工接口1004定位在期望的径向定向。具体地，安装元件1002与等离子体加工接口1004之间的固定接合可以在安装元件1002与消耗体1003之间施加摩擦力，以将消耗体1003相对于等离子体加工接口1004在径向和轴向上锁定就位。在这种情况下，消耗体1003可以具有相对于纵向轴线A的一个或多个不对称特征，这些特征需要特定的径向定向，以便实现与加工接口1004的期望对准。反过来，等离子体加工接口1004可以限定不对称的几何形状，该几何形状被配置成以特定的径向定向接纳消耗体1003并与之配合。例如，等离子体加工接口1004与消耗体1003的近端1011以预定径向定向的分度固定可以使得炬主体1005与消耗体1003之间的各种数据、电、液体冷却剂和气体通道经由等离子体加工接口1004对准。在一些实施例中，等离子体加工接口1004固定地附连到炬主体1005，诸如与炬主体1005一体形成。

图12示出了具有不对称特征的示例性消耗品盒1200的截面图，该不对称特征需要相对于联接到图10的炬主体1005的等离子体加工接口1004分度固定的径向定向。消耗品盒1200基本上将安装元件1002、主要消耗体1003和消耗尖端1001封装在一个整体结构中。消耗品盒1200可以基本上与美国序列号No. 15/228,708中描述的盒104相同，美国序列号No.15/228,708被转让给新罕布什尔州（Hanover, N.H.）的Hypertherm, Inc.，其公开内容以其全文引用的方式并入到本文中。盒1200经由等离子体加工接口1004可附连到炬主体1005。盒1200通常沿着炬主体1005的中心纵向轴线A限定近端1204和远端1206。如图所示，盒1200包括盒框架1212，盒框架1212联接到围绕中心纵向轴线A同心设置的电极1208、喷嘴1210、涡流环1250和屏蔽件1214中的一者或多者。尽管图12的喷嘴1210和屏蔽件1214不包括不对称特征，但是在其它实施例中，喷嘴1210或屏蔽件1214中的至少一者包括不对称特征，诸如图15或图16a和图16b的不对称的喷嘴出孔和/或图15的不对称的屏蔽件出孔。在这些不对称实施例中，如在上述图10和11的实施例中，消耗品盒1200的远端1206处的这些不对称特征可以如上所述分度固定，以根据需要相对于纵向轴线A径向定向消耗尖端1001，而不管消耗品盒1200的近端1204的分度固定要求如何。

盒框架1212适于与等离子体加工接口1004物理对接，从而将盒1200连接到炬主体1005。图13示出了图12的盒1200的盒框架1212的近端1204的视图。盒框架1212的近端1204可以包括分度固定特征(例如，销腔)1302，其可以与等离子体加工接口1004的相应的分度固定特征相互作用，以将炬主体1005连接到盒1200。这种接口允许炬主体1005和盒1200之间的各种电、液体冷却剂和气体通道对准，从而保持穿过炬系统的一个或多个预先限定的电、液体冷却剂和气体流动路径。图14示出了等离子体加工接口1004的示例性设计，其包括对应于图13的盒框架1212的近端1204处的开口的各种电、气体和液体开口，以及适于与盒框架1212的近端1204的分度固定特征1320相互作用以将两个部件对准在预定径向定向的分度固定特征1420 (例如，销)。

关于炬主体1005与盒1200之间气流的连续性，在预定径向定向上，等离子体加工接口1004上的保护气体开口1426b与盒框架1212的近端1204处的保护气体开口1364a对准，以将炬主体1005的保护气体通道段(未示出)与盒框架1212的保护气体通道(未示出)流体连接，从而将保护气体流从炬主体1005递送到盒1200。在相同的预定径向定向上，等离子体加工接口1004上的等离子体气体开口1421c与盒框架1212的近端1204处的等离子体气体近侧开口1312a对准，以将炬主体1005的等离子体气体通道(未示出)与盒框架1212的等离子体气体通道(未示出)流体连接，从而将等离子体气体从炬主体1005递送到盒1200。

关于炬主体1005与盒1200之间冷却剂流的连续性，当等离子体加工接口1004与盒框架1212以预定径向定向分度固定时，等离子体加工接口1004上的第一液体冷却剂通道开口1460a与盒框架1212的近端1204处的第一冷却剂通道开口1362a对准，以将炬主体1005的第一液体冷却剂通道(未示出)与盒框架1212的第一液体冷却剂通道(未示出)流体连接，从而允许液体冷却剂从炬主体1005递送到盒1200。在相同的预定径向定向上，等离子体加工接口1004上的第二液体冷却剂通道开口1460b与盒框架1212的近端1204处的第二冷却剂通道开口1368a对准，以将炬主体1005的第二冷却剂通道(未示出)与盒框架1212的第二冷却剂通道(未示出)流体连接，从而将液体冷却剂流从盒1200返回到炬主体1005。在相同的预定径向定向上，等离子体加工接口1004上的第三液体冷却剂通道开口1460c与盒框架1212的近端1204处的第三冷却剂通道开口1378a对准，以将炬主体1005的第三冷却剂通道(未示出)与盒框架1212的第三冷却剂通道(未示出)流体连接，从而再次将液体冷却剂流从炬主体1005递送到盒1200。在相同的预定径向定向上，等离子体加工接口1004上的第四液体冷却剂通道开口1460d与盒框架1212的第四冷却剂通道开口1382a对准，以将炬主体1005的第四冷却剂通道(未示出)与盒框架1212的第四冷却剂通道(未示出)流体连接，从而再次将液体冷却剂流从盒1200返回到炬主体1005。

关于炬主体1005与盒1200之间的数据通信，在由分度固定特征1420、1302实现的预定径向定向上，炬主体1005(未示出)的诸如RFID读取器设备的读取器设备与盒1200(在图12中示出)的诸如RFID标签的信号设备1260旋转地对准。例如，嵌入炬主体1005中的天线线圈可以映射到等离子体加工接口1004处的区域1430，该区域1430的中心1432基本上与盒框架1212的近端1204处的区域1316的中心1318对准，该区域1316映射到嵌入盒1200中的信号设备1260。中心1432、1318之间的这种径向对准减少了读取器设备与信号设备1260之间的通信干扰，以便于炬系统上的数据通信。

关于炬主体1005与盒1200之间的电连接的连续性，当等离子体加工接口1004与盒框架1212对接时，等离子体加工接口1004的中央开口1332b适于与盒框架1212的近端1204处的中央开口1320a对准，以将炬主体1005的主通道(未示出)与盒框架1212的主通道(未示出)连接。传导性冷却剂管1270适于穿过炬主体1005和盒框架1212插入连接的主通道中。在一些实施例中，来自电源(未示出)的导引电弧电流和/或转移的电弧电流从炬主体1005通过冷却剂管1270并被按路线发送到盒1200的电极1208。

图13和14仅仅说明了跨等离子体加工接口1004和盒框架1212的近端1204的气体、流体、电和数据通信连接的特定布置。这些连接中的一个或多个的其它布局也在本发明的范围内。通常，这些连接中的一个或多个可以以各种几何形状和位置布置在等离子体加工接口1004上，并且相应地布置在盒框架1212的近端1204上，以便于跨等离子体电弧炬的电、数据、气体和液体循环。

在一些实施例中，炬主体1005的等离子体加工接口1004包括推出器特征，如果消耗体1003 (或盒1200)没有正确定位或与炬主体1005对准，那该推出器特征机械地推出消耗体1003 (或盒1200)。

如上参考图10所述，图10的消耗品组1000的消耗尖端1001通常包括一个或多个消耗部件，其中至少一个消耗部件具有不对称特征。在一些实施例中，不对称特征可以限定相对于中心纵向轴线A以非零角度定向的轴线(当消耗尖端1001连接到主要消耗体1003时)。在一些实施例中，不对称特征限定了偏离中心纵向轴线A的轴线。在一些实施例中，不对称特征限定了围绕中心纵向轴线A的不对称横截面。

图15示出了在图11的等离子体电弧炬1100中实现的图10的消耗尖端1001的示例性设计。如图所示，消耗尖端1001包括喷嘴210，喷嘴210在上面关于图1进行了详细描述，用于执行平齐切割操作。喷嘴210包括不对称的喷嘴出孔225 (如图11所示)，喷嘴出孔225的轴线相对于中心纵向轴线A以非零角度(例如锐角)定向。消耗尖端1001还包括屏蔽件1102，屏蔽件1102具有不对称的屏蔽件出孔1104 (如图11所示)，屏蔽件出孔1104的轴线相对于中心纵向轴线A以与喷嘴出孔225大致相同的非零角度定向。消耗尖端1001还包括锁定元件1106，锁定元件1106适于定位在喷嘴210与屏蔽件1102之间，以将两个消耗部件固定地联接在一起，同时将不对称的喷嘴出孔225与不对称的屏蔽件出孔1104径向和/或轴向对准。为了实现这种对准，消耗尖端1001的消耗部件(例如，喷嘴210和屏蔽件1102)以及锁定元件1106可以包括互补特征，该互补特征被配置为仅当消耗部件的不对称特征径向和/或轴向对准时彼此相互配合。例如，如图15所示，互补特征包括设置在消耗部件和锁定元件1106中的每一个的相应圆周部段上的平坦表面1500。为了正确组装喷嘴210、屏蔽件1102和锁定元件1106，这些部件的平坦表面1500需要对准，这也将喷嘴出孔225与屏蔽件出孔1104径向和轴向对准。锁定元件1106还被配置成将消耗部件锁定在对准位置(例如，通过干涉配合)，使得消耗尖端1001作为整体部件移动(例如，旋转或平移)。

在图10的消耗尖端1001的另一示例性设计中，消耗尖端1001包括不对称喷嘴，该不对称喷嘴可用于根据不对称的喷嘴内孔相对于纵向轴线A的径向定向切割工件或刨削工件。图16a和图16b分别示出了示例性不对称的喷嘴1600的俯视图和剖视图，该示例性不对称喷嘴可用作图10的消耗尖端1001来执行切割或刨削操作。

如图所示，喷嘴1600具有喷嘴出孔1604，该喷嘴出孔1604具有围绕纵向轴线A不对称形状(例如椭圆形)的横截面1608。为了执行切割操作，喷嘴出孔1604的椭圆形横截面1608的长轴线在切割方向(例如炬的行进方向)上，从而产生延长的电弧用于切割操作。为了执行刨削操作，喷嘴出孔1604的椭圆形横截面1608的长轴线垂直于刨削的方向，从而产生分散的电弧用于刨削操作。在一些实施例中，消耗尖端1001还包括不具有不对称特征的屏蔽件(即，围绕纵向轴线A基本对称)。在一些实施例中，消耗尖端1001被组装成使得不对称喷嘴1600和对称屏蔽件被锁定在一起以形成整体结构。在炬操作之前，操作者可以围绕纵向轴线A将消耗尖端1001旋转到特定的径向定向，该定向独立于消耗品组1000的其它元件的位置，并且将消耗尖端1001的特定的径向定向锁定在适当的位置。这允许操作者基于操作者想要执行切割还是刨削操作来控制喷嘴出孔1604的椭圆形横截面1608相对于炬的定向。在一些实施例中，结合喷嘴1600的消耗尖端设计可以在图11的等离子体电弧炬1100中实现，代替齐平切割消耗尖端。这种消耗尖端设计也可以在图12的盒1200中实现，代替基本对称的消耗尖端。

在一些实施例中，不对称喷嘴1600用于图10的消耗尖端1001中，以通过将具有非圆形横截面形状的扩散的等离子体电弧流递送到工件来执行刨削操作。喷嘴1600被配置成在工件中获得宽的刨削轮廓，而炬1000不在工件上经过多次和/或没有振荡。如图所示，喷嘴1600包括喷嘴主体，该喷嘴主体限定了在远端1610 (即，在炬操作期间最靠近工件的一端)与近端1612 (即，与远端1610相对的一端)之间延伸的中心纵向轴线A。位于喷嘴主体的远端1610的喷嘴出孔1604限定了至少一内孔1614用于传导等离子体电弧。

此外，埋头内孔特征1616相对于喷嘴主体的远端1610设置，并且沿着纵向轴线A流体连接到内孔1614，诸如位于内孔1614的远侧。内孔1614或埋头内孔特征1616中的至少一者在垂直于纵向轴线A的平面(由B和B’轴线限定)中具有非圆形横截面形状。如下所述，非圆形形状可以具有不同的配置。表示流动面积的埋头内孔特征1616的横截面形状也具有比内孔1614的横截面面积更大的横截面面积，以减少刨削操作期间等离子体电弧的能量、密度和速度。

在图16a和16b所示的实施例中，内孔1614和埋头内孔特征1616都设置在喷嘴1600中，并且都由喷嘴出孔1604限定，使得它们基本上沿着喷嘴出孔1604中的纵向轴线A对准。在其它实施例(未示出)中，埋头内孔特征1616位于消耗尖端1001的其它部件中。例如，埋头内孔特征1616可以设置在连接到喷嘴1600的屏蔽件中，其中埋头内孔特征1616由屏蔽件出孔限定。当屏蔽件连接到喷嘴1600时，内孔1614和埋头内孔特征1616适于基本上沿着纵向轴线A对准。

在图16a和16b所示的实施例中，埋头内孔特征1616是埋头柱孔。在其它实施例中，埋头内孔特征1616是埋头锥孔。埋头柱孔在由纵向轴线A和横向轴线B限定的平面内基本上为矩形形状，而埋头锥孔在相同平面内基本上为圆锥形形状。许多其它埋头内孔特征形状也在本发明的范围内，并且许多埋头内孔特征形状可以具有沿B轴线和B’轴线不同的尺寸。

如上所述，内孔1614或埋头内孔特征1616中的至少一者在垂直于纵向轴线A的平面中具有非圆形横截面形状，其中该平面由彼此垂直的第一横向轴线B和第二横向轴线B’限定。非圆形横截面形状沿第一横向轴线B的第一长度可以不同于沿第二横向轴线B’的第二长度(例如，第一长度大于或小于第二长度)。例如，非圆形横截面形状可以是椭圆形、梯形、三角形、三叶形、矩形或狭槽(即混合矩形-椭圆形，诸如具有倒圆拐角的矩形)之一。内孔1614和/或埋头内孔特征1616的这些不同形状为操作者提供了在工件中产生刨削轮廓变化的自由。

在一些实施例中，内孔1614的横截面形状是圆形的，而埋头内孔特征1616的横截面形状是非圆形的。在一些实施例中，内孔1614的横截面形状是非圆形的，而埋头内孔特征1616的横截面形状是圆形的。在一些实施例中，内孔1614和埋头内孔特征1616的横截面形状都是非圆形的，并且这些非圆形形状可以彼此相同或不同。例如，如图16a所示，内孔1614的横截面形状是椭圆形的，而埋头内孔特征1616的横截面形状具有狭槽形状(即，具有倒圆拐角的矩形)。埋头内孔特征1616的狭槽形横截面形状具有的面积大于内孔1614的椭圆形横截面形状的面积。在其它实施例中，内孔1614和埋头内孔特征1614的横截面形状都是椭圆形的。

与内孔1614和埋头内孔特征1616都具有典型的圆形横截面形状相比，本发明中描述的内孔1614或埋头内孔特征1616中的至少一者的非圆形横截面形状允许等离子体电弧在被递送到工件时获得非圆形横截面形状(例如椭圆形)。例如，等离子体电弧可以通过在第一横向轴线B或第二横向轴线B’中扩展而扩散，从而降低等离子体电弧足够快地熔化金属工件以跟上线操作速度的能力，从而在炬相对于工件单次经过后在工件中就产生刨槽而不是一次切割。在一些实施例中，扩散的等离子体电弧的非圆形横截面形状使得其沿着第一横向轴线的第一长度不同于沿着第二横向轴线的第二长度。此外，从炬相对于工件单次经过和/或没有振荡炬运动，传统炬(即，内孔1614和埋头内孔特征1616都具有典型的圆形横截面形状)只能在工件中产生宽深比为至多3比1的相对对称的刨削轮廓。在本发明中，通过沿着横向轴线B或B’扩展内孔1614或埋头内孔特征1616中的至少一者的横截面，实现了刨削轮廓的成比例的宽度增长和深度减小。在一些实施例中，工件中产生的刨削轮廓是不对称的，并且具有大于3比1的宽深比。

因为内孔1614和/或埋头内孔特征1616在横截面上是非圆形的，所以其定位位置可以被分度固定(即，相对于纵向轴线A定位在B-B’平面中的特定的径向定向)。因此，所产生的等离子体电弧相对于炬或炬运动的方向性可以被调节，以在刨削操作期间将等离子体电弧导向地分散到工件上。例如，如果等离子体电弧具有椭圆形横截面，则内孔1614和/或埋头内孔特征1616可以被调节，使得等离子体电弧的椭圆形横截面形状的长轴线定向成基本上垂直于工件中刨削路径的方向。因此，如果内孔1614或埋头内孔特征1616中的至少一者的横截面是椭圆形的，则内孔1614或埋头内孔特征1616的椭圆形横截面形状的长轴线也基本上垂直于工件中刨削路径的方向定向。内孔1614和/或埋头内孔特征1616的这种引导的定向允许工件中产生的刨削轮廓在炬以正常加工速度在工件上单次经过之后获得大于深度的宽度(例如，大于3：1的宽深比)，并且没有炬振荡。在一些实施例中，如果内孔1614或埋头内孔特征1616中的至少一者的横截面是椭圆形的，并且内孔1614或埋头内孔特征1616的椭圆形横截面形状的长轴线在炬尖端的运动方向上基本上垂直于工件定向，则这导致具有大约2：1或更低的宽深比的刨削轮廓，以获得更高的金属移除率。

在一些实施例中，如果内孔1614和埋头内孔特征1616都设置在喷嘴1600上，则喷嘴相对于炬手柄分度固定，以在所得等离子体电弧中实现导向的分散。在一些实施例中，如果内孔1614设置在喷嘴1600上，并且埋头内孔特征1616设置在屏蔽件上，则喷嘴和屏蔽件都被分度固定以实现在所得等离子体电弧中的导向的分散。为了实现内孔1614和/或埋头内孔特征1616的分度固定，在刨削操作之前，操作者可以首先使用上面参考图15描述的办法对准喷嘴1600和屏蔽件，以组装消耗尖端1001，使得喷嘴1600和屏蔽件相对于彼此处于期望的定向。例如，如果内孔1614设置在喷嘴1600上并且埋头内孔特征1616设置在屏蔽件上，为了实现图16a的横截面配置，喷嘴1600的内孔1614的椭圆形横截面与屏蔽件的埋头内孔特征1616的矩形横截面对准，使得两种形状的中心对准，与两种形状的较短长度相关联的轴线对准，并且与两种形状的较长长度相关联的轴线对准。然后，操作者可以围绕纵向轴线A将组装好的消耗尖端1001旋转到特定的径向定向，并将消耗尖端1001的该特定的径向定向锁定在适当的位置。在一些实施例中，结合如上所述的内孔1614和埋头内孔特征1616的消耗尖端设计可以在图11的等离子体电弧炬1100中实现，代替齐平切割消耗尖端。这种消耗尖端设计也可以在图12的盒1200中实现，代替基本对称的消耗尖端。在一些实施例中，内孔1614和埋头内孔特征1616都设置在喷嘴1600中，而具有圆形或非圆形横截面的第二内孔特征(未示出)设置在屏蔽件中。喷嘴1600和屏蔽件可以使用上面关于图15描述的办法彼此连接。

在一些实施例中，喷嘴1600还限定了围绕内孔1614设置的一组气体通路。如图16a所示，每个气体通路具有以非圆形方式围绕喷嘴1600的远端1610布置的端口1620。例如，端口的布置可以使得围绕设置在喷嘴1600的圆周部段上的平坦表面1622缺少一个或多个端口。喷嘴1600的平坦表面1622适于对应于锁定元件1106的平坦表面1500和屏蔽件的平坦表面(未示出)。如上关于图15所述，当组装喷嘴1660、屏蔽件和锁定元件1106以形成消耗尖端时，消耗部件的这些平坦表面对准，这也径向和轴向地将喷嘴出孔1604的内孔1614与屏蔽件出孔的埋头内孔特征1616对准。锁定元件1106将消耗部件锁定在对准位置(例如，经由干涉配合)，使得消耗尖端1001作为整体部件移动(例如，旋转或平移)。在一些实施例中，平坦表面1622指示炬1100在刨削操作期间需要被拖曳的方向。

下面的表1显示了图19a-19c中所示的具有各种配置的喷嘴的测试结果。为了获得这些测试结果，这些喷嘴以45安培、45度的炬角度、每分钟20印数的速度(impressions perminute，ipm)以及大约0.2英寸的间隙下操作。具体地，表1的“Rev 2”行显示了使用图19a的传统喷嘴1902获得的刨削轮廓的特性，其中喷嘴1902的内孔1902a和埋头内孔特征1902b的横截面形状都是圆形的。表1的“Rev 4 (V)”和“Rev 4 (H)”行示出了使用图19b的喷嘴1904获得的刨削轮廓的特性，其中内孔1904a的横截面形状是圆形的，并且埋头内孔特征1904b的横截面形状是椭圆形的。具体地，当椭圆形埋头内孔特征1904b的较窄尺寸1908 (即短轴线)基本上平行于炬刨削的方向定向时，使用标记“V”，从而产生更窄更深的刨槽。当椭圆形埋头内孔特征1904b的较宽尺寸1910 (即长轴线)基本上平行于炬行进方向定向时，使用标记“H”，从而产生更宽和更浅的刨槽。表1的“Rev 5 (V)”和“Rev 5 (H)”行显示了使用图19c的喷嘴1906获得的刨削轮廓的特性，其中内孔1906a和埋头内孔特征1906b的横截面形状都是椭圆形的。类似地，当椭圆形内孔1906a和埋头内孔特征1906b的较窄尺寸1912基本平行于炬刨削的方向定向时，使用标记“V”，并且当椭圆形内孔1906a和埋头内孔特征1906b的较宽尺寸1914基本平行于炬行进的方向定向时，使用标记“H”。表1中的“stock PMX 45”行显示了使用现有的Hyperterm^TM PMX 45喷嘴获得的刨削轮廓的特性，其中喷嘴的内孔和埋头内孔特征的横截面形状也都是圆形的。如图所示，使用对应于图19c中所示喷嘴的“Rev 5(H)”喷嘴产生的刨削轮廓具有大于3 (即3.7)的最佳宽深比和28 mm³的最低体积(移除的工件材料)。通常，移除的工件材料越少，表明炬在单次经过中的控制越多，以及等离子体电弧的分散越大。使用对应于图19b所示的喷嘴的“Rev 4 (H)”喷嘴产生的刨削轮廓具有2.17的第二最佳宽深比和41的第二最低体积。因此，这些测试结果表明，等离子体电弧炬的炬尖端中的内孔或埋头内孔特征中的至少一者的非圆形横截面形状产生了具有优化的宽深比的优异刨削轮廓。

喷嘴	平均XFER HT	平均电弧伸展	宽度（mm）	深度（mm）	宽度/深度	面积c/s（mm<sup>2</sup>）	体积（mm<sup>3</sup>）
								Rev 2	0.41	1.44	6.5	3.5	1.86	15.9	60
Rev 4(V)	0.31	1.08	5.9	3.52	1.68	14.5	57
								Rev 4(H)	-	-	5.9	2.77	2.13	10.3	41
Rev 5(V)	0.30	1.26	6.2	2.97	2.09	12.9	43
								Rev 5(H)	-	-	7	1.89	3.70	8.24	28
Stock PMX 45	0.39	1.20	5.6	4.3	1.30	17.7	76

表1 ：图19a-19c所示的具有各种配置的喷嘴的测试结果。

图17示出了完全组装的图11的等离子体电弧炬1100的等距视图。如上所述，消耗尖端1001包括喷嘴210，喷嘴210联接到屏蔽件1102并与屏蔽件1102对准，使得喷嘴出孔225与屏蔽件出孔1104彼此径向附接。消耗尖端1001形成整体结构，其中喷嘴210和屏蔽件1102作为单个单元一起旋转。在安装元件1002经由等离子体加工接口1004固定接合到炬主体1005之前，消耗尖端1001可绕纵向轴线A独立旋转。这允许操作者定向消耗尖端1001，使得其不对称特征(例如，喷嘴出孔225和/或屏蔽件出孔1104)围绕纵向轴线A处于特定的径向定向，从而允许屏蔽件1104的第一对准表面1122和/或第二对准表面1126也旋转到使得它们能够装配到工件的拐角中以执行平齐切割的位置。在一些实施例中，在固定接合之前，主要消耗体1003也可绕纵向轴线A独立旋转(如箭头所示)，使得其可与等离子体加工接口1004分度固定到预定的径向定向，以便保持炬主体1005与消耗品组1000之间的某些电、数据、气体和/或液体连接。安装元件1004与炬主体1005之间经由等离子体加工接口1004的固定接合允许消耗品组1000中的元件的各种径向定向在炬操作期间锁定到位。

图18示出了用于将图10的消耗品组1000组装到炬主体的示例性过程1800。如上所述，消耗品组1000可以封装在盒中或者包括多个独立的零件。过程1800包括通过例如螺纹连接将安装元件1002的近端1014松动地接合到等离子体加工接口1004 (步骤1802)。例如，松动接合可以通过部分螺纹连接(例如，完全螺纹连接的80%螺纹连接)来实现，使得安装元件1002仅松动地连接到等离子体加工接口1004。在松动接合之后，安装元件1002的远端1012轴向固定消耗尖端1001，同时允许消耗尖端1001相对于安装元件1002绕纵向轴线A独立旋转。消耗尖端1001包括多个消耗部件，其中至少一个消耗部件具有不对称特征，该不对称特征相对于纵向轴线A不对称地设置在消耗尖端1001中。例如，消耗尖端1001可以被实现为(i)用于平齐切割的图15的设计，或者(ii)包括用于选择性地执行切割或刨削操作的图16的不对称喷嘴1600。

在一些实施例中，如果消耗品组1000是盒，则安装元件1002、主要消耗体1003和/或消耗尖端1001在松动接合之前已经组装在一起，但是这些元件相对于彼此可旋转地联接，使得它们能够独立地围绕纵向轴线A旋转。在一些实施例中，如果消耗品组1000包括多个单独的元件，则过程1800在松动接合之前还包括，通过使用例如锁定元件1106将消耗尖端1001的多个消耗部件固定地锁定在一起来组装消耗尖端1001。消耗部件在消耗尖端1001中的锁定适于轴向和径向对准消耗尖端1001中的一个或多个不对称特征，同时使得消耗尖端1001能够充当整体结构。此外，在松动接合之前，消耗体1003可以设置在安装元件1002的中空体中，并且消耗尖端1001可以可旋转地接合到安装元件1002的远端1012。

在安装元件1002的近端1014与炬主体1005之间经由等离子体加工接口1004松动接合之后，消耗尖端1001可以相对于安装元件1002围绕纵向轴线A定向/调节，以获得消耗尖端1001的不对称特征相对于纵向轴线A的特定的径向定向(步骤1804)。例如，在平齐切割的情况下，对准的喷嘴出孔225和屏蔽件出孔1104可以围绕纵向轴线A定位在特定的径向定向，这又将屏蔽件1104的第一对准表面1122和/或第二对准表面1126旋转到一个位置，使得它们可以装配到工件的拐角中以执行平齐切割。在用结合在消耗尖端1001中的喷嘴1600进行选择性刨削或切割的情况下，消耗尖端1000可以旋转到期望的径向定向，使得喷嘴出孔1604的椭圆形横截面1608的长轴线平行于或垂直于炬操作的方向，这取决于操作者是期望切割还是刨削。

在消耗尖端1001定位在期望的径向定向之后，安装元件1002的近端1014通过例如拧紧螺纹的剩余20%螺纹而固定地接合到等离子体加工接口1004(步骤1806)。固定接合在安装元件1002与消耗尖端1001之间施加摩擦力，以将消耗尖端1001轴向和径向地固定到炬主体1005，使得炬尖端1001的不对称特征被锁定在特定的径向定向(从步骤1804设定)。

还应该理解，本发明的各个方面和实施例可以以各种方式组合。基于本说明书的教导，本领域普通技术人员可以容易地确定如何组合这些不同的实施例。本领域普通技术人员也可以容易地确定如何制造本技术的喷嘴和/或屏蔽件。示例性制造方法可以包括：制作 (图2A的)喷嘴主体250，喷嘴主体250具有延伸穿过其中的纵向轴线A；在喷嘴主体250中形成相对于纵向轴线A以非零角度定向的喷嘴出孔225；以及，将至少一个对准表面254定位在喷嘴主体250的外表面上。该方法还可以包括制作屏蔽件，屏蔽件包括上述元件中的一个或多个。另一示例性制造方法可以包括：制作(图7A的)喷嘴主体450，其具有延伸穿过其中的纵向轴线446；在喷嘴主体450中形成喷嘴出孔425，喷嘴出孔425相对于纵向轴线446以非零斜角444定向；以及，将至少一个对准表面454定位在喷嘴主体450上，该准表面454大致平行于纵向轴线446。斜角444可以相对于纵向轴线446在大约20度到大约60度之间。如上参考图6所描述的，对准表面454的尺寸可以被设计为对准离开喷嘴出孔425的等离子体电弧，以斜角444撞击在工件430的加工表面438上，同时等离子体电弧炬400被定向为基本垂直于加工表面438。该方法还可以包括制作屏蔽件以包括一个或多个上述特征。在一些实施例中，制造方法可以包括用电绝缘材料涂覆喷嘴和/或屏蔽件。制造方法还可以包括在对准表面454中/上设置一组轴承，以减少当对准表面454滑动接触模板432的引导表面436时产生的摩擦量。此外，对准表面454可以被制成基本平面的，以便于与引导表面436滑动接触。在一些实施例中，制造方法包括将第二对准表面456定位在喷嘴主体450的基本垂直于对准表面454的外表面上。喷嘴出孔425的外部开口425a可以形成在第二对准表面456上，以将等离子体电弧引至工件430。此外，本领域技术人员在阅读说明书后可以想到修改。本申请包括这种修改，并且本申请仅受权利要求的范围限制。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种等离子体电弧炬的炬尖端组件，用于将扩散的等离子体电弧流递送到工件以执行刨削操作，所述组件包括：

喷嘴，包括：(i)喷嘴主体，其限定在近端与远端之间延伸的中心纵向轴线，和(ii)位于所述喷嘴主体的远端处的喷嘴出孔，所述喷嘴出孔限定用于穿过其中传导等离子体电弧的至少一个内孔；和

相对于所述喷嘴主体的远端设置的埋头内孔，流体连接到所述内孔并相对于所述内孔位于远侧，所述埋头内孔具有基本封闭的远侧开口；

其中所述内孔或所述埋头内孔中的至少一者在垂直于所述纵向轴线的平面中具有非圆形横截面形状，所述非圆形横截面形状被配置为能够在等离子体电弧中实现适于扩散等离子体电弧的第二非圆形横截面形状。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，由所述喷嘴出孔限定的所述埋头内孔设置在所述喷嘴中。

3.根据权利要求1所述的组件，其中，所述内孔或所述埋头内孔之一在所述平面中具有圆形横截面形状。

4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述非圆形横截面形状是椭圆、梯形、狭槽、矩形、三角形或三叶形之一。

5.根据权利要求1所述的组件，其中，所述平面由彼此垂直的第一横向轴线和第二横向轴线限定，所述非圆形横截面形状具有的沿着所述第一横向轴线的第一长度不同于沿着所述第二横向轴线的第二长度。

6.根据权利要求1所述的组件，其中，所述喷嘴还限定了围绕所述内孔设置的气体通路组。

7.根据权利要求6所述的组件，其中，所述气体通路组围绕所述内孔以非圆形图案设置。

8.根据权利要求1所述的组件，其中，所述埋头内孔设置在屏蔽件上，所述屏蔽件连接到所述喷嘴，并由所述屏蔽件的屏蔽件出孔限定。

9.根据权利要求8所述的组件，其中，所述内孔或所述埋头内孔中的至少一者相对于所述纵向轴线定位在特定的径向定向，用于定向所述非圆形横截面形状以导向地分散所述等离子体电弧。

10.根据权利要求8所述的组件，其中所述喷嘴或所述屏蔽件中的至少一者包括用于将所述内孔或所述埋头内孔定位和固定在特定径向定向的分度固定特征。

11.根据权利要求1所述的组件，其中，所述等离子体电弧适于在工件中形成宽深比大于3比1的刨削轮廓。

12.根据权利要求1所述的组件，其中，所述等离子体电弧的第二非圆形横截面形状是椭圆形。

13.根据权利要求12所述的组件，其中，所述等离子体电弧的椭圆形横截面形状的长轴线基本上垂直于工件中的刨削路径的方向定向。

14.根据权利要求1所述的组件，其中，所述埋头内孔具有比所述内孔更大的横截面面积。

15.根据权利要求5所述的组件，其中，扩散的等离子体电弧的第二非圆形横截面形状具有的沿着所述第一横向轴线的第一长度不同于沿着所述第二横向轴线的第二长度。

16.一种等离子体电弧炬的炬尖端组件，用于将扩散的等离子体电弧流递送到工件以执行刨削操作，所述组件包括：

喷嘴，包括：(i)喷嘴主体，其限定在近端与远端之间延伸的中心纵向轴线，和(ii)位于喷嘴主体的远端处的喷嘴出孔，所述喷嘴出孔限定至少一个内孔用于穿过其中传导等离子体电弧；

屏蔽件，其具有屏蔽件出孔，所述屏蔽件出孔限定至少一个埋头内孔，所述埋头内孔流体连接到所述喷嘴的内孔并相对于所述内孔位于远侧，所述埋头内孔具有基本封闭的远侧开口；

其中所述内孔或所述埋头内孔中的至少一者在垂直于所述纵向轴线的平面中具有非圆形横截面形状，所述非圆形横截面形状被配置为能够在等离子体电弧中实现扩散所述等离子体电弧的第二非圆形横截面形状。

17.根据权利要求16所述的炬尖端组件，其中，所述平面由彼此垂直的第一横向轴线和第二横向轴线限定，扩散的等离子体电弧的第二非圆形横截面形状具有沿着所述第一横向轴线的第一长度，所述第一长度不同于沿着所述第二横向轴线的第二长度。

18.一种等离子体电弧炬的炬尖端组件，用于将扩散的等离子体电弧流递送到工件以执行刨削操作，所述组件包括：

喷嘴，包括：(i)喷嘴主体，其限定在近端与远端之间延伸的中心纵向轴线，和(ii)位于喷嘴主体的远端处的喷嘴出孔，

由所述喷嘴出孔限定的内孔，用于穿过其中传导等离子体电弧，所述内孔在垂直于所述纵向轴线的平面中具有非圆形横截面形状，所述平面由彼此垂直的第一横向轴线和第二横向轴线限定，其中所述内孔的非圆形横截面形状具有沿着所述第一横向轴线的第一长度，所述第一长度不同于沿着所述第二横向轴线的第二长度；和

相对于所述喷嘴主体的远端设置的埋头内孔，其流体连接到所述内孔并相对于所述内孔位于远侧，所述埋头内孔具有基本封闭的远侧开口并且在所述平面中具有第二非圆形横截面形状，使得第二非圆形横截面形状沿着所述平面的第一横向轴线的第一长度不同于第二非圆形横截面形状沿着所述平面的第二横向轴线的第二长度。

19.根据权利要求18所述的炬尖端组件，其中，所述内孔和埋头内孔适于产生具有第三非圆形横截面形状的扩散的等离子体电弧，扩散的等离子体电弧的第三非圆形横截面形状具有的沿着所述第一横向轴线的第一长度不同于沿着所述第二横向轴线的第二长度。

Claims (21)

1.一种等离子体电弧炬的炬尖端组件，用于将扩散的等离子体电弧流递送到工件以执行刨削操作，所述组件包括：

喷嘴，包括：(i)喷嘴主体，其限定在近端与远端之间延伸的中心纵向轴线，和(ii)位于所述喷嘴主体的远端处的喷嘴出孔，所述喷嘴出孔限定用于穿过其中传导等离子体电弧的至少一个内孔；和

相对于所述喷嘴主体的远端设置的埋头内孔特征，流体连接到所述内孔并相对于所述内孔位于远侧；

其中所述内孔或所述埋头内孔特征中的至少一者在垂直于所述纵向轴线的平面中具有非圆形横截面形状，所述非圆形横截面形状被配置为能够在等离子体电弧中实现适于扩散等离子体电弧的第二非圆形横截面形状。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，由所述喷嘴出孔限定的所述埋头内孔特征设置在所述喷嘴中。

3.根据权利要求1所述的组件，其中，所述内孔或所述埋头内孔特征之一在所述平面中具有圆形横截面形状。

4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述非圆形横截面形状是椭圆、梯形、狭槽、矩形、三角形或三叶形之一。

5.根据权利要求1所述的组件，其中，所述平面由彼此垂直的第一横向轴线和第二横向轴线限定，所述非圆形横截面形状具有的沿着所述第一横向轴线的第一长度不同于沿着所述第二横向轴线的第二长度。

6.根据权利要求1所述的组件，其中，所述埋头内孔特征是埋头锥孔。

7.根据权利要求1所述的组件，其中，所述埋头内孔特征是埋头柱孔。

8.根据权利要求1所述的组件，其中，所述喷嘴还限定了围绕所述内孔设置的气体通路组。

9.根据权利要求8所述的组件，其中，所述气体通路组围绕所述内孔以非圆形图案设置。

10.根据权利要求1所述的组件，其中，所述埋头内孔特征设置在屏蔽件上，所述屏蔽件连接到所述喷嘴，并由所述屏蔽件的屏蔽件出孔限定。

11.根据权利要求10所述的组件，其中，所述内孔或所述埋头内孔特征中的至少一者相对于所述纵向轴线定位在特定的径向定向，用于定向所述非圆形横截面形状以导向地分散所述等离子体电弧。

12.根据权利要求10所述的组件，其中所述喷嘴或所述屏蔽件中的至少一者包括用于将所述内孔或所述埋头内孔特征定位和固定在特定径向定向的分度固定特征。

13.根据权利要求1所述的组件，其中，所述等离子体电弧适于在工件中形成宽深比大于3比1的刨削轮廓。

14.根据权利要求1所述的组件，其中，所述等离子体电弧的第二非圆形横截面形状是椭圆形。

15.根据权利要求14所述的组件，其中，所述等离子体电弧的椭圆形横截面形状的长轴线基本上垂直于工件中的刨削路径的方向定向。

16.根据权利要求1所述的组件，其中，所述埋头内孔特征具有比所述内孔更大的横截面面积。

17.根据权利要求5所述的组件，其中，扩散的等离子体电弧的第二非圆形横截面形状具有的沿着所述第一横向轴线的第一长度不同于沿着所述第二横向轴线的第二长度。

18.一种等离子体电弧炬的炬尖端组件，用于将扩散的等离子体电弧流递送到工件以执行刨削操作，所述组件包括：

喷嘴，包括：(i)喷嘴主体，其限定在近端与远端之间延伸的中心纵向轴线，和(ii)位于喷嘴主体的远端处的喷嘴出孔，所述喷嘴出孔限定至少一个内孔用于穿过其中传导等离子体电弧；

屏蔽件，其具有屏蔽件出孔，所述屏蔽件出孔限定至少一个埋头内孔特征，所述埋头内孔特征流体连接到所述喷嘴的内孔并相对于所述内孔位于远侧；

其中所述内孔或所述埋头内孔特征中的至少一者在垂直于所述纵向轴线的平面中具有非圆形横截面形状，所述非圆形横截面形状被配置为能够在等离子体电弧中实现扩散所述等离子体电弧的第二非圆形横截面形状。

19.根据权利要求18所述的炬尖端组件，其中，所述平面由彼此垂直的第一横向轴线和第二横向轴线限定，扩散的等离子体电弧的第二非圆形横截面形状具有沿着所述第一横向轴线的第一长度，所述第一长度不同于沿着所述第二横向轴线的第二长度。

20.一种等离子体电弧炬的炬尖端组件，用于将扩散的等离子体电弧流递送到工件以执行刨削操作，所述组件包括：

喷嘴，包括：(i)喷嘴主体，其限定在近端与远端之间延伸的中心纵向轴线，和(ii)位于喷嘴主体的远端处的喷嘴出孔，

由所述喷嘴出孔限定的内孔，用于穿过其中传导等离子体电弧，所述内孔在垂直于所述纵向轴线的平面中具有非圆形横截面形状，所述平面由彼此垂直的第一横向轴线和第二横向轴线限定，其中所述内孔的非圆形横截面形状具有沿着所述第一横向轴线的第一长度，所述第一长度不同于沿着所述第二横向轴线的第二长度；和

相对于所述喷嘴主体的远端设置的埋头内孔特征，其流体连接到所述内孔并相对于所述内孔位于远侧，所述埋头内孔特征在所述平面中具有第二非圆形横截面形状，使得第二非圆形横截面形状沿着所述平面的第一横向轴线的第一长度不同于第二非圆形横截面形状沿着所述平面的第二横向轴线的第二长度。

21.根据权利要求20所述的炬尖端组件，其中，所述内孔和埋头内孔适于产生具有第三非圆形横截面形状的扩散的等离子体电弧，扩散的等离子体电弧的第三非圆形横截面形状具有的沿着所述第一横向轴线的第一长度不同于沿着所述第二横向轴线的第二长度。