CN110771269A - 机电线性致动电极 - Google Patents

Abstract

本文的方法提供等离子体电弧焊炬，该等离子体电弧焊炬包括围绕电极的尖端，该电极具有近端和远端，以及围绕尖端的屏蔽件，该屏蔽件包括邻近电极的远端的出口孔。该焊炬还可以包括耦合到电极的线性致动设备，用于致动电极使得电极的远端相对于尖端和屏蔽件的出口孔轴向地移动。在一些方法中，线性致动设备能够操作为沿着延伸通过尖端的中心纵向轴致动电极。在一些方法中，线性致动设备可以包括以下之一：微型线性驱动马达、微型线性步进马达、音圈、螺线管圈和磁致伸缩致动器。在一些方法中，在焊炬的焊接或切割循环期间致动电极。

Description

机电线性致动电极

相关申请的交叉引用

本国际申请要求于2017年6月20日提交的美国非临时专利申请No.15/628,278的优先权，该申请的公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开一般地涉及等离子体电弧焊炬，以及更尤其涉及用于线性致动等离子体电弧焊炬的电极的设备和方法。

背景技术

等离子体设备，诸如等离子体电弧焊炬，可以用于通过将包括电离气体粒子的高能等离子体流引导向工件来切割、标记(marking)、熔刮(gouging)以及焊接金属工件。在典型的等离子体电弧焊炬中，要电离的气体被供应到焊炬的远端并流过电极，然后通过等离子体电弧焊炬的喷嘴或尖端中的孔出去。电极具有相对负的电位并用作阴极。相反，焊炬尖端具有相对正的电位并用作阳极。进一步的，电极与尖端处于隔开的关系中，从而在焊炬的远端处产生间隙。在操作中，在电极和尖端之间的间隙中产生引导电弧，该引导电弧加热并随后电离气体。然后电离的气体被吹出焊炬，并呈现为离开尖端向远延伸的等离子体流。随着焊炬的远端移动到靠近工件的位置，因为工件到地的阻抗低于焊炬尖端到地的阻抗，所以电弧从焊炬尖端跳到或转移到工件。因此，工件用作阳极，以及等离子体电弧焊炬以“转移电弧”模式操作。

当前的方法包括不可调节的固定位置电极，或者可能要求焊炬的部分拆卸的仅能够通过手动调节电极而改变的固定位置电极。例如，在当前的设计中，可以用螺纹锁定设备将电极退回装置(setback)与夹头和邻接的夹头主体固定。用这种设计，调整电极退回装置要求焊炬关闭以及随后系统重启。

发明内容

鉴于前述内容，在一种方法中，等离子体电弧焊炬包括围绕电极的尖端，该电极具有近端和远端，以及围绕尖端的屏蔽件，该屏蔽件包括邻近电极的远端的出口孔。等离子体电弧焊炬还可以包括线性致动设备，该线性致动设备耦合到电极或尖端用于致动电极或尖端，使得电极的远端相对于屏蔽件的出口孔轴向地移动。

在另一种方法中，等离子体电弧系统包括等离子体电弧焊炬，该等离子体电弧焊炬具有由尖端围绕的电极，该电极包括近端和远端，以及围绕尖端的屏蔽件，该屏蔽件包括邻近电极的远端的出口孔。等离子体电弧系统还包括线性致动设备，该线性致动设备耦合到电极或尖端用于沿着中心纵向轴调节电极和尖端的相对位置，其中中心纵向轴延伸通过尖端的中心孔。

在又一种方法中，方法包括提供等离子体电弧焊炬，该等离子体电弧焊炬包括由尖端围绕的电极，该电极具有近端和远端。该方法还包括提供围绕尖端的屏蔽件，该屏蔽件包括邻近电极的远端的出口孔，以及通过线性致动设备沿着延伸通过尖端的孔的中心纵向轴致动电极或尖端。

附图说明

附图图示了该公开的示例性方法，并且其中：

图1是根据该公开的示例性实施例的等离子体电弧焊炬的侧剖视图；

图2是根据该公开的示例性实施例的图1的等离子体电弧焊炬的侧剖视图；

图3A-图3B是根据该公开的示例性实施例的图1的等离子体电弧焊炬的焊接操作的侧剖视图；

图4是根据该公开的示例性实施例的线性致动设备和等离子体电弧焊炬的耗材的侧视图；

图5是根据该公开的示例性实施例的线性致动设备和等离子体电弧焊炬的耗材的侧视图；

图6是根据该公开的示例性实施例的线性致动设备和等离子体电弧焊炬的耗材的侧视图；

图7是根据该公开的示例性实施例的线性致动设备和等离子体电弧焊炬的耗材的侧视图；以及

图8是图示根据该公开的示例性实施例的示例性处理的流程图。

附图不一定按比例绘制。附图仅仅是表示，而不旨在描绘该公开的具体参数。附图旨在描绘该公开的示例性实施例，并且因此不被认为是对范围的限制。在附图中，相同的标号表示相同的元件。

具体实施方式

现在将参考附图继续本公开，其中示出了各种方法。然而，将认识到的是，所公开的焊炬手柄可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的方法。而是，提供这些方法使得这个公开将是详尽的和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达该公开的范围。在附图中，相同的标号通篇表示相同的元件。

如本文所使用的，以单数形式陈述以及以单词“一(a/an)”继续的元件或操作应被理解为不排除多个元件或操作，除非明确地陈述了这样的排除。此外，对本公开的“一种方法”的引用不旨在被解释为排除也包含所陈述的特征的额外方法的存在。

此外，诸如“在...下面”、“在...下方”、“下部”、“中心”、“在…上方”、“上部”、“在…上”、“在...之上”等的空间相对术语在本文中可以用于易于描述如图中所图示的一个元件与另一个(或多个)元件的关系。将理解的是，除了图中所描绘的朝向之外，空间相对术语还可以涵盖设备在使用或操作中的不同朝向。

可以使用表达“耦合”和“连接”连同它们的派生词来描述一些示例。这些术语不一定旨在作为彼此的同义词。例如，使用术语“连接”和/或“耦合”的描述可以指示两个或更多个元件彼此直接物理或电接触。然而，术语“耦合”也可以意味着两个或更多个元件彼此不直接接触，但是仍然彼此合作或相互作用。

如上面所描述的，在现有技术的切割系统中，可靠地启动电弧以及检测阴极和喷嘴的寿命终止是困难的。现存的使用接触启动的等离子体切割系统提供在阴极和阳极之间的接触以发起电弧来启动切割处理。系统中电弧的成功发起随着阴极和阳极之间的相对运动以及进入到等离子体室内的气体的流速变化。通过用另一个导体桥接阴极和阳极之间的固定间隙来产生电弧。阳极-阴极间隙是由电弧室中的气压增加直到导体或移动的阴极从阳极移开来产生的，并在阴极和阳极之间拉出电弧。气流推动电弧通过喷嘴，从而将该电弧转移到工件。

气体的质量流与阴极从阳极移动的速度之间存在平衡。在一些情况下，电弧可能熄灭，或者它将要求如此大的功率来维持电弧，以至于它可能导致过早地损耗阳极和/或阴极。接触启动存在的另一个问题是使用标准空气，其导致在阳极和阴极上的氧化层堆积，并使阳极/阴极绝缘，从而引起过早的寿命终止。

为了解决这个需要，本文的实施例提供了线性致动电极/发射元件。发射元件的致动可以控制气流(例如，等离子体室中的气压)和相对于喷嘴的阴极位置。这可以允许气流随着位置变化，以及通过降低在任何间隙处的电压要求来增加维持用于多种多样的流量范围的等离子体电弧的能力，同时允许电源随着阴极和阳极之间的距离变化以任何特定功率水平来增加电流。此外，对于给定的功率水平和/或电流，可以通过测量发射元件相对于阴极和阳极的位置来确定寿命终止。

此外，阴极位置感测可以被结合到设计中，来使得精确的位置控制成为可能，以能够关联阴极位置与零件损耗和消耗。用于确定阴极的位置的方式可以包括线性和旋转电位计、线性差动变换器(linear variable differential transformer,LVDT)、绝对编码器、相对编码器、电容式磁场传感器、光磁场传感器、HAL磁场传感器以及响应于磁场而改变输出电压的其它磁场传感器。

参考图1-图2，将更详细地描述根据该公开的实施例的等离子体电弧焊炬(后文“焊炬”)10。如本文所使用的，等离子体电弧焊炬应被本领域技术人员解释为是生成或使用等离子体用于无论手动或自动切割、焊接、喷涂、熔刮或标记操作等在内的装置。因此，对等离子体电弧切割焊炬或等离子体电弧焊炬的具体参考不应被解释为限制本公开的范围。此外，对将气体提供给等离子体电弧焊炬的具体参考不应被解释为限制本公开的范围，根据本公开的教导，如例如液体的其它流体也可以被提供给等离子体电弧焊炬。

如所示，焊炬10包括一个或多个耗材16，诸如电极100、尖端102和屏蔽罩或屏蔽件114。屏蔽件114可以包括接近电极100的远端122的出口孔118。将认识到的是，焊炬10通常还包括其它部件，为了简洁和易于解释，这些部件未被示出。焊炬10还可以包括线性致动设备120，该线性致动设备120耦合到电极100或尖端102用于致动电极100或尖端102，使得电极100的远端122相对于屏蔽件114的出口孔118轴向地(例如，线性地向上/向下)移动。更具体地，线性致动设备120能够操作为沿着延伸通过尖端102的中心孔和电极100的中心纵向轴“CA”致动电极100。如下面将更详细描述的，线性致动设备120可以包括以下之一：微型线性驱动马达、微型线性步进马达、音圈、螺线管圈或磁致伸缩致动器。

在一些实施例中，焊炬10可以包括控制系统125，该控制系统125能够与焊炬10操作，例如，能够与线性致动设备120和/或电极100操作。具体地，控制系统125可以包括传感器127，该传感器127被配置为接收从电极100生成的电压，和/或接收电极100的远端122相对于屏蔽件114的出口孔118的位置的指示。在一个示例中，传感器127可以具体地监视电极100的发射插件的位置和/或尺寸。在一些实施例中，控制系统125可以从存储器129取回历史电极位置数据，以及然后比较所接收的输出与历史电极位置数据。然后，控制系统125被配置为在输出偏离历史电极位置数据达预定量的情况下检测电极100的劣化。基于劣化的水平，可以确定和/或预测寿命终止。这可以被存储在存储器129中，以及传送给焊炬10的操作者。

在一些实施例中，控制系统125可以是等离子体电弧焊炬10中或远程计算机中的专家系统。控制系统125可以包括用于处理或执行等离子体电弧焊炬10的一个或多个部件的逻辑操作的处理部件。处理部件可以包括各种硬件元件、软件元件或两者的组合。硬件元件的示例可以包括设备、逻辑设备、部件、处理器、微处理器、电路、处理器电路、电路元件(例如，晶体管、电阻器、电容器、电感器等)、集成电路、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备(PLD)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、存储器单元、逻辑门、寄存器、半导体设备、芯片、微芯片、芯片组等。软件元件的示例可以包括软件部件、程序、应用、计算机程序、应用程序、设备驱动程序、系统程序、软件开发程序、机器程序、操作系统软件、中间件、固件、软件部件、例行程序、子例行程序、函数、方法、过程、软件接口、应用程序接口(API)、指令集、计算代码、计算机代码、代码段、计算机代码段、线性码(words)、值、符号或其任意组合。可以根据任何数量的因素，诸如期望的计算速率、功率水平、耐热性、处理周期预算、输入数据速率、输出数据速率、存储器资源、数据总线速度以及如给定示例所期望的其它设计或性能限制来改变确定示例是否使用硬件元件和/或软件元件来实现。

在一些实施例中，处理部件可以包括通用计算元件，诸如多核处理器、协处理器、存储器单元、芯片组、控制器、外围设备、接口、振荡器、计时设备、视频卡、音频卡、多媒体输入/输出(I/O)部件(例如，数字显示器)、电源等。存储器单元的示例可以包括但不限于以一个或多个更高速度的存储器单元的形式的各种类型的计算机可读和机器可读存储介质，诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、双数据速率DRAM(DDRAM)、同步DRAM(SDRAM)、静态RAM(SRAM)、可编程ROM(PROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存存储器、诸如铁电聚合物存储器的聚合物存储器、奥氏存储器、相变或铁电存储器、硅氧化氮氧化硅(SONOS)存储器、磁卡或光卡、诸如独立盘冗余阵列(RAID)驱动器的设备阵列、固态存储器设备(例如，USB存储器)、固态驱动器(SSD)以及适合于存储信息的任何其它类型的存储介质。

如图1中所示，线性致动设备120可以使电极100朝出口孔118向远移动，例如直到电极100与尖端102直接物理接触。如图2中所示，线性致动设备120可以使电极100远离出口孔118向近移动，使得电极100和尖端102之间的间隙增加。在焊炬10的操作期间，在电弧启动模式期间电极100和尖端102可以开始接触。同时，在操作模式期间，电极100和尖端102可以彼此分离。不像采用固定的螺纹后部夹具和夹头的先前设计，该公开的实施例允许电极100在不关闭系统的情况下在最大退回位置和最小退回位置之间移动。这可以允许甚至在焊接循环期间改变电极100相对于尖端102的位置，其改变了焊接电弧的焦点，从而使得在运行中从深穿透类型焊接(即,“锁眼(keyhole)”模式)到软表面融合类型焊接(即，“融化(melt in)”模式)的改变成为可能。

图3A-图3B示出了由改变电极100的退回对等离子体形状的影响。例如，图3A展示了电极100相对于尖端102的最大退回位置，其提供对工件130的聚焦/深穿透焊接。同时，图3B展示了电极100的最小退回位置，其对应于对工件130的表面融合焊接。如上面所陈述的，在不切断焊炬10电源的情况下在每个最大退回位置和最小退回位置之间的转换是可能的。

在一些实施例中，控制系统125可以与焊炬10的安培设置/控制和气体耦合。这些设置可以在能够接受的参数范围中可变，以及可以通过作业编号或其它标识符调用。这提供了更加可重复的电弧形状，以及更精确的气体和电流控制，以便为特定材料和/或接头设计进一步优化电弧特性。

现在参考图4，将更详细地描述焊炬210的一个或多个耗材216的侧剖视图。如所示，耗材216可以包括电极200、喷嘴204和间隔件240。焊炬210还可以包括直接耦合到电极200的线性致动设备220。如进一步所示，间隔件240可以包括形成在该间隔件240中的一个或多个流体通道250，以准许气体流动通过耗材216。

在一些实施例中，电极200可以由易受腐蚀的材料制成，诸如钨、铜、铜合金、银或银合金。此外，电极200可以限定在该电极200的远端处的孔，在一些实施例中，该孔被配置为接纳发射元件226，该发射元件226可以由易受腐蚀的材料制成，诸如铪、铪合金、锆、锆合金或本领域已知的以及具有合适特性的其它材料。在一些情况下，发射元件226可以是圆棒的形式，其被压配合、钎焊(brazed)或以其它方式嵌入到电极200的孔内。发射元件226可以被同心地布置。在使用期间，线性致动设备220可以相对于喷嘴204的出口孔218致动发射元件226达距离△x/△v。

在一些实施例中，线性致动设备220是微型线性驱动马达，该微型线性驱动马达被配置为致动发射元件226以控制通过流体通道250和/或出口孔218的气流，也控制阳极(例如，电极200和发射元件226)相对于阴极(例如，喷嘴204)的位置。这可以允许气流随着位置变化，并通过降低在任何间隙处的电压要求来增加维持用于多种多样的流量范围的等离子体电弧的能力，同时允许电源随着阴极和阳极之间的距离变化以任何特定功率水平来增加电流。可以通过测量为维持在给定电流下的功率水平的发射元件226相对于喷嘴204的位置来确定终止寿命。通过给予焊炬210由快速循环发射元件226来清除氧化物层的方法，发射元件226的致动可以增强启动。

现在参考图5，将更详细地描述焊炬310的一个或多个耗材316的侧剖视图。如所示，耗材316可以包括多个耗材，该多个耗材包括电极300、喷嘴304和间隔件340。焊炬310还可以包括直接耦合到电极300的线性致动设备320。如进一步所示，间隔件340可以包括形成在该间隔件340中的一个或多个流体通道350，以准许气体流动通过耗材316。在使用期间，线性致动设备320可以相对于喷嘴304的出口孔318致动发射元件326达距离△x/△v。

在这个实施例中，线性致动设备320包括线圈352，该线圈352被配置为致动电极300和发射元件326，以控制通过流体通道350和/或出口孔318的气流，也控制阴极360(例如，电极300和发射元件326)相对于阳极362(例如，喷嘴304)的位置。例如，线性致动设备320可以是类似于声学、扬声器的音圈或螺线管圈，其可以在驱动器(drive)和发射元件326之间有或没有电绝缘体的情况下致动阴极。使用线圈的电流驱动来抵抗诸如弹簧的返回元件354，对于单步或多步处理，阴极360的位置可以通过将气流和电弧电压保持在合适的位置所要求的电流的多少来确定。

在一些实施例中，为了设置初始启动位置，线圈352可以将阴极360移动到适当的位置(例如，向下朝着喷嘴304)，以闭合(close)阴极360和阳极362之间的连续性电路。如果没有检测到连续性，那么线圈352或螺线管可以多次建立连续性振荡，直到氧化物层破损或者确定阴极360已损耗回到了阳极362和阴极360之间的电接触不可能实现的情况，从而指示寿命终止。在其它实施例中，也可以使用磁致伸缩致动器以移动发射元件326来实现电弧启动。磁致伸缩致动器通过使工作电流或引导电流流过线圈352并使电极300膨胀来运行，因此移动机械联动装置来将发射元件326定位于远离阳极362。

现在参考图6，将更详细地描述焊炬410的一个或多个耗材416的侧剖视图。如所示，耗材416可以包括电极400、喷嘴404和间隔件440。焊炬410还可以包括直接耦合到电极400的线性致动设备420。如进一步所示，间隔件440可以包括形成在该间隔件440中的一个或多个流体通道450，以准许气体流动通过耗材416。在使用期间，线性致动设备420可以相对于喷嘴404的出口孔418致动发射元件426达距离△x/△v。

在这个实施例中，线性致动设备420包括线性步进马达，该线性步进马达提供有或没有在驱动器和发射元件426之间的电绝缘体。使用线性步进马达的步数，可以在操作的同时确定阴极460的位置。例如，为了设置初始启动位置，线性步进马达可以通过使用外部阶梯或螺纹464旋转电极400来在适当的方向上(例如，线性地向下朝出口孔418)移动阴极460，以闭合阴极460和阳极462(例如，喷嘴404)之间的连续性电路。如果没有检测到电连续性，那么线性步进马达可以通过以下方式来建立电连续性：多次收起和接合直到氧化物层破损，或者确定阴极已损耗回到了阳极462和阳极之间的间隙如此大以至于该电连续性不能通过移动阴极460来实现的情况，从而标志寿命终止。为了启动电弧，可能在等离子体室中存在将打开气体端口的特征，从而允许进入到等离子体室内的气流随着阴极460相对于阳极462的位置而变化。

现在参考图7，将更详细地描述焊炬510的一个或多个耗材516的侧剖视图。如所示，耗材516可以包括电极500和喷嘴/间隔件504。虽然未示出，但是焊炬510还可以包括直接耦合到电极500的线性致动设备。如进一步所示，喷嘴/间隔件504可以包括形成在该喷嘴/间隔件504中的一个或多个流体通道550，以准许一种或多种气体流动通过耗材516。在这个实施例中，电极500可以是具有与为阳极的喷嘴/间隔件504的内部几何形状互补的外部几何形状的阶梯状阴极。流体通道550例如以垂直于或基本垂直于延伸通过电极500的中心纵向轴的朝向形成通过喷嘴/间隔件504。在一些实施例中，气体(例如，气体1、气体2和气体3)被配置为围绕喷嘴/间隔件504和电极500的阶梯状特征旋流(swirl)。通过相对于喷嘴/间隔件504致动电极500，气体可以被按需控制。

现在参考图8，将更详细地描述根据示例性实施例的用于致动等离子体电弧焊炬中的电极的方法600。方法600可以包括提供等离子体电弧焊炬，该等离子体电弧焊炬包括由尖端围绕的电极，该电极包括近端和远端，如框602处所示。在一个实施例中，电极包括布置在远端处的发射元件。在一个实施例中，电极是阴极以及尖端是阳极。

方法600还可以包括提供围绕尖端的屏蔽件，该屏蔽件包括邻近电极的远端的出口孔，如框604处所示。方法600还可以包括通过线性致动设备沿着延伸通过尖端的孔的中心纵向轴致动电极，如框606处所示。在一些实施例中，该方法包括相对于屏蔽件致动发射插件。在一些实施例中，使用以下线性致动设备中的一个或多个线性致动设备来致动电极：微型线性驱动马达、微型线性步进马达、音圈、螺线管圈和磁致伸缩致动器。在一些实施例中，该方法包括在等离子体电弧焊炬的焊接或切割循环期间致动电极。在一些实施例中，该方法包括在电弧启动模式期间沿着延伸通过尖端的孔的中心纵向轴轴向地致动电极，以使电极的远端与尖端开始接触。

在一些实施例中，方法600还包括从能够与等离子体电弧焊炬操作的传感器接收输出，如框608处所示。在一些实施例中，输出可以是以下至少之一：从电极生成的电压，以及电极的远端相对于屏蔽件的出口孔的位置。方法600还包括从存储器取回历史电极位置数据，如框610处所示，以及比较输出与历史电极位置数据，如框612处所示。方法600还可以包括在输出偏离历史电极位置数据达预定量的情况下检测电极的劣化，如框614处所示。

虽然已参考某些方法描述了本公开，但是在不脱离如所附权利要求所限定的本公开的范围和界限的情况下，对所描述的方法的许多修改、变更和改变是可能的。因此，旨在本公开不限于所描述的方法，但是其具有由下面的权利要求的语言及其等同所限定的全部范围。虽然已参考某些方法描述了该公开，但是在不脱离如所附权利要求所限定的该公开的精神和范围的情况下，对所描述的方法的许多修改、变更和改变是可能的。因此，旨在本公开不限于所描述的方法，但是其具有由下面的权利要求的语言及其等同所限定的全部范围。

Claims (25)

1.一种等离子体电弧焊炬，包括：

围绕电极的尖端，所述电极具有近端和远端；

围绕所述尖端的屏蔽件，所述屏蔽件包括邻近所述电极的所述远端的出口孔；以及

线性致动设备，所述线性致动设备耦合到所述电极或所述尖端用于致动所述电极或所述尖端，使得所述电极的所述远端相对于所述屏蔽件的所述出口孔轴向地移动。

2.如权利要求1所述的等离子体电弧焊炬，所述线性致动设备能够操作为沿着延伸通过所述尖端的中心纵向轴致动所述电极或所述尖端。

3.如权利要求1所述的等离子体电弧焊炬，所述线性致动设备包括以下之一：微型线性驱动马达、微型线性步进马达、音圈、螺线管圈和磁致伸缩致动器。

4.如权利要求1所述的等离子体电弧焊炬，还包括布置在所述电极的所述远端处的发射插件。

5.如权利要求2所述的等离子体电弧焊炬，还包括喷嘴，在该喷嘴中形成有一个或多个流体通道。

6.如权利要求5所述的等离子体电弧焊炬，其中所述电极是阶梯状阴极，以及所述喷嘴是阳极，以及其中形成在所述阳极内的一个或多个通道向所述阶梯状阴极提供气体。

7.如权利要求6所述的等离子体电弧焊炬，其中所述一个或多个通道基本上垂直于所述中心纵向轴被定向。

8.如权利要求1所述的等离子体电弧焊炬，其中在启动模式期间，所述电极与所述尖端接触，以及其中在操作模式期间，所述电极从所述尖端收回。

9.一种等离子体电弧系统，包括：

等离子体电弧焊炬，所述等离子体电弧焊炬包括由尖端围绕的电极，所述电极包括近端和远端；

围绕所述尖端的屏蔽件，所述屏蔽件包括邻近所述电极的所述远端的出口孔；以及

线性致动设备，所述线性致动设备耦合到所述电极或所述尖端用于沿着中心纵向轴调节所述电极和所述尖端之间的相对位置，其中所述中心纵向轴延伸通过所述尖端的中心孔。

10.如权利要求9所述的等离子体电弧系统，所述线性致动设备包括以下之一：微型线性驱动马达、微型线性步进马达、音圈、螺线管圈和磁致伸缩致动器。

11.如权利要求9所述的等离子体电弧系统，还包括布置在所述电极的所述远端内的发射插件。

12.如权利要求10所述的等离子体电弧系统，还包括喷嘴，其中所述喷嘴包括形成在该喷嘴中的一个或多个流体通道。

13.如权利要求12所述的等离子体电弧系统，其中所述电极是阶梯状阴极，以及所述喷嘴是阳极，以及其中形成在所述阳极内的一个或多个通道向所述阶梯状阴极提供气体。

14.如权利要求9所述的等离子体电弧系统，其中在电弧的启动期间，所述电极与所述尖端接触，以及其中在操作模式期间，所述电极和所述尖端从彼此收回。

15.如权利要求11所述的等离子体电弧系统，还包括能够与所述线性致动设备操作的控制系统，所述控制系统包括用于确定以下至少之一的传感器：从所述电极生成的电压，以及所述电极的所述远端相对于所述屏蔽件的所述出口孔的位置。

16.如权利要求15所述的等离子体电弧系统，其中所述传感器确定所述发射插件的位置。

17.如权利要求15所述的等离子体电弧系统，所述控制系统还包括存储器和处理器，其中所述处理器通过比较存储在所述存储器中的历史电极位置数据与从所述电极生成的电压或所述电极的所述远端的位置来检测所述电极的劣化。

18.一种方法，包括：

提供等离子体电弧焊炬，所述等离子体电弧焊炬包括由尖端围绕的电极，所述电极包括近端和远端；

提供围绕所述尖端的屏蔽件，所述屏蔽件包括邻近所述电极的所述远端的出口孔；以及

通过线性致动设备沿着延伸通过所述尖端的中心孔的中心纵向轴致动所述电极或所述尖端。

19.如权利要求18所述的方法，还包括相对于所述屏蔽件致动与所述电极的所述远端耦合的发射插件。

20.如权利要求18所述的方法，还包括接收来自能够与所述等离子体电弧焊炬操作的传感器的输出，所述输出包括以下至少之一：从所述电极生成的电压，以及所述电极的所述远端相对于所述屏蔽件的所述出口孔的位置。

21.如权利要求20所述的方法，还包括：

从存储器取回历史电极位置数据；

比较所述输出与所述历史电极位置数据；以及

当所述输出偏离所述历史电极位置数据达预定量时，检测所述电极的劣化。

22.如权利要求18所述的方法，还包括使用以下线性致动设备之一来致动所述电极：微型线性驱动马达、微型线性步进马达、音圈、螺线管圈和磁致伸缩致动器。

23.如权利要求18所述的方法，还包括在所述等离子体电弧焊炬的焊接或切割循环期间致动所述电极。

24.如权利要求18所述的方法，还包括在电弧启动模式期间沿着所述中心纵向轴轴向地致动所述电极，以使所述电极的所述远端与所述尖端开始接触。

25.如权利要求18所述的方法，还包括在电弧启动模式期间沿着所述中心纵向轴轴向地致动所述尖端，以使所述电极的所述远端与所述尖端开始接触。

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