CN112775524A - 液体冷却式等离子电弧焊炬 - Google Patents
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Abstract
一种等离子电弧焊炬包括阴极、导弧导体、以及喷嘴本体，所述阴极沿着所述焊炬的轴线延伸。第一流体导管和第二流体导管与所述焊炬的轴线平行地延伸。第一偏移配件包括：第一管道，所述第一管道联接到所述第一流体导管并且与其处于流体连通；以及第二管道，所述第二管道与所述第一管道处于流体连通、从所述第一管道径向地向外偏移并且在近端方向上延伸背离所述第一管道。第二偏移配件包括：第三管道，所述第三管道联接到所述第二流体导管并且与其处于流体连通；以及第四管道，所述第四管道与所述第三管道处于流体连通、从所述第三管道径向地向外偏移并且在所述近端方向上延伸背离所述第三管道。弹簧压缩插头将所述导弧导体电连接到所述喷嘴本体。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年11月8日提交的美国临时专利申请序列号62/932,550、2020年6月5日提交的美国非临时专利申请序列号16/893,563和2020年10月1日提交的美国非临时专利申请序列号17/060,203的优先权，所述专利申请的披露内容通过援引并入本文。
发明背景
技术领域
本发明涉及用于使用等离子电弧来切割工件的液体冷却式等离子电弧焊炬。
相关技术的说明
在许多切割操作中，使用了等离子电弧焊炬。这些焊炬在非常高的温度下工作，这可能损坏这些焊炬的许多部件。如此，一些焊炬使用液体冷却以使热量传递离开一些切割焊炬部件。冷却液体穿过焊炬内的各种流体腔室，然后从焊炬返回并且再循环。等离子电弧焊炬在操作期间可以使用等离子气体和保护气体两者，并且可以包括用于引发电弧的高频起动电路。因此，等离子电弧焊炬可以包括用于穿过焊炬的不同流体(例如，冷却液体以及等离子和保护气体)的内部导管、以及用于引发电弧的导体。这种结构影响了焊炬的直径或宽度。通常需要较窄的焊炬设计，这是因为较窄的焊炬可以更容易在“紧密的”空间中使用，例如在工件的内部拐角内使用。具有可能难以切割的内部拐角的一种示例工件是宽翼缘梁(例如，W型梁或H型梁)或具有宽翼缘的工字梁，所述梁具有内部拐角，梁翼缘在内部拐角处与中心腹板会和。常规焊炬的宽度可能使得难以在工件的内部拐角内操纵这类焊炬。还需要较窄的焊炬设计，因为它允许使用直径较小的耗材(例如，电极、喷嘴、涡流环等)，从而降低焊炬和耗材的成本。通过将常规的液体冷却式等离子电弧焊炬与本申请的其余部分中参照附图阐述的本发明的实施例相比较，这些常规焊炬的进一步的局限性和缺点对本领域技术人员而言将变得明显。
发明简要概述
下面的概述呈现了简化的概述，以提供对本文所讨论的装置、系统和/或方法的一些方面的基本理解。本概述不是对本文所讨论的装置、系统和/或方法的广泛综述。并不旨在指出关键的元件或划定这类装置、系统和/或方法的范围。唯一的目的是以简化的形式呈现一些概念，作为稍后呈现的更详细说明的序言。
根据本发明的一个方面，提供了一种等离子电弧焊炬。所述等离子电弧焊炬包括阴极、导弧导体、以及喷嘴本体，所述阴极沿着所述焊炬的轴线延伸。所述焊炬内的第一流体导管与所述焊炬的轴线平行地延伸。所述焊炬内的第二流体导管与所述焊炬的轴线平行地延伸。第一偏移配件包括与所述第一流体导管处于流体连通的第一管道、以及与所述第一管道处于流体连通的第二管道。所述第一管道联接到所述第一流体导管，所述第二管道从所述第一管道径向地向外偏移并且与所述焊炬的轴线平行地在近端方向上延伸背离所述第一管道。第二偏移配件包括与所述第二流体导管处于流体连通的第三管道、以及与所述第三管道处于流体连通的第四管道。所述第三管道联接到所述第二流体导管，所述第四管道从所述第三管道径向地向外偏移并且与所述焊炬的轴线平行地在所述近端方向上延伸背离所述第三管道。弹簧压缩插头将所述导弧导体电连接到所述喷嘴本体。
根据本发明的另一方面，提供了一种等离子电弧焊炬。所述等离子电弧焊炬包括：阴极，所述阴极沿着所述焊炬的轴线延伸并且具有第一多个冷却液体孔口；喷嘴；以及喷嘴本体，所述喷嘴本体具有将冷却液体朝向所述喷嘴输送的内部冷却液体通道。内部隔离器具有与所述第一多个冷却液体孔口处于流体连通的第二多个冷却液体孔口。外部隔离器从所述内部隔离器径向地偏移以形成间隙空间，所述冷却液体通过所述间隙空间被输送到喷嘴本体中。所述外部隔离器的远端终端从所述内部隔离器径向地偏移，使得所述间隙空间延伸到所述外部隔离器的远端终端。所述内部隔离器和所述外部隔离器将所述喷嘴本体与所述阴极电绝缘。所述焊炬进一步包括冷却液体返回导管、以及冷却液体返回偏移配件，所述冷却液体返回偏移配件包括与所述冷却液体返回导管处于流体连通的第一冷却液体返回管道、以及与所述第一冷却液体返回管道处于流体连通的第二冷却液体返回管道。所述第一冷却液体返回管道联接到所述冷却液体返回导管，所述第二冷却液体返回管道从所述第一冷却液体返回管道径向地向外偏移并且与所述焊炬的轴线平行地在近端方向上延伸背离所述第一冷却液体返回管道。
根据本发明的另一方面，提供了一种等离子电弧焊炬。所述等离子电弧焊炬包括阴极、导弧导体、喷嘴本体、等离子气体导管、保护气体导管、以及冷却液体返回导管，所述阴极沿着所述焊炬的轴线延伸。等离子气体偏移配件包括与所述等离子气体导管处于流体连通的第一等离子气体管道、以及与所述第一等离子气体管道处于流体连通的第二等离子气体管道。所述第二等离子气体管道从所述第一等离子气体管道径向地向外偏移，并且与所述焊炬的轴线平行地在近端方向上延伸背离所述第一等离子气体管道。保护气体偏移配件包括与所述保护气体导管处于流体连通的第一保护气体管道、以及与所述第一保护气体管道处于流体连通的第二保护气体管道。所述第二保护气体管道从所述第一保护气体管道径向地向外偏移，并且与所述焊炬的轴线平行地在所述近端方向上延伸背离所述第一保护气体管道。冷却液体返回偏移配件包括与所述冷却液体返回导管处于流体连通的第一冷却液体返回管道、以及与所述第一冷却液体返回管道处于流体连通的第二冷却液体返回管道。所述第二冷却液体返回管道从所述第一冷却液体返回管道径向地向外偏移，并且与所述焊炬的轴线平行地在所述近端方向上延伸背离所述第一冷却液体返回管道。弹簧压缩插头将所述导弧导体电连接到所述喷嘴本体。
附图说明
在参考附图阅读以下描述后，本发明所涉及的领域的技术人员将明白本发明的上述和其他方面，在附图中：
图1示出了等离子电弧焊炬；
图2是示出等离子电弧焊炬的部件的分解图；
图3是等离子电弧焊炬的端视图；
图4是等离子电弧焊炬的截面视图；
图5是等离子电弧焊炬的截面视图；
图6是等离子电弧焊炬的第二实施例的截面视图；
图7是等离子电弧焊炬的第二实施例的截面视图；
图8是等离子电弧焊炬的第三实施例的截面视图；
图9是等离子电弧焊炬的第三实施例的截面视图；以及
图10示出了等离子电弧焊炬中的冷却剂流动路径。
具体实施方式
本发明涉及等离子电弧焊炬。现在将参照附图描述本发明，其中相同的附图标记贯穿全文用来指代相同的要素。将理解的是，这些不同附图不必以彼此按比例的方式来绘制，在给定的附图内也同样是这样，并且特别地，部件的尺寸被任意地绘制，以有助于对附图的理解。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了多个具体的细节以便提供对本发明的全面理解。然而，可能明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。此外，本发明的其他实施例是可能的并且能够以除了如所描述的方式之外的方式来实践和实施本发明。在描述本发明时使用的术语和短语是出于促进对本发明的理解的目的采用的，并且不应该被认为是限制性的。
在此使用的“至少一个”、“一个或多个”和“和/或”是在操作中既是合取性又是析取性的开放式表达。例如，表达“A、B和C中的至少一个”、“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”、“A、B或C中的一个或多个”以及“A、B和/或C”中的每一个是指单独A、单独B、单独C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、或A、B和C一起。给出两个或更多个替代性术语的任何析取性词语和/或短语，无论是在实施例、权利要求还是附图的描述中，都应理解为涵盖以下可能性：包括这些术语中的一者、这些术语中的任一者、或全部术语。例如，短语“A或B”应理解为包括以下可能性：“A”、或“B”、或“A和B”。
本文中讨论了等离子电弧焊炬，该等离子电弧焊炬除了其他以外在焊炬的上游端具有流体和电连接件并且在焊炬的下游端或切割端具有喷嘴和保护罩。如本文中使用的术语“近端”是指焊炬的上游方向，朝向焊炬的具有流体和电连接件的一端。如本文中使用的术语“远端”是指焊炬的下游方向，朝向焊炬的切割端。
图1示出了示例等离子电弧或等离子切割焊炬100。等离子电弧焊炬100是具有窄的近端和甚至更窄的远端的液体冷却式焊炬。焊炬100附接到手柄部分102。手柄部分102可以被夹紧到自动化切割装置(例如计算机数控(CNC)等离子切割台或机械臂)中。焊炬本体104在手柄部分102的远端。焊炬本体104可以由金属材料制成并且形成焊炬100的外部部分的大部分。在示例实施例中，焊炬本体104由黄铜制成。然而，焊炬本体可以由多种不同金属和合金制成，如本领域普通技术人员将了解的。外部保持罩106附接到焊炬本体104，所述外部保持罩将保护罩108紧固到焊炬100。
在示例实施例中，焊炬100(从手柄部分102的底部到保护罩108的顶部)的长度可以为约7英寸或178mm，焊炬的宽度可以为约1.5英寸或38mm。应了解的是，焊炬100的长度和宽度是示例性的，其他尺寸是可能的。焊炬100的窄宽度与其长度相结合可以有助于在具有垂直构件或内部拐角的某些工件附近操纵焊炬并切割所述工件。这类工件的示例包括宽翼缘梁(例如，具有长度为约14英寸的宽翼缘的W型梁或H型梁)、工字梁、或具有内部拐角的其他金属工件(例如，舱壁)。手柄部分102的宽可以为约2英寸或51mm。通过使焊炬100的直径变小，可以在焊炬中使用小直径耗材(例如，电极、喷嘴、涡流环等)，这样降低了焊炬的成本和必须时常更换的耗材的成本。
图2是焊炬的分解图，其示出了沿着焊炬的轴线109展示的焊炬的各种部件和耗材。图2中示出了焊炬本体104、外部保持罩106和保护罩108。喷嘴本体110或阳极、以及冷却管112从焊炬本体104延伸。冷却管112附接到焊炬内的阴极，就像电极114一样。焊炬进一步包括涡流环116和喷嘴118。涡流环116和喷嘴118通过内部保持罩120固持在适当位置，所述内部保持罩螺纹连接到喷嘴本体110上。电极114、涡流环116、喷嘴118、内部保持罩120、保护罩108和外部保持罩106都可以被视为焊炬100的耗材。
图3示出了等离子电弧焊炬100的近端端视图。各种连接件或配件位于焊炬100的近端。这些配件包括电力和冷却液体配件122、等离子气体偏移配件124、保护气体偏移配件126、冷却液体返回偏移配件128、用于导弧导体的高频起动电路配件130、以及用于感测焊炬100与工件之间的接触的板感测连接件132。除了板感测连接件132之外，各配件在图2中被示出为具有螺纹连接；然而，可以使用其他类型的连接器。偏移配件124、126、128帮助提供焊炬100的窄宽度，如下文进一步讨论的。
图4是等离子电弧焊炬100的截面视图。电力和冷却液体配件122位于冷却剂供应管或导管134的近端，所述冷却剂供应管或导管将电流引导到焊炬100中的阴极136和电极114并且还将冷却液体输送到焊炬的远端。阴极136穿入到冷却剂供应管134的远端中并且沿着焊炬的轴线109(图2)朝向喷嘴118延伸。冷却管112和电极114附接到阴极136。电极114的内径大于冷却管112的外径，使得在电极与冷却管之间存在间隙空间。冷却液体通过冷却剂供应管134、阴极136和冷却管112被输送到焊炬100的远端。冷却液体然后在冷却管112的外表面与电极114的内表面之间的间隙空间中在近端方向上流动，以使电极冷却。如下文将进一步讨论的，在将电极114冷却之后，冷却液体还流动通过阴极136中的孔口并流过冷却管和电极周围的内部隔离器138和外部隔离器140并且流入喷嘴本体110中，以使喷嘴118冷却。内部隔离器138和外部隔离器140将喷嘴本体110与阴极136和电极114电绝缘。
螺纹部分142在焊炬100的近端处，所述螺纹部分将焊炬连接到手柄部分(未示出)。隔离器144从螺纹部分142向远端延伸，所述隔离器将焊炬本体104与焊炬100的内部部分绝缘。螺纹部分142和隔离器144可以一体地形成，或者可以作为单独的部件形成。另一隔离器146位于焊炬100的中心部分中。焊炬本体104搁置在另一隔离器146上，所述隔离器可以限制或设置焊炬本体的轴向位置，其中使用内部环氧树脂来避免旋转运动。焊炬中的各种隔离器可由非金属材料(比如高温塑料)形成。示例高温非金属材料包括PEEK(聚醚醚酮)、聚醚酰亚胺(例如，ULTEM)、VESPEL等。
外部保持罩106附接到焊炬本体104并将保护罩108固持在适当位置。涡流环116和喷嘴118通过内部保持罩120固持在适当位置，所述内部保持罩螺纹连接到喷嘴本体110上。涡流环116在等离子气体通过涡流环时赋予等离子气体旋涡运动。
除了冷却剂供应管134之外，图4中还示出了用于等离子和保护气体的流体导管。等离子气体导管148将等离子气体输送到喷嘴本体110。等离子气体流动通过喷嘴本体110中的通路并且在涡流环116附近排出。保护气体导管150将保护气体输送到喷嘴本体110。保护气体流动通过喷嘴本体110中的通路并且在沿着喷嘴本体的中心位置处排出。在示例实施例中，等离子气体导管148和保护气体导管150与焊炬的轴线109(图2)平行地延伸。然而，等离子气体导管148和保护气体导管150可以在需要时相对于焊炬的轴线成角度。
为了帮助实现焊炬100的窄宽度，将偏移配件用于各种流体连接。焊炬100包括附接到等离子气体导管148的等离子气体偏移配件124、以及附接到保护气体导管150的保护气体偏移配件126。等离子气体偏移配件124包括与等离子气体导管148处于流体连通的第一等离子气体管道152、以及与第一等离子气体管道处于流体连通的第二等离子气体管道154。第一等离子气体管道152联接到等离子气体导管148，第二等离子气体管道154从第一等离子气体管道径向地向外偏移并且与焊炬100的轴线平行地在近端方向上延伸背离第一等离子气体管道。保护气体偏移配件126包括与保护气体导管150处于流体连通的第一保护气体管道156、以及与第一保护气体管道处于流体连通的第二保护气体管道158。第一保护气体管道156联接到保护气体导管148，第二保护气体管道158从第一保护气体管道径向地向外偏移并且与焊炬100的轴线平行地在近端方向上延伸背离第一保护气体管道。可以看出，偏移配件/连接件124、126具有朝向焊炬100中心的向内的凹进或轴向不连续性。偏移配件124、126在平行但径向地偏移的两个轴向延伸的管道或通道之间提供流体连通，使得流体可以从近端通过焊炬被引导到远端。常规等离子电弧焊炬具有在一直线上的配件，所述配件如所示出的没有向内的凹进，并且因此常规焊炬比本发明焊炬宽。在焊炬100的近端处，偏移配件124、126允许流体管与电导体之间的较宽的间隔以及其与流体源/电源的连接，沿着焊炬的远端部分、在管/导体之间具有较紧密的间隔。代替偏移配件，焊炬100可以使用弯曲流体管，但是弯曲流体管制造起来并不友好。偏移配件可以通过一个或多个机加工部件来实现，该一个或多个机加工部件可以包含不同的材料。
图5是等离子电弧焊炬100的另一个截面视图。图5示出了冷却液体返回偏移配件128和冷却液体返回导管160。在将焊炬100的远端冷却之后，冷却液体流动通过喷嘴本体110中的通路并且通过冷却液体返回导管160被输送到焊炬的近端。在示例实施例中，冷却液体返回导管160与焊炬的轴线109(图2)平行地延伸。然而，冷却液体返回导管可以在需要时相对于焊炬的轴线成角度。冷却液体返回偏移配件128与等离子气体和保护气体偏移配件类似地构造并且附接到冷却液体返回导管160。类似于等离子气体和保护气体偏移配件，冷却液体返回偏移配件128朝向焊炬100的中心具有向内的凹进或轴向不连续性以减小焊炬的直径，同时在焊炬的近端处的连接件之间维持足够的间隔。冷却液体返回偏移配件128包括与冷却液体返回导管160处于流体连通的第一冷却液体返回管道162、以及与第一冷却液体返回管道处于流体连通的第二冷却液体返回管道164。第一冷却液体返回管道162联接到冷却液体返回导管160，第二冷却液体返回管道164从第一冷却液体返回管道径向地向外偏移并且与焊炬的轴线平行地在近端方向上延伸背离第一冷却液体返回管道。
图5中还示出了高频起动电路配件130或导弧配件。焊炬100内的导弧导体166将高频起动电流从等离子切割电力供应器(未示出)内的起动电路引导到喷嘴本体110。起动电流通过配件130流动到导弧导体并且流动到喷嘴本体110，以在起弧期间在电极114与喷嘴118之间形成导弧。弹簧压缩插头168将导弧导体166电连接到喷嘴本体110。弹簧压缩插头168类似于香蕉插头。在示例实施例中，弹簧压缩插头168是可从史陶比电连接器公司(
Electrical Connectors AG)购得的MULTILAM插头连接器。喷嘴本体110具有接纳弹簧压缩插头168的孔。弹簧压缩插头168具有在连接器插入孔中时被压缩的柔性弹簧元件。在焊炬100的组装期间、在喷嘴本体110连接到导弧连接器166时，弹簧压缩插头168有助于喷嘴本体的旋转和重新定位。
图6和图7示出了等离子电弧焊炬200的第一快速断开连接实施例，图8和图9示出了等离子电弧焊炬300的第二快速断开连接实施例。图6和图7中的等离子电弧焊炬比图8和图9中的焊炬短。两个焊炬200、300都具有焊炬底座202，所述焊炬底座将焊炬连接到手柄部分(未示出)。焊炬头部203、303在焊炬底座202的远端，所述焊炬头部易于与焊炬底座分开。焊炬头部203、303包括螺纹连接套环204，所述螺纹连接套环将焊炬头部紧固到焊炬底座并且允许焊炬头部从焊炬底座移除。当螺纹连接套环204从焊炬底座移除时，焊炬头部203、303与焊炬底座202之间的流体和电连接分开。具体地，当螺纹连接套环204从焊炬底座移除时，焊炬头部203、303中的凸形适配器从焊炬底座202中的凹形插孔中拔出。尽管焊炬底座202与焊炬头部203、303之间的快速断开连接被示出为螺纹连接，但是在焊炬200、300中可以使用其他快速断开连接样式，比如卡接式或滚珠闩锁、卡口闩锁等。
在图6和图7中，未示出外部保持罩、内部保持罩、保护罩、喷嘴、涡流环和电极。喷嘴本体110和焊炬本体206在图6和图7中与以上讨论的各种其他焊炬部件一起示出。可以看出，焊炬本体206比图4、图5、图8和图9中所示的焊炬本体短得多。图6和图7的焊炬实施例中的流体导管和导弧导体也较短。
电力和冷却液体配件122位于第一冷却剂供应管208的近端。阴极136螺纹连接到第二冷却剂供应管210的远端中，当焊炬头部203从焊炬底座202移除时，所述第二冷却剂供应管可以与第一冷却剂供应管208断开连接。焊炬底座202包括用于向焊炬头部203供应冷却液体和电功率的凹形插孔212，第二冷却剂供应管210插入凹形插孔中。第二冷却剂供应管210可以包括密封件，比如抵靠凹形插孔212进行密封的O形环。
焊炬底座202进一步包括保护气体连接件214和等离子气体连接件216以及相关联的凹形插孔218、220。焊炬头部203包括插接到凹形插孔218、220中的流体载运管或适配器222、224。流体载运管或适配器222、224可以包括密封件，比如抵靠凹形插孔218、220进行密封的O形环。尽管在焊炬底座202中示出了凹形插孔并且在焊炬头部203中示出了凸形插头，但这仅仅是示例性的并且可以对本文所讨论的任何连接件进行修改，使得凸形插头在焊炬底座中，凹形插孔在焊炬头部中。
保护气体的流体载运管或适配器222螺纹连接到保护气体偏移配件226中，等离子气体的流体载运管或适配器224螺纹连接到等离子气体偏移配件228中。保护气体偏移配件226将保护气体输送到短的保护气体导管230，等离子气体偏移配件228将等离子气体输送到短的等离子气体导管232。保护气体偏移配件226和等离子气体偏移配件228内的管道的形状类似于上文关于图4和图5讨论的偏移配件，因为它们朝向焊炬200的中心具有向内的凹进或轴向不连续性，并且它们在相反方向上彼此平行地延伸。
图7中示出了冷却液体返回配件234和高频起动电路配件236或导弧配件。焊炬底座202包括用于冷却液体返回流体载运管或适配器240的凹形插孔238，所述流体载运管或适配器可以如上文所讨论的抵靠插孔进行密封。冷却液体返回流体载运管或适配器240螺纹连接到冷却液体返回偏移配件242中。冷却液体返回偏移配件242将从喷嘴本体110返回的冷却液体输送到焊炬的近端。冷却液体返回偏移配件242从短的冷却液体返回导管244接收冷却液体，冷却液体通过偏移配件流动到适配器240并且流入到焊炬底座202中。
高频起动电路配件236或导弧配件通过焊炬头部203中的适配器插头248电连接到导弧导体246。导弧导体246具有朝向焊炬200中心的向内的凹进，与上文针对通过焊炬的流体流所讨论的偏移配件类似。与上文关于图5讨论的弹簧压缩插头相类似的弹簧压缩插头250将导弧导体246电连接到喷嘴本体110。
因为焊炬200可以经常断开连接，所以当焊炬断开连接时，冷却剂有可能滴落到焊炬中。冷却剂可以积聚在焊炬200中的内部空隙中并且增大焊炬内的不期望的电弧形成或电弧放电的可能性。为了减少这类电弧放电事件的可能性，可以由高温非金属、电绝缘材料(比如高温塑料)构造偏移配件226、228、242。示例高温非金属、电绝缘材料包括PEEK(聚醚醚酮)、聚醚酰亚胺(例如，ULTEM)、VESPEL等。偏移配件226、228、242充当电绝缘体。轴向延伸的隔离器252在偏移配件226、228、242的远端处，所述隔离器位于焊炬本体206与喷嘴本体110之间。偏移配件226、228、242和隔离器252可以整体地或一体地形成，或者可以作为单独的部件形成。此外，偏移配件226、228、242、以及用于导弧导体246的通路可以由高温非金属材料整体地或一体地形成为具有上述各种管道的单个隔离器部件，或者它们可以形成为两个或更多个分开的部件。
如以上所指出的，图8和图9示出了等离子电弧焊炬300的第二快速断开连接实施例，所述等离子电弧焊炬比图6和图7中所示的焊炬长。因为图8和图9中所示的焊炬具有上文已经讨论的特征，所以将不再对其进行详细讨论。焊炬300的近端半部包括焊炬底座202、以及焊炬头部303上用于将焊炬头部与焊炬底座断开连接的螺纹连接套环204。焊炬头部303还包括偏移配件和凸形流体载运管或适配器、以及导弧适配器插头，所述导弧适配器插头插接在焊炬底座202中的相应的凹形插孔中，如上文关于图6和图7所讨论的。焊炬300的远端半部在结构上与图4和图5所示的以及上文所讨论的焊炬相似。
图10示出了在等离子电弧焊炬100的远端处的冷却剂流动路径。图10是图5所示的焊炬100远端的截面的详细视图。然而，所示和所描述的冷却剂流动路径也适用于图6至图9的焊炬实施例。图10中用箭头示出了冷却液体在焊炬100的远端处的流动路径。冷却液体通过冷却剂供应管、阴极136和冷却管112被输送到焊炬100的远端。电极114的内径大于冷却管112的外径，使得在电极与冷却管之间存在间隙空间。最初，冷却液体在冷却管112内向电极114的远端流动。然后，如所示的，冷却液体在电极114内、在冷却管112的外表面与电极114的内表面之间的间隙空间中在近端方向上流动，以对电极进行冷却。阴极136具有第一多个冷却液体孔口400。孔口400可以布置为穿过阴极壁的一圈孔，所述孔在周向上位于阴极136周围并且使冷却液体从阴极径向地(在径向方向上)逸出。位于阴极136和电极114周围的内部隔离器138具有第二多个冷却液体孔口402。与阴极136中的孔口400类似，第二多个冷却液体孔口402可以布置为穿过内部隔离器138的一圈孔。第一多个冷却液体孔口400和第二多个冷却液体孔口402是处于流体连通，使得冷却液体可以径向地流动通过阴极136并且通过内部隔离器138，如所示出的。在某些实施例中，第一多个冷却液体孔口400和第二多个冷却液体孔口402彼此对准；然而，如果冷却液体可以在阴极136与内部隔离器138之间沿周向流动，则孔口400、402无需彼此对准。外部隔离器140从内部隔离器130径向地偏移以形成间隙空间，冷却液体通过所述间隙空间被输送到喷嘴本体110中。在冷却液体在冷却管112与阴极114之间在近端方向上流动之后，冷却液体径向地流动通过第一多个孔口400和第二多个孔口402，然后在内部隔离器138与外部隔离器140之间的间隙空间中在远端方向上流动。冷却液体然后流入喷嘴本体110中的一个或多个开口中，并且向远端流动通过喷嘴本体中的多个内部冷却液体通道404。喷嘴本体110中的内部冷却液体通道404短而窄，比如长度小于一英寸(例如，小于25mm)，直径小于0.1英寸(例如，小于0.25mm)，并且一起为冷却冷却流体提供小的压降。在示例实施例中，喷嘴本体110包括三个内部冷却液体通道404；然而，应了解，喷嘴本体可以包括少于三个或多于三个冷却液体通道，这取决于焊炬的冷却要求。冷却液体离开喷嘴本体110中的内部冷却液体通道404，并且在内部保持罩120与喷嘴118之间流动以使喷嘴冷却。冷却液体然后流入喷嘴本体110中的另一开口中，并且向近端流动通过第二内部冷却液体通道406。第二内部冷却液体通道406与冷却液体返回导管160处于流体连通，以用于从焊炬100再循环。
可以看到，外部隔离器140的远端终端从内部隔离器138径向地偏移，使得隔离器之间的间隙空间延伸到外部隔离器的远端终端。内部隔离器138的近端终端接触外部隔离器140的内壁，并且第二多个冷却液体孔口402刚好位于内部隔离器的近端终端的远端。内部隔离器138在外部隔离器140的远端延伸并且外部隔离器在内部隔离器的近端延伸。外部隔离器140没有冷却液体孔口，比如在内部隔离器138上发现的孔口。内部隔离器138和外部隔离器140为冷却液体提供低的压降，而同时不会使将等离子电弧焊炬100的导电部分隔开的电弧放电距离减小。
应该清楚的是，本披露内容是通过举例的方式，并且在不脱离本披露内容中所包含的传授内容的合理范围的情况下，可以通过添加、更改或去除细节来作出各种改变。因此，本发明不限于本披露内容的具体细节，除非所附权利要求被必要地如此限定。
Claims (20)
1.一种等离子电弧焊炬，包括：
阴极，所述阴极沿着所述焊炬的轴线延伸；
导弧导体；
喷嘴本体；
所述焊炬内的第一流体导管，所述第一流体导管与所述焊炬的轴线平行地延伸；
所述焊炬内的第二流体导管，所述第二流体导管与所述焊炬的轴线平行地延伸；
第一偏移配件，所述第一偏移配件包括与所述第一流体导管处于流体连通的第一管道、以及与所述第一管道处于流体连通的第二管道，其中所述第一管道联接到所述第一流体导管，所述第二管道从所述第一管道径向地向外偏移并且与所述焊炬的轴线平行地在近端方向上延伸背离所述第一管道；以及
第二偏移配件，所述第二偏移配件包括与所述第二流体导管处于流体连通的第三管道、以及与所述第三管道处于流体连通的第四管道，其中所述第三管道联接到所述第二流体导管，所述第四管道从所述第三管道径向地向外偏移并且与所述焊炬的轴线平行地在所述近端方向上延伸背离所述第三管道；以及
弹簧压缩插头，所述弹簧压缩插头将所述导弧导体电连接到所述喷嘴本体。
2.如权利要求1所述的等离子电弧焊炬，其中，所述阴极包括第一多个冷却液体孔口，并且所述喷嘴本体包括将冷却液体朝向所述焊炬的喷嘴输送的内部冷却液体通道，其中，所述焊炬进一步包括：
内部隔离器，所述内部隔离器具有与所述第一多个冷却液体孔口处于流体连通的第二多个冷却液体孔口；以及
外部隔离器，所述外部隔离器从所述内部隔离器径向地偏移以形成间隙空间，所述冷却液体通过所述间隙空间被输送到喷嘴本体中，其中，所述外部隔离器的远端终端从所述内部隔离器径向地偏移，使得所述间隙空间延伸到所述外部隔离器的远端终端，并且其中，所述内部隔离器和所述外部隔离器将所述喷嘴本体与所述阴极电绝缘。
3.如权利要求2所述的等离子电弧焊炬，其中，所述内部冷却液体通道长度小于一英寸，直径小于0.1英寸。
4.如权利要求2所述的等离子电弧焊炬，其中，所述内部隔离器的近端终端接触所述外部隔离器的内壁，并且所述第二多个冷却液体孔口位于所述内部隔离器的近端终端的远端。
5.如权利要求1所述的等离子电弧焊炬，其中，所述第一偏移配件和所述第二偏移配件由电绝缘材料制成。
6.如权利要求5所述的等离子电弧焊炬，其中，等离子电弧焊炬包括焊炬头部和焊炬底座，并且所述焊炬头部包括用于将所述焊炬头部附接到所述焊炬底座的螺纹连接套环，并且其中，所述第一偏移配件和所述第二偏移配件由所述电绝缘材料一体地形成。
7.一种等离子电弧焊炬，包括：
阴极，所述阴极沿着所述焊炬的轴线延伸并且具有第一多个冷却液体孔口；
喷嘴；
喷嘴本体，所述喷嘴本体具有将冷却液体朝向所述喷嘴输送的内部冷却液体通道；
内部隔离器，所述内部隔离器具有与所述第一多个冷却液体孔口处于流体连通的第二多个冷却液体孔口；
外部隔离器，所述外部隔离器从所述内部隔离器径向地偏移以形成间隙空间，所述冷却液体通过所述间隙空间被输送到喷嘴本体中，其中，所述外部隔离器的远端终端从所述内部隔离器径向地偏移，使得所述间隙空间延伸到所述外部隔离器的远端终端，并且其中，所述内部隔离器和所述外部隔离器将所述喷嘴本体与所述阴极电绝缘；
冷却液体返回导管；以及
冷却液体返回偏移配件，所述冷却液体返回偏移配件包括与所述冷却液体返回导管处于流体连通的第一冷却液体返回管道、以及与所述第一冷却液体返回管道处于流体连通的第二冷却液体返回管道，其中，所述第一冷却液体返回管道联接到所述冷却液体返回导管，所述第二冷却液体返回管道从所述第一冷却液体返回管道径向地向外偏移并且与所述焊炬的轴线平行地在近端方向上延伸背离所述第一冷却液体返回管道。
8.如权利要求7所述的等离子电弧焊炬，其中，所述内部冷却液体通道长度小于一英寸，直径小于0.1英寸。
9.如权利要求7所述的等离子电弧焊炬，其中，所述内部隔离器的近端终端接触所述外部隔离器的内壁，并且所述第二多个冷却液体孔口位于所述内部隔离器的近端终端的远端。
10.如权利要求7所述的等离子电弧焊炬，其中，所述冷却液体返回偏移配件由电绝缘材料制成。
11.如权利要求10所述的等离子电弧焊炬，其中，等离子电弧焊炬包括焊炬头部和焊炬底座，并且所述焊炬头部包括用于将所述焊炬头部附接到所述焊炬底座的螺纹连接套环。
12.如权利要求7所述的等离子电弧焊炬，进一步包括：
等离子气体导管；以及
等离子气体偏移配件，所述等离子气体偏移配件包括与所述等离子气体导管处于流体连通的第一等离子气体管道、以及与所述第一等离子气体管道处于流体连通的第二等离子气体管道，其中，所述第一等离子气体管道联接到所述等离子气体导管，所述第二等离子气体管道从所述第一等离子气体管道径向地向外偏移并且与所述焊炬的轴线平行地在所述近端方向上延伸背离所述第一等离子气体管道。
13.如权利要求7所述的等离子电弧焊炬，进一步包括：
保护气体导管；以及
保护气体偏移配件，所述保护气体偏移配件包括与所述保护气体导管处于流体连通的第一保护气体管道、以及与所述第一保护气体管道处于流体连通的第二保护气体管道，其中，所述第一保护气体管道联接到所述保护气体导管，所述第二保护气体管道从所述第一保护气体管道径向地向外偏移并且与所述焊炬的轴线平行地在所述近端方向上延伸背离所述第一保护气体管道。
14.如权利要求7所述的等离子电弧焊炬，进一步包括：
导弧导体；以及
弹簧压缩插头，所述弹簧压缩插头将所述导弧导体电连接到所述喷嘴本体。
15.一种等离子电弧焊炬，包括：
阴极，所述阴极沿着所述焊炬的轴线延伸；
导弧导体；
喷嘴本体；
等离子气体导管；
保护气体导管；
冷却液体返回导管；
等离子气体偏移配件，所述等离子气体偏移配件包括与所述等离子气体导管处于流体连通的第一等离子气体管道、以及与所述第一等离子气体管道处于流体连通的第二等离子气体管道，其中，所述第二等离子气体管道从所述第一等离子气体管道径向地向外偏移，并且与所述焊炬的轴线平行地在近端方向上延伸背离所述第一等离子气体管道；
保护气体偏移配件，所述保护气体偏移配件包括与所述保护气体导管处于流体连通的第一保护气体管道、以及与所述第一保护气体管道处于流体连通的第二保护气体管道，其中，所述第二保护气体管道从所述第一保护气体管道径向地向外偏移，并且与所述焊炬的轴线平行地在所述近端方向上延伸背离所述第一保护气体管道；
冷却液体返回偏移配件，所述冷却液体返回偏移配件包括与所述冷却液体返回导管处于流体连通的第一冷却液体返回管道、以及与所述第一冷却液体返回管道处于流体连通的第二冷却液体返回管道，其中，所述第二冷却液体返回管道从所述第一冷却液体返回管道径向地向外偏移，并且与所述焊炬的轴线平行地在所述近端方向上延伸背离所述第一冷却液体返回管道；以及
弹簧压缩插头，所述弹簧压缩插头将所述导弧导体电连接到所述喷嘴本体。
16.如权利要求15所述的等离子电弧焊炬，其中，所述阴极包括第一多个冷却液体孔口，并且所述喷嘴本体包括将冷却液体朝向所述焊炬的喷嘴输送的内部冷却液体通道，其中，所述焊炬进一步包括：
内部隔离器，所述内部隔离器具有与所述第一多个冷却液体孔口处于流体连通的第二多个冷却液体孔口；以及
外部隔离器，所述外部隔离器从所述内部隔离器径向地偏移以形成间隙空间，所述冷却液体通过所述间隙空间被输送到喷嘴本体中，其中，所述外部隔离器的远端终端从所述内部隔离器径向地偏移，使得所述间隙空间延伸到所述外部隔离器的远端终端，并且其中，所述内部隔离器和所述外部隔离器将所述喷嘴本体与所述阴极电绝缘。
17.如权利要求16所述的等离子电弧焊炬，其中，所述内部冷却液体通道长度小于一英寸，直径小于0.1英寸。
18.如权利要求16所述的等离子电弧焊炬，其中，所述内部隔离器的近端终端接触所述外部隔离器的内壁，并且所述第二多个冷却液体孔口位于所述内部隔离器的近端终端的远端。
19.如权利要求15所述的等离子电弧焊炬，其中，所述等离子气体偏移配件、所述保护气体偏移配件、以及所述冷却液体返回偏移配件由电绝缘材料一体地形成。
20.如权利要求16所述的等离子电弧焊炬，其中，等离子电弧焊炬包括焊炬头部和焊炬底座，并且所述焊炬头部包括用于将所述焊炬头部附接到所述焊炬底座的螺纹连接套环。
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