CN113950869A - 用于液体冷却的等离子弧炬的可调节长度消耗件 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于液体冷却的等离子弧切割炬的炬尖端。炬尖端包括带有细长电极主体的电极，该细长电极主体具有沿着纵向轴线延伸的远端和近端。电极主体包括：在近端处的至少一个内螺纹连接件，其用于接合液体冷却的电极固持器。电极固持器包括不延伸到电极主体中的液体冷却剂通道。电极主体具有（i）沿着纵向轴线延伸的长度，以及（ii）与电极主体的沿着纵向轴线在近端和远端之间的最宽部分相关联的直径，其中，电极主体的长度与直径的比大于约5。

Description

用于液体冷却的等离子弧炬的可调节长度消耗件

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年4月4日提交的美国临时专利申请号62/829,080的权益和优先权，该专利申请的全部内容归本申请的受让人所有并通过引用以其整体并入本文中。

技术领域

本发明总体上涉及用于液体冷却的等离子弧炬的消耗件，且更具体地涉及用于液体冷却的等离子弧炬的延伸的接近消耗件。

背景技术

等离子弧炬被广泛用于金属材料的高温加工（例如，切割、焊接和标记）。等离子弧炬通常包括炬主体、安装在主体内的电极、设置在电极的孔内的放射性插入件、具有中心出口孔口的喷嘴、护罩、电连接件、用于冷却和弧控制流体的通路、用于控制流体流动模式的涡旋环，以及电源。等离子弧炬可以产生等离子弧，等离子弧是一种具有高温和高动量的收缩的、电离的等离子气体射流。炬中使用的气体可以是非反应性的（例如，氩气或氮气）或反应性的（例如，氧气或空气）。

等离子弧炬可以使用接触起动方法来生成等离子弧。这涉及首先以引弧模式操作炬，这包括例如通过使用来自例如弹簧的偏压力在电极和喷嘴之间建立物理接触和电连通。当电极和喷嘴被偏压到一起时，在它们之间建立了电流路径和小的引弧电流。等离子气体被引入到喷嘴和电极之间的等离子室中，使得气体压力在等离子室中逐渐增加以破坏电极和喷嘴之间的物理接触，从而将这两个部件分离。分离引起在等离子室中的电极和喷嘴之间的间隙中产生电弧。电弧使等离子室中的流动等离子气体电离以产生等离子弧（即，引弧）。等离子气体可以穿过涡旋环以在它穿过炬时将切向运动赋予气体，由此改进炬性能。接下来，在转移弧模式下，炬移动到接地的工件附近并且等离子弧与工件接触。在接触时，电流返回路径从喷嘴转移到工件，这意味着从喷嘴起的电返回路径被断开（即，电断开）并且电流代替地从工件返回到电源。在转移弧模式期间，电流可以增加到更大的量，使得工件的弧生成过程（例如，刨削、穿孔或切割）。

目前，等离子弧炬的尺寸由上文所讨论的消耗件（例如，电极、涡旋环、喷嘴和护罩）的尺寸和配置来确定。这些消耗件的设计具有很高的技术性，并对炬寿命和性能有巨大的影响。电极通常被涡旋环、喷嘴和在一些配置中的护罩包围。所有这些部件以及它们的设计和组合方式均影响整体炬尺寸、配置、重量、成本和其他参数。

此外，等离子弧炬现在被用于甚至更复杂的切割操作中，包括那些会难以接近工件的部分的切割操作。标准炬由于其尺寸所致而可能无法用于难以到达的区域中，诸如通道、尖拐角和袋状部。图1a和图1b分别示出了常规等离子弧炬100相对于要切割的竖直凸缘102的定位以及通过常规等离子弧炬100产生的所得切口104。如所图示的，竖直凸缘102相对于水平基部108垂直地定位以产生拐角110。由于常规等离子弧炬100的尺寸所致，等离子弧炬100的炬尖端（tip）106不能定位得充分靠近竖直凸缘102和水平基部108之间的拐角110，以在不损坏凸缘102的情况下尽可能地靠近基部108来切割凸缘102。相反，如从图1b的所得切口104所示，在基部108下方进行进入凸缘102中的对角切割，由此无意地损坏凸缘102。

另一个炬设计考虑因素是标准等离子弧炬（诸如，图1a和图1b的炬100）不能以高百分比占空比运行，而不熔化炬部件并在炬中引起其他与温度相关的问题。这是因为，炬消耗件（例如，电极、喷嘴、涡旋环和护罩）在操作期间被暴露于高温。可以利用各种技术来冷却炬消耗件，诸如用于冷却喷嘴和/或护罩的水喷射冷却、电极中和/或喷嘴周围的液体冷却、或在排气孔处的冷却的气体来冷却护罩，如在美国专利号5,132,512中所描述的。然而，当等离子弧炬以高电流（例如，大于约15安培）运行时和/或当等离子弧炬完全是气体冷却时，等离子弧炬消耗件的冷却能够变得更加困难。

图2示出了常规液体冷却的等离子弧炬200中的已知的液体冷却路径250。如图所示，液体冷却剂首先经由插入到电极205的腔206中的冷却剂管216而被引入到炬尖端。冷却剂流250在冷却剂管116内向远侧行进并在冷却剂管216的远侧开口处离开进入电极205的腔206中。当由腔206的壁导引时，冷却剂流250适于使方向反向并沿着腔206内的冷却剂管116的外表面向近侧行进以冷却该长度的电极205。为了冷却喷嘴210，冷却剂流250经由设置在炬主体202中的连接到电极205的通路207而从电极205的腔206离开，并使方向反向以向远侧行进而到达喷嘴210。为了冷却护罩225，相同的冷却剂流250经由喷嘴210的与护罩225的内表面流体连通的通路211而从喷嘴210离开。此后，该冷却剂流250向近侧行进以沿着连接到护罩225的外保持帽218的内表面返回到炬主体202。液体冷却剂流的这种之字形、来回模式（其包括冷却剂流在远侧流和近侧流之间交替几次）是常规液体冷却的等离子弧炬的典型特征。

发明内容

所需要的是液体冷却的等离子弧炬中的一组消耗件，该液体冷却的等离子弧炬被设计成用于在深的通道、狭小的空间和难以到达的拐角中进行等离子切割。在一些实施例中，本发明提供了一种用于液体冷却的等离子弧炬的适配器（下文中可互换地称为“延伸器”），该适配器被配置成可操作地连接到一组延伸和/或可调节长度的消耗件。使用这种延伸器和消耗件组是有利的，因为它们最小化了整体炬厚度，同时实现高接近性、远距离等离子切割。进一步地，可以利用液体和气体冷却方案的组合来冷却等离子弧炬的不同部分，以便在切割操作期间提供对炬的足够冷却并防止消耗件的过早失效。

在一个方面中，本发明以一种用于液体冷却的等离子弧切割炬的炬尖端为特征。炬尖端包括带有细长电极主体的电极，该细长电极主体具有沿着纵向轴线延伸的远端和近端。电极主体包括：在远端处的孔，其用于接收铪插入件；以及在近端处的至少一个内螺纹连接件，其用于接合液体冷却的电极固持器。电极固持器包括不延伸到电极主体中的液体冷却剂通道。电极主体具有（i）沿着纵向轴线延伸的长度，以及（ii）与电极主体的沿着纵向轴线在近端和远端之间的最宽部分相关联的直径。电极主体的长度与直径的比大于约5。炬尖端还包括喷嘴，该喷嘴具有用于接收电极的基本上中空的细长喷嘴主体。喷嘴主体限定（i）沿着纵向轴线延伸的长度，以及（ii）与喷嘴主体的沿着纵向轴线的最宽部分相关联的直径。喷嘴主体的长度与直径的比大于约1.75。

在一些实施例中，电极的直径小于约0.25英寸。在一些实施例中，电极主体的长度与直径的比大于约7。

在一些实施例中，所述至少一个螺纹连接件被配置成接合电极固持器的外表面上的互补螺纹连接件，使得电极固持器的远侧部分在接合时设置在电极主体的腔中。在一些实施例中，电极主体内的腔被成形和定尺寸为基本上包围在电极固持器的远侧部分处的突出的凸台部分，由此相对于电极固持器轴向地和径向地对准电极。

在一些实施例中，炬尖端进一步包括经由绝缘体联接到喷嘴的护罩。在一些实施例中，护罩包括围绕护罩的第一圆周分散的一组径向定向的通路。径向定向的通路将护罩的外表面流体地连接到内表面并被配置成在穿过其中的组合气体流的第一部分上赋予涡旋运动。护罩还可以包括围绕护罩的第二圆周分散的一组轴向定向的通路。轴向定向的通路被配置成在护罩的外表面之上轴向地引导组合气体流的第二部分。在一些实施例中，护罩的该组轴向定向的通路包括设置在护罩的外表面上的至少一个凹槽。

在一些实施例中，炬尖端处的组合气体流包括等离子气体流和保护气体流的组合。在一些实施例中，喷嘴包括一组径向定向的通路，每个径向定向的通路将喷嘴主体的内表面连接到喷嘴主体的外表面。喷嘴的该组径向定向的通路被配置成与护罩的径向定向的通路和轴向定向的通路流体地连通，以将等离子气体流的一部分供应给护罩。在一些实施例中，包括电极、护罩和喷嘴的炬尖端基本上由等离子气体流、保护气体流或组合气体流中的至少一者进行冷却，而没有由电极固持器的液体冷却剂通道中的液体冷却剂进行冷却。

在另一个方面中，本发明以一种液体冷却的等离子弧炬的延伸器为特征，该延伸器用于在炬内重新定位至少一个等离子炬消耗件的安装位置。延伸器位于炬主体和所述至少一个消耗件之间。延伸器包括：细长主体，其在近端和远端之间限定纵向轴线；液体冷却通路，其基本上沿着细长主体的纵向轴线延伸；在细长主体的近端处的近侧接口，其被配置成配合地接合炬主体；以及在细长主体的远端处的远侧接口，其被配置成使得所述至少一个消耗件能够安装在其上，从而使得所述至少一个消耗件的安装位置沿着纵向轴线相对于近侧接口以间隔关系延伸。

在一些实施例中，所述至少一个消耗件包括电极，并且细长主体的远侧接口被配置成接合地固持安装到细长主体的远端的电极。在一些实施例中，所述至少一个消耗件进一步包括联接到电极的喷嘴和经由绝缘体部件联接到喷嘴的护罩。

在一些实施例中，腔设置在细长主体中并被配置成经由近侧接口接收炬主体的液体冷却剂管，该液体冷却剂管形成细长主体内的液体冷却通路。在一些实施例中，液体冷却剂管沿着细长主体的第一部分延伸，并且细长主体的其余部分不存在液体冷却剂管。细长主体的第一部分的直径可以小于约1英寸。在一些实施例中，其余部分在组装等离子弧炬时限定了在冷却剂管的远端和电极的近端之间沿着纵向轴线的间隔距离。该间隔距离可以为约1.25英寸。

在一些实施例中，一组径向通路位于延伸器的其余部分内，其中每个径向通路与冷却剂管流体连通并被配置成将延伸器的内表面流体地连接到外表面以将液体冷却剂输送远离延伸器。

在一些实施例中，细长主体的远侧接口包括突出的凸台部分，该突出的凸台部分被配置成与在电极的近端处的形状互补的腔形成公差配合以在接合时轴向地和径向地对准电极。

在一些实施例中，延伸器的细长主体包括：（i）电极固持器，其被配置成接合电极；（ii）基本上包围电极固持器的外表面的喷嘴固持器，该喷嘴固持器被配置成接合喷嘴；以及（iii）基本上包围喷嘴固持器的外表面的护罩固持器，该护罩固持器被配置成接合护罩。在一些实施例中，延伸器的细长主体进一步包括涡旋环固持器，该涡旋环固持器径向地位于电极固持器的外表面和喷嘴固持器的内表面之间，其中该涡旋环固持器被配置成接合涡旋环。

在又一方面中，本发明以一种用于对等离子弧切割炬进行液体冷却的方法为特征，该等离子弧切割炬包括炬主体、延伸器和炬尖端。炬主体连接到延伸器的近端，并且炬尖端连接到延伸器的远端。延伸器被延长，使得延伸器的长度与直径比大于约5。该方法包括：经由炬主体的冷却剂管将液体冷却剂从炬主体输送到延伸器，该冷却剂管在炬主体与延伸器的近端接合时插入到延伸器的腔中。该方法还包括：使液体冷却剂返回到炬主体而不使液体冷却剂循环到炬尖端。该方法进一步包括：将一种或多种气体输送到炬尖端以冷却炬尖端。

在一些实施例中，炬尖端包括电极、包围电极的外表面的喷嘴，以及包围喷嘴的外表面的护罩。在一些实施例中，延伸器包括：用于将电极物理地接合到炬主体的电极固持器、用于将喷嘴物理地接合到炬主体的喷嘴固持器，以及用于将护罩物理地接合到炬主体的护罩固持器，电极固持器。喷嘴固持器和护罩固持器绕炬的纵向轴线相对于彼此同心地定位。

在一些实施例中，将一种或多种气体输送到炬尖端包括：提供等离子气体流，以在电极的外表面和喷嘴的内表面之间向远侧行进；以及通过喷嘴中的一组径向定向的通路，将等离子气体流的至少一部分从喷嘴的内表面引导到喷嘴的外表面。该方法还包括：提供保护气体流，以在喷嘴的外表面之上向远侧行进；以及在喷嘴的外表面处将等离子气体流的该部分和保护气体流进行组合以生成组合气体流。等离子气体流、保护气体流和组合气体流适于协作冷却炬尖端处的电极、喷嘴和护罩。该方法可以进一步包括：将组合气体流的第一部分提供给在喷嘴的外表面和护罩的内表面之间的通道，在该通道内，组合气体流的第一部分适于在冷却护罩和喷嘴两者的同时朝向护罩出口孔口向远侧行进。该方法可以进一步包括：通过设置在护罩的外表面上的一组轴向定向的凹槽，在护罩的外表面之上引导组合气体流的第二部分以冷却护罩。

在一些实施例中，将组合气体流的第一部分提供给在喷嘴和护罩之间的通道包括：通过设置在护罩中的一组径向定向的通路，将组合气体流的第一部分从护罩的外表面引导到通道中。在一些实施例中，设置在护罩中的该组径向定向的通路被配置成将涡旋运动赋予穿过其中的组合气体流的第一部分。

在一些实施例中，使液体冷却剂返回到炬主体而不使液体冷却剂循环到炬尖端包括：（i）经由位于延伸器的中心部分中的一组径向定向的通路将液体冷却剂引导远离延伸器，每个径向定向的通路将延伸器的内表面连接到外部冷却剂通道，该外部冷却剂通道由延伸器的外表面和喷嘴固持器的内表面限定；以及（ii）通过外部冷却剂通道，将液体冷却剂朝向炬主体向近侧输送以使液体冷却剂返回到炬主体。

在又一方面中，本发明以一种用于对等离子弧切割炬进行液体冷却的方法为特征，该等离子弧切割炬包括炬主体、延伸器和炬尖端，该炬尖端包括多个消耗性部件。炬主体连接到延伸器的近端，并且炬尖端连接到延伸器的远端。该方法包括：经由炬主体的冷却剂管将液体冷却剂从炬主体输送到延伸器，该冷却剂管在炬主体与延伸器的近端接合时插入到延伸器的腔中。液体冷却剂在冷却剂管内从炬主体向远侧流动到延伸器。该方法还包括：通过延伸器中的一组液体通路，将液体冷却剂从延伸器的内表面径向向外引导到外部冷却剂通道，该外部冷却剂通道由延伸器的外表面和喷嘴固持器的内表面限定。该方法进一步包括：通过外部冷却剂通道，将液体冷却剂朝向炬主体向近侧输送以使液体冷却剂返回到炬主体。冷却剂管和外部冷却剂通道两者与炬尖端纵向间隔开，使得炬尖端基本上不存在液体冷却剂。在一些实施例中，该方法进一步包括：提供一种或多种气体以冷却炬尖端中的所述多个消耗性部件。

附图说明

通过参考结合附图获得的以下描述可更好地理解上文所描述的本发明的优点连同进一步的优点。附图不一定按比例绘制，而是将重点通常放在图示本发明的原理上。

图1a和图1b分别示出了常规等离子弧炬相对于要切割的竖直凸缘的定位以及通过常规等离子弧炬产生的所得切口。

图2示出了常规液体冷却的等离子弧炬中的已知的液体冷却路径。

图3示出了根据本发明的一些实施例的示例性液体冷却的等离子弧炬的横截面图，该液体冷却的等离子弧炬包括可操作地连接到一组一个或多个可调节/延伸长度消耗件的延伸器。

图4示出了根据本发明的一些实施例的图3的炬尖端的包括喷嘴和护罩的一部分的剖视图。

图5a和图5b分别示出了根据本发明的一些实施例的图4的护罩的立体图和轮廓图。

图6示出了根据本发明的一些实施例的图3的等离子弧炬的轮廓图。

图7示出了根据本发明的一些实施例的在加工带凸缘的工件时图3的等离子弧炬与图2的现有技术炬的视觉比较。

图8a-8c示出了根据本发明的一些实施例的图3的等离子弧炬的组装的各种阶段。

具体实施方式

图3示出了根据本发明的一些实施例的示例性液体冷却的等离子弧炬300的横截面图，该液体冷却的等离子弧炬包括可操作地连接到一组一个或多个可调节/延伸长度消耗件的延伸器302。如图所示，延伸器302通常位于等离子弧炬300的炬主体304和在等离子弧炬300的炬尖端306处的该组消耗件之间。延伸器302具有细长主体，该细长主体包括电极固持器350、涡旋环固持器352、喷嘴固持器354和护罩固持器356中的至少一者。延伸器302的细长主体在近端310和远端312之间限定纵向轴线A，其中远端312是在炬操作期间最靠近工件的一端并且近端310与远端相对。在等离子弧炬300的炬尖端306处的可以联接到延伸器302的该组消耗件包括电极318、喷嘴320和护罩322中的一者或多者。在一些实施例中，延伸器302和炬尖端306被配置成以高安培数（例如，大于约55安培、约60安培、约70安培、约110安培、约115安培或约170安培）操作并将液体冷却的等离子弧炬300的切割范围（cutting reach）延伸到难以到达的区域中以切割厚度大于约¾英寸（例如，约1英寸、约1.5英寸或约2英寸）的材料。

在一些实施例中，延伸器302的细长主体的近端310被配置成经由近侧接口来配合地接合炬主体304，该近侧接口包括例如炬主体304和延伸器302之间的螺纹连接件。延伸器302的细长主体的远端312被配置成经由远侧接口来配合地接合炬尖端306的所述一个或多个消耗件。延伸器302具有沿着纵向轴线A的延伸长度，使得它相对于炬主体304被连接所处的近侧接口以间隔关系来延伸和重新定位消耗件的接合/安装位置。在一些实施例中，在延伸器302的远端312处，延伸器302的电极固持器350、涡旋环固持器352、喷嘴固持器354和护罩固持器356分别被配置成物理地接合电极318、涡旋环358、喷嘴320和护罩322。因此，延伸器302用作固持器以在其远端312处物理地保持炬尖端306的各种消耗件，同时相对于炬主体304来扩展它们的安装位置。如图所示，电极固持器350、涡旋环固持器352、喷嘴固持器354和护罩固持器356可以绕中心纵向轴线A相对于彼此同心地设置。例如，涡旋环固持器352可以基本上包围在电极固持器350的外表面，喷嘴固持器354可以基本上包围涡旋环固持器352的外表面，并且护罩固持器356可以基本上包围喷嘴固持器354的外表面。

在一些实施例中，电极固持器350被配置成接合并固持电极318，其中电极318也可以沿着纵向轴线A被延长（即，具有细长主体）。电极318的细长主体可以由以下各者限定：（i）在电极318的远端324和近端326之间沿着纵向轴线A延伸的长度，以及（ii）与电极主体的沿着纵向轴线A的最宽部分相关联的直径。电极主体的远端324包括用于接收铪插入件的孔。在一些实施例中，电极主体的长度是可变的，诸如大于约1.75英寸（例如，约4.75英寸、约7.75英寸或约8.75英寸）。在一些实施例中，电极主体的直径小于约0.25英寸（例如，0.245英寸）。在一些实施例中，电极主体的长度与直径的比大于约5，诸如大于约7。

电极318的近端326和延伸器302的电极固持器350的远端被配置成彼此物理地接合，使得电极主体的近端326安装到电极固持器350的远端上。例如，电极主体的近端326可以包括沿着电极主体内的腔328的壁设置的至少一个内螺纹（未示出），其中腔328的开口被暴露在电极318的近端326处。腔328被配置成接收电极固持器350的远侧部分330。具体地，腔328的壁上的螺纹被配置成在将远侧部分330插入到腔328中之后接合电极固持器350的远侧部分330的外表面上的互补螺纹（未示出）。

在一些实施例中，电极主体的腔328包括两个部分，较宽部分328a位于较窄部分328b的近侧。具体地，较宽部分328a沿着径向轴线（即，垂直于纵向轴线A）的宽度大于较窄部分328b的宽度。类似地，延伸器302的电极固持器350的远侧部分330可以具有邻近于突出的凸台部分330b的较宽部分330a，该较宽部分的宽度（沿着径向轴线）窄于较宽部分330a的宽度。螺纹连接件可以设置在较宽的腔部分328a和较宽的电极固持器部分330a中的相应各者上，以使得能够螺纹地接合这两个部件，如上所描述。电极318的较窄的腔部分328b可以被成形和定尺寸为紧贴地接收并基本上包围电极固持器350的突出的凸台部分330b（例如，经由公差配合），这进一步相对于延伸器302轴向地和径向地对准电极318，同时将额外的刚性提供给连接件。当电极318悬挂在喷嘴320的中空主体内时，这种附加的对准最小化了电极318的远端324和喷嘴320的内表面之间的物理接触（例如，确保没有物理接触）。在替代性实施例中，螺纹可以设置在电极318的较窄部分328b和电极固持器350的较窄部分330b上以促进这两个部件之间的螺纹接合，而电极318的较宽部分328a和电极固持器350的较宽部分330a具有用于使这两个部件相对于彼此对准的对准表面。

电极固持器350的近端被配置成配合地接合炬主体304，使得电极固持器350能够紧靠炬主体304来保持电极318。在一些实施例中，腔332形成在电极固持器350的细长主体中，其中通向腔332的开口被暴露在近端310处。电极固持器350的腔332被配置成接收和容纳炬主体304的液体冷却剂管334的至少一部分。液体冷却剂管334在电极固持器350的腔332内沿着纵向轴线A向远侧引导液体冷却剂流，因此在电极固持器350的细长主体的内部中提供液体冷却路径。在一些实施例中，液体冷却剂管334仅延伸穿过电极固持器主体的第一部分336a，并且电极固持器主体的其余部分336b不存在该液体冷却剂管。在一些实施例中，冷却剂管在其内延伸的第一部分336a（沿着垂直于纵向轴线A的径向轴线）的直径小于约1英寸。进一步地，冷却剂管334插入其内的腔332不延伸穿过电极固持器350的其余部分336的整个长度，而是终止于其余部分336中的一组径向通路364附近。因此，在组装等离子弧炬时，电极固持器350的主体的其余部分336b将液体冷却剂管334和腔332与电极318间隔开，使得液体冷却剂管334和腔332不延伸到电极318的主体中。在一些实施例中，炬300内的在冷却剂管334的远端和电极318的近端326之间沿着纵向轴线A的间隔距离362为约1.25英寸。在一些实施例中，在径向通路364（即，腔332的远端）和电极318的近端326之间沿着纵向轴线A的间隔距离为约0.2英寸至约0.3英寸。在一些实施例中，在冷却剂管334的远端和径向通路364之间沿着纵向轴线A的间隔距离为约0.3英寸（例如，约0.25英寸或约0.15英寸）。

在一些实施例中，延伸器302的涡旋环固持器352被配置成接合炬尖端306的涡旋环358。如图3中所示，涡旋环358基本上包围炬尖端306处的电极318的外表面，其中涡旋环358被配置成将涡旋运动赋予穿过其中的等离子气体流。涡旋环固持器352被配置成：（i）在涡旋环固持器352的远端处接合涡旋环358，（ii）在涡旋环固持器352的近端处接合炬主体304，以及（iii）在延伸器302内以径向间隔关系基本上包围电极固持器350。因此，涡旋环固持器352能够相对于电极318轴向地和径向地对准涡旋环358，同时紧靠炬主体304来保持涡旋环358。在一些实施例中，在将其他消耗件（例如，电极318、喷嘴320和/或护罩322）附接到延伸器302的远端以组装炬300之前，将涡旋环358预组装到延伸器302中，诸如联接到涡旋环固持器352。在一些实施例中，涡旋环固持器352和喷嘴固持器354作为单个延伸器被永久地连接/组装/联结。

在一些实施例中，延伸器302的喷嘴固持器354被配置成接合炬尖端306的喷嘴320，其中喷嘴320也可以沿着纵向轴线A被延长（即，具有细长主体）。细长喷嘴主体可以由沿着纵向轴线A延伸的长度，以及与喷嘴主体的沿着纵向轴线A的最宽部分相关联的直径来限定。在一些实施例中，喷嘴主体的长度与直径的比大于约1.75。例如，喷嘴主体的长度可以是可变的，诸如约1.45英寸、约4.45英寸、约7.45英寸或约8.45英寸。喷嘴主体的直径可以小于约0.6英寸（例如，0.58英寸）。

喷嘴主体基本上是中空的以接收电极318的至少一部分，同时相对于电极318的设置在其中的部分而维持间隔关系。喷嘴320相对于电极318的这种径向和轴向对准可以至少部分地由喷嘴固持器354提供，该喷嘴固持器被配置成在其远端处接合喷嘴320、在其近端处接合炬主体304，并且基本上包围延伸器302内的涡旋环固持器352（其包围电极固持器350）。

在一些实施例中，延伸器302的护罩固持器356被配置成接合炬尖端306的护罩322。如图3中所示，护罩322具有被配置成接收喷嘴320的至少一部分的基本上中空的主体。护罩固持器356被配置成：（i）在护罩固持器356的远端处接合护罩322，（ii）在护罩固持器356的近端处接合炬主体304，以及（iii）在延伸器302内以径向间隔关系基本上包围喷嘴固持器356。因此，护罩固持器356能够相对于喷嘴320轴向地和径向地对准护罩322，同时紧靠炬主体304来保持护罩322。

图4示出了根据本发明的一些实施例的图3的炬尖端306的包括喷嘴320和护罩322的一部分的剖视图。如图所示，喷嘴320可以具有沿着喷嘴320的圆周设置的一组通路402，其中通路402可以沿着纵向轴线A位于护罩322的近侧。该组喷嘴通路402可以径向地定向成将等离子气体从喷嘴320的内表面引导到喷嘴320的外表面。下文将详细描述关于该气体流的细节。护罩322基本上包围喷嘴320的远侧部分并经由设置在其间的绝缘体360联接到喷嘴320。绝缘体360可以由电绝缘材料制成，以在护罩322和喷嘴320之间提供电绝缘。附加地，绝缘体360可以在护罩322和喷嘴320之间提供热绝缘以用于平衡和隔绝热负荷。进一步地，绝缘体360将护罩322与喷嘴320物理地间隔开，以在其间产生用于气体流的通道416，这将在下文详细描述。在一些实施例中，喷嘴320和护罩322经由绝缘体360联接在一起，其中所得组合安装到延伸器302的远端上，诸如由延伸器302的护罩固持器356保持并通过喷嘴固持器354和护罩固持器356的组合而对准。

图5a和图5b分别示出了根据本发明的一些实施例的图4的护罩322的立体图和轮廓图。如图所示，护罩322具有在远端502和近端504之间延伸的基本上中空的主体。护罩322的近端504可以包括围绕护罩322的第一圆周分散的一组径向定向的通路506。径向定向的通路506被配置成将护罩322的外表面流体地连接到护罩322的内表面并在穿过其中的气体流上赋予涡旋运动。附加地，护罩322可以包括围绕护罩322的第二圆周分散的一组轴向定向的通路508。轴向定向的通路508可以是被蚀刻到护罩322的外表面中的一个或多个凹槽。这些轴向定向的通路508被配置成沿着纵向轴线A在护罩322的外表面之上将气体流从近端504引导到远端502。在一些实施例中，围绕护罩322的近端504的圆周，轴向定向的通路508散布有径向定向的通路506。进一步地，护罩322可以包括一组排气通路510，该组排气通路设置在护罩322的远端502处、靠近护罩出口孔口512。下文将提供关于穿过这些通路504、508和510的气体流的细节。

返回参考图3的等离子弧炬300，在一些实施例中，炬300包括一个或多个保持部件以进一步将炬尖端306的消耗件保持到延伸器302和/或将延伸器302保持到炬主体304。例如，内保持帽380可以设置在喷嘴固持器354和护罩固持器356之间，其中内保持帽380被配置成将喷嘴固持器354以及直接抑或间接地附接到喷嘴固持器354的部件（例如，电极固持器350、涡旋环固持器352、电极318、涡旋环358和/或喷嘴320）保持到炬主体304。在一些实施例中，外保持帽382可以设置在内保持帽380之上并被配置成将护罩固持器356（因此连接到护罩固持器356的护罩322）保持到炬主体304。内保持帽380和/或外保持帽382可以是延伸器302的部件或者与延伸器302分离的独立部件。

在另一个方面中，图3的等离子弧炬300被配置成最小化（例如，防止）炬尖端306的液体冷却。相反，炬尖端306（其包括电极318、喷嘴320和护罩322）可以通过引入到炬尖端306的一种或多种气体进行气体冷却。在一些实施例中，在将冷却剂管334在延伸器302的近端处插入到该延伸器的电极固持器350的腔332中时，炬主体304的冷却剂管334将液体冷却剂输送到延伸器302。然而，延伸器302被配置成使液体冷却剂返回到炬主体304，而冷却剂未被循环到炬尖端306。

图3图示了炬300内的示例性冷却剂流路径680。如图所示，由冷却剂管334输送的液体冷却剂适于在腔332内向远侧流过电极固持器350的第一部分336a（冷却剂管334插入该第一部分内）。在离开冷却剂管334时，冷却剂流680被释放到腔332中并向远侧仅流过电极固持器350的其余部分336b的一个区段。这是因为，腔334不延伸穿过其余部分336的整个长度，且因此不将液体冷却剂引导到电极318。相反，在进入腔332内的电极固持器350的其余部分336b时，冷却剂流680遇到位于其余部分336b内并与电极318的近端326间隔开的该组径向通路364。腔332被配置成终止于其余部分336b内的该组径向通路364处。每个径向通路364与腔332流体连通并且将电极固持器350的内表面连接到电极固持器350的外表面。每个径向通路364可以径向定向（即，沿着垂直于纵向轴线A的径向轴线）成将腔332中的液体冷却剂流680径向地输送远离电极固持器350并进入涡旋环固持器352中。在一些实施例中，电极固持器350内的液体冷却被限制到直径小于一英寸的区域（例如，腔332在其最宽区段处具有小于一英寸的直径）。

在离开电极固持器350并进入电极固持器350和涡旋环固持器352之间的区域时，冷却剂流680适于经由设置在涡旋环固持器352的主体中的一个或多个径向通路365来立即离开涡旋环固持器352并与电极固持器350的径向通路364轴向地对准。涡旋环固持器352的每个径向通路365适于将涡旋环固持器352的内表面连接到外表面。在从涡旋环固持器352离开时，冷却剂流680适于在轴向定向的通道366中朝向炬主体304向近侧行进，该轴向定向的通道由涡旋环固持器352的外表面和喷嘴固持器354的内表面限定。在一些实施例中，一个或多个径向通路368设置在喷嘴固持器354的主体中，其中每个径向通路368将喷嘴固持器354的内表面连接到外表面。进一步地，一个或多个径向通路370可以设置在内保持帽380的主体中，其中每个径向通路370将内保持帽380的内表面连接到外表面。喷嘴固持器354中的通路368和内保持帽380中的通路370可以彼此轴向地对准，但定位在电极固持器350中的径向通路364和涡旋环固持器352中的径向通路365的近侧。在操作中，径向通路368、370与涡旋环固持器352和喷嘴固持器354之间的通道366流体连通，以将液体冷却剂流680径向地引导远离喷嘴固持器354并进入在内保持帽380的外表面和外保持帽382的内表面之间的轴向定向的通道372中。冷却剂流680适于在该通道372内向近侧行进以返回到炬主体304。

因此，液体冷却剂流680在返回到炬主体304之前不与电极318或者炬尖端306中的其他部件（诸如，涡旋环358、喷嘴320和/或护罩322）接触。该U形流路径680不同于图2的现有技术等离子弧炬200中的冷却剂流路径250，其中冷却剂流250在沿着外保持帽218返回到炬主体之前以之字形、来回方式行进以接触式冷却电极205、喷嘴210和护罩225。在替代性实施例中，液体冷却剂流680完全延伸穿过电极固持器350、穿过腔区段328a和328b以接触和/或进入电极318的一部分。

在一些实施例中，等离子弧炬300的炬尖端306中的各种消耗性部件由一种或多种气体进行冷却。参考图4，可以在喷嘴320的内表面和电极318（图4中未示出）的外表面之间将等离子气体流410提供给喷嘴320。等离子气体流410在喷嘴320内朝向沿着喷嘴320的圆周设置的该组通路402向远侧行进。该组喷嘴通路402可以径向地定向成使等离子气体流410的至少一部分411从喷嘴320的内表面转向到外表面。另外，可以提供保护气体流412以在喷嘴320的外表面之上朝向护罩322向远侧行进。转向的等离子气体流411和保护气体流412适于在喷嘴320的外表面处组合以形成组合气体流414，该组合气体流在护罩322的外表面之上朝向护罩出口孔口512向远侧行进。一般而言，转向的等离子气体流411、保护气体流412和组合气体流414可以协作冷却炬尖端306的各种消耗性部件，包括电极318、喷嘴320和护罩322。

在一些实施例中，组合气体流414在其向远侧行进朝向护罩出口孔口512时冷却护罩322和喷嘴320。如图4中所示，组合气体流414的一部分414a适于从护罩322的外表面进入护罩322的该组径向定向的通路506而到达护罩322的内表面。此后，组合气体流部分414a向远侧流过形成在喷嘴320的外表面和护罩322的内表面之间的通道416。该远侧流414a适于在其行进穿过通道416并经由护罩出口孔口512离开时冷却喷嘴320和护罩322两者。在一些实施例中，该组径向定向的通路506被配置（例如，倾斜）成将涡旋运动赋予穿过其中的组合气体流部分414a。在一些实施例中，通道416中的远侧流部分414a的一部分可以经由排气通路510排放到大气，以进一步促进护罩冷却。另外，组合气体流414的另一个部分414b被配置成流过该组轴向定向的通路508（在图5a和图5b中示出），该组轴向定向的通路诸如呈被蚀刻到护罩322的外表面中的一个或多个凹槽的形式。这些通路508被配置成沿着纵向轴线A在护罩322的外表面之上将组合气体流部分414b从近端504轴向地引导到远端502以冷却护罩322的外表面。

如上文所解释的，喷嘴320的径向定向的通路402与护罩322的径向定向的通路506和轴向定向的通路508流体连通，以传播转向的等离子气体流411并促进在炬尖端306处的气体冷却。进一步地，炬尖端306可以基本上由等离子气体流411、保护气体流412或组合气体流414（包括气体流414a和414b）中的至少一者进行冷却，而没有由电极固持器350的冷却剂管334中的液体冷却剂进行冷却。因此，等离子弧炬300可以具有混合冷却配置，其包括对延伸器302的液体冷却和对炬尖端306的气体冷却。

在一些实施例中，等离子弧炬300适于使用接触起动方法来生成等离子弧。在替代性实施例中，等离子弧炬300可以使用如本领域中已知的高频、高电压（HFHV）方法来引发等离子弧。例如，等离子弧炬300可以使用从电源（未示出）供应给炬300的引弧电流来生成引弧，其中该引弧电流与HFHV信号相关联。

图6示出了根据本发明的一些实施例的图3的等离子弧炬300的轮廓图。如图所示，延伸器302和消耗件的组合沿着纵向轴线A延长炬300的总长度，同时减小炬300在尖端部分612处的宽度/厚度。炬300的远侧部分610（在组装之后该远侧部分包括延伸器302的窄尖端部分612和护罩322）的长度（L）602可以为约3英寸。然而，延伸器302和/或消耗性部件（诸如，电极318、喷嘴322和/或护罩322）的长度可以延伸到任何期望的尺寸以适于任何期望的应用。例如，远侧部分610的长度L 602可以大于3英寸，诸如6英寸、9英寸或10英寸，或任何期望的长度。为了实现3英寸的长度L 602，电极的长度可以是1.75英寸并且喷嘴的长度可以是1.45英寸。为了实现6英寸的长度L 602，电极的长度可以是4.75英寸并且喷嘴的长度可以是4.45英寸。为了实现9英寸的长度L 602，电极的长度可以是7.75英寸并且喷嘴的长度可以是7.45英寸。为了实现10英寸的长度L 602，电极的长度可以是8.75英寸并且喷嘴的长度可以是8.45英寸。在一些实施例中，延伸器302的长度是可变的，并且可以被选择为实现炬的期望的总长度和/或容纳附接到延伸器302的（多个）消耗性部件的某些特征。例如，如果电极318和喷嘴320延伸，则护罩固持器356也需要延伸以将这些部件固持在一起并将它们保持到炬主体304。另外，喷嘴固持器354、涡旋环固持器352或电极固持器350中的一者或多者也可以被加长。进一步地，延伸器302和/或炬尖端306处的消耗件可以容易地接合炬主体304和脱离炬主体304，以便实现具有期望的总长度的组合。例如，带有较短延伸器302的较短炬300可以用于更倾斜的切割，而较长延伸器302可以用于切割较大的凸缘。这种可互换性增加了等离子弧炬使用的多功能性。

在一些实施例中，延伸器302的窄尖端部分的直径（D）604可以小于约1英寸，诸如约0.8英寸。这意味着，延伸器302的电极固持器350、涡旋环固持器352、喷嘴固持器354和护罩固持器356中的每一者沿着整个延伸的尖端部分602（例如，长度大于至少一英寸）的直径小于约1英寸。在一些实施例中，护罩出口孔口512的直径606约为0.2英寸。另外，护罩322的角度608可以为约60度。炬300的该长而窄的远侧部分610允许炬300到达远处的或难以到达的切割区并在该切割区中操作，并且以常规的现有技术炬（诸如，图1的炬100或图2的炬200）所不能的陡峭角度进行切割。

图7示出了根据本发明的一些实施例的在加工带凸缘的工件700时图3的等离子弧炬300与图2的现有技术炬200的视觉比较。如图所示，等离子弧炬300的远侧部分610能够沿着水平凸缘704定位成远比常规炬200的远侧部分更靠近工件700的竖直凸缘702。因此，与常规炬300可以进行的切割相比，等离子弧炬300能够以最小的损害从工件700切割凸缘702。

在又一方面中，提供了一种用于组装图3的等离子弧炬300的方法。图8a-8c示出了根据本发明的一些实施例的图3的等离子弧炬300的组装的各种阶段。一般而言，如图8a中所示，可以将等离子弧炬300组装成四个部分，近侧子组件802、电极318、中心子组件804和远侧子组件806。如图8b中所示，近侧子组件802包括：炬主体304；电极固持器350；涡旋环固持器352、涡旋环358和喷嘴固持器354的组合806；以及内保持帽380。下文参考图8c提供组装固持器组合806的细节。为了组装近侧子组件802，将电极固持器350从固持器组合806的近端插入到该固持器组合的中空主体中，使得固持器组合806基本上包围电极固持器350。然后，将电极固持器350和固持器组合806的所得组合从内保持帽380的近端设置到该内保持帽中，使得内保持帽380基本上包围固持器组合806的远端的外部区段。此后，将电极固持器350、固持器组合806和内保持帽380的所得组合附接到炬主体304的近端以形成近侧子组件802。为了组装中心子组件804，将喷嘴320从护罩322的近端设置到护罩322的中空主体中，使得护罩322基本上包围喷嘴320并经由绝缘体360附接到护罩322。为了组装远侧子组件806，将护罩固持器356从外保持帽382的远端设置到外保持帽382中，使得外保持帽382基本上包围护罩固持器356的远端的外部区段。

返回参考图8a，为了完全组装炬300，将电极318联接到近侧子组件802的远端，使得电极318的近侧部分与子组件802中的电极固持器352螺纹接合。然后，通过将中心子组件804的喷嘴320的近端与近侧子组件802的喷嘴固持器354的远端接合，将中心子组件804（其包括联接到护罩322的喷嘴320）附接到近侧子组件802。这种接合允许电极318的远端悬挂在喷嘴320的中空主体内。此后，为了完全组装炬300，将远侧子组件806（其包括外保持帽382和护罩固持器806附接到近侧子组件802的炬主体304，使得护罩固持器354基本上包围喷嘴固持器352并且外保持帽382基本上包围内保持帽380。外保持帽382将护罩固持器806保持到近侧子组件802。

参考图8c，为了形成近侧子组件802的固持器组合806，将涡旋环358从涡旋环固持器352的远端联接到涡旋环固持器352的外圆周，其中涡旋环358可以通过被蚀刻到涡旋环固持器352的外表面中的凹槽810而被固持就位。喷嘴绝缘体812可以设置到喷嘴固持器354的中空主体中，使得喷嘴绝缘体812联接到喷嘴固持器354的内圆周。喷嘴绝缘体812被配置成通过径向通路364使喷嘴固持器354和电极固持器350的导电表面电绝缘/远离，以防止在操作期间（例如，经由液体冷却剂）形成电弧。为了形成固持器组合806，将涡旋环358和涡旋环固持器352的组合814联接到喷嘴绝缘体812和喷嘴固持器354的组合816，使得喷嘴固持器354基本上包围涡旋环固持器352（和涡旋环358），其中喷嘴绝缘体812夹在这两个部件之间。

应理解，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确定如何组合这些各种实施例。本领域技术人员在阅读本说明书时也可想到修改。

Claims (33)

1.一种用于液体冷却的等离子弧切割炬的炬尖端，所述炬尖端包括：

带有细长电极主体的电极，所述细长电极主体具有沿着纵向轴线延伸的远端和近端，所述电极主体包括：在所述远端处的孔，所述孔用于接收铪插入件；以及在所述近端处的至少一个内螺纹连接件，所述内螺纹连接件用于接合液体冷却的电极固持器，其中，所述电极固持器包括不延伸到所述电极主体中的液体冷却剂通道，

所述电极主体具有（i）沿着所述纵向轴线延伸的长度，以及（ii）与所述电极主体的沿着所述纵向轴线在所述近端和所述远端之间的最宽部分相关联的直径，其中，所述电极主体的所述长度与所述直径的比大于约5；以及

喷嘴，其包括用于接收所述电极的基本上中空的细长喷嘴主体，所述喷嘴主体限定（i）沿着所述纵向轴线延伸的长度，以及（ii）与所述喷嘴主体的沿着所述纵向轴线的最宽部分相关联的直径，其中，所述喷嘴主体的所述长度与所述直径的比大于约1.75。

2.根据权利要求1所述的炬尖端，其中，所述电极的所述直径小于约0.25英寸。

3.根据权利要求1所述的炬尖端，其中，所述至少一个螺纹连接件被配置成接合所述电极固持器的外表面上的互补螺纹连接件，使得所述电极固持器的远侧部分在接合时设置在所述电极主体的腔中。

4.根据权利要求3所述的炬尖端，其中，所述电极主体内的所述腔被成形和定尺寸为基本上包围在所述电极固持器的所述远侧部分处的突出的凸台部分，由此相对于所述电极固持器轴向地和径向地对准所述电极。

5.根据权利要求1所述的炬尖端，其中，所述电极主体的所述长度与所述直径的比大于约7。

6.根据权利要求1所述的炬尖端，其进一步包括经由绝缘体联接到所述喷嘴的护罩。

7. 根据权利要求6所述的炬尖端，其中，所述护罩包括：

围绕所述护罩的第一圆周分散的一组径向定向的通路，所述径向定向的通路将所述护罩的外表面流体地连接到内表面并被配置成在穿过其中的组合气体流的第一部分上赋予涡旋运动；以及

围绕所述护罩的第二圆周分散的一组轴向定向的通路，所述轴向定向的通路被配置成在所述护罩的外表面之上轴向地引导所述组合气体流的第二部分。

8.根据权利要求7所述的炬尖端，其中，所述护罩的所述一组轴向定向的通路包括设置在所述护罩的所述外表面上的至少一个凹槽。

9.根据权利要求7所述的炬尖端，其中，所述组合气体流包括等离子气体流和保护气体流的组合。

10.根据权利要求9所述的炬尖端，其中，所述喷嘴包括一组径向定向的通路，每个径向定向的通路将所述喷嘴主体的内表面连接到所述喷嘴主体的外表面，所述喷嘴的所述一组径向定向的通路被配置成与所述护罩的所述径向定向的和轴向定向的通路流体地连通，以将所述等离子气体流的一部分供应给所述护罩。

11.根据权利要求9所述的炬尖端，其中，包括所述电极、所述护罩和所述喷嘴的所述炬尖端基本上由所述等离子气体流、所述保护气体流或所述组合气体流中的至少一者进行冷却，而没有由所述电极固持器的所述液体冷却剂通道中的液体冷却剂进行冷却。

12.一种液体冷却的等离子弧炬的延伸器，所述延伸器用于在所述炬内重新定位至少一个等离子炬消耗件的安装位置，所述延伸器位于炬主体和所述至少一个消耗件之间，所述延伸器包括：

细长主体，其在近端和远端之间限定纵向轴线；

液体冷却通路，其基本上沿着所述细长主体的所述纵向轴线延伸；

在所述细长主体的所述近端处的近侧接口，其被配置成配合地接合所述炬主体；以及

在所述细长主体的所述远端处的远侧接口，其被配置成使得所述至少一个消耗件能够安装在其上，从而使得所述至少一个消耗件的所述安装位置沿着所述纵向轴线相对于所述近侧接口以间隔关系延伸。

13.根据权利要求12所述的延伸器，其中，所述至少一个消耗件包括电极，并且所述细长主体的所述远侧接口被配置成接合地固持安装到所述细长主体的所述远端的所述电极。

14.根据权利要求13所述的延伸器，其进一步包括腔，所述腔设置在所述细长主体中并被配置成经由所述近侧接口接收所述炬主体的液体冷却剂管，所述液体冷却剂管形成所述细长主体内的所述液体冷却通路。

15.根据权利要求14所述的延伸器，其中，所述液体冷却剂管沿着所述细长主体的第一部分延伸，并且所述细长主体的其余部分不存在所述液体冷却剂管，所述细长主体的所述第一部分的直径小于约1英寸。

16.根据权利要求15所述的延伸器，其中，所述其余部分在组装所述等离子弧炬时限定了在所述冷却剂管的远端和所述电极的近端之间沿着所述纵向轴线的间隔距离。

17.根据权利要求16所述的延伸器，其中，所述间隔距离为约1.25英寸。

18.根据权利要求15所述的延伸器，其进一步包括位于所述延伸器的所述其余部分内的一组径向通路，每个径向通路与所述冷却剂管流体连通并被配置成将所述延伸器的内表面流体地连接到外表面以将所述液体冷却剂输送远离所述延伸器。

19.根据权利要求13所述的延伸器，其中，所述细长主体的所述远侧接口包括突出的凸台部分，所述突出的凸台部分被配置成与在所述电极的近端处的形状互补的腔形成公差配合以在接合时轴向地和径向地对准所述电极。

20.根据权利要求13所述的延伸器，其中，所述至少一个消耗件进一步包括联接到所述电极的喷嘴和经由绝缘体部件联接到所述喷嘴的护罩。

21.根据权利要求12所述的延伸器，其中，所述延伸器的所述细长主体包括：（i）电极固持器，其被配置成接合电极；（ii）基本上包围所述电极固持器的外表面的喷嘴固持器，所述喷嘴固持器被配置成接合喷嘴；以及（iii）基本上包围所述喷嘴固持器的外表面的护罩固持器，所述护罩固持器被配置成接合护罩。

22.根据权利要求21所述的延伸器，其中，所述延伸器的所述细长主体进一步包括涡旋环固持器，所述涡旋环固持器径向地位于所述电极固持器的所述外表面和所述喷嘴固持器的内表面之间，所述涡旋环固持器被配置成接合涡旋环。

23.一种用于对等离子弧切割炬进行液体冷却的方法，所述等离子弧切割炬包括炬主体、延伸器和炬尖端，所述炬主体连接到所述延伸器的近端，并且所述炬尖端连接到所述延伸器的远端，所述延伸器被延长，使得所述延伸器的长度与直径比大于约5，所述方法包括：

经由所述炬主体的冷却剂管将液体冷却剂从所述炬主体输送到所述延伸器，所述冷却剂管在所述炬主体与所述延伸器的所述近端接合时插入到所述延伸器的腔中；

使所述液体冷却剂返回到所述炬主体而不使所述液体冷却剂循环到所述炬尖端；以及

将一种或多种气体输送到所述炬尖端以冷却所述炬尖端。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述炬尖端包括电极、包围所述电极的外表面的喷嘴，以及包围所述喷嘴的外表面的护罩。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述延伸器包括：用于将所述电极物理地接合到所述炬主体的电极固持器、用于将所述喷嘴物理地接合到所述炬主体的喷嘴固持器，以及用于将所述护罩物理地接合到所述炬主体的护罩固持器，所述电极固持器、所述喷嘴固持器和所述护罩固持器绕所述炬的纵向轴线相对于彼此同心地定位。

26.根据权利要求24所述的方法，其中，将一种或多种气体输送到所述炬尖端包括：

提供等离子气体流，以在所述电极的外表面和所述喷嘴的内表面之间向远侧行进；

通过所述喷嘴中的一组径向定向的通路，将所述等离子气体流的至少一部分从所述喷嘴的所述内表面引导到所述喷嘴的外表面；

提供保护气体流，以在所述喷嘴的所述外表面之上向远侧行进；以及

在所述喷嘴的所述外表面处将所述等离子气体流的所述部分和所述保护气体流进行组合以生成组合气体流，

其中，所述等离子气体流、所述保护气体流和所述组合气体流适于协作冷却所述炬尖端处的所述电极、所述喷嘴和所述护罩。

27.根据权利要求26所述的方法，其进一步包括：将所述组合气体流的第一部分提供给在所述喷嘴的所述外表面和所述护罩的内表面之间的通道，在所述通道内，所述组合气体流的所述第一部分适于在冷却所述护罩和所述喷嘴两者的同时朝向护罩出口孔口向远侧行进。

28.根据权利要求27所述的方法，其进一步包括：通过设置在所述护罩的外表面上的一组轴向定向的凹槽，在所述护罩的所述外表面之上引导所述组合气体流的第二部分以冷却所述护罩。

29.根据权利要求27所述的方法，其中，将所述组合气体流的第一部分提供给在所述喷嘴和所述护罩之间的通道包括：通过设置在所述护罩中的一组径向定向的通路，将所述组合气体流的所述第一部分从所述护罩的外表面引导到所述通道中。

30.根据权利要求29所述的方法，其中，设置在所述护罩中的所述一组径向定向的通路被配置成将涡旋运动赋予穿过其中的所述组合气体流的所述第一部分。

31. 根据权利要求23所述的方法，其中，使所述液体冷却剂返回到所述炬主体而不使所述液体冷却剂循环到所述炬尖端包括：

经由位于所述延伸器的中心部分中的一组径向定向的通路将所述液体冷却剂引导远离所述延伸器，每个径向定向的通路将所述延伸器的内表面连接到外部冷却剂通道，所述外部冷却剂通道由所述延伸器的外表面和所述喷嘴固持器的内表面限定；以及

通过所述外部冷却剂通道，将所述液体冷却剂朝向所述炬主体向近侧输送以使所述液体冷却剂返回到所述炬主体。

32.一种用于对等离子弧切割炬进行液体冷却的方法，所述等离子弧切割炬包括炬主体、延伸器和炬尖端，所述炬尖端包括多个消耗性部件，所述炬主体连接到所述延伸器的近端，并且所述炬尖端连接到所述延伸器的远端，所述方法包括：

经由所述炬主体的冷却剂管将液体冷却剂从所述炬主体输送到所述延伸器，所述冷却剂管在所述炬主体与所述延伸器的所述近端接合时插入到所述延伸器的腔中，其中，所述液体冷却剂在所述冷却剂管内从所述炬主体向远侧流动到所述延伸器；

通过所述延伸器中的一组液体通路，将所述液体冷却剂从所述延伸器的内表面径向向外引导到外部冷却剂通道，所述外部冷却剂通道由所述延伸器的外表面和喷嘴固持器的内表面限定；以及

通过所述外部冷却剂通道，将所述液体冷却剂朝向所述炬主体向近侧输送以使所述液体冷却剂返回到所述炬主体，

其中，所述冷却剂管和所述外部冷却剂通道两者与所述炬尖端纵向间隔开，使得所述炬尖端基本上不存在所述液体冷却剂。

33.根据权利要求32所述的方法，其进一步包括：提供一种或多种气体以冷却所述炬尖端中的所述多个消耗性部件。

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