CN116235638A - 用于等离子弧焊炬的有成本效益的筒 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于包括焊炬主体的等离子弧焊炬的适配器。适配器包括在近端和远端之间限定纵向轴线的主体，以及从主体的近端延伸的至少一个突出部分。至少一个突出部分构造成插入到焊炬主体的腔中以物理接合腔的内侧的开关。开关的接合适于指示等离子弧焊炬中的耗材构件的安装。

Description

用于等离子弧焊炬的有成本效益的筒

相关申请的交叉引用

本申请请求享有2020年9月29日提交的美国序列号17/036,921的优先权，其内容通过引用以其整体并入本文中。

技术领域

本发明总体涉及用于接触启动等离子弧焊炬的筒(cartridge)，并且更具体地涉及一个或多个可替换的低成本筒，每个筒具有多个一体化构件。

背景技术

诸如等离子弧焊炬的热处理焊炬广泛用于材料的高温处理(例如，加热、切割、熔刮和标记)。等离子弧焊炬大体上包括焊炬主体、安装在焊炬主体内的电极、设置在电极的开孔内的发射性插入物、安装在焊炬主体内的具有中心出口孔口的喷嘴、护罩、电气连接、用于冷却的通路、用于电弧控制流体(例如，等离子气体)的通路，以及功率供应源。涡流环可用来控制形成在电极与喷嘴之间的等离子体室中的流体流型。在一些焊炬中，保持盖用来将喷嘴和/或涡流环维持在等离子弧焊炬中。在操作中，焊炬产生等离子弧，其为具有高温和足够动量的电离气体的收缩射流，以有助于协助去除熔融金属。在焊炬中使用的气体可为非反应性的(例如，氩或氮)，或反应性的(例如，氧或空气)。

一种用于在等离子弧焊炬中产生等离子弧的方法是接触启动方法。接触启动方法涉及在电极与喷嘴之间建立物理接触和电气连通，以在它们之间创建电流路径。电极和喷嘴可协作，以在焊炬主体内创建等离子体室。电流提供到电极和喷嘴，并且气体引入到等离子体室。气体压力逐渐增加，直到压力足以将电极和喷嘴分离。分离引起在等离子体室中在电极与喷嘴之间形成电弧。电弧将引入的气体电离以产生等离子体射流，该等离子体射流可转移到工件上进行材料处理。在一些应用中，功率供应源适于在电弧的生成期间提供称为维弧电流的第一电流，并且在等离子体射流已经转移到工件时提供称为转移弧电流的第二电流。

各种构造都可能用于生成电弧。例如，电极可在焊炬主体内远离静止喷嘴移动。这样的构造称为“回吹(blow-back)”接触启动方法，因为气体压力引起电极远离工件移动。这样的系统的一个问题与喷嘴和电极耗材的精确对准有关，该精确对准会显著影响耗材的寿命预期和材料加工/切割质量。在另一个构造中，喷嘴可远离相对静止的电极移动。这样的构造称为“前吹”接触启动方法，因为气体压力引起喷嘴朝向工件移动。

现有的等离子切割系统包括可结合不同电流和/或操作模式使用的大量单独耗材。大量耗材选项需要使用者有很大的零件数目和库存，并且可能使使用者混淆，并且提高了安装不正确耗材的可能性。大量耗材选项也会引起(多个)焊炬设置时间过长，并且难以在需要焊炬中的不同耗材布置的切割过程之间转换，耗材的布置和安装通常在现场一次一个构件来进行。例如，在切割操作之前，为特定切割任务选择和安装正确的一组耗材可能繁琐且耗时。此外，当旧构件与新构件一起使用时，在现场选择、组装和安装这些构件可能引起对准问题或兼容性问题。在焊炬操作期间，现有耗材可能遇到性能问题，如无法维持正确的耗材对准和间隔。此外，目前的耗材包括大量昂贵的材料(例如，Vespel^TM)，并且通常需要相对复杂的制造过程，这导致显著的制造成本，并且妨碍了它们的广泛商业化、生产和采用。需要的是一种新的和改进的耗材平台，其可降低制造成本和时间、减少零件数量、提高系统性能(例如，构件对准、切割质量、耗材寿命、可变性/多功能性等)，并且简化了耗材由最终使用者的安装和使用。

发明内容

本发明提供用于等离子弧焊炬(如用于手动操作的、空气冷却的等离子弧焊炬)的一种或多种一体化的有成本效益的筒设计。大体上，由于筒包括成套的两个或更多个耗材构件，故其提供了便利使用，并且相比于独立地安装/替换各个耗材构件，缩短了安装到等离子弧焊炬中的时间。另外，在焊炬中使用筒可改善构件对准和切割一致性。然而，制造和材料成本可能妨碍筒的广泛商业化和生产。本发明通过提供一个或多个有成本效益的筒设计来解决该问题，所述筒设计便于筒的商业化和生产，并且改善其安装。

一方面，本发明的特征在于一种用于空气冷却的等离子弧焊炬的筒。筒包括涡流环和冠部。涡流环包括具有基本上空心部分的成型热塑性细长主体，成型热塑性细长主体具有远端和近端，并且构造成在空心部分内接收电极。涡流环还包括多个气体流动开口，所述气体流动开口由细长主体的远端限定，并且构造成将涡流运动给予用于等离子弧焊炬的等离子气体流。涡流环进一步包括在远端处的细长主体的表面上的喷嘴保持特征，以用于将喷嘴保持到细长主体。冠部附连到涡流环的细长主体的近端。冠部基本上包围细长主体的近端。

在一些实施例中，冠部由导电材料形成。冠部可构造成将电极保持在筒内，并且将电流传递至电极。冠部可包括偏压表面，以用于物理接触抵靠电极的近端偏压的弹性元件。此外，冠部可包括基本上空心的主体，其构造成将弹性元件保持在偏压表面与电极的近端之间。

在一些实施例中，冠部的主体具有基本上一致的厚度。在一些实施例中，冠部包括至少一个通风孔。

在一些实施例中，冠部包括接触表面，以用于在等离子弧焊炬以转移弧模式操作时便于与电极的对应接触表面的电气接触。冠部的接触表面的特征在于在维弧的启动期间不与电极的对应接触表面接触。当焊炬以转移弧模式操作时，接触表面可构造成物理接触电极的对应接触表面。

在一些实施例中，涡流环的多个气体流动开口包括由围绕涡流环的细长主体的远端设置的多个延伸部限定的槽，每个槽位于一对延伸部之间。

在一些实施例中，喷嘴保持特征包括位于延伸部的外表面上的凹槽。喷嘴与涡流环的保持可经由卡扣配合、螺纹连接或压接中的一种。在一些实施例中，冠部与涡流环之间的接合是通过压接、卡扣配合或螺纹连接中的一种。

在一些实施例中，涡流环的细长主体由热塑性材料成型，该热塑性材料包括由醚和酮分子形成的聚合物。热塑性材料可具有一种或多种性质，包括(i)大于约320华氏度(F)的玻璃化转变温度(Tg)，(ii)在低于Tg下小于约22微英寸/英寸-华氏度(微in/in.F)的线性热膨胀系数(CLTE)，(iii)在高于Tg下小于约55微in/in.F的CLTE，(iv)大于约720华氏度的熔点，以及(v)大于约480千伏/英寸的介电强度。

在一些实施例中，每个气体流动开口的轴向长度(L)与电极的半径和涡流环的内壁的半径之间的平均半径(R)的比率小于约0.5。在一些实施例中，多个气体流动开口围绕细长主体的远端以单层设置，每个气体流动开口在涡流环的内壁中的开口与涡流环的外壁上的开口之间具有约0.040英寸的偏移。

另一方面，提供了一种用于空气冷却的等离子弧焊炬的成型涡流环。成型涡流环包括成型热塑性细长主体，该细长主体包括基本上空心的部分。成型热塑性细长主体具有远端和近端，并且构造成在空心部分内接收电极。成型涡流环还包括多个成型气体流动开口，气体流动开口各自从细长主体的内表面延伸到外表面。成型气体流动开口围绕细长主体的远端设置，并且构造成将涡流给予等离子弧焊炬的等离子气体流。成型涡流环进一步包括主体上的喷嘴保持表面，以用于将喷嘴保持在细长主体的远端处。

在一些实施例中，多个气体流动开口包括由围绕细长主体的远端设置的多个延伸部限定的槽，每个槽位于一对延伸部之间。涡流环的细长主体的远端和喷嘴可协作地限定多个气体流动开口。

在一些实施例中，喷嘴保持表面包括位于延伸部的外表面上的喷嘴保持特征。喷嘴保持特征可包括构造成经由压接而接收喷嘴的一部分的凹槽。在一些实施例中，喷嘴保持表面包括构造成经由压接而接收喷嘴的一部分的倾斜表面。

在一些实施例中，涡流环构造成经由卡扣配合或螺纹连接中的一种接合喷嘴。在一些实施例中，涡流环构造成经由压接来接合喷嘴。

在一些实施例中，细长主体由热塑性材料成型，该热塑性材料包括由醚和酮分子形成的聚合物。热塑性材料可进一步包括一种或多种添加剂。

另一方面，提供了一种用于空气冷却的等离子弧焊炬的组件。该组件包括电极、由热塑性材料成型的涡流环、喷嘴和冠部。涡流环包括在远端处的喷嘴保持表面和在近端处的冠部保持元件。喷嘴经由喷嘴保持表面牢固地固定到涡流环的远端，其中喷嘴包括在喷嘴的远端处的出口孔口。冠部经由冠部保持元件牢固地固定到涡流环的近端。冠部构造成在近端处包围涡流环。涡流环、喷嘴和冠部的固定形成了室，电极永久地设置在该室中并且相对于喷嘴对准。

在一些实施例中，喷嘴保持表面包括倾斜表面，并且通过将喷嘴的至少一部分抵靠倾斜表面压接来将喷嘴固定到涡流环的远端。将喷嘴压接到喷嘴保持件可建立(1)喷嘴出口孔口在室内相对于电极的远端的在0.005英寸内的径向居中，以及(2)在组件的转移弧操作期间，电极在室内在电极的远端与喷嘴出口孔口之间在0.030至0.060英寸内的纵向定位。

在一些实施例中，冠部保持元件包括凹槽，该凹槽构造成通过压接、螺纹连接或卡扣配合中的至少一种来固定涡流环。经由冠部保持元件将冠部固定到涡流环可在组件的转移弧操作期间建立电极在室内在电极的远端与喷嘴出口孔口之间在0.030至0.060英寸内的纵向定位。

在一些实施例中，该组件进一步包括在冠部的偏压表面与电极之间的弹性元件，该弹性元件物理接触电极并且在电极上给予分离力。当等离子弧焊炬以维弧模式操作时，弹性元件可将维弧电流中的基本上所有传递到电极。冠部可包括用于将弹性元件基本上维持在其中的空心主体。在一些实施例中，弹性元件包括弹簧或线材中的至少一种。

在一些实施例中，该组件进一步包括O形环，该O形环构造成基本上围绕涡流环的近端以使涡流环抵靠等离子弧焊炬的主体密封。

另一方面，冠部设置用于接触启动等离子弧焊炬，冠部构造成与电极电气连通。冠部包括由导电材料形成的基本上空心的主体，其构造成接收弹性元件。空心主体具有基本上一致的厚度。冠部还包括在冠部的近端处的偏压表面，以用于物理接触弹性元件。冠部进一步包括在远端处的内部接触表面，以用于在等离子弧焊炬的转移弧模式期间物理接触电极的近端处的对应表面。接触表面的特征在于在等离子弧焊炬的维弧模式期间不与电极的对应表面接触。

在一些实施例中，接触表面构造成在转移弧模式期间将转移弧电流的至少一部分从功率供应源传递到电极。另外，弹性元件可构造成在维弧模式期间将维弧电流中的基本上所有从功率供应源传递到电极。

在一些实施例中，冠部进一步包括用于经由压接、卡扣配合或螺纹连接中的一种连接到涡流环的保持元件。在一些实施例中，冠部进一步包括至少一个通风孔。在一些实施例中，冠部进一步包括圆形隧道部分，其包括偏压表面并且构造成容纳弹性元件的至少一部分。在一些实施例中，冠部进一步包括远离近端延伸的凹陷中心，该凹陷中心包括接触表面。

在一些实施例中，冠部经由冲压工艺形成。

另一方面，提供了一种用于对准筒中的多个构件的方法。该方法包括成型热塑性材料以形成包括远端、近端和空心主体的涡流环。该方法还包括将电极设置在涡流环的空心主体的内侧，并且通过将喷嘴牢固地固定到涡流环的远端而将电极保持到筒。该方法进一步包括通过将冠部牢固地固定到涡流环的近端而使电极相对于喷嘴纵向对准，从而在使用气体流将电极偏压到与冠部接触时，在筒的转移弧操作期间建立纵向对准。

在一些实施例中，该方法进一步包括经由冲压工艺形成冠部。在一些实施例中，该方法进一步包括通过限制电极在涡流环的空心主体内的径向运动来径向对准电极。

在一些实施例中，纵向对准包括在转移弧操作期间将电极的纵向运动限制在由电极的远端和喷嘴的出口孔口限定的回吹距离内。

在一些实施例中，将喷嘴牢固固定到涡流环的远端包括将喷嘴的一部分压接到涡流环的远端上的保持表面中。

另一方面，提供了一种用于等离子弧焊炬的耗材筒。耗材筒包括限定基本上空心的主体的外部构件、基本上设置在外部构件的空心主体内的内部构件，以及内部构件的后部部分与外部构件之间的空心区域。内部构件包括构造成将外部构件轴向固定并且可旋转地接合到内部构件的前部部分，以及基本上悬挂在外部构件的空心主体内的后部部分。后部部分经由前部部分与外部构件轴向固定并且可旋转地接合。空心区域构造成接收焊炬头，以实现内部构件的后部部分与焊炬头的阴极之间的配合。

在一些实施例中，内部构件的前部部分包括用于实现外部构件与其轴向固定和可旋转接合的装置。用于实现的该装置的尺寸设计为允许内部构件和外部构件相对于彼此独立旋转。在一些实施例中，内部构件的后部部分没有用于实现与外部构件的轴向固定和可旋转接合的装置。外部构件与内部构件的轴向固定和可旋转接合可通过压接、卡扣配合、摩擦配合或螺纹连接中的一种进行。

在一些实施例中，外部构件包括护罩、绝缘构件、保持盖或盖套筒中的至少一者。在一些实施例中，内部构件包括冠部、涡流环、电极或喷嘴中的至少一者。

在一些实施例中，内部构件的后部部分构造成基本上围绕并且物理接触阴极的至少一部分。内部构件的后部部分可包括腔，该腔构造成接收延伸到筒中的阴极的至少一部分。在一些实施例中，内部构件的后部部分或外部构件中的至少一个包括用于接合焊炬头的至少一个螺纹。

在一些实施例中，内部构件进一步包括设置在内部构件的外表面上的一个或多个翅片。外部构件还可包括设置在外部构件的内表面上的一个或多个翅片。

在一些实施例中，外部构件为等离子弧焊炬的维弧电流提供电气路径。

另一方面，提供了一种用于等离子弧焊炬的筒耗材。筒耗材包括(i)限定基本上空心的主体的外部构件，(ii)设置在外部构件的空心主体内的包括至少一个电极的内部构件；以及(iii)设置在内部构件上的接合特征。接合特征适于相对于内部构件轴向约束外部构件，同时允许内部构件和外部构件相对于彼此独立旋转。

在一些实施例中，内部构件进一步包括冠部，其在组装到等离子弧焊炬中时基本上锁定到位。涡流环可经由内部构件的喷嘴连接到外部构件。电极可设置在由涡流环和喷嘴限定的空心封壳内。涡流环或电极中的至少一个可为内部构件的一部分。

在一些实施例中，外部构件包括金属保持盖和包覆成型到保持盖上的电绝缘盖套筒。护罩可经由外部构件连接到内部构件。护罩可为外部构件的一部分。

在一些实施例中，筒耗材进一步包括在外部构件与内部构件之间的空心区域。空心区域构造成匹配地接合等离子弧焊炬的头部。筒耗材可进一步包括位于外部构件与内部构件的喷嘴之间的垫片。该垫片包括一个或多个冷却通道，该冷却通道构造成调节通过其的气体流。

又一方面，提供了一种组装多件式筒耗材的方法，其中筒耗材包括用于安装到等离子弧焊炬中的外部构件和内部构件。该方法包括将内部构件设置在外部构件的空心主体内。该方法还包括相对于内部构件的前部部分轴向限制外部构件，同时允许内部构件和外部构件相对于彼此独立旋转。该方法进一步包括通过轴向限制来将内部构件的后部部分基本上悬挂和径向定向在外部构件的空心主体内。

在一些实施例中，该方法进一步包括通过将焊炬头设置在内部构件的后部部分与外部构件之间的空心区域中来将多件式筒耗材安装到焊炬头中。安装可实现焊炬头的阴极与内部构件的后部部分中的凹部之间的物理匹配。在一些实施例中，该方法进一步包括独立于内部构件旋转外部构件以将焊炬头固定到多件式筒耗材。

在一些实施例中，该方法进一步包括组装多件式筒的内部构件，其包括将电极设置在涡流环的空心主体内，通过将喷嘴牢固地固定到涡流环的远端来将电极保持空心主体内，以及将冠部牢固地固定到涡流环的近端。在一些实施例中，该方法进一步包括组装多件式筒的外部构件，其包括将绝缘盖套筒包覆成型到保持盖上并且将护罩固定地连接到盖套筒。

在一些实施例中，该方法进一步包括通过设置在内部构件或外部构件中的至少一个的表面上的一个或多个翅片相对于外部构件径向对准内部构件。

又一方面，提供了用于等离子弧焊炬的冠部。冠部包括限定近端和远端的主体，主体包括导电材料和在主体的近端处的至少一个凸起特征。凸起特征适用于激活等离子弧焊炬的内侧的耗材传感器。冠部还可包括位于主体的近端处的偏压表面，以用于物理接触弹性元件。

在一些实施例中，冠部进一步包括位于主体的远端处的接触表面，以用于在等离子弧焊炬的转移弧模式期间物理接触电极的对应表面。至少一个凸起特征构造成通过在将冠部安装到等离子弧焊炬中时压靠耗材传感器来激活耗材传感器，从而允许电流通过以下中的一者：(i)在等离子弧焊炬的维弧模式期间通过偏压表面流到弹性元件，或(ii)在转移弧模式期间通过接触表面流到电极。

在一些实施例中，冠部的主体基本上是空心的，并且构造成将弹性元件保持在偏压表面与电极之间。冠部的主体可具有基本上一致的厚度。

在一些实施例中，冠部的主体限定构造成接收等离子弧焊炬的阴极的至少一部分的腔。接触表面可位于限定腔的冠部主体的内表面中。

又一方面，提供了一种用于等离子弧焊炬的多件式筒耗材的内筒耗材。内筒耗材包括冠部，该冠部包括(i)成形为接收等离子弧焊炬的阴极的至少一部分的围绕中心轴线的凹部和(ii)成形为容纳弹簧构件的包围围绕中心轴线的凹部的突出区域。内筒耗材还包括限定远端和近端的涡流环。涡流环在涡流环的近端处固定地连接到冠部。内筒耗材进一步包括在涡流环的远端处固定地连接到涡流环的喷嘴，以及设置在限定于冠部、涡流环和喷嘴的固定连接内的室中的电极。

在一些实施例中，冠部物理接触阴极，并且设置在阴极与电极之间。在一些实施例中，冠部限定开口以允许阴极的至少一部分穿过其，以在操作等离子弧焊炬的转移弧模式中物理接触电极。冠部的凹部可构造成允许阴极在内筒耗材内延伸。

在一些实施例中，冠部的突出区域适于激活等离子弧焊炬内侧的耗材传感器。在一些实施例中，涡流环的一部分适于延伸通过冠部中的开口，以激活等离子弧焊炬内侧的耗材传感器。

在一些实施例中，内筒耗材基本上是导电的。在一些实施例中，弹簧构件适于在等离子弧焊炬中安装多件式筒耗材时纵向并且基本上平行于阴极延伸。

在一些实施例中，内筒耗材进一步包括设置在内筒耗材的表面上的保持特征，以用于旋转地接合并且轴向固定多件式筒耗材的外筒耗材。保持特征可设置在喷嘴或涡流环中的至少一者的表面上。

又一方面，提供了一种将筒安装到等离子弧焊炬中的方法。该方法包括组装筒的内部构件，包括将电极设置在包括远端和近端的涡流环的空心主体内侧，通过将喷嘴牢固地固定在涡流环的远端处来将电极捕获在涡流环内，以及将冠部牢固地固定到涡流环的近端。该方法还包括将焊炬头固定到包括内部构件和外部构件的筒，以及通过至少一个凸起特征压下等离子弧焊炬的焊炬头内侧的耗材传感器。该方法还包括基于按压建立从功率供应源通过焊炬头并且到筒的电流流动路径。

在一些实施例中，该方法进一步包括将冠部定位在焊炬头的阴极与电极之间，并且径向和纵向对准阴极、冠部和电极。该方法可进一步包括实现阴极与冠部的凹部之间的物理配合。该方法可进一步包括在等离子弧焊炬的转移模式操作期间经由冠部的开口实现阴极与电极之间的物理接触。

在一些实施例中，该方法进一步包括在等离子弧焊炬的转移弧模式期间，通过冠部的近端处的偏压表面物理接触弹性元件，并且通过冠部的远端处的接触表面物理接触电极的对应表面。该方法可进一步包括允许电流在电流流动路径中流过以下中的一者：(i)在等离子弧焊炬的维弧模式期间流过偏压表面，以流向弹性元件，或(ii)在转移弧模式流过接触表面，以流向电极。

在一些实施例中，该方法进一步包括将内部构件设置在外部构件的空心主体内，并且相对于外部构件轴向限制内部构件，同时允许内部构件和外部构件相对于彼此独立旋转。该方法可进一步包括通过轴向限制来将内部构件的后部部分基本上悬挂和径向定向在外部构件的空心主体内。该方法可进一步包括通过设置在内部构件或外部构件中的至少一个的表面上的一个或多个翅片来使内部构件相对于外部构件径向对准。

在一些实施例中，凸起特征设置在冠部或涡流环上。

另一方面，本发明的特征在于用于等离子弧焊炬的耗材筒的一部分。该部分包括盖组件，该盖组件包括保持盖和盖套筒。保持盖由导电材料构成，并且盖套筒由绝缘材料构成。盖组件限定了沿等离子弧焊炬的纵向轴线设置的近端和远端。该部分还包括护罩，护罩包括限定基本上空心部分的主体。主体具有沿纵向轴线对准的近端和远端，并且远端包括护罩出口孔口。该部分进一步包括由电绝缘材料构成的绝缘体环。绝缘体环包括构造成不可移除地附连到护罩主体的近端的至少一部分的外表面和构造成不可移除地附连到盖组件的远端外表面的内表面。绝缘体环与护罩之间以及盖组件与绝缘体环之间的不可移除的附连将护罩不可移除地固定到耗材筒的盖组件。

在一些实施例中，绝缘体环维持护罩与盖组件之间的电绝缘。在一些实施例中，绝缘体环的内表面通过盖组件的外表面上的至少一个周向突出部不可移除地附连到盖组件的远端的外表面，周向突出部构造成将绝缘体环抵靠盖组件保持就位。至少一个周向突出部可通过铆接工艺产生。

在一些实施例中，绝缘体环的外表面经由压接不可移除地附连到护罩的近端。耗材筒的该部分可进一步包括至少一个穿孔，穿孔设置在护罩主体的近端上，其中至少一个穿孔适于经由压接将绝缘体环锁定就位。在一些实施例中，在压接期间形成多个穿孔，其中多个穿孔围绕护罩的主体的近端成两排间隔开。在一些实施例中，多个穿孔中的第一排位于绝缘体环的近侧边缘的近侧，并且多个穿孔中的第二排位于绝缘体环的远侧边缘的远侧。绝缘体环的近侧边缘和远侧边缘适于沿纵向轴线纵向间隔开。

在一些实施例中，绝缘体环的电绝缘材料是

在一些实施例中，绝缘体环的电绝缘材料包括热塑性材料，其包括由醚和酮分子形成的聚合物。

另一方面，本发明的特征在于一种形成等离子弧焊炬的耗材筒的至少一部分的方法。该方法包括提供护罩，该护罩包括主体，主体具有基本上空心部分、近端和包括护罩出口孔口的远端。该方法还包括提供盖组件，该盖组件包括保持盖和包覆成型到保持盖的至少一部分上的盖套筒。保持盖包括设置在远端处的外部安装表面。该方法进一步包括在将绝缘体环与盖组件径向对准的同时将绝缘体环不可移除地固定到盖组件的外部安装表面上，以及在将护罩与绝缘体环径向对准的同时通过将护罩主体的近端的至少一部分压接到绝缘体环而将护罩不可移除地固定到绝缘体环的外表面。

在一些实施例中，该方法进一步包括经由冲压形成护罩。在一些实施例中，该方法进一步包括维持盖组件与护罩之间的电绝缘。

在一些实施例中，将绝缘体环不可移除地固定到盖组件的外部安装表面包括通过在外部安装表面上形成至少一个周向突出部而将绝缘体环铆接到盖组件以防止绝缘体环的纵向移动。在一些实施例中，将护罩不可移除地固定到绝缘体环包括围绕护罩主体的近端在压接期间形成两排穿孔。第一排穿孔在绝缘体环的近侧边缘近侧向内压接，并且第二排穿孔在绝缘体环的远侧边缘远侧向内压接。绝缘体环的近侧边缘和远侧边缘相对于彼此纵向间隔开。

另一方面，本发明的特征在于一种制造用于等离子弧焊炬的盖组件的方法。该方法包括冲压导电材料坯料以形成基本上空心的柱状主体。空心主体包括远侧部分和近侧部分。冲压适于形成至少一个分立的螺纹，该螺纹设置在空心主体中并且围绕近侧部分周向延伸。该方法还包括将绝缘材料包覆成型到导电空心主体的外表面上。

在一些实施例中，至少一个分立螺纹构造成与等离子弧焊炬的对应构件上的互补螺纹接合。对应构件可包括焊炬主体。在一些实施例中，至少一个分立螺纹由三个分立螺纹构成。在一些实施例中，至少一个螺纹形成相对于导电空心主体的外表面的凹入部分。绝缘材料的包覆成型可填充至少一个螺纹的凹入部分，并且加固至少一个螺纹。

在一些实施例中，绝缘体材料包括塑料材料或热塑性材料中的至少一种。

在一些实施例中，盖组件是等离子弧焊炬的一体化筒的一部分。导电空心主体的远侧部分适于固定地附接到护罩或喷嘴中的至少一个以形成一体化筒的一部分。

又一方面，本发明的特征在于一种形成等离子弧焊炬的耗材筒的至少一部分的方法。该方法包括提供盖组件，该盖组件包括保持盖和包覆成型到保持盖的至少一部分上的盖套筒。保持盖包括设置在远端处的外部安装表面。该方法还包括在盖组件的远端处将绝缘体环定位到盖组件的外部安装表面上，其中绝缘体环包括近端和远端。该方法进一步包括沿盖组件在近侧方向滑动绝缘体环以邻接盖组件的防止绝缘体环的进一步近侧运动的特征，以及在绝缘体环的远端处铆接盖组件的金属表面以将绝缘体环不可移除地附连到盖。在一些实施例中，邻接特征是盖组件的盖套筒的一部分。

另一方面，本发明的特征在于一种用于包括焊炬主体的等离子弧焊炬的适配器。适配器包括在近端和远端之间限定纵向轴线的主体，以及从主体的近端延伸的至少一个突出部分。至少一个突出部分构造成插入到焊炬主体的腔中以物理接合腔的内侧的开关。开关的接合适于指示等离子弧焊炬中的耗材构件的安装。

在一些实施例中，适配器的主体与耗材构件分离。在一些实施例中，适配器的主体连接到耗材构件。在一些实施例中，适配器的主体包括外部部分和相对于外部部分可缩回的内部部分，其中内部部分构造成在外部部分内纵向平移以物理接合开关。在一些实施例中，适配器的主体构造成(i)在远端处物理接触耗材构件和(ii)经由突出部分在近端处物理接触开关。

在一些实施例中，耗材构件是涡流环。在一些实施例中，适配器的主体是附接到涡流环的近端的冠部。至少一个突出部分可适于从涡流环延伸穿过冠部中的开口，以物理接合开关。在一些实施例中，耗材构件是耗材筒。耗材筒可包括涡流环主体，并且适配器主体可与涡流环主体的近端一体化，使得适配器的至少一个突出部分包括构造成物理接合开关的涡流环主体的唇部分。

在一些实施例中，至少一个突出部分沿纵向轴线延伸以物理接合开关。在一些实施例中，至少一个突出部分沿垂直于纵向轴线的侧向方向延伸以物理接合开关。在一些实施例中，至少一个突出部分包括一个或多个翅片，该翅片沿纵向轴线纵向延伸或垂直于纵向轴线侧向延伸以物理接合开关。

在一些实施例中，至少一个突出部分的尺寸设计成径向配合在阴极主体与焊炬主体内的腔的圆形壁之间，使得至少一个突出部分适于在插入时物理接合设置在腔中的开关。适配器的主体可在耗材构件与阴极主体之间平移达预定距离。在一些实施例中，突出部分构造成在将适配器安装到等离子弧焊炬中时通过压靠开关来接合开关，从而允许电流流到耗材构件以实现等离子弧焊炬的操作。

在一些实施例中，适配器主体限定内部部分和外部部分。适配器进一步包括构造成接合焊炬主体的位于主体近端上的一组焊炬安装螺纹、构造成接合耗材构件的位于主体远端上的一组耗材安装螺纹，以及沿纵向轴线延伸的阴极元件，阴极元件位于适配器主体的内部部分中。在一些实施例中，该组焊炬安装螺纹设置在适配器主体的外部部分上的内表面上。在一些实施例中，该组耗材安装螺纹设置在适配器主体的外部部分上的外表面上。在一些实施例中，阴极元件适于与等离子弧焊炬的阴极电气连通以将电流从阴极传送到耗材构件。在一些实施例中，适配器的至少一个突出部分位于适配器主体的内部部分中，径向位于阴极元件与外部部分之间。

另一方面，本发明的特征在于一种用于包括耗材构件和焊炬主体的等离子弧焊炬的适配器。适配器包括在近端和远端之间限定纵向轴线的主体。主体包括内部部分和外部部分。适配器包括在外部部分的内表面上的位于主体的近端上的一组焊炬安装螺纹。该组焊炬安装螺纹构造成接合焊炬主体。适配器还包括在外部部分的外表面上的位于主体的远端上的一组耗材安装螺纹。该组耗材安装螺纹构造成接合耗材构件。适配器另外包括沿纵向轴线延伸的导电阴极元件。阴极元件位于适配器主体的内部部分中。适配器进一步包括位于主体的近端处的开关致动器。开关致动器构造成插入到焊炬主体的腔中，以指示等离子弧焊炬内的耗材构件的存在。在一些实施例中，开关致动器径向定位在阴极元件与外部部分之间。

又一方面，本发明的特征在于一种用于检测包括焊炬主体的等离子弧焊炬中的耗材的存在的方法。该方法包括提供具有限定近端和远端的主体的适配器。主体具有从近端延伸的至少一个突出部分。该方法还包括将适配器的突出部分插入到焊炬主体的腔中，以及通过适配器的突出部分物理接合腔内的至少一个耗材感测针以指示耗材的存在。

在一些实施例中，该方法进一步包括通过适配器的远端物理接触耗材。在一些实施例中，该方法进一步包括通过由适配器对耗材感测针的物理接合所允许的由等离子弧焊炬的功率供应源来启动电流，以及将电流从阴极主体传导到耗材。在一些实施例中，该方法还包括平移适配器的突出部分以压下耗材感测针。

在一些实施例中，耗材感测针径向位于等离子弧焊炬的阴极主体和腔的圆形部分之间，其中阴极主体在腔内居中。在一些实施例中，耗材包括耗材筒，耗材筒包括设置在涡流环的空心主体的内侧的电极。

在一些实施例中，适配器由导电材料构成。在一些实施例中，适配器与耗材分离。在一些实施例中，适配器与耗材一体化。

在一些实施例中，突出部分沿纵向轴线纵向延伸以物理接触耗材感测针。在一些实施例中，突出部分在垂直于纵向轴线的侧向方向上延伸以物理接触耗材感测针。

又一方面，本发明的特征在于一种用于检测等离子弧焊炬中的耗材的存在的方法，该焊炬包括焊炬头，该焊炬头具有(i)腔，(ii)设置在腔中的阴极，和(iii)设置在腔中的耗材感测针。该方法包括：提供适配器，该适配器具有限定近端和远端的主体，以及从主体的近端延伸的至少一个突出部分；以及将适配器的突出部分插入到腔中，使得突出部分径向嵌套在阴极与腔的壁之间。该方法还包括将耗材安装在等离子弧焊炬的内侧，以及通过适配器的突出部分物理激活腔中的耗材感测针以指示耗材的存在。该方法进一步包括基于物理激活，允许电流从阴极流到耗材，以实现等离子弧焊炬的操作。

附图说明

通过参照以下结合附图进行的描述，可更好地理解上述本发明的优点以及进一步的优点。附图不一定按比例绘制，而是通常强调说明本发明的原理。

图1是根据本发明的示范性实施例的用于等离子弧焊炬的示例性筒的横截面视图。

图2是根据本发明的示范性实施例的图1的筒的电极的等距视图。

图3是根据本发明的示范性实施例的图1的筒的喷嘴的等距视图。

图4a和图4b分别是根据本发明的示范性实施例的图1的筒的涡流环的等距视图和轮廓视图。

图5a和图5b分别是根据本发明的示范性实施例的与图1的筒兼容的另一种涡流环设计的等距视图和截面视图。

图6是图1的筒的涡流环的横截面视图，其中电极在涡流环内对准，并且示出了示例性气体流动开口。

图7a和图7b分别是根据本发明的示范性实施例的图1的筒的冠部的等距视图和截面视图。

图8是根据本发明的示范性实施例的与图1的筒兼容的示例性护罩设计。

图9是根据本发明的示范性实施例的图1的筒的分解视图。

图10是根据本发明的示范性实施例的用于等离子弧焊炬的另一个示例性筒的截面视图。

图11是根据本发明的示范性实施例的图10的筒的保持盖的示例性构造。

图12a和图12b分别是根据本发明的示范性实施例的包覆成型到图11的保持盖上的示例性盖套筒的截面视图和外部轮廓视图。

图13是根据本发明的示范性实施例的绝缘体构件的示例性构造，其可为图10的筒的外部构件的一部分。

图14a-c是根据本发明的示范性实施例的牢固地固定到盖套筒和保持盖的图13的绝缘体构件的各种视图。

图15是根据本发明的示范性实施例的护罩的示例性构造，其可为图10的筒的外部构件的一部分。

图16是根据本发明的示范性实施例的与图10的筒兼容的另一个示例性护罩。

图17是根据本发明的示范性实施例的图10的筒的喷嘴的示例性构造。

图18是根据本发明的示范性实施例的包括图10的筒的喷嘴、保持盖和护罩的组件的横截面视图。

图19a-c是根据本发明的示范性实施例的图10的筒的涡流环的另一个示例性构造的各种视图。

图20a和图20b是根据本发明的示范性实施例的图10的筒的冠部的示例性构造。

图21示出了根据本发明的示范性实施例的在图10的筒的喷嘴与外部构件之间的用于控制气体流的示例性插入物。

图22示出了根据本发明的示范性实施例的示例性等离子弧焊炬，其包括图10的筒和焊炬头。

图23是根据本发明的示范性实施例的图22的焊炬头的示例性构造。

图24a和图24b示出了根据本发明的示范性实施例的在维弧启动期间通过图10的筒的示例性维弧电流流动路径。

图25示出了根据本发明的示范性实施例的在转移弧焊炬操作模式期间通过图10的筒的示例性转移弧电流流动路径。

图26是根据本发明的示范性实施例的通过图10的筒的示例性气体流动路径。

图27是根据本发明的示范性实施例的图10的筒的分解视图。

图28a和图28b示出了根据本发明的一些实施例的用于形成图10的筒的至少一部分的多个构件的示例性组件。

图29示出了根据本发明的一些实施例的使用铆接工艺在图28a和图28b的盖组件与绝缘体环之间形成的示例性界面。

图30示出了根据本发明的一些实施例的使用压接工艺在图28a和图28b的护罩与绝缘体环之间形成的示例性界面。

图31a和图31b示出了根据本发明的一些实施例的用于形成图28a和图28b的组件以生产图10的筒的一部分的示例性过程。

图32示出了根据本发明的一些实施例的用于制造图10的筒的盖组件的示例性方法。

图33示出了根据本发明的一些实施例的适配器的示例性构造。

图34示出了根据本发明的一些实施例的适配器的另一个示例性构造。

图35示出了根据本发明的一些实施例的图34的适配器在等离子弧焊炬的内侧的示例性布置。

图36a-c分别示出了根据本发明的一些实施例的将图34的适配器与涡流环部分一体化的示例性耗材构件的轮廓视图、侧视图和顶视图。

图37示出了根据本发明的一些实施例的适配器的又一个示例性构造。

图38示出了根据本发明的一些实施例的用于使用适配器检测等离子弧焊炬中耗材构件的存在的示例性过程。

具体实施方式

图1是根据本发明的示范性实施例的用于等离子弧焊炬的示例性筒100的横截面视图。如图所示，筒100包括定向成关于纵向轴线A基本上对称的端盖106(例如，冠部)、涡流环102、电极104和喷嘴108。筒100可另外包括弹性元件122和/或密封装置150。筒100可使用回吹接触启动机构来在组装到焊炬中时接触启动等离子弧焊炬。具体地，电极104可为弹簧前部电极，这意味着弹性元件122(例如，弹簧)可在电极104的近端124上施加分离力以将电极104远离端盖106并且朝向喷嘴108偏压。

图2是根据本发明的示范性实施例的电极104的等距视图。如图所示，电极104包括一组螺旋形翅片114，以用于引导气体流并且便于筒100的冷却。如图1中所示，发射性插入物142(即，发射器)可设置在电极104的远端125中，使得发射表面暴露。插入物142可由铪或拥有包括耐腐蚀和高放热性在内的适合物理特征的其它材料制成。在对构件精整机加工之前，锻造、冲击挤制或冷成型可用来最初形成电极104。

喷嘴108可与电极104的远端125间隔开，并且相对于电极104限定等离子体室140。图3是根据本发明的示范性实施例的喷嘴108的等距视图。喷嘴108包括居中定位的出口孔口144，以用于将诸如电离气体射流的等离子弧引入待切割的工件(未示出)。

在一些实施例中，涡流环102具有一组径向间隔开的气体流动开口136，其构造成将切向速度分量给予用于等离子弧焊炬的气体流，以使气体流产生涡流。这种涡流产生了涡旋，其收缩电弧并且稳定了电弧在插入物142上的位置。在一些实施例中，诸如O形环的密封装置150可在涡流环的近端112处位于涡流环102的外表面上，以在筒100安装到等离子弧焊炬主体中时接合等离子弧焊炬主体(未示出)的内表面。密封装置150构造成在该位置处在筒100与等离子弧焊炬主体之间提供流体(例如，气体)的防漏密封。

图4a和图4b分别是根据本发明的示范性实施例的图1的筒100的涡流环102的等距视图和轮廓视图。如图所示，涡流环102可由基本上空心的细长主体103限定，该主体103沿纵向轴线A具有远端110和近端112。涡流环102的远端110特征化为在操作等离子弧焊炬内的筒100时最靠近工件的一端，并且近端112沿纵向轴线A与远端110相对。在一些实施例中，涡流环102的空心主体103的尺寸设计成接收电极104，并且基本上沿纵向轴线A在电极104的长度上延伸。因此，涡流环102的内壁可通过限制电极104的径向移动来径向对准电极104。在涡流环102的远端110与喷嘴108之间可形成界面118，以将两个耗材构件连结在一起作为筒100的一部分。在涡流环102的近端112与端盖106之间可形成另一个界面120，以将两个耗材构件连结在一起作为筒100的一部分。大体上，界面118和/或界面120形成室，电极104永久地设置在该室中并且相对于喷嘴108和端盖106(纵向和径向)对准。

在一些实施例中，涡流环102的一个或多个气体流动开口136围绕其细长主体103的远端110设置，如围绕其远端110的圆周设置。在一些实施例中，一个或多个气体流动开口136是成型的。每个气体流动开口136可从细长主体103的内表面延伸到外表面，并且定向成相对于轴线A向流过其的气体(例如，空气)给予涡流运动。每个气体流动开口136在几何形状上可为圆形或非圆形(例如，矩形、方形和/或方角形)。在一些实施例中，气体流动开口136具有基本上一致的尺寸。在一些实施例中，如图4a和图4b中所示，气体流动开口136至少部分地由涡流环102的细长主体103的远端110处的槽202限定。这些气体流动槽202由围绕远端110的圆周以规则或不规则间隔而间隔开的多个延伸部204形成，其中每个槽202位于一对延伸部204之间。在涡流环102牢固地附连到喷嘴108时，槽202由喷嘴108的近端封闭以产生有界孔。因此，每个气体流动开口136可为由喷嘴108和涡流环102协作地限定的两件式复合开口。

在一些实施例中，为了在涡流环102与喷嘴108之间形成界面118，涡流环102可包括细长主体103的喷嘴保持表面216(例如，内表面和/或外表面)，以用于在其远端110处牢固地附接喷嘴108。在一个实例中，如图4a和图4b中所示，喷嘴保持表面216可为诸如位于细长主体103的外表面上(如在延伸部204上)的一个或多个凹槽的特征。喷嘴保持表面216可通过卡扣配合、压接或螺纹连接中的一种来捕获喷嘴108以形成界面118。在压接实例中，喷嘴108的一部分可抵靠凹槽216并且压接到其中，以将喷嘴108牢固地附连到涡流环102。备选地，类似的保持表面可设置在喷嘴108上以将涡流环102保持到其。可使用其它制造和组装选项来连接这两个构件。例如，喷嘴108可包覆成型到涡流环102上以形成界面118。

图5a和图5b分别是与图1的筒100兼容的另一个涡流环702的等距视图和截面视图。如图所示，除了涡流环702的喷嘴保持表面716包括相对于纵向轴线A成锥角的倾斜表面之外，涡流环702基本上类似于涡流环102。倾斜表面716可适于通过卡扣配合、压接或螺纹连接中的一种来捕获喷嘴108以形成图1的界面118。

在一些实施例中，如图4a和图4b中所示，为了在涡流环102与端盖106之间形成界面120，涡流环可包括位于细长主体103的表面(例如，内表面和/或外表面)上的盖保持特征230，以用于将端盖106牢固地保持在其近端112处。盖保持特征230可为一个或多个凹槽，凹槽通过卡扣配合、压接或螺纹连接中的一种捕获端盖106以形成界面120。例如，端盖106的一部分可压接到凹槽230中以将端盖106牢固地附连到涡流环102。在一些实施例中，如图1和图4b中所示，在两个构件联接在一起之后，涡流环102的近端112的唇部分232插入端盖106的内侧。备选地，类似的保持特征可围绕端盖106设置以连结涡流环102。可使用其它制造和组装选项来连接这两个构件。例如，端盖106可包覆成型到涡流环102上以形成界面120。类似的盖保持特征730可位于图5a和图5b的涡流环702的表面上并且提供与盖保持特征230基本上相同的功能。

大体上，与操作者必须在没有任何结构引导的情况下执行单独构件的对准相比，图4a和图4b的保持表面/元件216,230中的每个简化了筒100中的部分的对准。在一些实施例中，涡流环102经由保持元件216在界面118处锁定到喷嘴108使两个构件相对于彼此对准，并且进一步将电极104保持在由涡流环102和喷嘴108的锁定而形成的室中。涡流环102的内壁可径向对准电极104，使得涡流环102的内壁与电极104的径向翅片114之间存在相对小的间隙，从而限制电极104的径向运动。因此，这在室内建立了喷嘴出口孔口144相对于电极104的远端125的径向居中，如在约0.005英寸的公差内。在一些实施例中，涡流环102经由保持元件230在界面120处锁定到端盖106使两个构件相对于彼此对准并且进一步在室中纵向对准电极104。例如，在涡流环102和端盖106连结之后，端盖106的凹陷中心304的深度控制电极104在转移弧模式期间可相对于喷嘴108朝向近端124纵向向后移动多远(例如，当使用气体流将电极104偏压成与端盖106接触时)，如在0.02至0.12英寸的回吹距离内。涡流环102经由保持元件230在界面120处锁定到端盖106也将弹性元件122固定在筒100内，同时相对于电极104的近端124准确定位弹性元件122。另外，喷嘴108连结到涡流环102有助于在转移弧操作期间将电极104的纵向运动限定在电极104的远端125与喷嘴出口孔口144之间的回吹距离内。这样的对电极104的纵向运动的限制促进了焊炬操作中等离子弧启动的准确性和可重复性。类似地，图5a和图5b的保持表面/元件716,730中的每一个在将涡流环702组装到筒100中时简化了筒100中的部分的对准。

在一些实施例中，涡流环102的气体流动开口136的形状和尺寸适当地设计成增强通过其的气体流的涡流。图6是图1的筒100的涡流环102的截面视图，其中电极104在涡流环102内径向对准，并且示出了示例性气体流动开口136。

如图所示，涡流环102和电极104具有共用的中心602。宽度W表示每个气体流动开口136的弯曲轴向宽度(仅示出了一个气体流动开口)。长度R表示如从共用中心602测量的，电极104的中心与电极主体的外部与涡流环102的内壁之间的环形空间的半径之间的平均距离(半径)。在一些实施例中，W/R比小于约0.5。该值允许进入气体流动开口136的气体流稍微垂直地冲击电极104的表面上，以增加气体湍流并且增强电极冷却。相比之下，传统的气体流动开口设计具有约1.0的W/R比，这使得气体相对于电极104的表面至多切向地冲击。基本上垂直的冲击(与切向冲击相反)生成更大的流量分布、更一致的气体流涡流和更好的电极104冷却。在一些实施例中，当W/R比小于约0.5时，电极104的寿命延长25％。该设计比率适用于由成型在涡流环102的远端110处的槽202或由形成、成型或钻入远端110的封闭孔(未示出)表示的气体流动开口136。

在一些实施例中，只有一排气体流动开口136围绕涡流环102的远端110设置。例如，一排十二个气体流动开口136可围绕涡流环102对称地设置。相比之下，传统的涡流环设计具有两排或更多排(层)的气体流动开口，其中一些传统的涡流环每排具有十八个开口。由于本设计中气体流动开口136的数量减少，因此单独气体流动开口136的宽度W增加以生成相同的气体流涡流力，并且与传统设计相比维持了气体流动开口136组合的相同的总横截面积。另外，对于每个气体流动开口136，涡流环102的内壁中的开口604与涡流环102的外壁上的开口606之间的偏移O减小(例如，减小到约小于或等于约0.040英寸)，而与传统涡流环设计的气体流动开口相关联的这样的偏移更大(例如，约0.12英寸)。大体上，减少气体流动开口136的数量结合使开口136位于单排上简化了制造周期时间，降低了材料成本，并且与用于制造涡流环102的注塑成型方法更兼容。参照涡流环102描述的气体流动开口设计也可应用于图5a和图5b的涡流环702。

在一些实施例中，涡流环102或702通过一种或多种高温热塑性材料的注塑成型来制造，所述材料包括由醚和酮分子(例如，醚酮基化合物)形成的聚合物，如聚醚醚酮(PEEK)、聚芳醚酮(PAKE)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酮醚酮-酮(PEKEKK)及其变体。示例性热塑性材料还包括聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚醚酰亚胺(PEI)和/或聚四氟乙烯(PTFE)。在一些实施例中，与适用于本发明的热塑性材料相关联的特性具有大于约320华氏度的玻璃化转变温度(Tg)、在低于Tg下小于约22微英寸/英寸-华氏度的线性热膨胀系数(CLTE)、在高于Tg下小于约55微英寸/英寸-华氏度的CLTE、大于约720华氏度的熔点和/或大于约480千伏/英寸的介电强度。与例如作为目前用来制造涡流环的材料但相对而言获取更昂贵并且使用困难的Vespel^TM、Torlon、Celazole或酚醛化合物或其它热固性塑料相比，使用热塑性塑料制造涡流环降低筒成本。然而，已知的是，热塑性塑料具有低于热固性Vespel^TM的操作温度，这大体上可能影响涡流环的完整性和电极寿命。为了解决高温性能问题，涡流环102或702可由具有一种或多种强化添加剂的热塑性树脂制成，以提供期望的耐热性和/或导热性，因此能够在筒和/或涡流环中有效使用(多种)热塑性材料。示例性强化添加剂包括玻璃纤维、矿物质、氮化硼(BN)、立方BN和/或Vespel^TM颗粒。作为实例，材料聚酰亚胺/聚醚醚酮(PI/PEEK)是一种耐热材料，其可包括约50％的回收Vespel^TM颗粒，可用来制造涡流环102或702。另外，涡流环102或702定位在筒100中的这样的位置中，使得其避免在焊炬操作期间暴露于最高操作温度。因此，实际上，使用热塑性材料来制造涡流环102不太可能影响涡流环102或702的完整性。此外，当电极104经历寿命终止事件时，这也是筒100的寿命终止，塑料材料熔化，这不影响耗材寿命期间的切割操作。相比之下，与各组的电极和喷嘴一起重复再使用的已知的基于热固性的涡流环的寿命周期通常是电极和喷嘴的寿命周期的20到30倍。这些寿命周期对涡流环提出了需求和要求，这可能导致过度设计和不一致的性能，因为涡流环会在其寿命周期内发生热变形(例如，膨胀和/或收缩)，以基于寿命周期提供不同的配合、界面和性能。

在一些实施例中，涡流环102的细长主体103使用注塑成型技术(例如，热塑性注塑成型)形成。在一些实施例中，如果气体流动开口136包括由涡流环102的远端110限定的槽202，则槽202可经由相同的热塑性注塑成型工艺与细长主体103同时形成。大体上，与根据用于形成气体流动通路的传统设计的钻孔相比，气体流动槽202与用于形成涡流环102的注塑成型技术更兼容。因此，将气体流动槽202成型到涡流环主体103中消除了在主体103中钻孔的附加步骤。在涡流环设计中使用气体流动槽202代替钻孔还降低了材料成本和与钻孔操作相关的长循环时间的成本。喷嘴保持特征216和/或盖保持特征230也可经由相同的热塑性注塑成型工艺与细长主体103同时形成。因此，大多数(如果不是所有的话)涡流环102可使用有成本效益的单个注塑成型工艺来制造。总的来说，与传统工艺相比，用于形成涡流环102的成型热塑性工艺提供了更快且更便宜的制造方法。用于制造图4a和图4b的涡流环102的工艺和材料也可用来制造图5a和图5b的涡流环702。

图7a和图7b分别是根据本发明的示范性实施例的图1的筒100的端盖106(例如，冠部)的等距视图和截面视图。端盖106提供了以下功能中的至少一种：(i)在涡流环的近端112处牢固地接合涡流环102或702以形成界面120，从而对准电极104；(ii)为弹性元件122提供支架；以及(iii)在回吹接触启动构造中将电流传递到电极104。如图所示，端盖106具有限定近端320和远端322的基本上空心的主体300。空心主体300包括圆形隧道部分302和远离端盖106的近端320延伸的凹陷中心304。在一些实施例中，端盖306的主体300具有基本上一致的厚度，从而促进有效且一致的电流通过，并且有助于建立精确的耗材对准。端盖106的均匀厚度与冲压制造技术相结合，还简化了制造并且使制造周期时间、耗材重量和材料使用最小化。

在一些实施例中，圆形隧道部分302在近端320处的内表面308限定用于与弹性元件122物理接触和电气连通的偏压表面。弹性元件122可抵靠电极104的近端124偏压，以便将电极104移离端盖106。即，弹性元件122位于端盖106的偏压表面308与电极104的近端124之间并且与其物理接触，使得弹性元件122在电极104与偏压表面308之间给予分离力。

在一些实施例中，端盖106在远端322处的凹陷中心304的内表面310限定了接触表面，该接触表面构造用于在电极的近端124处与电极104的对应接触表面128物理接触和电气连通。在转移弧模式期间，端盖106的接触表面310与电极104的对应接触表面128处于邻接关系。然而，在维弧模式中的维弧的启动期间，接触表面310与对应的接触表面128处于间隔关系，这由两个表面之间不存在接触限定。

弹性元件122大体上在端盖106与电极104之间维持在筒100的内侧。在一些实施例中，弹性元件122固定到端盖106或电极104。在其它实施例中，弹性元件122固定到电极104和端盖106两者。例如，弹性元件122可通过焊接、软钎焊、粘合、紧固、直径上过盈配合或另一类型的摩擦配合固定到端盖106和/或电极104。在一些实施例中，端盖106的基本上空心的主体300构造成将弹性元件122容纳在其偏压表面308与电极104的近端124之间。例如，端盖106的圆形隧道部分302可用作弹性元件122的支架。具体地，弹性元件122可通过隧道部分302的偏压表面308、内部内表面312和外部内表面314保持就位，其中内部内表面312相对于纵向轴线A的直径略小于弹性元件122的内径，并且外部内表面314相对于纵向轴线A的直径略大于弹性元件122的外径。

在一些实施例中，在涡流环102或702附连到端盖106之后，弹性元件122的径向移动进一步受到涡流环102或702的近端112的限制。如图1中所示，在端盖106联接到涡流环102之后(例如，通过压接到端盖接合凹槽230中)，涡流环102的唇部分232可延伸到端盖106的圆形隧道部分302的内部中。因此，唇部分232可进一步限制和引导弹性元件122在端盖106的内侧的定位。

在一些实施例中，端盖106构造成当筒100安装在焊炬内时与功率供应源(未示出)电气连通。这使得电流能够从功率供应源经由弹性元件122和/或接触表面310(取决于焊炬操作模式)流到电极104。在一些实施例中，在端盖106中设置有至少一个通风孔316(或气体出口孔口)，其从主体300的内表面延伸到外表面，以冷却筒100。例如，通风孔316可位于圆形部分302上。备选地，端盖106上没有(多个)通风孔316。

在一个示例性操作中，在维弧启动期间，功率供应源向端盖106提供维弧电流，并且维弧电流通过将电极104抵靠喷嘴108偏压的弹性元件122传递到电极104。当弹性元件122促使电极104与喷嘴108形成邻接关系时，在端盖106的接触表面310与电极104的对应接触表面128之间不存在物理接触和电气连通。弹性元件122可构造成将维弧电流中的基本上所有从端盖106传递到电极104。

在维弧启动期间，气体在电极104与喷嘴108之间引入到等离子体室140中。气体压力可在等离子体室140内累积，直到压力足以克服由弹性元件122施加的分离力。在那时，气体压力使电极104沿纵向轴线A朝向端盖106并且远离喷嘴108(同时压缩弹性元件122)移动，直到电极104的对应接触表面128与端盖106的接触表面310物理接触。当电极104通过气体压力从喷嘴108移开时，电弧在等离子体室140中生成或启动以形成可转移到工件(未示出)的等离子弧或射流。

在转移弧模式期间，电极104的对应接触表面128与端盖106的接触表面310基本上平面物理接触以建立电气连通(例如，电流在接触表面310与对应表面128的界面处在端盖106与电极104之间通过)。当端盖106的接触表面310邻接电极104的对应表面128时，建立电流路径使得电流的至少一部分直接在两个构件之间通过。当电弧已转移到工件时，向焊炬供应切割电流(例如，在转移弧模式期间)。在转移弧操作期间，切割电流可经由(1)弹性元件122和/或(2)接触表面310,128之间的界面从端盖106传递到电极104。在一些实施例中，直接在端盖106与电极104之间的电流路径比从端盖106通过弹性元件122到电极104的电流路径具有更低的电阻和/或更高的电导率。因此，用于维持等离子弧(在转移弧模式中)的电流中的基本上所有可直接在接触表面128,310之间通过。

在一些实施例中，弹性元件122由便于承载电流和消散与电流相关联的热量以防止弹性元件122熔化的材料形成。例如，弹性元件122的材料可基于材料的额定电流来选择。在一些实施例中，弹性元件122包括螺旋压缩弹簧、线材或金属条。例如，转让给Hypertherm,Inc.(Hanover,NewHampshire)的美国序列号13/344,860中描述了不同类型的弹性元件122的构造，该专利的内容通过引用其整体并入本文中。

在一些实施例中，端盖106由导电材料制成，如铜、铜合金、黄铜或适合于在维弧操作和转移弧操作两者期间传递电流的其它材料。可使用冲压方法从材料坯料形成端盖106。

另一方面，筒100可另外包括护罩。图8示出了根据本发明的示范性实施例的与图1的筒100兼容的示例性护罩600。护罩600可由诸如铜或银的导电材料制成。护罩600可经由压接、螺纹连接和卡扣配合中的一种附连到喷嘴108。在一些实施例中，在喷嘴108中设置有流动通路(未示出)以允许气体(例如，防护气体)通过/经过喷嘴108而流到护罩600。

图9是根据本发明的示范性实施例的图1的筒100的分解视图。图9示出了在形成筒100之前处于未组装状态下的喷嘴108、电极104、涡流环102、弹性元件122、密封装置150和端盖106。在一些实施例中，插入物142也是筒100的一部分。在组装期间，电极104容纳在通过喷嘴108联接到涡流环102的远端110形成的室中。喷嘴108可通过保持元件216(例如，喷嘴108抵靠其压接的设置在涡流环102上的凹槽，或喷嘴108螺纹连接到的螺纹)牢固地附连到涡流环102的外壁。这种互连将电极104固定在筒100内，同时涡流环的内壁使电极104关于纵向轴线A相对于喷嘴108轴向对准，使得电极104在其轴向运动中受到限制。弹性元件122从涡流环的近端112插入到涡流环102中，直到其在涡流环102内接触电极104的近端124。然后，端盖106牢固地附连到涡流环102的近端112，同时基本上将弹性元件122限制在端盖106的圆形部分304中，并且使弹性元件相对于端盖106轴向对准。端盖106可通过保持元件230(例如，端盖106抵靠其压接的设置在涡流环102上的凹槽，或端盖106螺纹连接到的螺纹)连接到涡流环102。这种互连实现端盖106的偏压表面308将弹性元件122抵靠电极104的近端偏压，从而将其推入到与喷嘴108的邻接位置中。这种互连还使电极104相对于端盖106纵向对准，使得在转移弧模式期间，电极104只能从喷嘴108缩回足够远，直到其邻接端盖106的凹陷部分304的接触表面310。此外，密封装置150可在端盖106附连到涡流环102之前或在其之后围绕涡流环102的近端112的外表面设置。在一些实施例中，图5a和图5b的涡流环702代替涡流环102在筒100中使用。

在一些实施例中，提供了一种方法来组装图1的筒100。首先，成型热塑性材料以形成涡流环102或702。涡流环102或702的各种特征可在相同的成型工艺期间产生，如在涡流环102的远端110处成型的气体流动开口136和/或喷嘴保持表面216。类似的特征可成型到涡流环702上。在组装期间，电极104可设置在涡流环102或702的空心主体的内侧。涡流环102或702的内壁可径向对准电极104。通过分别经由喷嘴保持表面216或716将喷嘴108牢固地固定到涡流环102或702的远端110，可将电极保持在涡流环102或702内。例如，通过相对于喷嘴保持表面216或716的压接、螺纹连接或卡扣配合中的一种可实现牢固固定。在将喷嘴108附连到涡流环102或702时，建立了喷嘴出口孔口144相对于电极104的远端125的径向居中。通过分别经由盖保持元件230或730将端盖106牢固地固定到涡流环102或702的近端112，可将电极104相对于喷嘴108纵向对准，从而当使用气体流来将电极104偏压成与端盖106接触时，在筒100的转移弧操作期间建立纵向对准。具体地，在转移弧模式期间，纵向对准包括将电极104的纵向运动限制在由电极104的远端125和喷嘴108的出口孔口144限定的回吹距离内。在一些实施例中，在将端盖附连到涡流环102或702之前，将弹性元件122插入到端盖106中并且容纳在端盖106的隧道部分302中。在一些实施例中，当筒100安装到等离子弧焊炬主体中时，诸如O形环形式的密封装置150可在涡流环的近端112处位于涡流环102或702的外表面上，以接合等离子弧焊炬主体的内表面(未示出)。

测试结果已表明，在105安培的电流下操作的图1的筒设计100可具有与组装到PMX105Amp等离子弧焊炬(在105安培下操作)中的单独耗材(例如，喷嘴、电极和涡流环)相比相同或更好的性能，并且制造成本较低。表1示出了筒100和用于PMX 105Amp等离子弧焊炬的单独耗材之间的性能和成本的比较。

表示涡流环、电极和喷嘴(即，没有端盖)的组合成本的筒100的成本低于包括仅喷嘴和电极(即，在甚至不考虑涡流环时)的成本的PMX 105Amp焊炬中单独耗材的总成本。就性能而言，其中安装有筒100的焊炬与包含单独耗材构件的PMX 105Amp焊炬相比具有相当的最大切割速度。就阳极寿命而言，包含筒100的焊炬的性能也更好。

除了上述好处之外，还存在与在等离子弧焊炬中使用筒100相关联的许多其它好处。首先，这样的设计通过快速更换能力、较短的设置时间和易于最终使用者选择耗材来促进易用性。其还提供一致的切割性能，因为在更换筒时会立即更换成套的耗材，其中筒促进容易对准构件，因此促进焊炬操作的准确性和可重复性。相比之下，当构件在不同时间单独更换时，会引入性能上的变化。例如，当操作者必须相对于彼此对准和定向单独焊炬构件时，就会存在更多的出错空间。在另一个实例中，同一构件(例如，涡流环)的长期再使用可能在每次吹出后引起尺寸变化，从而即使定期更换所有其它构件也改变性能质量。另外，由于筒的制造和/或安装成本低于一组耗材的组合成本，因此与每次更换筒相关联的成本低于每次更换一组耗材的成本。此外，可设计不同的筒以相对于不同的应用优化焊炬操作，如标记、切割、维持长寿命等。

在一些实施例中，筒100是单次使用的，这意味着在筒寿命结束时拆卸和替换单独的构件是不切实际的或不划算的。丢弃和/或处置(例如，回收)整个筒100，而不替换单独的特定部分。如果回收筒100，则除了回收铜之外，由热塑性材料构造涡流环102的好处是该材料可再加热、再成形和重复冷冻，因此使其易于回收。相比之下，Vespel^TM和其它热固性材料缺乏这些促进可回收性的特性。

图10是根据本发明的示范性实施例的用于接触启动等离子弧焊炬的另一个示例性耗材筒的横截面视图。如图所示，耗材筒1000具有内部构件1004和外部构件1002。外部构件1002可包括护罩1012、保持盖1014、盖套筒1016或绝缘体构件1028中的至少一者。在一些实施例中，外部构件1002包括牢固地固定到彼此的这些构件中的两个或更多个。内部构件1004可包括冠部1006、涡流环1007、电极1008或喷嘴1010中的至少一者。例如，如图10的不规则框所示，内部构件1004可包括所有这些构件。内部构件1004可另外包括弹性元件1026(其可与图1的弹性元件122基本上相同)、密封装置1030和/或信号装置2106。筒1000的电极1008可与图1的电极104基本上相同。例如，电极1008可包括发射性插入物1042(例如，与插入物142相同)。

大体上，筒1000可包括多个耗材件，所述耗材件组装在一起作为一体化的整体装置。在一些实施例中，如果筒1000中的元件中的任何一个需要替换，则替换整个筒1000。筒1000可使用回吹接触启动机构来在组装到焊炬中时接触启动等离子弧焊炬。例如，电极1008可为弹簧前部电极，这意味着弹性元件1026(例如，弹簧)可在电极1008的近端上施加分离力以将电极1008远离冠部1006并且朝向喷嘴1010偏压。

外部构件1002包括基本上空心的主体，其限定纵向轴线A、远端1017(即，在结合筒1000的等离子弧焊炬操作期间最靠近工件的一端)和近端1018(即，与远端1017相对的一端)。内部构件1004适于基本上布置在外部构件1002的空心主体内，其中内部构件1004的至少一部分由空心主体包围。内部构件1004可包括设置在内表面或外表面上的接合特征，以在筒1000未组装在等离子弧焊炬中时，通过相对于内部构件1004纵向约束(即，轴向固定)外部构件1002，同时允许构件相对于彼此独立旋转(即，实现可旋转接合)来接合外部构件1002。这样的可旋转的接合和轴向固定可通过压接、卡扣配合、摩擦配合或螺纹连接中的一种来实现。

内部构件1004可包括喷嘴1010、涡流环1007、电极1008和冠部1006。在一些实施例中，外部构件与内部构件之间的可旋转接合和轴向固定通过摩擦配合、压接、卡扣配合或螺纹连接中的一种在界面1020处在内部构件1004的喷嘴1010与外部构件1002的保持盖1014之间发生。例如，喷嘴1010可包括周向设置在外表面上的诸如凹槽的接合特征，其允许保持盖1014的远侧尖端摩擦配合到凹槽中。在一些实施例中，喷嘴1010在界面1020处牢固地固定到(即，轴向和径向限制)保持盖1014。在此情况下，外部构件与内部构件之间的可旋转接合和轴向固定可通过在界面1021处在内部构件1004的涡流环1007与喷嘴1010之间的可旋转接合和轴向固定来间接实现，其中喷嘴1010牢固地固定到外部构件1002。在一些实施例中，喷嘴1010在界面1020处牢固地固定到保持盖1014，并且涡流环1007在界面1021处牢固地固定到喷嘴1010。在此情况下，外部构件与内部构件之间的可旋转接合和轴向固定可通过在界面1023处在内部构件1004的冠部1006与涡流环1007之间的可旋转接合和轴向固定来间接实现，其中涡流环1007经由其与喷嘴1010的连接牢固地固定到外部构件1002。

大体上，内部构件1004可相对于可旋转接合和轴向固定特征的位置分为前部部分和后部部分。例如，前部部分包括可旋转接合和轴向固定特征，而后部部分不包括。即，后部部分可不具有用于实现与外部构件1004的轴向固定和可旋转接合的装置。作为实例，如果可旋转接合和轴向固定特征设置在喷嘴1010上，则内部构件1004的前部部分包括喷嘴1010，并且后部部分包括电极1008、涡流环1007和/或冠部1006。作为另一个实例，如果可旋转接合和轴向固定特征位于涡流环1007与喷嘴1010之间，则内部构件1004的前部部分包括涡流环1007和喷嘴1010，而后部部分包括电极1008和冠部1006。在内部构件和外部构件在内部构件1004的前部部分处可旋转接合和轴向固定时，内部构件1004的后部部分适于基本上悬挂在外部构件1002的空心主体内。因此，经由内部构件和外部构件在前部部分处的可旋转接合和轴向固定，后部部分与外部构件1002的空心主体的内表面有很少或没有的直接物理接触，同时保持基本上径向居中于内部外部构件1002的空心主体内。

在一些实施例中，筒1000包括在内部构件1004的后部部分与外部构件1004的近端1018之间的空心区域1022。如图所示，空心区域1022可包括(i)冠部1006的凹部中的中心腔部分1022a和(ii)冠部1006和涡流环1007的外表面与保持盖1014和盖套筒1016的内表面之间的管状部分1022b。管状部分1022b可基本上围绕中心腔部分1022a并且与中心腔部分1022a相比更远地延伸到筒1000中。如下面参照图21和图22详细所述，空心区域1022构造成接收焊炬头(未示出)以实现内部构件1004的后部部分(例如，冠部1006)与焊炬头的某些构件(例如，阴极)之间的配合。

如上所述，外部构件1002可包括关于纵向轴线A基本上对称地定向的护罩1012、保持盖1014或盖套筒1016中的至少一者。在一些实施例中，外部构件1002还包括绝缘体构件1028。保持盖1014和/或护罩1012可由诸如铜或黄铜的导电和/或导热材料构成。这两个构件可由相同材料或不同材料制成(例如，护罩1012可由铜制成，而保持盖1014可由黄铜制成)。盖套筒1016和/或绝缘体构件1028可通过塑料材料(例如，尼龙树脂)或诸如聚醚醚酮(PEEK)的包括由醚和酮分子形成的聚合物(例如，醚酮基化合物)的高温热塑性材料的注塑成型来制造。在一些实施例中，盖套筒1016或绝缘体构件1028中的至少一个由与涡流环102或702相同或相似的材料制成。在一些实施例中，绝缘体构件1028由电绝缘材料(例如，塑料)制成，其可承受比盖套筒1016的温度更高的温度。大体上，外部构件1002的各种元件之间的界面中的每一个可通过压接、卡扣配合、摩擦配合或螺纹连接中的一种形成。

图11是图10的筒1000的保持盖1014的示例性构造。保持盖1014可具有基本上空心的主体，其具有基本上一致的厚度。保持盖1014的一致厚度与用于制造该构件的冲压技术相结合简化了制造过程，并且使制造周期时间、耗材重量和材料使用最小化。大体上，保持盖1014可包括三个基本上空心的柱状部分，即远侧部分1106、中间部分1107和近侧部分1108。这些部分可沿纵向轴线A堆叠在一起，并且形成阶梯式构造，其中远侧部分1106在径向方向(即，垂直于轴线A)上的直径可小于中间部分1107的直径，该中间部分的直径可小于近侧部分1108的直径。

在一些实施例中，保持盖1014的远侧部分1106的内表面包括保持特征1102(例如，突出部、突片或凸缘)，其构造成当前部部分设置在保持盖1014的空心主体中时，经由卡扣配合、摩擦配合、压接或螺纹连接中的一种可旋转地接合并且轴向固定到内部构件1004的前部部分(例如在内部构件1004的喷嘴1010处)。如图所示，保持特征1102包括突出部1102a，其可通过弯曲保持盖1014的壁的一部分生成。突出部1102a适于卡扣配合到喷嘴1010上的凹槽中。另外，保持特征1102包括与突出部1102a相邻的缓冲物1102b，以在经由摩擦配合接合时在保持盖1014与喷嘴1010之间生成摩擦。突出部1102a和缓冲物1102b的尺寸设计成使得它们允许构件在接合之后相对于彼此独立地旋转。备选地，保持特征1102可适当地构造成固定地接合(即，轴向和径向固定)内部构件1004的前部部分。在一些实施例中，保持盖1014的区段(如保持盖1014的远侧部分1106)包括从保持盖1014的内表面延伸到外表面的至少一个通风孔1112，以允许气体流过其。

在一些实施例中，保持盖1014的近侧部分1108包括一个或多个螺纹1104，以在筒1000安装到焊炬中时接合等离子弧焊炬的焊炬头(未示出)。在一些实施例中，围绕保持盖1014的近侧部分1108的内表面可周向设置两个或更多个分立的螺纹1104(例如，三个螺纹)，以在焊炬头的至少一部分设置在近侧部分1108的空心主体中时接合焊炬头上的一组互补螺纹。焊炬头与保持盖1014之间的锁定需要一个构件相对于另一个构件旋转一定程度，这取决于设置在保持盖1014上的分立螺纹1104的数量。例如，如果存在三个分立的螺纹1104，则仅需要约120度的旋转来将构件锁定到彼此。这便于将筒1000快速安装到等离子弧焊炬上。大体上，保持盖1014具有足够的材料厚度和/或强度以经由螺纹接合将筒1000保持到焊炬头。

图12a和图12b分别是包覆成型到图11的金属保持盖1014上的示例性盖套筒1016的截面视图和外部轮廓视图，该盖套筒可形成外部构件1002的至少一部分。如图12a所示，盖套筒1016具有基本上空心的主体，其至少一部分包覆成型到保持盖1014的中间部分1107和近侧部分1108的外表面上。在一些实施例中，仅保持盖1014的远侧部分1106完全暴露。盖套筒1016可包括沿纵向轴线A的近端1206和远端1208。在一些实施例中，盖套筒1016的远端1208包括用于接合绝缘体构件1028的一个或多个保持特征。例如，盖套筒1016的远端1208可成型在保持盖1014的中间部分1107上作为一个或多个突片1209。在每个突片1209上可设置凸起特征1210。如下面参照图14a-c详细解释的那样，突片1209和凸起特征1210的组合可用于接合绝缘体构件1028。在一些实施例中，盖套筒1016包括用于接合护罩1012的一个或多个保持特征。例如，盖套筒1016可包括设置在外表面上的至少一个凹槽1212，护罩1012的一部分可抵靠该凹槽压接以将两个构件固定在一起。

如图12b中所示，盖套筒1016在保持盖的中间部分1107和近侧部分1108处基本上围绕保持盖1014，并且可在纵向方向上向近侧延伸超过保持盖1014。在一些实施例中，盖套筒1016在靠近盖套筒1016与保持盖1014的近侧部分1108重叠的地方的内径1202小于盖套筒1016在盖套筒1016的近端1206处的内径1204，如0.5度的拔模。这种沿盖套筒1016的长度变化的内径有助于引导焊炬头(未示出)插入到保持盖1014中，并且便于在一个构件相对于另一个构件旋转之前使它们相对对准，以实现在保持盖1014的分立螺纹1104处的接合。

图13是绝缘体构件1028的示例性构造，其可为图10的筒1000的外部构件1002的一部分或独立元件。绝缘体构件1028大体上为圆形并且由非导电材料构成。绝缘体构件1028可位于外部构件1002的护罩1012与保持盖1014/盖套筒1016组合之间，以将外部构件1002的大部分(例如，保持盖1014和盖套筒1016)与护罩1012间隔开，并且将保持盖1014与护罩1012电绝缘。绝缘体构件1028包括位于绝缘体构件1028的远端1301处的肩部1304，也称为轮廓、台阶或凸缘。肩部1304基本上垂直于纵向轴线A定向。肩部1304限定开口1316，该开口与保持盖1014的远侧部分1106的形状互补，并且允许远侧部分1106通过其。在一些实施例中，开口1316的直径基本上等于或大于保持盖1014的远侧部分1106的直径，但小于保持盖1014的中间部分1107的直径，使得中间部分1107不能通过开口1316。肩部1304的外表面可包括一个或多个通道1318，所述通道围绕开口1316分布以提供气体流动路径，使得流到护罩1012的气体的一部分可行进通过通道1318以冷却绝缘体构件1028和护罩1012。

绝缘体构件1028还包括位于绝缘体构件1028的近端1303处的基本上空心的柱状主体1302。柱状主体1302关于纵向轴线A设置并且沿纵向轴线延伸。在一些实施例中，保持特征设在柱状主体1302上以将绝缘体构件1028与护罩1012和/或盖套筒1016接合。例如，盖套筒保持特征1305可包括从柱状主体1302的内表面延伸到外表面的槽1306。槽1306由围绕柱状主体1302设置的多个延伸部1308限定，其中每个槽1306位于一对延伸部1308之间。盖套筒保持特征1305还可包括在柱状主体1302的内表面上的至少一个凹槽1310，所述凹槽围绕对应的槽1306并且在延伸部1308上居中。构成盖套筒保持特征1305的凹槽1310和槽1306构造成通过摩擦配合、卡扣配合、螺纹连接或压接中的一种协作地接合盖套筒1016。护罩保持特征1311可包括设置在柱状主体1302的外表面上(如邻近槽1306)的至少一个凹槽。例如，凹槽1311构造成经由压接来接合护罩1012。

图14a-c是牢固地固定到盖套筒1016和保持盖1014的图13的绝缘体构件1028的各种视图。三个构件1028,1016,1014可形成外部构件1002的至少一部分。在组装期间，保持盖1014的远侧部分1106可滑过由绝缘构件1028的肩部1304限定的开口1316，直到肩部1304的内表面1320抵靠保持盖1014的中间部分1107的外表面1110邻接，并且不可能进一步前进。在此时，保持盖1014和盖套筒1016的组合牢固地抵靠绝缘体构件1028安置，其中绝缘体构件1028基本上围绕保持盖1014的中间部分1107的外表面1110。绝缘体构件1028的盖套筒保持特征1305的凹槽1310和槽1306可例如经由摩擦配合接合盖套筒1016的保持特征1210，以将绝缘体构件1028连接到盖套筒1016。摩擦配合的摩擦可由护罩1012在其附接到绝缘体构件1028时的压接力提供。具体地，绝缘体构件1028的凹槽1311可提供护罩1012抵靠其压接的表面，以将绝缘体构件1028固定地连接到护罩1012。另外，绝缘体构件1028与盖套筒1016之间的连接还经由保持盖与盖套筒1016的固定连接(即，盖套筒1014包覆成型到保持盖1014的中间部分1107上)将绝缘体构件1028固定地接合到保持盖104。

图14c示出了包括绝缘体构件1028、盖套筒1016和保持盖1014的组件的横截面视图，其中该横截面视图在径向平面中并且来自组件的远端处的观察者的视角。如图所示，在绝缘体构件1028抵靠保持盖1014邻接时，绝缘体构件1028的内表面中的一个或多个凹槽1310可与盖套筒1014的突片1209卡扣配合，同时盖套筒1014的凸起区域1210可插入到绝缘体构件1028的槽1306中。这样的卡扣配合连接可将绝缘体构件1028与盖套筒1016固定地连结(并且还通过包覆成型的盖套筒1016连结到保持盖1014)。因为每个凸起区域1210的横截面尺寸小于每个槽1306的横截面尺寸，因此每个凸起区域1210适于使每个槽1306的至少一部分不受阻碍，因此允许气体流过其。如图14c中所示，盖套筒1016和绝缘体构件1028可在围绕纵向轴线A径向设置的四个位置处接合。在其它实施例中，构造更少或更多的接合位置。

图15是护罩1012的示例性构造，其可为图10的筒1000的外部构件1002的一部分或独立件。图15的护罩1012可在手动切割等离子弧焊炬中使用。护罩1012包括基本上空心的主体。空心主体的近侧部分1502中的区段可抵靠盖套筒1014的远端1208上的一个或多个凹槽1212压接，以将护罩1012牢固地连接到盖套筒1016。近侧部分1502的另一区段可抵靠绝缘体构件1028的凹槽1311压接，以将护罩1012牢固地连接到绝缘体构件1028。这些连接还经由保持盖与盖套筒1016的共同连接(直接或间接)将护罩1012固定地接合到保持盖1014。用于将护罩1012连接到盖套筒1016和/或绝缘体构件1028的其它方式也在本发明的范围内，包括螺纹配合或卡扣配合。护罩1012还可包括护罩出口孔口1506和一个或多个通气孔1504，所述通气孔设置在护罩1012的主体上，从护罩1012的内表面延伸至外表面。

图16是与图10的筒1000兼容的另一个示例性护罩1600。护罩1600可在机械化等离子弧焊炬中使用。护罩1600还可包括与图15的护罩1012的近侧部分1502基本上相同的近侧部分1602，以通过压接、摩擦/搭扣配合或螺纹连接中的一种将护罩1600固定地连接到盖套筒1016和绝缘体构件1028。类似于图15的护罩1012，护罩1600也可包括护罩出口孔口1606和一个或多个通气孔1604。

在其它实施例中，护罩1012可与上文参照图8描述的护罩800基本上相同。在一些实施例中，绝缘体构件1028的尺寸设计成在径向方向上使护罩1012相对于保持盖1014和盖套筒1016对准和居中。如图10中清楚所示，绝缘体构件1028将护罩1012与保持盖1014和盖套筒1016的组合间隔开。因此，当护罩1012固定地连接到盖套筒1016和/或绝缘体构件1028时，构件之间的紧密公差使护罩1012的径向移动最小化，该径向移动可能导致其径向未对准。

如上文参照图10所述，内部构件1002可包括定向成关于纵向轴线A基本上的冠部1006、电极1008、涡流环1007或喷嘴1010中的至少一者。内部构件1002可另外包括弹性元件1026、密封装置1030和/或信号装置2106。大体上，内部构件1004的各个元件之间的界面中的每一个可通过压接、卡扣配合、摩擦配合或螺纹连接中的一种来形成，以固定地连接(即，轴向和径向固定)或轴向固定和可旋转地接合构件。在一些实施例中，内部构件1004与上文参照图1描述的筒100基本上相同或相似。例如，电极1008可与图2的电极104基本上相同。电极1008可在近端附近相对平坦，使得电极1008提供用于接触弹性元件1026的稳定表面。

喷嘴1010可为图10中的筒1000的内部构件1004的一部分。喷嘴1010可相对于电极1008限定等离子体室1040。在一些实施例中，喷嘴1010与图3的喷嘴108基本上相同。图17示出了图10的筒1000的喷嘴1010的另一个示例性结构。喷嘴1010沿纵向轴线A限定了远侧部分1704、中间部分1705和近侧部分1706。喷嘴1010可包括在近侧部分1706处的保持特征，如具有内表面1702a和外表面1702b的凹口1702，所述保持特征构造成在界面1021处将喷嘴1010连接到涡流环1007的远端(如图10中所示)。例如，涡流环1007的远端可插入到凹口1702中，并且凹口1702的内表面1702a或外表面1702b中的至少一者可抵靠涡流环1007的远端上的凹槽压接，以将两个构件固定在一起。在界面1021处在喷嘴1010与涡流环1007之间的连接可为经由卡扣配合、压接、摩擦配合或螺纹连接中的一种的(i)可旋转接合和轴向固定或(ii)固定接合(即，轴向和径向固定)中的一种。如下文将描述的那样，喷嘴1010与涡流环1007之间的接合适于控制界面1021处气体的涡流强度，因为接合限定了涡流环1007的涡流孔在组装时的大小和形状。

喷嘴1010还可包括在中间部分1705中的保持特征，如周向设置在喷嘴1010的外表面上的一个或多个凹槽1708，以经由卡扣配合、摩擦配合、压接或螺纹连接中的一种来可旋转地接合并且轴向固定保持盖1014的保持特征1102以形成界面1020(如图10中所示)。备选地，保持特征1708可构造成将保持盖1014牢固地固定(即，轴向和径向固定)到其以形成界面1020。在接合时，保持盖1014基本上围绕喷嘴1010的至少中间部分1705和近侧部分1706的外表面。喷嘴1010可进一步包括一系列平坦元件1710a，所述平坦元件散布在周向设置在中间部分1705的外表面上的一系列凸起元件1710b之间。凸起元件1710b便于喷嘴1010相对于保持盖1014的径向对准和居中，并且平坦元件1710a提供喷嘴1010与保持盖1014之间的间隔以允许气体流过其。

图18是包括喷嘴1010、保持盖1014和护罩1012的组件的横截面视图，其中该横截面视图在径向平面中并且来自组件的近端处的观察者的视角。该组件还包括电极1008。如图所示，这些构件可径向对准，并且与共同中心1802同心定位。电极1008的至少一部分设置在由喷嘴1010的内壁限定的腔内，该腔可通过限制电极1008的径向移动来径向对准电极1008。喷嘴1010的至少一部分可设置在由保持盖1014的内壁限定的腔内，该腔通过限制喷嘴1010的径向移动来径向对准喷嘴1010。具体地，喷嘴1010的外表面上的凸起元件1710b构造成抵靠保持盖1014的对应内表面邻接，以相对于保持盖1014径向定向喷嘴1010。喷嘴1010的外表面上的平坦元件1710a允许喷嘴1010与保持盖1014之间的间隔，使得气体可流过其。保持盖1014的至少一部分设置在由护罩1012的内壁限定的腔内，该腔可通过限制保持盖1014的径向移动来径向对准保持盖1014。

如上所述，涡流环1007可为图10中的筒1000的内部构件1004的一部分。在一些实施例中，涡流环1007与图4a和图4b的涡流环102基本上相同。在一些实施例中，涡流环1007与图5a和图4b的涡流环702基本上相同。图19a-c是图10的筒1000的涡流环1007的另一个示例性构造的各种视图。涡流环1002可由与涡流102或702相同的材料和/或相同的制造工艺制成。如图所示，涡流环1002可由基本上空心的细长主体限定，该主体具有沿纵向轴线A的远端1910和近端1912。涡流环1007的空心主体的尺寸设计成接收电极1008，并且基本上沿纵向轴线A在电极1008的长度上延伸。因此，涡流环1007的内壁可通过限制电极1008的径向移动来径向对准电极1008。在一些实施例中，电极1008的翅片比涡流环1007在近端1912处的开口更宽，从而阻止了电极1008从近端1912离开涡流环1007。

界面1021可形成在涡流环1007的远端1910与喷嘴1008之间，以将两个耗材构件连结在一起。该连结可经由卡扣配合、压接、摩擦配合或螺纹连接中的一种将涡流环1007牢固地固定(即，轴向和径向固定)到喷嘴1008。备选地，该连结可使涡流环1007可旋转地接合并且轴向固定到喷嘴1008(例如，经由卡扣配合、压接或摩擦配合中的一种)，这允许构件在接合之后相对于彼此独立地旋转。例如，涡流环1007可包括涡流环1007的喷嘴保持表面1930(例如，内表面和/或外表面)，以用于在其远端1910处牢固地固定或可旋转地接合并且轴向固定喷嘴1010。喷嘴保持表面1930可为位于涡流环1007的外表面上(例如，在延伸部1904上)的特征(例如，一个或多个凹槽)，以通过压接来捕获喷嘴1010。备选地，类似的保持表面可设置在喷嘴1010上，以将涡流环1007保持到其。

另一个界面1023可形成在涡流环1007的近端1912与冠部1006之间，以将两个耗材构件连结在一起。该连结可经由卡扣配合、压接、摩擦配合或螺纹连接中的一种来牢固地固定冠部1006和涡流环1007。备选地，该连结可将涡流环1007可旋转地接合并且轴向固定到冠部1006(例如，经由卡扣配合、压接或摩擦配合中的一种)，这允许构件在接合之后相对于彼此独立地旋转。例如，涡流环1007可包括位于涡流环1007的表面(例如，内表面和/或外表面)上的保持特征1932，以用于在其近端1912处牢固地固定或可旋转地接合并且轴向地固定冠部1006。保持特征1932可为围绕涡流环1007的外表面定位的一个或多个凹槽，以通过压接来捕获冠部1006，例如，以形成界面1023。备选地，类似的保持特征可围绕冠部1006设置以将涡流环1007连结到其。大体上，界面1021和/或界面1023形成室，电极1008设置在该室中并且相对于喷嘴1010和冠部1006(纵向和径向)对准。

在一些实施例中，涡流环1007具有一组径向间隔开的气体流动开口1902，其构造成将切向速度分量给予用于等离子弧焊炬的气体流，以使气体流产生涡流。这种涡流产生了涡旋，其收缩电弧并且稳定了电弧在插入物1042上的位置。一个或多个气体流动开口1902围绕其细长主体的远端1910设置，如围绕其远端1910的圆周。在一些实施例中，一个或多个气体流动开口1902是成型的。每个气体流动开口1902可从细长主体的内表面延伸到外表面，并且定向成相对于轴线A向流过其的气体(例如，空气)给予涡流运动。每个气体流动开口1902的几何形状可为圆形或非圆形(例如，矩形、方形和/或方角形)。在一些实施例中，气体流动开口1902具有基本上一致的尺寸。在一些实施例中，如图19a和图19b中所示，气体流动开口1902至少部分地由涡流环1007的远端1910处的槽1903限定。这些气体流动槽1903由围绕远端1910的圆周以规则或不规则间隔而间隔开的多个延伸部1904形成，其中每个槽1903位于一对延伸部1904之间。在涡流环1007接合到喷嘴1010时，槽1903由喷嘴1010的近侧部分1706封闭以产生有界孔。因此，每个气体流动开口1902可为由喷嘴1010和涡流环1007协作地限定的两件式复合开口。喷嘴1010可通过在组装时确定气体流动开口1902的大小和形状来控制通过其的气体的涡流强度。

在一些实施例中，涡流环1007具有一组翅片1914，所述翅片在远端1910与近端1912之间围绕外表面径向间隔开。如图19C中所示，围绕涡流环1007的外表面设置有三个翅片1914。更少或更多的翅片是可能的。翅片1914构造成在筒1000组装时使涡流环1007相对于保持盖1014径向对准和居中。如上所述，当内部构件1004和外部构件1002连结以形成筒1000时，内部构件1004的后部部分(其可包括涡流环1007)可基本上悬挂在外部构件1002的空心主体内，并且除了在内部构件与外部构件之间的接合点处之外，可与外部构件1002相对分离。翅片1914构造成通过限制涡流环1007在空心主体内的径向移动来使涡流环1007在外部构件1002的空心主体内(即，在由保持盖1014的内壁限定的腔内)径向对准。因此，每个翅片1914具有径向长度1916，当涡流环1007在保持盖1014内居中，该径向长度可小于或等于涡流环1007的外表面(即，在没有翅片1914的情况下)与保持盖1014的内表面之间的径向距离。翅片1914可具有基本上一致的尺寸。翅片1914可为围绕涡流环1007的外圆周以规则或不规则间隔而间隔开的多个突出部。翅片1914之间的径向间隔允许气体流过其。另外，每个翅片1914可构造成使得当涡流环1007在保持盖1014内居中时，翅片1914与保持盖1014的对应内侧壁之间存在间隙，以允许气体流过其。备选地，翅片1914可位于筒1000的其它构件上以实现相同的径向对准功能。例如，翅片1914可设置在外部构件1002的内表面中，如在保持盖1014的内表面上，以在接合时径向对准内部构件和外部构件。在一些实施例中，翅片1914包括用于经由例如卡扣配合将涡流环1007固定到保持盖1014的机构(未示出)。这种连接可代替界面1021处在喷嘴1010与涡流环1007之间的固定机构。

如上所述，冠部1006可为图10中的筒1000的内部构件1004的一部分。在一些实施例中，冠部1006与图7a和图7b中所示的端盖106基本上相同。图20a和图20b是图10的筒1000的冠部1006的示例性构造。冠部1006至少提供以下功能中的至少一种：(i)在涡流环1006的近端1912处可旋转地接合并且轴向固定或牢固地固定涡流环1006以形成界面1023，从而对准电极1008；(ii)在将筒1000组装到等离子弧焊炬(未示出)中时与焊炬头(未示出)的阴极(未示出)配合；(iii)为弹性元件1026提供支架；以及(iii)在回吹接触启动构造中将电流从阴极(例如，用于从功率供应源引导电流的功率供应源接触)传递到电极1008。

如图20a中所示，冠部1006具有限定近端2020和远端2022的基本上空心的主体2000。空心主体2000包括圆形凸起部分2002和凹陷中心2004。圆形凸起部分2002限定了朝向冠部1006的近端2020延伸的基本上空心的突出部，并且凹陷中心2004限定了远离近端2020延伸的腔。凹陷中心2004可由相对柱状的侧壁2004a和相对平的底壁2004b限定。在一些实施例中，冠部1006的主体2000具有基本上一致的厚度，从而促进有效并且一致的电流通过，并且有助于建立精确的耗材对准。冠部1006的均匀厚度与冲压制造技术相结合，还简化了制造并且使制造周期时间、耗材重量和材料使用最小化。

在一些实施例中，类似于冠部106，在近端2020处的凸起部分2002的内表面2008限定用于与弹性元件1026物理接触和电气连通的偏压表面。弹性元件1026可抵靠电极1008的近端偏压，以便将电极1008移离冠部1006。即，弹性元件1026位于冠部1006的偏压表面2008与电极1008的近端之间并且与其物理接触，使得弹性元件1026在电极1008与偏压表面2008之间给予分离力。

在一些实施例中，类似于冠部106，冠部1006在远端2022处的凹陷中心2004的内表面限定了接触表面2010，该接触表面构造成用于在电极的近端处与电极1008的对应接触表面1044物理接触和电气连通。在转移弧模式期间，冠部1006的接触表面2010与电极1008的对应接触表面1044处于邻接关系。然而，在维弧模式中的维弧的启动期间，接触表面2010与对应的接触表面1044处于间隔关系，这由两个表面之间不存在接触限定。

在一些实施例中，类似于冠部106，弹性元件1026大体上保持在冠部1006与电极1008之间。弹性元件1026可为内部构件1004的一部分并且可固定到冠部1006或电极1008。在其它实施例中，弹性元件1026固定到电极1008和冠部1006两者。例如，弹性元件1026可通过焊接、软钎焊、粘合、紧固、直径上过盈配合或另一类型的摩擦配合固定到冠部1006和/或电极1008。在一些实施例中，冠部1006的基本上空心的主体2000构造成将弹性元件1026容纳在其偏压表面2008与电极1008的近端之间。例如，冠部1006的凸起部分2002可用作弹性元件1026的支架。具体地，弹性元件1026可通过凸起部分2002的偏压表面2008、内部内表面2012和外部内表面2014保持就位，其中内部内表面2012相对于纵向轴线A的直径略小于弹性元件1026的内径，并且外部内表面2014相对于纵向轴线A的直径略大于弹性元件1026的外径。

在一些实施例中，在涡流环1007附连到冠部1006之后，弹性元件1026的径向移动进一步受到涡流环1007的近端1912限制。如图10中所示，在冠部1006联接到涡流环1007之后(例如，通过压接到涡流环1007的接合凹槽1932中)，涡流环1007的唇部分1934可延伸到冠部1006的凸起部分2002的内部中。因此，唇部分1934可进一步限制和引导弹性元件1026在冠部1006的内侧的定位。

在一些实施例中，冠部1006的凹陷中心2004构造成当筒1000联接到焊炬头时，大体上围绕和容纳焊炬头(未示出)的阴极(未示出)。阴极可与由凹陷中心2004限定的腔的侧壁2004a或底壁2004b中的至少一者物理配合。在与阴极配合时，冠部1006适于在维弧操作模式或转移弧操作模式下将电流从阴极传递到电极1008。例如，在维弧操作模式中，电流可从阴极基本上通过冠部1006的侧壁2004a传递到弹性元件1026和电极1008。在转移弧操作模式中，电流可从阴极基本上通过冠部1006的底壁2004b，并且经由接触表面2010,1044直接传递到电极1008。

在一些实施例中，凸起部分2002构造成在将筒1000安装到焊炬头上时接触并且激活等离子弧焊炬内侧的耗材传感器。下面将参照图22详细描述凸起部分2002的该功能。在一些实施例中，在凸起部分2002的尖端上设置有从冠部1006的内表面延伸到外表面的开口(未示出)。涡流环1007的唇部分1934可通过开口向近侧延伸到冠部1006中，以接触并且激活焊炬内侧的耗材传感器。在一些实施例中，在冠部1006中设置有至少一个可选的通风孔2016(或气体出口孔口)，其从主体2000的内表面延伸到外表面，以冷却筒1000(例如，冷却弹性元件1026)。例如，通风孔2016可位于凸起部分2002的近侧尖端处。在一些实施例中，涡流环1006的唇部分1934可延伸通过通风孔2016以激活耗材传感器。在一些实施例中，涡流环1007是冠部1006的一部分。

在备选实施例中，如图20b中所示，开口2030在冠部1006的远端2022处从冠部1006的内表面延伸到外表面。开口2030因此替代了由凹陷中心2004限定的腔的底壁2004b。在此情况下，阴极适于在转移弧模式中延伸通过开口2030并且物理接触电极1008。

另一方面，在喷嘴1010与外部构件1002之间可插入构件，以控制其之间的气体流。图21示出了示例性的间隔件构件2150，其大体上可位于喷嘴1010的中间部分1705的外表面与保持盖1014的中间部分1107的内表面之间。可呈垫片形式的间隔件2150可为内部构件1004的一部分(即，固定到内部构件1004)、外部构件1002的一部分(即，固定到内部构件1002)，或独立件。间隔件2150可为大体上圆形的薄盘，其具有设置在中心的圆形开口2152，该圆形开口构造成在喷嘴的中间部分1705处围绕喷嘴1010的外表面的圆周。例如，间隔件2150的尺寸可设计成使得(i)其外径2156约等于或小于保持盖1014的中间部分1107的内径，但大于保持盖1014的远侧部分1106的内径；并且(ii)圆形开口2152的直径2158等于或大于喷嘴1010的中间部分1705的直径，但小于喷嘴1010的近侧部分1706的直径。在一些实施例中，圆形开口2152具有连接到其的多个气体通路2154(例如，呈矩形槽、半圆形、不规则形状、字母等形式)。气体通路2154可以以规则或不规则的间隔围绕圆形开口2152径向分布。在一些实施例中，气体通路2154的大小、数量和/或形状可针对不同工艺进行调整以允许不同量和/或模式的气体通过其。垫片2150可由诸如黄铜、铜或铝的导电材料制成。

图22示出了示例性等离子弧焊炬2100，其包括图10的筒1000和焊炬头2102。大体上，筒1000的空心区域1022(如图10中所示)构造成接收焊炬头2102，并且将焊炬头2102联接到其。图23是图22的焊炬头2102的示例性构造。焊炬头2102沿纵向轴线A限定了远端2202和近端2204。如图所示，焊炬头2102的远端2202大体上具有外圆形部分2206、由外圆形部分2206围绕的内腔部分2208，以及设置在腔部分2208中的阴极2210，其中的所有都沿纵向轴线A同心地对准。耗材传感器2104也可基本上平行于阴极2210在焊炬头2102内侧设置在腔2208中。外圆形部分2206可与阴极2210相比沿纵向轴线A向远侧更远地延伸。在一些实施例中，外圆形部分2006的外表面包括构造成接合筒1000的一个或多个螺纹2212。在一些实施例中，耗材传感器2104是位于焊炬头2102的内部中的开关。耗材传感器2104可呈柱塞的形式，使得当其未激活时，柱塞处于延伸位置中。在耗材传感器2104激活时，焊炬2100可提供从焊炬头2102到筒1000的电流的流动以实现焊炬操作。

参照图22，筒1000的空心区域1022的形状和尺寸设计成与焊炬头2102的远端2202互补，使得(i)空心区域1022的中心腔部分1022a适于与焊炬头2102的阴极2210匹配，并且(ii)空心区域1022的延伸管状部分1022b适于与焊炬头2102的外圆形部分2206匹配。中心腔部分1022a(即，由冠部1006的凹陷中心2004限定的腔)通过物理接收延伸到筒1000中的阴极2210而基本上围绕并且物理接触阴极2210的至少一部分。因此，冠部1006设置在阴极2210与电极1008之间，并且冠部1006适于与阴极2210和/或电极1008电气连通。具体地，冠部1006的凹陷部分提供界面，其允许阴极2210至少在转移弧模式操作中保持与电极1008的直接电气连通。在一些实施例中，如果冠部1006的凹陷部分的底部处存在开口2030(如图20b中所示)，则阴极2210可设置通过开口2030，以至少在转移弧模式操作中保持与电极1008直接电气连通和物理接触。在一些实施例中，阴极2210可与弹性元件1026相邻并且基本上平行。

在一些实施例中，阴极2210与空心主体1022的中心腔部分1022a之间的匹配防止内部构件1004(或至少内部构件1004的冠部1006)在径向平面中旋转，从而将冠部1006径向锁定到就位。这样的匹配还允许冠部1006的凸起部分2002压靠耗材传感器2104(例如，将柱塞推入到缩回位置中)，从而激活传感器2104并且允许焊炬操作。在备选实施例中，筒1000的其它元件中(例如，涡流环1007上)的一个或多个凸起特征(未示出)可向近侧延伸超过冠部1006，以压靠耗材传感器2104并且激活传感器2014。例如，涡流环1007的唇部分1934可延伸超过冠部1006的通风孔2016或另一个孔(未示出)以接触并且激活耗材传感器2104。

因为筒1000的内部构件1004和外部构件1002可在轴向平面中独立地旋转，所以内部构件1004的径向锁定仍然允许外部构件1002轴向旋转。因此，在阴极2210与内部构件1004之间固定接合时，操作者可轴向旋转外部构件1002，使得设置在保持盖1014的内表面上的螺纹1104固定地接合焊炬头2102的外表面上的互补螺纹2212，以进一步将焊炬头2102固定到筒1000。备选地，在内部构件1004上，如在涡流环1007的外表面上可设置螺纹，以接合焊炬头2102。

在一些实施例中，诸如O形环的密封装置1030在涡流环的近端1912附近联接到涡流环1007的外表面，以在筒1000联接到焊炬头2102时接合焊炬头2102的内表面。密封装置1030构造成在该地点处在筒1000与焊炬头2102之间提供流体(例如，气体)的防漏密封。

在一些实施例中，诸如电气可写和/或可读装置的信号装置2106附接到筒1000的涡流环1007，以传输关于涡流环1007和/或其它筒构件的呈一个或多个信号的形式的信息。在信号装置2106上编码的示例性信息可包括普通或固定信息，如耗材的名称、商标、制造商、序列号和/或类型。在一些实施例中，编码信息对于耗材是唯一的，如耗材的金属成分、耗材的重量、制造耗材时的日期、时间和/或地点等。编码到信号装置2106的信息可还指定独立于耗材的可检测物理特性的关于耗材的操作参数和/或数据。信号装置2106可为射频识别(RFID)标签或卡、条形码标记或标签、集成电路(IC)板等。在一些实施例中，信号装置2106是在涡流环的近端1912附近(例如，经由卡扣配合)围绕涡流环1007的外表面联接的圆形RFID标签。大体上，信号装置2106可为筒1000的一部分，并且定位在筒1000中远离可能干扰信号传输和接收的金属构件的地点处。在一些实施例中，在焊炬头2102或筒1000中可设置接收器2107，以接收由信号装置2106无线传输的信息。接收器2107适于处理这些信号以提取相关数据并且将数据转发给处理器(未示出)用于分析。

图24a和图24b示出了在维弧启动期间通过图10的筒1000的示例性维弧电流流动路径。具体地，图24a示出了在电极1008具有围绕电极主体的圆周设置的至少一个凸缘2402的情况下通过筒1000的示例性维弧电流流动路径2400。在维弧焊炬操作模式中，凸缘2402而不是电极1008的远端2404适于与喷嘴1010进行接触。另外，当凸缘2402与喷嘴1010进行接触时，电极1008的远端2404与喷嘴1010之间可能存在间隙。如上所述，在耗材传感器2104激活时，维弧电流2400可由功率供应源(未示出)从焊炬头2102向筒1000进行提供。如图所示，维弧电流2400适于从焊炬头2102的阴极2210，经由冠部1006的主体2000(在此处其接触阴极2210)，行进到容纳在冠部1006内侧的弹性元件1026。维弧电流2400可通过将电极1008抵靠喷嘴1010偏压的弹性元件1026传递到电极1008。当弹性元件1026促使电极1008在凸缘2402处与喷嘴1010成邻接关系时，冠部1006的接触表面2010与电极1008的对应接触表面1044之间不存在物理接触和电气连通。弹性元件1026可构造成将维弧电流2400中的基本上所有从冠部1006传递到电极1008。电流2400继续从电极1008的凸缘2402流到喷嘴1010，并且经由保持盖1014和焊炬头(未示出)返回到功率供应源。

图24b示出了在电极1008除了远端2404(铪1042位于此处)之外没有任何喷嘴接触特征(例如，凸缘2402)的情况下通过筒1000的示例性维弧电流流动路径2450。在此构造中，除了由于弹性元件1026促使电极1008与喷嘴1010成邻接关系而使得电极1008的远端2404适于接触喷嘴1010之外，维弧电流路径2450类似于维弧电流路径2400。

在维弧启动之后，气体在电极1008与喷嘴1010之间引入到等离子体室1040中。气体压力可在等离子体室1040内建立，直到压力足以克服由弹性元件1026施加的分离力。在那时，气体压力使电极1008沿纵向轴线A朝向冠部1006并且远离喷嘴1010移动(同时压缩弹性元件1026)，直到电极1008的对应接触表面1044与冠部1006的接触表面2010物理接触。当电极1008通过气体压力而移离喷嘴1010时，电弧在等离子体室1040中生成或启动以形成可转移到工件(未示出)的等离子弧或射流。

图25示出了在转移弧焊炬操作模式期间通过图10的筒1000的示例性转移弧电流流动路径。在该模式中，电极1008的对应接触表面1044与冠部1006的接触表面2010基本上平面物理接触以建立电气连通(例如，电流在接触表面2010与对应表面1044的界面处在冠部1006与电极1008之间通过)。当冠部1006的接触表面2010邻接电极1008的对应表面1044时，建立电流路径使得电流的至少一部分直接在两个构件之间通过。当电弧已经转移到工件时，向焊炬供应切割电流(例如，在转移弧模式期间)。在转移弧操作期间，切割电流可从阴极2210通过冠部1006经由(1)弹性元件1026和/或(2)接触表面2010,1044之间的界面传递到电极1008。在一些实施例中，如图25中所示，与从阴极2210到冠部1006并且通过弹性元件1026到电极1008的电流路径相比，直接从阴极2210经由冠部1006到电极1008的电流路径2500具有更低的电阻和/或更高的电导率。电流路径2500中的较低电阻由于冠部1006在转移弧模式期间物理接触阴极2210和电极1008两者的事实而进一步增强。因此，用于维持等离子弧(在转移弧模式中)的电流2500中的基本上所有可直接在接触表面2010,1044之间通过。

大体上，内部构件1002基本上是导电的，以支持维弧模式和转移弧操作模式两者。另外，冠部1006可在维弧模式和转移弧模式两者中保持与阴极2210直接物理接触和电气接触。在转移弧模式中，冠部1006还可保持与电极1008直接物理接触和电气接触。在一些实施例中，在冠部2006的凹陷中心2004的底壁2004b中存在开口，其允许阴极2210在转移弧模式中与电极1008物理接触和电气连通。在维弧模式中，由于由弹性元件1026施加在电极1008上的分离力，阴极2210可与电极1008物理分离。

图26是通过图10的筒1000的示例性气体流动路径。气体流2602可引入到筒1000中，并且在保持盖1014的内表面与涡流环1007的外表面之间的通道中朝向外部构件1002的远端1017行进。气体流2602适于在设置在通道中的翅片1914上方移动，其中翅片1914可在涡流环1007的外表面上和/或在保持盖1014的内表面上。气体流2602在涡流环1007的远端1910处分叉，其中(i)电极冷却流2604引导通过涡流环1007的远端1910上的成组气体流动槽1903，并且(ii)保持盖流2608大体上在喷嘴1010与保持盖1014之间引导。如图所示，电极冷却流2604可进一步分叉成两个部分，即等离子体室流2606和通风流2607。等离子体室流2606在电极1008的外表面与喷嘴1010的内表面之间向远侧行进，以在到达等离子体室1040以收缩其中的等离子弧之前冷却电极1008和喷嘴1010。等离子体室流2606可通过喷嘴1010的喷嘴出口孔口和护罩1012的护罩出口孔口1506离开等离子体室1040。通风流2607适于在相反方向上行进到外部构件1002的近端1018，并且通过冠部1006中的通风孔2016离开筒1000。

保持盖流2608适于在保持盖1014的内表面与喷嘴1010的外表面之间的通道中行进。在一些实施例中，保持盖流2608可行进通过位于保持盖1014的中间部分1107与喷嘴1010的中间部分1705之间的间隔构件2150上的一个或多个气体通路2154。这些气体通路2154的大小和尺寸可设计成调节通过其的气体流。保持盖流2608可继续到保持盖1014的远侧部分1106与喷嘴1010的中间部分1705之间的通道的区段。在一些实施例中，喷嘴1010的外表面上的平坦元件1710a在喷嘴1010与保持盖1014之间提供间隔以允许气体流过其。在保持盖1014的远侧部分1106处，设置在保持盖1014上的一个或多个通风孔1102允许保持盖流2608流出保持盖1014与喷嘴1010之间的通道，并且分叉成两部分，即远侧护罩流2610和近侧护罩流2612。远侧护罩流2610可在喷嘴1010与护罩1012之间朝向外部构件1002的远端1017行进，并且通过护罩1012的护罩出口孔口1506或护罩1012的一个或多个通风孔1504离开筒1000。远侧护罩流2610可冷却喷嘴1010和护罩1012。近侧护罩流2612可向近侧流动以穿过设置在护罩1012与保持盖1014/盖套筒1016组件之间的绝缘体构件1028的槽1306和气体通道1318。近端护罩流2612可经由位于盖套筒1016与护罩1012之间的至少一个通风孔2620离开筒1000。近侧护罩流2612适于冷却绝缘体构件1028和护罩1012。

在一些实施例中，气体流的涡流和/或混合(即，特征在于气体流中存在轴向分量、径向分量和周向分量)可在整个筒1000的若干位置处，如在流动通道相对较直的地点处发生。例如，通风流2607的涡流和/或混合可在其行进通过冠部1006时发生。作为另一个实例，保持盖流2608的涡流和/或混合可在其在保持盖1014的远侧部分1106的内表面与喷嘴1010的中间部分1705的外表面之间的通道中行进时发生。作为又一个实例，近侧护罩流2612的涡流和/或混合可在其向近侧流过绝缘体构件1028时发生。

图27是图10的筒1000的分解视图。图27示出了护罩1012、绝缘体构件1028、盖套筒1016、保持盖1014、间隔构件2150、喷嘴1010、插入物1042、电极1008、弹性元件1026、涡流环1007、冠部1006、密封装置1030和信号装置2106。在外部构件1002的组装期间，盖套筒1016可包覆成型到保持盖1014上，以基本上至少包围保持盖1014的中间部分1107和近侧部分1108。保持盖1014的远侧部分1106可基本上暴露。绝缘体构件1028可牢固地固定到盖套筒1016的远端1208(例如，经由卡扣配合)，使得保持盖1014的远侧部分1106也穿过绝缘体构件1028的开口1316并且基本上暴露。图14a-c示出了保持盖1014、盖套筒1016和绝缘体构件1028的示例性组件。护罩1012可牢固地固定到盖套筒1016和绝缘体构件1028(例如，经由压接)。在一些实施例中，护罩1012、绝缘体构件1028、盖套筒1016和保持盖1014中的至少一者(如这些构件中的所有)形成外部构件1002。在组装时，外部构件1002的元件相对于纵向轴线A径向并且同心对准。

在内部构件1002的组装期间，电极1008容纳在通过将喷嘴1010联接到涡流环1007的远端1910形成的室中。喷嘴1010可牢固地附连到涡流环1007(例如，经由压接)。这种互连将电极1008固定在内部构件1002内，同时涡流环的内壁使电极1008关于纵向轴线A相对于喷嘴1010轴向对准，使得电极1008在其轴向运动上受到限制。弹性元件1026从涡流环的近端1912插入到涡流环1007中，直到其在涡流环1007内接触电极1008的相对平坦的近端。然后将冠部1006牢固地附连到涡流环1007的近端1912，同时将弹性元件1026基本上限制在冠部1006的凸起部分2002中并且使弹性元件1026相对于冠部1006轴向对准。例如，冠部1006可通过压接而连接到涡流环1007。这种互连实现冠部1006的偏压表面2008将弹性元件1026抵靠电极1008的近端偏压，从而将其推入到与喷嘴1010的邻接位置中。这种互连还使电极1008相对于冠部1006纵向对准，使得在转移弧模式期间，电极1008只能从喷嘴1010缩回足够远，直到其邻接冠部1006的凹陷中心2004的接触表面2010。

在一些实施例中，密封装置1030在冠部1006附连到涡流环1007之前或在其之后围绕涡流环1007的外表面设置。在一些实施例中，信号装置2106围绕涡流环1007的外表面设置，以储存和传输关于筒1000的一个或多个构件的信息。

为了组装筒1000，可选的间隔件2150可首先从盖套筒1016的近端1206设置到外部构件1002的基本上空心的主体中。间隔件2150可在外部构件1002的空心主体内向远侧前进，直到其到达保持盖1014的中间部分1107的远端，并且不可进一步前进以移动到保持盖1014的远侧部分1106中。在此时，间隔件2150适于围绕保持盖1014的中间部分1107的内圆周配合并且与其径向对准。内部构件1004也可从盖套筒1016的近端1206设置到外部构件1002的空心主体中。喷嘴1010的远端1704适于移动通过间隔件2150的开口2152和保持盖1014的远侧部分1106中的开口。当喷嘴1010的近侧部分1706接触间隔件2150并且喷嘴1010不可再移动通过间隔件2150的开口2152时，内部构件1004的这样的向远侧前进就停止。在此时，操作者可通过使保持盖1014的保持特征1102与喷嘴1010上的保持特征1708旋转地接合并且轴向固定(例如，经由卡扣配合)而将外部构件1002联接到内部构件1004以形成界面1020，从而允许两个构件在接合时相对于彼此独立旋转。

在一些实施例中，喷嘴1010与保持盖1014在界面1020处的接合是轴向和径向固定的。取而代之的是，旋转接合和轴向固定可在界面1021或1023中的一个处发生。例如，喷嘴1010可在界面1020处牢固地固定到保持盖1014。取而代之的是，内部构件与外部构件之间的旋转接合和轴向固定在涡流环1007与喷嘴1010之间的界面1021处发生。作为另一个实例，喷嘴1010和涡流环1007两者都可牢固地固定在界面1020和1021处。取而代之的是，内部构件与外部构件之间的旋转接合和轴向固定在冠部1006与涡流环1007之间的界面1023处发生。

在一些实施例中，提供了一种组装图10的筒1000的方法。该方法可包括将内部构件1004设置在外部构件1002的空心主体内。在一些实施例中，在将内部构件1004设置在空心主体内之前，可首先将间隔件2150设置在外部构件1002的空心主体内。该方法包括通过相对于内部构件1004的前部部分(例如，在内部构件1004的喷嘴1010处)轴向限制外部构件1002，同时允许内部构件和外部构件相对于彼此独立旋转来使内部构件和外部构件旋转地接合并且轴向联接在一起。在这样的接合之后，内部构件1004的后部部分(例如，涡流环1007、电极1008、冠部1006和弹性元件1026)可基本上在外部构件1002的空心主体内悬挂和径向定向。在内部构件与外部构件之间的这样的径向对准可由翅片1914来协助，所述翅片可设置在涡流环1007或另一筒构件的表面(例如，保持盖1014的内表面)上。

内部构件1004可通过将电极1008设置在涡流环1007的空心主体的内侧，通过将喷嘴1010固定到涡流环1007的远端1910并且将冠部1006牢固地固定到涡流环1007的近端1912而将电极1008保持在空心主体内来组装。外部构件1002可通过将盖套筒1016包覆成型到保持盖1014上来组装。在一些实施例中，外部构件1002可进一步包括绝缘体构件1028和/或固定连接到盖套筒1016和/或绝缘体构件1028的护罩1012。

筒1000可联接到等离子弧焊炬2100的焊炬头2102以实现焊炬操作。在组装期间，焊炬头2102可插入到筒1000的空心主体1022中，使得(i)焊炬头2102的阴极2210与由冠部1066的凹部限定的空心主体1022的中心腔部分1022a物理匹配，并且/或者(ii)焊炬头2102的延伸外圆形部分2206与空心主体1022的管状部分1022b物理匹配。在该构造中，冠部1006定位于阴极2210和电极1008之间并且三个构件径向和纵向对准。冠部1006适于与耗材传感器2104对准，在该位置处内部构件1004径向固定，而筒1000的外部构件1002仍可独立旋转。因此，操作者可旋转外部构件1002以使筒1000的保持盖1014的内表面上的螺纹1104与焊炬头2102的外圆形部分2206的外表面上的互补螺纹2212接合，从而将焊炬头2102固定到筒1000。具体地，当保持盖1014的螺纹1104相对于焊炬头2102的互补螺纹2212旋转时，外部构件1002径向(随着螺纹1104旋转)和轴向(朝向焊炬头2102前进)移动，并且内部构件1004可朝向焊炬头2102前进而轴向移动，但不径向移动。当螺纹1104,2212接合时，焊炬头2102完全就位。

在一些实施例中，在焊炬头2102和筒1000的接合之后，冠部1006的凸起部分2002或涡流环1007的延伸唇缘1934压靠位于焊炬头2102的内部中的耗材传感器2104，以激活从焊炬头2102的阴极2210到筒1000的电流流动。电流流动实现焊炬操作的维弧模式或转移弧模式中的一种。在维弧操作模式中，电流从阴极2210流到冠部1006的近端2020处的偏压表面2008，流到弹性元件1026，并且流到电极1008作为电流路径的一部分。在转移弧操作模式中，电流从阴极2210流到冠部1006的远端2022处的接触表面2010，并且流到电极1008的相应接触表面1044作为电流路径的一部分。备选地，在转移弧模式中，当两个构件彼此物理接触时，电流可直接从阴极2210流到电极1008。

大体上，包括用于这些耗材构件的附加制造技术在内的用于形成本发明的筒的各种耗材构件的附加实施例和改型是可能的。在一些实施例中，本发明的筒的护罩可由冲压技术制成，如与筒100兼容的图8的护罩600、与筒1000兼容的图15的护罩1012，或也与筒1000兼容的图16的护罩1600。例如，在通过冲压一块金属坯料(如一块黄铜)形成护罩之后，不需要附加的机加工。在一些实施例中，包括空心主体、护罩出口孔口和通气孔在内的护罩的各种特征经由相同的冲压工艺大致同时生成。在一些实施例中，类似于图12a和图12b的保持盖1014上的螺纹1104的一个或多个分立的螺纹可经由相同的冲压工艺围绕护罩的近侧部分来冲压。如上所述，这些螺纹使护罩能够螺纹连接到筒上，如螺纹连接到筒的盖组件上，该盖组件包括盖套筒和保持盖。在备选实施例中，由冲压工艺生产的护罩的近侧部分相对光滑，而没有螺纹或其它突出特征，使得其可压接到筒的盖组件上，以将护罩不可移除地附连到筒。大体上，与传统制造技术相比，使用冲压程序来生产护罩简化了制造，并且降低了材料成本和周期时间成本。在许多情况下，经由冲压生产护罩的成本仅为使用传统机加工工艺生产类似护罩的成本的约10％。

图28a和图28b示出了根据本发明的一些实施例的用于形成图10的筒1000的至少一部分的多个构件的示例性组件。如图所示，组件包括护罩2802、绝缘体环2804和盖组件2806，该盖组件包括包覆成型到保持盖2810的至少一部分上的盖套筒2808。盖套筒2804在结构和组成上可与上述盖套筒1016基本上相似。保持盖2810在结构和组成上可与上述保持盖1014基本上相似。护罩2802在结构和组成上可与上述护罩1012或护罩1600基本上相似。

保持盖2810和/或护罩2802中的每一者都可由诸如铜或黄铜的导电和/或导热材料构成。通过在保持盖2810中使用导电材料，维弧电流可通过保持盖2810的导电部分从喷嘴传导到焊炬(并且传导到功率供应源上)。盖套筒2808和绝缘体环2804中的每一者都可由电绝缘材料制成，如塑料材料(例如，尼龙树脂)、热固性塑料材料或高温热塑性材料。在一些实施例中，热塑性材料包括由醚和酮分子(例如，醚酮基化合物)形成的聚合物，如聚醚醚酮(PEEK)。在一些实施例中，绝缘材料包括由Dupont^TM制造的

Torlon、Celazole或酚类化合物。例如，绝缘体环2804可使用注塑成型技术、冲压技术或更传统的机加工技术由/>

(由DuPont^TM制造)构成。

如图所示，盖套筒2808包覆成型到保持盖2810的中间部分和近侧部分的外表面上以形成盖组件2806。只有保持盖2810的远侧部分2812在盖组件2806中完全暴露。这种包覆成型提供与流过保持盖2810的金属部分的维弧电流的电绝缘。大体上，盖组件2806限定沿等离子弧焊炬的纵向轴线A延伸的近端2814和远端2816。盖组件2806的近端2814可基本上包括盖套筒2908的近侧部分，并且盖组件2806的远端2816可基本上包括保持盖2810的远侧部分2812。如图28a中所示，绝缘体环2804包括由内表面2818、外表面2820、远侧边缘2904和近侧边缘2906限定的基本上空心的柱状主体。护罩2802包括基本上空心的主体。护罩2802的空心主体具有沿纵向轴线A对准的近端2822和远端2824，其中远端2824包括护罩出口孔口2826。护罩2802可使用上面解释的冲压工艺来形成。

在一些实施例中，盖组件2806的远端2816不可移除地附连到绝缘体环2804。具体地，绝缘体环2804的内表面2818构造成基本上围绕盖组件2806的远端2816的外表面，并且与远端2816的外表面永久地接合，使得这两个构件相对于彼此径向并且纵向对准，以形成耗材筒的一部分。这种永久接合可使用铆接工艺来实现。图29示出了根据本发明的一些实施例的使用铆接工艺在图28a和图28b的盖组件2806与绝缘体环2804之间形成的示例性界面2902。具体地，通过邻近绝缘体环2804的远侧边缘2904和/或近侧边缘2906按压/铆接盖组件2806的远端2816的外表面，在盖组件2806的外表面上形成了至少一个周向突出部2908，其通过防止绝缘体环2804相对于盖组件2806的纵向移动来将绝缘体环2804保持就位。在一些实施例中，仅需要在绝缘体环2804的远侧边缘2904处进行铆接以防止绝缘体环2804的远侧移动。如图28a中所示，绝缘体环2804的近侧移动由盖套筒2808阻止，该盖套筒适于在绝缘体环2804围绕盖组件2806的远端2816配合之后接触绝缘体环2804的近侧边缘2906。

在一些实施例中，绝缘体环2804不可移除地附连到护罩2802。具体地，护罩2802的空心主体的近端处的内表面构造成基本上围绕绝缘体环2804的外表面2820，并且与绝缘体环2804的外表面2820永久地接合，使得两个构件相对于彼此径向和纵向对准以形成耗材筒的一部分。这种永久接合可使用压接工艺来实现。通过将护罩2802永久地附连到保持盖2806，两个构件可作为单个单元设置。图30示出了根据本发明的一些实施例的使用压接工艺在图28a和图28b的护罩2802与绝缘体环2804之间形成的示例性界面3002。这样的压接涉及在绝缘体环2804所在的位置处刺穿(或以其它方式变形)护罩2802的空心主体的近端2822。所得的穿孔3004将绝缘体环2804抵靠护罩2802锁定就位，护罩2802又如上所述锁定到盖组件2806。穿孔3004适于将外表面连接到护罩2802的内表面。在一些实施例中，每个穿孔3004邻近绝缘体环2804的远侧边缘2904或近侧边缘2906放置，以将绝缘体环2804锁定就位，从而防止护罩2806相对于绝缘体环2804的纵向移动。例如，如图31b中所示，多个间断穿孔3004可经由在护罩2802的近端2822上压接来形成，其中穿孔3004间隔成沿纵向轴线A跨越绝缘体环2804的宽度的多排(例如，2排)。穿孔3004的一排3102可位于绝缘体环2804的远侧边缘2904的远侧，而穿孔3004的另一排3104可位于绝缘体环2804的近侧边缘2902的近侧，以使护罩2802围绕绝缘体环2804的边缘2902,2904变形。这种穿孔-压接设计与传统附接方法相比保留了明显的机械优势，因为其例如比螺纹连接更容易实施并且耗时更少。用于压接的穿孔方法进一步加强了所得的界面，并且产生比无穿孔的压接更强的结合。另外，该设计实现以低成本制造护罩2802，如使用上述冲压方法代替金属棒或坯料的成本更高的制造方法(例如，车削和/或机加工)。这是因为不需要将诸如互补的槽和突片的复杂接合特征构建到护罩2802和/或绝缘体环2804中。

图31a和图31b示出了根据本发明的一些实施例的用于形成图28a和图28b的组件以生产图10的筒1000的一部分的示例性过程。该方法可包括提供盖组件2806，该盖组件包括保持盖2810和至少包覆成型到保持盖2810的近侧部分上的盖套筒2808。延伸超过盖套筒2808(并且包括盖组件2806的远端2816)的保持盖2810的远侧部分2812提供用于与绝缘体环2804连接的外部安装表面。该方法还可包括围绕盖组件2806的远端2816设置绝缘体环2804并且将绝缘体环2804牢固地固定到盖组件2806的外部安装表面上。这样的固定适于使绝缘体环2804相对于盖组件2806纵向和径向对准。牢固固定可通过将绝缘体环2804抵靠盖组件2806的远端2816的外部安装表面铆接以在外部安装表面上形成防止绝缘体环2804相对于盖组件2806的纵向移动的至少一个周向突出部2908来实现。此后，护罩2802通过将护罩主体2802的近端2822的至少一部分压接到绝缘体环2804而牢固地固定到绝缘体环2804的外表面。护罩2802可使用如上文阐释的冲压工艺来形成。绝缘体环2804与护罩2802的牢固固定可通过穿孔-压接工艺来实现。例如，两排3102,3104的间断穿孔3004可在护罩2802的近端2822的压接期间来形成。穿孔3004的近侧排3104通过在绝缘体环2804的近侧边缘2906近侧向内压接/刺穿护罩2802来形成，而穿孔3004的远侧排3102通过在绝缘体环2804的远侧边缘2904远侧向内压接/刺穿护罩2802来形成，以基本上将绝缘体环2804抵靠护罩2802卡住。因此，绝缘体环2804将护罩2802不可移除地附连到盖组件2806，同时将构件相对于彼此纵向和径向对准以形成耗材筒1000的一部分。绝缘体环2804还在护罩2802与盖组件2806之间提供电绝缘。在备选实施例(未示出)中，绝缘体环2804可使用例如上述铆接技术联接到喷嘴的外表面。然后可以上述方式将护罩附接到绝缘体环2804，如使用穿孔-压接方法。

如上文参照图11所述，本发明的保持盖(如保持盖1014)可包括设置在其近侧部分1108处的一个或多个螺纹1104，以在筒1000安装到焊炬中时接合等离子弧焊炬的焊炬头/主体。基本上相同的螺纹连接特征可存在于图28a和图28b的保持盖2810中。如上文关于图11所阐释的那样，两个或更多个分立的螺纹1104(例如，三个螺纹)可围绕保持盖1014的近侧部分1108的内表面周向设置，以在焊炬头的至少一部分设置在近侧部分1108的空心主体中时接合焊炬头/主体上的一组互补螺纹。分立的螺纹1104适于形成相对于保持盖1014的外表面的凹入部分。因此，当盖套筒1016在保持盖的近侧部分1108处包覆成型到保持盖1014的外表面上时，盖套筒1016适于填充在螺纹1104的凹入部分中，从而为螺纹1104提供刚性和刚度。基本上相同的特性适用于图28a和图28b的盖组件2806。

在一些实施例中，保持盖1104和/或保持盖2810经由冲压工艺形成。例如，本发明的保持盖可通过冲压一块金属坯料(如一块黄铜或铜)形成，而无需附加机加工。在一些实施例中，包括空心主体、用于接合喷嘴的保持特征(例如，保持特征1102)和一个或多个分立的螺纹(例如，螺纹1104)在内的保持盖的各种特征经由相同的冲压工艺大致同时生成。在一些实施例中，一个或多个流动通路(例如，通风孔1112)经由相同的冲压工艺形成在保持盖的远侧部分中。

图32示出了用于制造图10的筒1000的盖组件的示例性方法3200，如包括保持盖2810和盖套筒2806的盖组件2806，或包括保持盖1014和盖套筒1016的盖组件。该方法包括冲压导电材料坯料以形成保持盖的基本上空心的柱状主体(步骤3202)。保持盖的空心主体包括远侧部分和近侧部分。冲压工艺适于形成至少一个分立螺纹(例如，螺纹1104)，该螺纹设置在空心主体中并且围绕保持盖的近侧部分周向延伸。(多个)螺纹适于通过小于360度的旋转接合焊炬的对应构件(如焊炬主体/头)上的互补螺纹。该方法然后包括将绝缘体材料包覆成型到保持盖的导电空心主体的外表面上以形成盖套筒(步骤3204)。盖套筒是塑料材料(例如，尼龙树脂)或诸如聚醚醚酮(PEEK)的包括由醚和酮分子形成的聚合物(例如，醚酮基化合物)的高温热塑性材料。这种绝缘体材料在保持盖的近侧部分上的包覆成型适于填充设置在保持盖的空心主体中的凹螺纹，从而增强螺纹的刚度。

大体上，本发明的盖组件是筒1000的一体部分，这意味着盖组件不是单独可设置的或可工作的，而是需要与筒作为单个单元一起设置。为了使用图28a和图28b的盖组件2806形成筒1000，绝缘体环2804可牢固地固定到盖组件2806的远端2816(例如，经由铆接)，使得远端2816也穿过绝缘体环2804的开口并且基本上暴露。护罩2802然后可经由绝缘体环2804(例如，经由穿孔-压接)牢固地固定到盖组件2806。在一些实施例中，护罩2802、绝缘体环2804和盖组件2806中的至少一者(如这些构件中的所有)形成筒1000的外部构件1002。在组装时，外部构件1002的元件相对于纵向轴线A径向并且同心地对准。包括电极1008、喷嘴1010和涡流环1007在内的筒1000的内部构件1004的组件在上文参照图27进行了阐释。

为了由内部构件1002和外部构件1004组装筒1000，内部构件1004可从盖组件2806的近端2814设置到外部构件1002的空心主体中。具体地，喷嘴1010的远端1704适于移动通过盖组件2806的保持盖2810的远侧部分2812中的开口。然后，操作者可通过将保持盖2810与喷嘴1010可旋转地接合并且轴向固定(例如，经由卡扣配合)来将外部构件1002联接到内部构件1004以形成界面1020，使得允许两个构件在接合时相对于彼此独立旋转。筒1000由内部构件和外部构件的组装(其包括上文参照图28a和图28b描述的盖组件2806、绝缘体环2804和护罩2802的组装)可与上文参照图27描述的过程基本上相同。

另一方面，本发明的特征在于一种用于等离子弧焊炬的适配器，其构造成向焊炬指示焊炬内的耗材构件的存在。例如，适配器可与图1的焊炬100和/或图10的焊炬1000兼容并且构造成安装在它们的内侧，以检测相应焊炬中耗材的存在。图33示出了根据本发明一些实施例的适配器的示例性构造。如图所示，适配器3300大体上包括主体3302，该主体在主体3302的近端3304与远端3306之间限定纵向轴线A。远端3306表示当适配器3300安装在等离子弧焊炬内侧以处理工件时最接近工件的一端，并且近端3304是沿纵向轴线A与远端3306相对的一端。此外，适配器3300具有从其主体3302的近端3304延伸的至少一个突出部分3308。对于图33的适配器3300，至少一个突出部分3308包括沿适配器主体3302的近端3304处的圆周布置的成组的两个突出部分，其中每个突出部分基本上平行于纵向轴线A向近侧延伸。在备选实施例中，如下文详细描述的那样，至少一个突出部分3308可具有其它形状、定向、突出部的数量等。在一些实施例中，适配器3300由诸如铜的导电材料制成。

适配器3300构造成插入等离子弧焊炬的内侧，介于(i)相对于适配器主体3302的远端3306定位的耗材构件与(ii)相对于适配器主体3302的近端3304定位的等离子弧焊炬的焊炬主体/头之间。例如，适配器3300可在等离子弧焊炬内侧夹在耗材构件与焊炬主体之间，使得适配器3300的远端3306物理接触耗材构件，并且适配器3300的近端3304物理接触焊炬主体的一部分。在一些实施例中，在将适配器3300安装在等离子弧焊炬中时，(多个)突出部分3308定位在焊炬主体的腔内侧，以物理接合腔中的开关。例如，在将适配器3300安装到等离子弧焊炬中时，(多个)突出部分3308中的至少一个可通过压靠开关来接合开关。开关的接合可向焊炬系统指示等离子弧焊炬中耗材构件(位于适配器主体3302的远端3306处)的存在，从而允许电流流到耗材构件以实现等离子弧焊炬的操作。

图23示出了焊炬主体2102的远端2202的示例性构造，其构造成接合适配器3300的至少一个突出部分3308以用于耗材检测的目的。尽管构件2102在上文中称为“焊炬头”，但该构件在下文中称为“焊炬主体”。在本发明的上下文中，“焊炬头”和“焊炬主体”可互换使用。如上文参照图23所述，焊炬主体2102的远端2202限定外圆形部分2206、内腔部分2208和中心阴极2210。耗材传感器2104基本上平行于阴极2210设置在腔2208中。具体地，耗材传感器2104可在中心阴极2210与限定腔2208与外圆形部分2206之间的边界的壁之间径向设置在腔2208中。适配器3300的突出部分3308构造成纵向延伸到腔2208中，其中突出部分3308中的至少一个激活耗材传感器2104，如经由压下或其它物理接触方式，以指示耗材构件存在于等离子弧焊炬内侧的适配器3300的远端3306处。因此，突出部分3308的尺寸设计成在阴极2210与焊炬主体2102内的腔2208的圆形壁之间径向配合。

图34示出了根据本发明的一些实施例的适配器的另一个示例性构造。除了突出部分3408的构造之外，图34的适配器3400可与图33的适配器3300基本上相同。如图所示，适配器3400大体上限定了柱状主体3402，其具有沿纵向轴线A延伸的近端3404和远端3406。适配器3400的突出部分3408包括沿主体3402的近端3404处的圆周设置的成组的两个突出部分，其中每个突出部分在基本上垂直于纵向轴线A的侧向方向上延伸。类似于图33的适配器3300，适配器3400的突出部分3408构造成定位在焊炬主体的腔(如图23的焊炬主体2102的腔2208)的内侧，其中至少一个突出部分3408物理接合腔内侧的开关，如腔2208的耗材传感器2104。由于每个突出部分3408相对于纵向轴线A侧向延伸，因此突出部分3408可通过侧向接触腔2208内的传感器2104或在突出部分插入腔2208中时纵向压下传感器2104来物理激活耗材传感器2104。

图35示出了根据本发明的一些实施例的图34的适配器3400在等离子弧焊炬3500内侧的示例性布置。等离子弧焊炬3500包括焊炬主体3506。适配器3400大体上定位在焊炬主体3506与等离子弧焊炬3500的耗材构件之间，其适配器的存在构造成向等离子弧焊炬发出信号。在一些实施例中，耗材构件(适配器3400用于指示其存在)是涡流环3502。在一些实施例中，耗材构件是电极3510。在一些实施例中，耗材构件包括成套的多个耗材构件，其包括电极3510、涡流环3502、保持盖3512和/或盖套筒3508。在一些实施例中，成套的耗材构件形成整体耗材筒，如图1的筒100或图10的筒1000。因此，适配器3400可用于向等离子弧焊炬3500指示焊炬中耗材筒的存在。在一些实施例中，适配器3400在安装之前联接到(例如，与其一体形成)耗材构件，使得适配器3400和耗材构件作为一件插入到焊炬3500内侧。备选地，适配器3400与耗材构件分离，使得每个构件单独地安装到焊炬3500中。

如图35的焊炬3500中所示，适配器主体3402的近端3404与焊炬主体3506的阴极元件(下文称为阴极)3514电气连通和/或物理接触。适配器主体3402的远端3406与电极3510电气连通和/或物理接触。当插入等离子弧焊炬3500内侧时，适配器3400的突出部分3408定向为使得每个突出部分3408的远侧表面3408a与涡流环3502电气连通和/或物理接触。另外，突出部分3408中的一个的近侧表面3408b与位于焊炬主体3506内侧的开关3516电气连通和/或物理接触。适配器3400与开关3516之间的接触可包括在近侧方向上抵靠开关3516推动的突出部分3408中的一个。该接触向等离子弧焊炬3500指示耗材构件(例如，涡流环3502、电极3510和/或包括涡流环3502和电极3510的筒)安装在焊炬3500的内侧，这提示等离子弧焊炬3500启动电流从阴极3514经由适配器3400流到耗材构件。在一些实施例中，弹性元件3520定位在突出部分3408的远侧表面3408与电极3510的近侧边缘之间，以将适配器3400偏压向焊炬主体3506以激活开关3516。

如图所示，开关3516大体上位于焊炬主体3506的远端处的内腔3518内。具体地，阴极3514可居中设置在腔3518内，并且开关3516可径向位于中心阴极3514与限定腔3518的壁之间。开关3516可为呈柱塞形式的传感器，使得当其未激活时，柱塞处于延伸位置中。

在备选实施例中，本发明的适配器包括上文参照图20a和图20b所述的冠部1006，其中适配器的至少一个突出部分可包括冠部1006的凸起部分2002。如上文参照图22所述，当冠部1006插入等离子弧焊炬(如等离子弧焊炬2100)内时，阴极2210与冠部1006的空心主体1022的中心腔部分1022a之间的配合允许冠部1006的凸起部分2002压靠焊炬主体/头2102中的耗材传感器2104(例如，将传感器2104的柱塞推入到缩回位置中)，从而激活传感器2104以向焊炬2100指示焊炬2100内侧的耗材筒1000的存在。在一些实施例中，冠形适配器1006的至少一个凸起部分包括在其它耗材元件上(例如，在涡流环1007上)的一个或多个凸起特征，其可向近侧延伸超过冠部1006以压靠耗材传感器2104并且激活传感器2014。例如，涡流环1007的唇部分1934可延伸超过冠部1006的通风孔2016或另一个孔(未示出)以接触并且激活耗材传感器2104。因此，适配器的突出部分包括涡流环1007的唇部分1934。

在一些实施例中，本发明的适配器是与耗材构件分离的独立构件，其中适配器用于向焊炬指示耗材构件的存在，使得耗材构件和适配器单独安装到焊炬中。在一些实施例中，适配器在安装到焊炬中之前联接到(例如，一体化到)耗材构件，使得适配器和耗材构件作为一件插入到焊炬的内侧。例如，如果耗材构件是图10的筒1000，则适配器可为与筒1000的涡流环主体1006的近端一体化的冠部1006，并且适配器的至少一个突出部分包括涡流环主体1006的唇部分1934或冠部1006的凸起部分2002，其适于物理接合焊炬头2102中的耗材传感器2104。

图36a-c分别示出了根据本发明的一些实施例的将图34的适配器3400与涡流环部分3602一体化的示例性耗材构件3600的轮廓视图、侧视图和顶视图。如图所示，适配器3400的远端3406与涡流环部分3600一体地形成，该涡流环部分构造成将涡流运动给予用于等离子弧焊炬的等离子气体流。因此，将耗材构件3600插入到诸如图35的焊炬3500的等离子弧焊炬允许了突出部分3408中的一个压下传感器3516，从而允许电流从阴极3514流过包括涡流环部分3602在内的构件3600，以实现焊炬操作。

在本发明的适配器的其它实施例(未示出)中，除了从适配器主体的近端延伸的(多个)突出部分的构造之外，适配器可具有与适配器3300或适配器3400类似的构造。例如，(多个)突出部分可为成组的一个或多个翅片，每个翅片沿纵向轴线纵向延伸或垂直于纵向轴线侧向延伸，以物理接合焊炬主体中的开关。在又一些实施例(未示出)中，适配器的至少一部分可在耗材构件与焊炬主体中的开关之间平移达预定距离以接合焊炬主体中的开关。作为实例，适配器可包括内部部分和外部部分，其中内部部分相对于外部部分是可缩回的。当适配器安装在等离子弧焊炬的内侧时，内部部分可在外部部分内纵向平移，以物理接合焊炬主体中的开关。适配器的内部部分的平移可由例如适配器与在近侧方向上推动内部部分的焊炬的耗材构件之间的物理接触引起。作为另一个实例，适配器的整个主体可向近侧朝向焊炬主体平移。这种平移可由例如附接到适配器主体的远端的弹性元件(例如，弹簧)引起，其中当适配器插入等离子弧焊炬的内侧时，弹性元件耗材构件压缩。大体上，如本领域中的普通技术人员所理解的，本发明的适配器可具有任何合理的构造，以便于(i)将适配器在等离子弧焊炬内侧插入耗材构件与焊炬主体之间，并且(ii)适配器与焊炬主体的远端处的开关接合，以允许电流经由适配器从焊炬主体流到耗材构件。

图37示出了根据本发明的一些实施例的适配器3700的又一示例性构造。如图所示，适配器3700大体上包括在近端3706与远端3708之间限定中心纵向轴线A的主体。适配器主体包括(i)内部部分3702和(ii)外部部分3704，该外部部分围绕纵向轴线A相对于内部部分3702同心间隔开。导电阴极元件3710居中位于适配器3700的内部部分3702内，并且沿纵向轴线A延伸。此外，至少一个突出部分3712位于内部部分3702的近端3706处，其中至少一个突出部分3712可径向设置在中心阴极元件3710与外部部分3704之间。在图37中，至少一个突出部分3712具有两个突出区段，这两个突出区段围绕中心纵向轴线A在直径上相对设置并且平行于轴线A纵向延伸。突出部分3712用作开关致动器以接合焊炬主体的开关。图37的突出部分3712可与图33的适配器3300的突出部分3308基本上相同。然而，如本领域中的普通技术人员所理解的那样，突出部分3712的其它构造是可能的并且在本发明的范围内。

在一些实施例中，适配器3700的近端3706构造成物理接合焊炬主体，而适配器的远端3708构造成物理接合一个或多个耗材构件。例如，成组的一个或多个焊炬安装螺纹3714可位于近端3706上以接合焊炬主体。如图所示，成组的焊炬安装螺纹3714在近端3706处位于外部3704的内表面上，以接合具有一组互补螺纹(未示出)的焊炬主体的一部分。所得的接合产生腔(未示出，但类似于图35的腔3518)，适配器3700的突出部分3712可在腔内对准，并且激活(例如，压下)焊炬主体的开关以启动电流流动。此外，在焊炬主体与适配器的近端3706之间接合时，焊炬主体的阴极适于对准同时物理和/或电气接触腔内的适配器3700的阴极元件3710。

在一些实施例中，如上文参照图35所阐释的那样，成组的一个或多个耗材安装螺纹3716位于适配器3700的远端3708上以接合诸如涡流环、电极和/或耗材筒的耗材构件。如图所示，成组的耗材安装螺纹3716在远端3708处位于外部部分3704的外表面上，以接合耗材构件的一组互补螺纹(未示出)。所得的接合将耗材构件联接到适配器3700的远端3708，使得适配器3700的阴极元件3710对准同时物理和/或电气接触耗材构件。在操作中，当焊炬主体在其近端3706与适配器3700接合并且耗材构件在其远端3708与适配器3700接合时，适配器3700的突出部分3712激活焊炬主体的开关，以向等离子弧焊炬发出焊炬中存在耗材的信号。作为响应，焊炬可开始经由适配器3700的阴极元件3710将电流从焊炬主体的阴极传送到耗材构件。

图38示出了根据本发明的一些实施例的用于使用适配器检测等离子弧焊炬中耗材构件的存在的示例性过程3800。过程3800开始于提供具有主体的适配器，该主体大体上限定近端和远端，其中至少一个突出部分从适配器主体的近端延伸(步骤3802)。适配器可为上文参照图33-37描述的适配器中任何一种，或其任何合理的变型。该适配器构造成用于插入等离子弧焊炬，该焊炬包括焊炬主体，焊炬主体在其远端限定腔，其中阴极和耗材感测针设置在腔中。例如，等离子弧焊炬可具有与图35的等离子弧焊炬3500或图22的等离子弧焊炬2100类似的构造。在安装到焊炬的内侧时，将适配器的近端处的至少一个突出部分插入到焊炬主体的腔中(步骤3804)。也将耗材构件安装在等离子弧焊炬的内侧，其中耗材构件与适配器的远端电气连通和/或物理接触，适配器用于检测焊炬内侧的耗材构件的存在(步骤3806)。在一些实施例中，耗材构件在安装之前联接到适配器或与其一体形成，使得构件的组合作为一个耗材件安装在焊炬的内侧。在一些实施例中，这两个构件是分离的并且单独地安装到焊炬中。在一些实施例中，耗材构件是单独的焊炬构件，如涡流环或电极。在一些实施例中，耗材构件是封装多个单独的焊炬构件的筒(例如，筒1000)。

在将适配器和耗材构件安装到焊炬的内侧之后，在适配器的近端处的至少一个突出部分物理接合焊炬主体的腔内的耗材感测针，以发出信号说明焊炬的内侧耗材构件的存在(步骤3808)。适配器的至少一个突出部分可具有适合与焊炬主体的耗材感测针接合的任何构造、定向或数量。例如，至少一个突出部分可包括如图33中所示的两个突出部分3308，其在近侧方向上纵向延伸以物理接触耗材感测针。突出部分3308围绕适配器3300的近端3304处的圆周相对于彼此在直径上/径向上相对定位。作为另一实例，至少一个突出部分可包括如图34中所示的两个突出部分3408，其垂直于适配器3400的纵向轴线A侧向延伸以物理接触耗材感测针。在一些实施例中，适配器的至少一个突出部分可沿近侧方向平移以压下耗材感测针。大体上，在将适配器插入到焊炬中时，焊炬主体的耗材感测针和适配器的至少一个突出部分径向对准。耗材感测针可径向位于焊炬主体的阴极与腔的圆形部分之间，其中阴极在腔内居中。

在由适配器与耗材感测针物理接合(例如压下)之后，等离子弧焊炬的功率供应源适于启动从焊炬主体的阴极经由适配器传送到耗材构件的电流。因此，适配器的至少一部分可由导电材料构成。例如，在图37的适配器3700中，适配器的阴极元件3710是导电的，并且构造成将电流从位于阴极元件3710的近端3706处的焊炬主体的阴极传送到位于在阴极元件3710的远端3708处的耗材构件。在一些实施例中，基本上整个适配器由导电材料制成。

应当理解，本发明的各种方面和实施例可以以各种方式组合。基于本说明书的教导内容，本领域中的技术人员可容易确定如何组合这些各种实施例。本领域中的技术人员在查阅说明书时将想到改型。

Claims (35)

1.一种用于包括焊炬主体的等离子弧焊炬的适配器，所述适配器包括：

在近端和远端之间限定纵向轴线的主体；以及

从所述主体的近端延伸的至少一个突出部分，

其中，所述至少一个突出部分构造成插入到所述焊炬主体的腔中以物理接合所述腔的内侧的开关，所述开关的接合适于指示所述等离子弧焊炬中的耗材构件的安装。

2.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述适配器的主体与所述耗材构件分离。

3.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述适配器的主体联接到所述耗材构件。

4.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述耗材构件是涡流环。

5.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述适配器的主体是附接到涡流环的近端的冠部。

6.根据权利要求5所述的适配器，其中，所述至少一个突出部分适于从所述涡流环延伸通过所述冠部中的开口，以物理接合所述开关。

7.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述至少一个突出部分沿所述纵向轴线延伸以物理接合所述开关。

8.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述至少一个突出部分沿垂直于所述纵向轴线的侧向方向延伸以物理接合所述开关。

9.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述至少一个突出部分包括一个或多个翅片，所述翅片沿所述纵向轴线纵向延伸或垂直于所述纵向轴线侧向延伸以物理接合所述开关。

10.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述至少一个突出部分的尺寸设计成径向配合在阴极主体与所述焊炬主体内的腔的圆形壁之间，使得所述至少一个突出部分适于在所述插入时物理接合设置在所述腔中的开关。

11.根据权利要求10所述的适配器，其中，所述适配器的主体能够在所述耗材构件与所述阴极主体之间平移达预定距离。

12.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述耗材构件是耗材筒。

13.根据权利要求12所述的适配器，其中，所述耗材筒包括涡流环主体，并且其中，所述适配器主体与所述涡流环主体的近端一体化，使得所述适配器的至少一个突出部分包括构造成物理接合所述开关的所述涡流环主体的唇部分。

14.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述突出部分构造成在将所述适配器安装到所述等离子弧焊炬中时通过压靠所述开关来接合所述开关，从而允许电流流到所述耗材构件以实现所述等离子弧焊炬的操作。

15.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述适配器的主体包括外部部分和相对于所述外部部分可缩回的内部部分，所述内部部分构造成在所述外部部分内纵向平移以物理接合所述开关。

16.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述适配器的主体构造成(i)在所述远端处物理接触所述耗材构件和(ii)经由所述突出部分在所述近端处物理接触所述开关。

17.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述适配器主体限定内部部分和外部部分，所述适配器进一步包括：

构造成接合所述焊炬主体的位于所述主体的近端上的一组焊炬安装螺纹；

构造成接合所述耗材构件的位于所述主体的远端上的一组耗材安装螺纹；以及

沿所述纵向轴线延伸的阴极元件，所述阴极元件位于所述适配器主体的内部部分中。

18.根据权利要求17所述的适配器，其中，所述一组焊炬安装螺纹设置在所述适配器主体的外部部分上的内表面上。

19.根据权利要求17所述的适配器，其中，所述一组耗材安装螺纹设置在所述适配器主体的外部部分上的外表面上。

20.根据权利要求17所述的适配器，其中，所述阴极元件适于与所述等离子弧焊炬的阴极电气连通以将所述电流从所述阴极传送到所述耗材构件。

21.根据权利要求17所述的适配器，其中，所述适配器的至少一个突出部分位于所述适配器主体的内部部分中，径向位于所述阴极元件与所述外部部分之间。

22.一种用于包括耗材构件和焊炬主体的等离子弧焊炬的适配器，所述适配器包括：

在近端与远端之间限定纵向轴线的主体，所述主体包括内部部分和外部部分；

在所述外部部分的内表面上的位于所述主体的近端上的一组焊炬安装螺纹，所述一组焊炬安装螺纹构造成接合所述焊炬主体；

在所述外部部分的外表面上的位于所述主体的远端上的一组耗材安装螺纹，所述一组耗材安装螺纹构造成接合所述耗材构件；

沿所述纵向轴线延伸的导电阴极元件，所述阴极元件位于所述适配器主体的内部部分中；以及

位于所述主体的近端处的开关致动器，其中，所述开关致动器构造成插入到所述焊炬主体的腔中，以指示所述等离子弧焊炬内的耗材构件的存在。

23.根据权利要求22所述的适配器，其中，所述开关致动器径向定位在所述阴极元件与所述外部部分之间。

24.一种用于检测包括焊炬主体的等离子弧焊炬中的耗材的存在的方法，所述方法包括：

提供具有限定近端和远端的主体的适配器，所述主体具有从所述近端延伸的至少一个突出部分；

将所述适配器的突出部分插入到所述焊炬主体的腔中；以及

通过所述适配器的突出部分物理接合所述腔内的至少一个耗材感测针以指示所述耗材的存在。

25.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括通过所述适配器的远端物理接触所述耗材。

26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述耗材感测针径向位于所述等离子弧焊炬的阴极主体和所述腔的圆形部分之间，并且其中，所述阴极主体在所述腔内居中。

27.根据权利要求26所述的方法，其进一步包括：

通过由所述适配器对所述耗材感测针的物理接合所允许的由所述等离子弧焊炬的功率供应源来启动电流；以及

将所述电流从所述阴极主体传导到所述耗材。

28.根据权利要求24所述的方法，其中，所述适配器由导电材料构成。

29.根据权利要求24所述的方法，其中，所述适配器与所述耗材分离。

30.根据权利要求24所述的方法，其中，所述突出部分沿纵向轴线纵向延伸以物理接触所述耗材感测针。

31.根据权利要求24所述的方法，其中，所述突出部分在垂直于纵向轴线的侧向方向上延伸以物理接触所述耗材感测针。

32.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括平移所述适配器的突出部分以压下所述耗材感测针。

33.根据权利要求24所述的方法，其中，所述耗材包括耗材筒，所述耗材筒包括设置在涡流环的空心主体的内侧的电极。

34.根据权利要求24所述的方法，其中，所述适配器与所述耗材一体化。

35.一种用于检测等离子弧焊炬中的耗材的存在的方法，所述焊炬包括焊炬头，所述焊炬头具有(i)腔，(ii)设置在所述腔中的阴极，以及(iii)设置在所述腔中的耗材感测针，所述方法包括：

提供适配器，所述适配器具有限定近端和远端的主体，以及从所述主体的近端延伸的至少一个突出部分；

将所述适配器的突出部分插入到所述腔中，使得所述突出部分径向嵌套在所述阴极与所述腔的壁之间；

将所述耗材安装在所述等离子弧焊炬的内侧；

由所述适配器的突出部分物理激活所述腔中的耗材感测针，以指示所述耗材的存在；以及

基于所述物理激活允许电流从所述阴极流向所述耗材，以实现所述等离子弧焊炬的操作。

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