CN116941330A - 用于等离子电弧炬的消耗品 - Google Patents

Abstract

用于割炬的消耗品包括分配器、电极、以及喷嘴。分配器限定从该分配器的内部空腔延伸至分配器的外部表面的多个端口。电极设置在分配器内并不能移除地、固定地耦接到分配器。喷嘴限定至少一组通道，该至少一组通道将气体引导到限定在电极和喷嘴之间的间隙中，喷嘴不能移除地、固定地耦接到分配器。

Description

用于等离子电弧炬的消耗品

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年2月4日提交的、名称为“用于加工炬的消耗品(CONSUMABLESFOR PROCESSING TORCHES)”的美国专利申请序列第17/167,338号的优先权，出于所有的目的，其公开内容通过引用以其全部内容并入本文。

技术领域

本公开涉及用于焊炬和割炬的部件，并且具体涉及用于焊炬和/或割炬的消耗品部件。

背景技术

许多焊炬和割炬(诸如等离子割炬等)可以接纳多种消耗品部件，诸如尖端/喷嘴、电极、护罩等。通常，消耗品(诸如电极、尖端/喷嘴、护罩等)具有有限的寿命并且在使用者必须更换它们之前仅持续一定量的切割或焊接。因此，具有较长寿命的消耗品可以为使用者节省时间，因为使用者可以在不更换消耗品的情况下继续切割或焊接操作。此外，具有较长寿命的消耗品可以为使用者提供成本节省，因为使用者将不需要频繁地购买替换消耗品。因此，具有改进寿命的消耗品是被持续期望的。

不同的因素影响消耗品的寿命。例如，暴露于熔渣和来自电弧的直接热量的消耗品可能比被保护或间接暴露(例如，布置在另部件的内部)免受熔渣和热量影响的部件磨损得更快。作为另一示例，如果消耗品在加工操作之前、期间或之后移动(例如，滑动或平移)和/或是脆弱的，则小缺陷可能使消耗品不可用(即，结束消耗品的寿命)。例如，小缺陷可能在零件之间产生不可接受的移动模式和/或不可接受的公差，致使消耗品不能执行其预期任务。因此，在至少一些情况下，与固定消耗品相比，可移动的消耗品可以具有减少的寿命。这对于经常击打电弧并且然后必须支持来自精确位置(例如，来自包括在其远端处的小的发射插入物)的电弧的电极而言可能尤其如此。作为又一示例，作用在消耗品上的冷却量可能显著地影响消耗品寿命。

此外，在许多常规焊炬和/或割炬中，消耗品组包括多个单独的消耗品零件，消耗品零件经常必须被拆卸或组装以更换一个或多个消耗品零件。这要求终端使用者库存各种各样的零件并且可能使甚至单个消耗品的替换成为及时的和/或困难的任务。例如，如果磨损损坏电极，则可能难以将电极从剩余的消耗品移除、替换电极、并且重新组装消耗品组。此外，在至少一些情况下，可能难以辨认一组消耗品中的哪个消耗品需要替换。因此，能够容易安装到炬头上的消耗品组是持续期望的。

发明内容

本公开针对用于割炬的消耗品。消耗品可以单独地提供在一体式盒中和/或提供在子盒中，该一体式盒是不可维修的并且由不能移除地连接至彼此的部件形成，该子盒各自是一体式的/不可维修的但可连接至其他部件或子盒以形成完整的消耗品盒。

在至少一些实施例中，本文所呈现的一体式盒和/或子盒中的消耗品是固定的或静止的，并且因此相对于一体式盒和/或子盒中的其他消耗品精确地对准和布置，这可以延长单独消耗品的寿命。可替代地，本文呈现的一体式盒和/或子盒的一个或多个部件可以包括可移动部件，诸如可移动电弧引发器等，但可以包括固定尖端和固定电极，这可延长这些重要的消耗品部件的寿命，这些重要的消耗品部件通常是具有最短寿命的消耗品部件。更进一步地，在又一另外的实施例中，本文所呈现的一体式盒和/或子盒的电极或尖端可以在电弧引发期间是可移动的，但是可以以其他方式固定在盒内，使得终端使用者不必需维修或组装盒或子盒。

根据一个示例实施例，用于等离子电弧炬的消耗品组包括分配器、喷嘴和锁定环。分配器限定从该分配器的内部空腔延伸至分配器的外部表面的多个端口。喷嘴包括第一组通道和第二组通道。第一组通道从喷嘴的内部空腔延伸至喷嘴的外部表面。第二组通道从喷嘴的外部表面延伸到喷嘴的底切部分。锁定环被配置成将分配器不能移除地固定至喷嘴。由此，仅用三个部件，该消耗品组可以在不能移除地固定在一起并且不可维修的消耗品内形成保护气体通路和等离子气体通路。因为消耗品不能移除地固定在一起，所以每个通路可以被精确地定轮廓并且定向。

在实施例中的至少一些实施例中，该消耗品组还包括不能移除地连接至分配器的电极。附加地或可替代地，消耗品组可以包括静止电弧引发器，该静止电弧引发器位于分配器中并且定位成延伸到喷嘴与设置在喷嘴内的电极之间的间隙中。具有静止电弧引发器的实施例可以形成完全静止的盒或子盒，并且因此可以延长消耗品的寿命。

在一些实施例中，喷嘴包括近侧部分和远侧部分，并且第一组通道和第二组通道延伸穿过近侧部分。在这些实施例中的一些实施例中，远侧部分限定孔口，该孔口提供了从喷嘴的内部空腔的出口，第一组通道限定至孔口的气体通路，并且第二组通道限定使气体越过远侧部分的外部表面并且绕过孔口流动的气体通路。附加地或替代地，底切部分纵向地延伸到喷嘴的近侧部分的底表面中。

在一些实施例中，分配器限定上肩部，喷嘴限定下肩部以及锁定环进一步包括上游端和下游端。上游端被配置成接合上肩部以及下游端被配置成接合下肩部。因此，锁定环可以机械地固定分配器和喷嘴，同时在这些部件的外部之间提供流体通道，并在需要时为这些部件提供电连接。在这些实施例的一些实施例中，上游端限定具有第一直径的第一开口并且下游端限定具有第二直径的第二开口，第一直径小于第二直径。附加地或替代地，喷嘴的下肩部限定底切部分的边界，并且锁定环的下游端被配置成越过下肩部延伸至边界。

仍进一步地，在一些实施例中，喷嘴的近端限定座，并且锁定环被配置成将分配器压缩到该座中。附加地或可替代地，该消耗品组还可以包括护罩杯，该护罩杯被配置成将消耗品组机械地连接至炬的操作端并且将喷嘴电连接至炬中的电导体。

根据另一示例实施例，用于等离子电弧炬的消耗品组包括分配器、电极和喷嘴。分配器限定从分配器的内部空腔延伸至分配器的外部表面的多个端口。电极设置在分配器内并不能移除地、固定地耦接到分配器。喷嘴限定至少一组通道，该至少一组通道将气体引导到在电极与喷嘴之间限定的间隙中并且不能移除地、固定地耦接至分配器。由于电极和喷嘴各自不能移除地、固定地耦接到分配器，因此这些消耗品可以相对于彼此精确地定位和对准，这可以使这些部件的寿命最大化。

在这些实施例的至少一些实施例中，消耗品组还包括锁定环，该锁定环围绕分配器的近端和喷嘴的远端延伸，以将分配器不能移除地、固定地耦接到喷嘴。例如，分配器可以限定上肩部，喷嘴可以限定下肩部，以及锁定环可以包括上游端和下游端，上游端被配置为接合上肩部，下游端被配置为接合下肩部。

如上所述，在至少一些实施例中，电极是静止的。附加地或替代地，消耗品组可以包括静止电弧引发器，该静止电弧引发器位于分配器中并且被定位成延伸到电极与喷嘴之间的间隙中。具有静止电弧引发器的实施例可以形成完全静止的盒或子盒，并且因此可以延长消耗品的寿命。

仍进一步地，在一些实施例中，消耗品组可以包括护罩杯，该护罩杯被配置成将消耗品组机械地连接至炬的操作端并且将喷嘴电连接至炬中的电导体。附加地，具有护罩杯的一些实施例还可以包括护罩。护罩和护罩杯可共同围绕喷嘴以保护喷嘴免受飞溅。

根据又另一示例，用于等离子电弧炬的消耗品组包括第一子盒和第二子盒。第一子盒包括分配器、电极和喷嘴。分配器限定从分配器的内部空腔延伸至分配器的外部表面的多个端口。电极设置在分配器内并不能移除地、固定地耦接到分配器。喷嘴限定至少一组通道，该至少一组通道将气体引导到在电极与喷嘴之间限定的间隙中并且不能移除地、固定地耦接至分配器上。第二子盒包括护罩和护罩杯。护罩被配置成覆盖喷嘴的远端。护罩杯不能移除地、固定地耦接到护罩。护罩和护罩杯限定被配置成接纳第一子盒的座，并且护罩杯包括连接器，连接器能够将第二子盒连同位于第二子盒中的第一子盒连接到炬的操作端。因此，第一子盒和第二子盒可以形成单个盒，该单个盒是不可维修的并且能够以单一动作连接至炬或从炬移除。

在一些实施例中，护罩杯包括第一连接器和第二连接器。第一连接器将护罩电连接至炬中的一个或多个电导体。第二连接器将喷嘴电连接至炬中的一个或多个导电体。因此，当护罩杯机械连接到炬时(例如，以单个动作)，盒可以以允许电弧引发的方式电连接到炬。

在检查以下附图和详细描述时，其他系统、方法、特征和优点对于本领域技术人员将是明显的或将变得明显。所有这样的附加系统、方法、特征和优点被包括在本说明书中、在所要求保护的主题的保护范围内。

附图说明

参考以下附图和描述可以更好地理解本文呈现的等离子电弧炬的消耗品。应当理解，附图中的元件不一定按比例绘制，并且已经将重点放在图示消耗品的原理上。在附图中，相同的附图标记表示贯穿不同视图的相应部分。

图1A是根据本公开的示例实施例的手动切割系统的立体图，该手动切割系统包括电源和可以利用本文所呈现的消耗品的炬组件。

图1B是图1的炬组件的立体图。

图1C是根据本公开的示例实施例的可以利用本文所呈现的消耗品的自动切割头的立体图。

图2A是由本文呈现的消耗品的示例实施例形成的消耗品盒的侧部立体图。

图2B是图2A的消耗品盒的侧剖视图。

图3是根据示例实施例的可以形成图2A的消耗品盒的两个消耗品盒或消耗品子盒的侧部立体图。

图4是根据示例实施例的图3中的第一消耗品子盒的分解图。

图5是根据示例实施例的可以用于形成图4的消耗品子盒的子盒的侧剖视图。

图6A-图6C描绘了根据示例实施例的包括在图4的第一消耗品子盒中的分配器的顶部立体图、底部立体图和侧剖视图。

图7A-图7C描绘了根据示例实施例的包括在图4的第一消耗品子盒中的喷嘴的侧部立体图、底部立体图和侧剖视图。

图8A-图8C描绘了根据示例实施例的包括在图4的第一消耗品子盒中的锁定环的顶部立体图、底部立体图和侧剖视图。

图9A-图9C描绘了根据示例实施例的包括在图4的第一消耗品子盒中的电极的顶部立体图、底部立体图和侧剖视图。

图10是根据示例实施例的图3中的第二消耗品子盒的分解图。

图11是图10的第二消耗品子盒的侧剖视图。

图12A-图12C描绘了根据示例实施例的包括在图10的第二消耗品子盒中的护罩的顶部立体图、侧部立体图和仰视图。

图13A和图13B描绘了根据示例实施例的包括在图10的第二消耗品子盒中的护罩杯的顶部立体图和侧剖视图。

图13C和图13D描绘了根据示例实施例的包括在图13A和图13B的护罩杯中的导电连接器的侧部立体图。

图13E是根据示例实施例的包括在图13A和图13B的护罩杯中的绝缘套筒的侧部立体图。

图14-图20是描绘了与本文呈现的消耗品和/或盒一起使用的示例启动方法的示意图。

具体实施方式

本文呈现了用于割炬和/或焊炬的消耗品。消耗品可以单独提供或包装到一个或多个消耗品盒中。当包装在消耗品盒中时，消耗品可以不能移除地耦接在一起，使得其中包括的消耗品是不可维修的。也就是说，不能移除的耦接件可以产生不可拆卸的一体式盒。因此，可以用单一动作将一体式消耗品盒安装到炬上或从炬移除。可替代地，本文呈现的消耗品可以不能移除地耦接到其他部件上以形成子盒，子盒可以能移除地或不能移除地耦接到附加消耗品或子盒以形成盒。所得到的盒仍然可以通过单一动作耦接到炬。

无论本文呈现的消耗品是否是一体式盒的一部分，在至少一些实施例中，在加工操作(包括电弧引发期间)之前、期间或随后消耗品相对于彼此不移动。即，消耗品可以是静止的。这可以确保消耗品相对于彼此适当地对准、固定和定向，这进而可以使消耗品的寿命最大化。通过比较，当磨损防止精确移动的一致执行和/或减小特定部件的功能(例如，如果磨损减小了弹簧的功能)时，相对于其他消耗品精确移动的消耗品可能失效(即，达到其寿命的终点)。与被配置成用于执行精确移动和/或包括被配置成用于执行精确移动的部件的消耗品相比，本文呈现的消耗品还可以更稳固并且更不易产生制造缺陷。

图1A图示了可使用本文所呈现的消耗品部件的手动切割系统10的示例实施例。在高水平下，手动切割系统10包括电源12和炬组件40。电源12被配置成经由炬引线42(也被称为线缆软管42)向包括在炬组件40中的炬50供应(或至少控制其供应)电力和气体。例如，电源12可以在电源12经由线缆软管42向炬50供应气体之前或之时计量从气体源20接纳的气体流量，电源12经由线缆软管22接纳该气体流量。

手动切割系统10还包括具有接地夹具32的工作引线组件30，该接地夹具通过工作引线34(也称为线缆软管34)连接至电源。如所图示的，线缆软管22、线缆软管34和线缆软管42可均为任何长度。此外，线缆软管22、线缆软管34和线缆软管42的每端可经由现在已知或下文中开发的任何连接器(例如，经由可释放连接器)连接至手动切割系统10的部件。例如，炬50可以经由快速断开连接器46连接到线缆软管42的远端，以及电源12可以通过快速断开连接器44连接到线缆软管42的近端。

图1B图示了独立于电源12的图1A的炬组件40。如可以看到的，炬50包括炬本体52，该炬本体从第一端56(例如，连接端56)延伸至第二端54(例如，操纵端或操作端54)。炬本体52还可以包括触发器58，该触发器允许使用者以现在已知的或以后开发的任何方式(例如，以2T或4T模式)引发切割操作。如上所述，炬本体52的连接端56可以耦接(以现在已知的或以后开发的任何方式)到引线42的一端。同时，炬本体52的操作端54可以接纳可互换的部件，诸如有助于切割操作的消耗品部件等。本文呈现的消耗品堆(在图1B中描绘为安装在炬50上)在图1B中通常被称为消耗品堆70；然而，在图1B中示出的描绘仅代表包括本文呈现的特征的消耗品堆。

图1C图示了可利用本文呈现的消耗品部件的自动切割头60的示例实施例。如可以看到的，切割头60包括本体62，该本体从第一端63(例如，连接端63)延伸至第二端64(例如，操纵端或操作端64)。本体62的连接端63可以耦接(以现在已知的或以后开发的任何方式)至自动化支撑结构(例如，切割台、机器人、龙门架等)，并且从连接端延伸的管道65可耦接至自动化支撑结构中的类似管道，以将自动化切割头60连接至电源、气体源、冷却剂源和/或支持自动化切割操作的任何其他部件。同时，本体62的操作端64可接纳可互换的组件，包括促进切割操作的消耗品组件。再有，图1C中所描绘的消耗品堆70仅表示包括本文呈现的特征的消耗品堆(如图1B中所描绘的堆70)。

为简单起见，图1A、图1B和图1C未图示炬本体52或本体62的内部。然而，应当理解的是，典型地包括在炬中的任何未图示的部件(诸如促进焊接或切割操作的部件等)可以(并且实际上应当)包括在根据本发明的示例实施例配置的炬中。另外，图1A、图1B和图1C以及其余附图中均未详细图示本体52/62的连接部分；然而，应当理解的是，本文呈现的消耗品可以耦接到炬本体52/62，该炬本体包括被配置成与消耗品的特征相匹配的特征，下文详细描述这些特征的示例。

消耗品盒

现在转向图2A和图2B，这些图提供了由本文呈现的消耗品形成的消耗品盒80的第一示例实施例的立体图和剖视图。消耗品盒80包括分配器120、电弧引发器140、喷嘴150、锁定环180、电极190、护罩210和护罩杯240。然而，该示例并非旨在暗示消耗品盒80不能包括与分配器120、电弧引发器140、喷嘴150(也称为尖端150)、锁定环180、电极190、护罩210和护罩杯240组合的附加部件。例如，消耗品盒80还可以包括气体管理部件、机械部件、磁性部件和/或帮助引发电弧的任何其他部件。下面至少结合图14至图20进一步详细描述一些示例附加部件。此外，分配器120、电弧引发器140、喷嘴150、锁定环180、电极190、护罩210和护罩杯240中的一项或多项可以在消耗品盒80的不同实施例中修改。

在至少一些实施例中，消耗品盒80的消耗品部件以不能移除的方式相互连接，使得消耗品盒80是一体式的、不可维修的盒。在这些情况下，消耗品盒80可以通过单一动作安装到炬本体(例如，本体52或本体62)上(或从其上移除)并且可以在其中包括的一个或多个消耗品需要替换时被处理掉(例如，在一个消耗品的寿命结束时)。然而，在其他实施例中，消耗品盒80可由一个或多个“子盒”(即，可与其他消耗品和/或盒组合的盒)和/或一个或多个单独的消耗品形成。即，消耗品盒80可以由两个子盒、两个子盒和一个单独的(即，松散的)消耗品或部件的任何其他组合形成。

另外，在一些情况下，包括在消耗品盒80中的消耗品中的每个消耗品一旦相接互连就可以固定在位。即，只要一旦消耗品盒80被完全组装，上述消耗品中的每个消耗品就可以相对于消耗品盒80中包括的其他消耗品内固定，则消耗品盒80可以包括静止消耗品。可替代地，一些实施例可以包括引发电弧的可移动部件，但是电极190和/或喷嘴150可以是固定的和静止的，这可能是重要的，因为尖端150和电极190是电弧引发和等离子产生中涉及的主要部件(尤其是电极190)，并且如果不正确地对准和/或定位则可能遭受相当大的磨损和/或差的切割性能/特性。也就是说，在其他实施例中，消耗品盒80的一个或多个消耗品部件(包括电极190和/或喷嘴150)可以在消耗品盒80内移动。

在所描绘的实施例中，消耗品盒80从近端82延伸到远端84。近端82限定流体入口通道86，并且远端84限定允许流体离开消耗品盒80的一个或多个开口。流体入口通道86主要由分配器120限定并且被设计成接纳来自炬本体(例如，炬本体52或62)中的对应导管的流体“F”(例如，气体)。同时，在所描绘的实施例中，护罩210限定由一组孔230围绕的中心孔口214，该一组孔230允许流体离开消耗品盒80。

更具体地，在所描绘的实施例中，电极190位于分配器120内以迫使进入流体入口通道86的流体F在消耗品盒80内径向向外流动。然后，锁定环180与喷嘴150和分配器120一起工作，以限定环形外部轴向通道87，该环形外部轴向通道朝向第一流体路径88和第二流体路径90导引流体F。第一流体路径88在喷嘴150与护罩210和护罩杯240之间产生保护流体(例如，保护气体)流。第二流体路径90将流体F朝向等离子腔室92引导到喷嘴150与电极190之间的间隙中，以朝向电弧供应流体，从而限制电弧并产生等离子流(经由流体F的离子化)，该等离子流可以离开孔口214(在离开喷嘴150的孔口之后)。沿着第一流体路径88引导的流体F可以经由孔230和/或孔口214离开消耗品盒80，以限制和保护所传递的电弧和/或等离子。

消耗品盒80的近端82还包括连接器，该连接器将消耗品盒80机械地并且电气地连接到炬本体(例如，炬本体52或62)中所包括的相应连接器。具体地，在所描绘的实施例中，电极190、护罩杯240的第一连接器242以及护罩杯240的第二连接器252从消耗品盒80的近端82突出。第一连接器242和第二连接器252可以将消耗品盒80机械地耦接到炬本体(例如，炬本体52或62)。例如，第一连接器242和第二连接器252可以经由部分旋转锁定布置来锁定到炬本体(例如，炬本体52或62)的相应特征上。然而，第一连接器242和第二连接器252仅是示例，并且在其他实施例中，消耗品盒80可以按现在已知的或以后开发的任何方式(包括经由螺纹、棘爪布置、卡扣配合、摩擦配合等)耦接到炬本体。

另外，连接器242、连接器252和电极190可以将消耗品盒80电连接到炬本体(例如，炬本体52或62)。第一连接器242将喷嘴150连接至包括在炬本体(例如，炬本体52或62)中的阳极元件和/或接地，而第二连接器252可以独立地将护罩210接地。同时，电极190可连接到包括在炬本体(例如，炬本体52或62)中的阴极元件，以向电极190提供负电势。精确的电连接可以取决于在将电弧传递到工件之前，是否可以在喷嘴150与电极190之间击打维弧(或者，例如，如果盒利用刮擦启动)。

现在转向图3，如所提及的，在一些情况下，由本文呈现的消耗品形成的消耗品盒由独自的一个或多个子盒或与单独的消耗品组合的一个或多个子盒形成。图3图示了由两个子盒形成的消耗品盒80’的示例实施例：子盒100和子盒200(在本文中也称为“盒”100、200)。子盒100包括分配器120、电弧引发器140、喷嘴150、锁定环180和电极190。子盒200包括护罩210和护罩杯240。

在所描绘的实施例中，子盒100能移除地耦接到子盒200。例如，子盒100的远端104可以插入到子盒200的近端202中(朝向远端204)，并且子盒200的内部几何形状可以自然地使子盒100位于并对准于子盒200中。在一些实施例中，子盒200还可以包括将子盒100能移除地或不能移除地固定在其中的特征，诸如棘爪、摩擦配件、螺纹等。无论哪种方式，可以通过使子盒100位于子盒200内并且然后将盒80'安装到炬本体(例如，炬本体52或62)上来将消耗品盒80'安装到炬本体(例如，炬本体52或62)上。可替代地，子盒100的近端102可以附接到炬本体并且然后子盒200可以越过子盒100并围绕子盒100安装以在炬上形成盒80'。

不管消耗品盒80'如何被共同组装，子盒100和子盒200的部件限定与消耗品盒80的特征、连接和流动路径相似(如果不相同)的特征、连接和流动路径。因此，除了将消耗品盒80描述为具有不能移除的部件的一体式盒之外，本文包括的消耗品盒80的特征、连接和流动路径的任何描述可以应用到消耗品盒80'。

第一消耗品子盒

现在转向图4至图9C，这些图描绘了包括在子盒100中的一个或多个部件。如上所述，在所描绘的实施例中，子盒100包括分配器120、电弧引发器140、尖端/喷嘴150、锁定环180和电极190。在一些实施例中，这些部件中的每个部件可以独立制造并且不能移除地耦接在一起以形成子盒100。可替代地，这些部件中的一个或多个可以单独包装，并且可以能移除地耦接至子盒100的其他部件。为了说明这一点，图4提供了子盒100中包括的部件的分解图，图5提供了可用于形成子盒100的子盒101的视图，以及图6A至图9C描绘了可用于形成盒80、子盒100和/或子盒101的单个部件。值得注意的是，在图5中，子盒101包括分配器120、电弧引发器140、尖端150和锁定环180，而电极190独立地设置并且能移除地或不能移除地耦接到子盒101(例如，通过终端使用者)

如图4和图5所示，为了组装子盒100或子盒101，分配器120位于由尖端150限定的分配器座1542中。然后，锁定环180围绕分配器120和尖端150固定，将分配器120不能移除地固定至尖端150。例如，可将锁定环180型锻到分配器120和尖端150上。可替代地，锁定环180可包括两个件，这两个件一旦诸如经由焊接工艺安装在分配器120和尖端150上就接合在一起，以将分配器120不能移除地耦接到尖端150。作为又一示例，可利用增材制造工艺(例如，三维打印)围绕分配器120和尖端150形成锁定环180。

无论锁定环180是如何形成/安装的，锁定环180可以抵靠分配器120上包括的径向凸缘128和尖端150上包括的径向凸缘164被紧固。更具体地，锁定环180的上游端182可以接合由分配器120的径向凸缘128限定的上座表面126，以及锁定环180的下游端186可以接合由尖端150的径向凸缘164限定的下座表面165。这可将分配器120抵靠尖端150夹紧(或反之亦然)，并确保分配器120牢固地且固定地位于由尖端150限定的分配器座1542中(参见图7C)。

分配器120的径向凸缘128设置在分配器120的孔130的上方(例如，沿着纵向方向在近侧)。同时，径向凸缘164可以在尖端150中所包括的孔160和孔162两者的下方(例如，沿着纵向方向在近侧)。因此，利用锁定环180将分配器120不能移除地固定至尖端150形成了限定多个流体通路的子盒101；然而，流体通路可能直到电极190也安装在其中才被完全限定。

更具体地，分配器120通常限定流体入口通道106，其中流体F可以进入分配器120的内部空腔132。流体F可以经由孔130离开内部空腔132并且移动成与锁定环180的侧壁184的内表面1842接触，该内表面朝向尖端150的孔160和孔162向远侧引导流体F。即，由于锁定环180抵靠分配器120的径向凸缘128和尖端150的径向凸缘164固定，因此锁定环180可在孔130的外部以及孔160、162的外部之间形成轴向的(以及环形的)通道。

流体动力学原理(例如，沿着最小阻力的路径的流体)可以自然地将流体F在孔160与孔162之间分开。因此，一些流体F可以沿着第一流体路径114进入孔160以进入尖端150的内部空腔152(该内部空腔可以通过安装在其中的电极190从分配器120的内部空腔132分开)并且朝向尖端150的孔口172流动。另一方面，一些流体F可以进入孔162，穿过径向凸缘164，并且移动成与远侧部分170的远侧区域的外表面176接触，例如以在孔口172外部径向地形成保护气流。

仍参见图4和图5，在所描绘的实施例中，子盒100和/或子盒101包括电弧引发器140，该电弧引发器固定地且不能移除地固定在分配器120中。如下文进一步详细描述，电弧引发器140可以允许子盒100击打维弧(例如，可从子盒100吹出以将电弧转移到工件的电弧)。电弧引发器140从第一端142延伸至第二端144并且可以包括设置在其间的台阶146。电弧引发器140的总体形状和大小(包括台阶146的尺寸和位置)可以允许电弧引发器140固定在形成于分配器120中的轴向孔134内。例如，电弧引发器140可以压配合到电弧引发孔134中以将电弧引发器140不能移除地固定在其中。可替代地，分配器120可以围绕电弧引发器140形成，诸如经由包覆模制或其他类似的制造技术形成。然而，电弧引发器140不需要包括在子盒100或子盒101中，并且仅被提供为能够为子盒100或子盒101引发电弧的示例部件。

消耗品部件

现在转向图6A至图6C，在所描绘的实施例中，分配器120是环形部件，该环形部件围绕内部空腔132从近端或上游端122延伸至远端或下游端124。上游区段或近侧区段1222从近端122延伸，下游区段或远侧区段1242从远端124延伸，并且径向凸缘128设置在上游区段或近侧区段与下游区段或远侧区段之间。径向凸缘128径向地延伸超出近侧区段1222和远侧区段1242以限定下座表面126，锁定环180可以固定到该下座表面上。分配器120中所包括的孔130在径向凸缘128的下游(例如，下方)。即，孔130可以设置在远侧区段1242中并且可以从远侧区段1242的外表面136延伸到内部空腔132。

在所描绘的实施例中，近侧区段1222主要是圆柱形的，但是包括隆起部1224，轴向孔134在该隆起部中形成。其他实施例(诸如没有电弧引发器140的那些等)可以不包括隆起部1224；然而，当近侧区段1222包括隆起部1224时，它在本文中仍可以被描述为“大体上圆柱形”，因为该术语旨在表示大致圆柱形而不必是完全圆柱形的形状。远侧区段1242还可以是大体上圆柱形的，但是可以具有比近侧区段1222更宽的外半径并且可以具有锥形内表面1324。特征中的每个特征可以允许分配器120接合子盒100的附加部件以相对于这些附加部件固定地紧固分配器120。

具体地，远侧区段1242的外半径可以被定尺寸成紧贴地位于由尖端150(参见图7C)限定的分配器座1542内，而内表面1324渐缩以提供用于可以位于其中的电极190的匹配表面。内表面1324的锥度也可以限定在分配器120的远端124处的电极190的接合肩部，如下文进一步详细描述的。在所描绘的实施例中，内表面1324在孔130上方是圆柱形的并且在孔130下方开始渐缩。此外，在所描绘的实施例中，内表面1324具有单一的线性锥形。然而，在其他实施例中，内表面1324可以限定一个或多个斜面，无论是线性的、弯曲的或不规则的，和/或内表面可以限定任何其他特征(诸如台阶等)，这些特征可以帮助将电极190能移除地或不能移除地固定到内表面1324。附加地或可替代地，内表面1324可以从任何位置开始渐缩并且不需要在孔130的下方开始渐缩。

通常，分配器120可以是非导电的或绝缘的部件。例如，分配器120可以由橡胶、塑料、合成材料或它们的一些组合形成。因此，分配器120可以分别与盒和/或炬的阳极和阴极部件(诸如尖端150和电极190等)接触。此外，在所描绘的实施例中，消耗品可以适用于单个气体炬，并且因此，在至少一些情况下，分配器120可以被称为气体分配器120。

现在转向图7A至图7C，在所描绘的实施例中，尖端150是从近端或上游端154延伸至远端或下游端168的环形部件。上游区段或近侧区段156从近端154延伸以及下游区段或远侧区段170从远端168延伸。近侧区段156和远侧区段170各自环绕或限定内部空腔152，该内部空腔终止于由远侧区段170限定的孔口172中。此外，近侧区段156通常包括将流体转向到用于不同目的(例如，等离子气体和保护气体)的不同通路的特征，而远侧部分170通常包括与附加消耗品的相对表面(例如，电极和护罩帽)协作的特征，以限定将流体集中到特定点或区域上或特定点或区域中(例如，产生穿过等离子腔室的流或集中保护气体)的流动路径。

更具体地，如上所述，近侧区段156限定第一组孔160和第二组孔162。第一组孔160从近侧部分156的外部表面1562延伸至近侧部分156的内部表面1564以限定进入内部空腔152的通路。在所描绘的实施例中，近侧部分156是大体上圆柱形的，并且孔160设置在向内延伸到圆柱形近侧部分156的外部表面1562中的弧形凹陷158中。凹陷158可以帮助减轻在孔160的入口处的压差；然而，在其他实施例中，近侧部分156可以包括具有不同形状、不同尺寸等的凹陷，或者不需要包括凹陷158。

同时，第二组孔162设置在近侧部分156上包括的径向凸缘164上并且延伸穿过该径向凸缘。径向凸缘164从近侧部分156的远侧外部分轴向地延伸，但是与远侧部分170径向地间隔开，使得间隙166设置在径向凸缘164与远侧部分170的外表面176之间。即，径向凸缘164越过远侧部分170的顶端或近端延伸并且与远侧部分170的顶端或近端同心，但是与远侧部分170的外表面176间隔开以在其间限定间隙166。例如，在一些实施例中，可以通过在近侧部分156的远端中进行底切来形成径向凸缘164，并且因此，间隙166也可以称为底切部分166。由于间隙/底切部分166，第二组孔162将流体引导到远侧部分170的外表面176上，而不是引导到尖端150的内部空腔152中。

远侧部分170被定形状为朝向工件平滑地引导在近侧部分156中产生的流动。具体地，远侧部分170包括平滑地朝向孔口172引导流体的定轮廓的内表面175。在不同的实施例中，内表面175可以具有不同的轮廓，但是在所描绘的实施例中，轮廓是通常与安装在尖端中的电极190的相应表面相匹配的、平缓的凹形斜坡(例如，参见图2B)。同时，外表面176包括凹形轮廓174(在本文中使用凹形来表示弯曲、倾斜或以其他方式向内定轮廓到部件的主体中的表面的范围内)，该凹形轮廓轴向地引导气体以围绕孔口172产生流动保护气体(参见图2B)。

仍参见图7C至图7C，近侧部分156还包括或限定允许尖端150能移除地或不能移除地耦接到附加的消耗品部件(诸如分配器120和锁定环180等)的特征。首先，如上所述，径向凸缘164限定下座表面165，锁定环180可固定在该下座表面上。值得注意的是，座表面165不从远侧部分170的外表面176延伸。相反，座表面165与外表面176通过间隙166间隔开，并且因此座表面165不会破坏或以其他方式冲击由远侧部分170的外表面176限定的流动表面。第二，并且如上所述，近端154限定了被配置成接纳分配器120的分配器座1542。即，近端154限定了分配器座1542，该分配器座具有被配置成与分配器120的远侧区段1242的外径相匹配的内径。

在至少一些实施例中，尖端150是导电部件。可替代地，尖端150可以包括导电部分。即，尖端150可以由能够导电的金属、金属合金或者其一些组合形成的部件形成或者包括由能够导电的金属、金属合金或者其一些组合形成的部件。这可能是重要的，因为尖端150可以是一组消耗品中的阳极消耗品，并且可以导电以启动维弧。附加地或替代地，尖端150可以是导电的以促进刮擦启动和/或在处理操作期间提供接地。

现在转向图8A至图8C，在所描绘的实施例中，锁定环180是另一个环形部件并且限定了大体上圆柱形内部空腔181。锁定环180包括上游端182、下游端186以及从上游端182延伸至下游端186的侧壁184。如上所述，侧壁184包括内表面1842，该内表面面向分配器120的外部表面和尖端150，以在锁定环180与尖端150和分配器120两者之间限定环形的外部轴向通道87(见图2B)(例如，以允许气体从分配器120中的孔130流到尖端150中的第一组孔160和第二组孔162)。

锁定环180的上游端182限定具有第一直径D1的第一开口1822(参见图8C)，并且下游端186限定具有第二直径D2的第二开口1862(参见图8C)。第一直径D1被定尺寸成与分配器120的近侧区段1222匹配。即，第一直径D1被尺寸成使得第一端182可以安装在近侧区段1222之上并且接合由分配器120的径向凸缘128限定的座表面126。同时，第二直径D2被定尺寸成使下游端186与由尖端150的径向凸缘164限定的座表面165对准。具体地，第二直径D2可以允许下游端186接合径向凸缘164，而不覆盖形成在径向凸缘164与尖端150的远侧部分170之间的间隙166。因此，在所描绘的实施例中，第二直径D2可以大于第一直径D1。

锁定环180的整体尺寸允许锁定环180的端部182、186分别紧密地接合分配器120和尖端150的对应座表面126、165。这种紧密接合可以将尖端150和分配器120在锁定环180内固定地紧固在位。即，该接合可以确保分配器120和尖端150在一组消耗品(诸如子盒101、子盒100或消耗品盒80等)内静止。另外，在一些实施例中，由上游端182和下游端186产生的紧密接合可以密封形成在锁定环180内部的轴向外部通道87(参见图2B)。

更具体地，锁定环180可以通过压缩材料来抵靠分配器120密封，该材料可以由至少有一定弹性的绝缘材料(例如，塑料、橡胶或其组合)形成。另一方面，尖端150和锁定环180两者都可以是由金属(或任何其他导电材料)形成的导电部件，并且可以通过抵靠彼此压缩导电材料形成密封。这还可以将锁定环180电连接至尖端150，使得例如锁定环180可以在炬与尖端150之间导电。然而，在一些实施例中，上游端182、下游端186、座表面126和/或近侧部分156的部分还可以包括密封元件，诸如O形环或其部分，密封元件改善锁定环180与尖端150之间和/或锁定环180与分配器120之间的密封(但不防止它们之间的传导性)。

仍参见图8A至图8C，在所描绘的实施例中，开口1822不是完美的圆形，而是包括凹槽1824。凹槽1824被配置成与形成于分配器120的近侧区段1222中的隆起部1224相匹配。然而，值得注意的是，凹槽1824和隆起部1224不仅提供用于轴向孔134(用于引发部140)的空间。此外，这些特征可以将分配器120锁定到锁定环180内的特定取向，并可防止分配器120相对于锁定环180旋转。因此，隆起部1224和凹槽1824可以确保分配器120在锁定环180内是静止的。另外，在所描绘的实施例中，上游端182可以包括标记188，并且凹槽1824可以帮助将标记188对准在特定位置，使得可以经由现在已知的或以后开发的任何技术(例如，经由光学识别)来识别标记188。

虽然未示出，但是在至少一些实施例中，锁定环180的下游开口1862和尖端150的径向凸缘164还可以包括类似的键接特征以将尖端150对准和旋转地固定在锁定环180内。可替代地，尖端150与锁定环180之间的紧密接合可以足以防止尖端150的旋转，或者尖端150可以相对于锁定环180自由旋转，但可以在所有其他自由度上固定(例如，使得尖端150可以围绕中央轴向轴线旋转但不能轴向平移、侧向平移、倾斜或以其他方式移动)。

现在转向图9A至图9C来描述示例电极190，该电极可以不能移除地包括在盒(诸如消耗品盒80或子盒100等)中，或能移除地耦接到盒(诸如子盒101等)。电极190从近端192延伸至远端194，该远端包括发射性嵌入件1942(或限定用于发射性嵌入件1942的空腔)，诸如铪嵌入件等。近侧部分193从近端192延伸，远侧部分196从远端194延伸，并且肩部198在近侧部分和远侧部分之间径向向外延伸。

通常，电极190由导电材料形成，并且被配置为连接至炬中的阴极元件并且接收负电势。由此，当电极190与带正电(和/或接地)尖端150间隔开时，可能在电极190与尖端150之间引出电弧，如下文进一步详细描述的。近侧部分193和远侧部分196可以各自主要是圆柱形的，但可以包括使到其相应端部的过渡平滑的倒角或锥形边缘。使到近端192的过渡平滑可允许近端192容易地连接到炬的阴极元件，而到远端194的平滑过渡可使进入等离子腔室(例如，图2B的等离子腔室92)和/或朝向尖端150的围绕电极190设置的孔口172的流动路径平滑。

电极190的肩部198可以允许电极190牢固地位于分配器120内，并且在至少一些实施例中可以不能移除地将电极190固定在分配器120内。例如，在所描绘的实施例中，肩部198包括第一台阶1982、第二台阶1984和第三台阶1986。第一台阶1982径向地延伸超出近侧部分193，而第二台阶1984径向地延伸超出第一台阶1982并且朝向第三台阶1986渐缩。即，第二台阶1984的顶部或近端具有的直径大于第一台阶1982的直径，但是在其底端处渐缩为更小的直径(它可以比第一台阶1982的直径更小、更大或相等)。然后，第三台阶1986径向延伸超出第二台阶1984并且朝向远侧部分196渐缩。因此，台阶1982、1984、1986中的所有三个台阶限定了硬的上边缘，该上边缘可以在抵靠壁或表面接合时防止朝近侧方向的纵向移动(例如，向上移动)。

仍参见图9A至图9C，但现在结合图2B和图6A至图6C，作为具体示例，如果第三台阶1986设置在分配器120的远端124的下方，则分配器120的会聚内表面1324的渐缩可以会聚以限定开口，该开口具有的直径小于第三台阶1986的上边缘的直径。即，分配器120的锥形内表面1324和电极190的第三台阶1986可以协作以形成棘爪状接合。同时，第二台阶1984可以接合分配器120的锥形内表面1324并且防止电极190朝远侧方向(例如，向下)纵向移动。这还可以密封分配器120的内部空腔132的底部以防止流体F直接从分配器的内部空腔132流入尖端150的内部空腔152中。

在一些实施例中，电极190的肩部198与分配器120的内表面1324之间的接合可以不能移除地将电极190固定在分配器120内。例如，电极190可压配合成与分配器120接合，并且在不破坏分配器120和/或电极190的情况下，电极190不能从分配器120移除。然而，在其他实施例中，电极190的肩部198与分配器120的内表面1324之间的接合可以允许电极190能移除地安装在分配器120内(例如，通过手按压电极190并且通过手拉出电极190)。如果电极190的寿命显著短于一组消耗品中的其他消耗品(例如，如果尖端寿命是电极的两倍)，则具有能移除地安装的电极190的实施例可以是特别有用的。然而，不能移除地安装的电极190可确保电极190牢固地连接至其他部件，并且相对于其他部件适当地对准，这可以使电极190的寿命最大化。

此外，如所提及的，电极190是可以与本文呈现的消耗品一起使用的仅一个示例电极，并且在至少一些实施例中，本文呈现的其他消耗品(诸如形成子盒101的消耗品等)可以与各种各样的电极一起使用。电极190的其他实施例可以包括允许电极190固定在分配器120(能移除地或不能移除地)内的各种特征，可以具有不同的尺寸或形状，和/或可以包括呈任何配置的一个或多个发射性嵌入件。

第二消耗品子盒

现在转向图10至图13E，这些图描绘了子盒200中所包括的一个或多个部件。如上所述，在所描绘的实施例中，子盒200包括护罩210和护罩杯240。这些部件可以独立制造并且不能移除地耦接在一起以形成子盒200或以任何其他方式形成为一体式盒200。可替代地，这些部件可以单独包装并且可以彼此能移除地耦接。为了图示这一点，图10提供了子盒200中所包括的部件的分解图，图11提供了组装的子盒200的剖视图，图12A至图13E描绘了可用于形成子盒200的单个部件。

更具体地，图10和图11图示了实施例，其中通过将护罩210的接合构件219固定到包括在护罩杯240上的相应凹槽278中来将护罩210不能移除地耦接到护罩杯240。然而，在其他实施例中，接合构件219和凹槽278可以被配置为允许能移除地耦接，或者可以由允许能移除地耦接的结构元件替换。例如，接合构件219可以包括可以能移除地接合凹槽278的螺纹。不管护罩210和护罩杯240是不能移除地耦接还是能移除地耦接在一起，护罩210和护罩杯240还可以限定对准和配合护罩210和护罩杯240的其他特征。例如，在所描绘的实施例中，护罩210的内表面213限定了肩部232，当护罩210和护罩杯240耦接在一起时，护罩杯240的远端2402接合肩部232。

在任何情况下，护罩210从近端218延伸至远端216，以及护罩杯240从近端2401延伸至远端2402。护罩210的近端218与护罩杯240的远端2402接合(例如，经由接合构件219和凹槽278)以形成可覆盖子盒100的大致会聚的护罩(例如，参见图2A、图2B和图3)。即，护罩杯240是围绕内部空腔2403形成的环形部件，护罩210是围绕内部空腔228(和出口孔口214)形成的环形部件，并且内部空腔228、2403可以形成内部空间，该内部空间被定尺寸成接纳子盒100的大部分。因此，当子盒100和子盒200连接到炬本体(例如，炬本体52或62)时，子盒200可以保护子盒100免受在加工操作期间产生的飞溅(而出口孔214提供用于加工操作所需的保护气体、等离子气体和电弧离开子盒200的空间)。

仍参见图10和图11，如上所述，在至少一些实施例中，子盒200可以机械地且电气地连接到炬本体(例如，炬本体52或62)。事实上，在一些实施例中，子盒200可以仅提供到炬的机械连接，并且子盒100可以经由子盒200耦接到炬。即，在一些实施例中，子盒100可以机械连接到或位于子盒200中，并且子盒200可以机械连接到炬以将子盒100连接到炬。如上所述，为了提供这样的连接，护罩杯240包括从护罩杯240的近端2401延伸的第一导体242和第二导体252，其各自在下面进一步详细描述。

消耗品部件

现在转向图12A至图12C，护罩210大致从其近端218朝向其远端216(例如，朝向出口孔口214)会聚。更具体地，护罩210包括外表面211和内表面213，外表面和内表面越过护罩210的近侧部分220(其从远端216延伸)大致会聚。例如，在所描绘的实施例中，外表面211包括会聚表面224，该会聚表面具有在圆柱形表面222与平坦表面226之间延伸的恒定斜率。同时，内表面213大致朝向孔230会聚，但限定用于护罩杯240的肩部232，如上所述。因此，当子盒100安装在子盒200中时，护罩210的内表面213可以与尖端150的外表面176协作以将流体F朝向孔230和/或孔口214(例如，沿着第一流体路径88，如图2B所示)引导。通过比较，护罩210的远侧部分212为大致圆柱形，并且在护罩210的远端216处限定出口孔口214。

出口孔口214的通常被定尺寸成使得从子盒100离开的气体和/或从子盒100延伸的弧可以穿过出口孔口214行进至工件，而不接触子盒200。然而，并非所有离开子盒100的气体都行进穿过出口孔口214。相反，一些保护气体(例如，沿着图5中的第二流体路径保护部116流动的气体)可以经由孔230离开护罩，这允许保护流体离开护罩210的内部空腔228。在所描绘的实施例中，在平坦表面226中形成孔230，使得孔230产生在与离开出口孔口214的气体大致相同的方向上(例如，竖直向下)流动的一列气体。即，孔230可以平行于出口孔口214。

现在转向图13A和图13B，在所描绘的实施例中，护罩杯240包括第一导体242、第二导体252和绝缘套筒260。如在图13B中最佳可见，第一导体242延伸穿过形成在绝缘套筒260中的通道2664，而第二导体252位于绝缘套筒260的内表面264上。绝缘套筒260的至少一部分设置在内表面264与通道2664之间，并且因此，绝缘套筒260使第一导体242绝缘于第二导体252。因此，第一导体242可以形成用于第一部件的电连接，而第二导体252可以形成用于第二部件的独立且独自的电连接。例如，在所描绘的实施例中，第一导体242可以使护罩210接地，而第二导体252使安装在子盒200内的子盒100中所包括的尖端150接地和/或向该尖端提供正电势(例如，经由锁定环180)。

图13C描绘了缺少绝缘套筒260的第一导体242和第二导体252。如可以看到的，在一端，第一导体242包括凸缘244，该凸缘可以机械地和电气地连接到包括在炬本体中的对应特征(例如，经由部分旋转)。凸缘244经由长形构件246连接至环构件248。长形构件246可以延伸穿过绝缘套筒260中所包括的通道2664，而环构件248提供环形电连接器，该环形电连接器可以与护罩210的近侧部分220相匹配以将护罩210接地。在所描绘的实施例中，环构件248包括间隙2482，该间隙可以将环构件248连接到绝缘套筒260，如以下进一步详细描述的。

第二导体252还包括一个或多个凸缘，该一个或多个凸缘类似于第一导体242上所包括的凸缘244。例如，在所描绘的实施例中，第二导体252包括两个凸缘254。因此，总体上，第一导体242和第二导体252可以提供三个机械连接点，在该三个机械连接点处子盒200可以固定到炬本体，这可以确保该机械连接是稳定的并且将子盒200(或消耗品盒80、消耗品盒80'等)保持在固定位置中。两个凸缘254还可为由凸缘254提供的电连接提供冗余，这对于确保形成有护罩杯240的盒可以击打电弧可能是重要的。然而，在其他实施例中，第一导体242不需要包括两个凸缘254，并且可以包括一个凸缘254或三个或更多个凸缘，并且这些凸缘可以与附图中所描绘的那些凸缘不同。

在所描绘的实施例中，凸缘254从圆柱形构件256的顶部边缘2562延伸。顶部边缘2562还限定了凹口2564，该凹口被配置成与绝缘套筒260的通道2664对准，这可以确保第二导体252在安装在通道2664中时不接触第一导体242。同样地，底部边缘2566与第一导体242的环构件248间隔开。由此，第二导体252和第一导体242可提供独立且单独的导电通路。另外，圆柱形构件256是环形的以限定内部空腔258，该内部空腔限定护罩杯240的内部空腔2403的至少一部分。

图13E描绘了不具有第一导体242和第二导体252的绝缘套筒260。绝缘套筒260包括相对平坦或平面的顶表面262，当包括护罩杯240的一组消耗品安装在炬本体上时，该顶表面可以坐靠在炬本体(例如，炬本体52或62)的相应平坦或平面的表面上。在所描绘的实施例中，顶表面262由外缘268界定，当将护罩杯240(或整个消耗品盒，诸如消耗品盒80或子盒200等)附接到炬本体上或从炬本体上拆卸时，该外缘为使用者提供抓握部以进行抓握。

如所提及的，绝缘套筒260包括被尺寸成接纳第二导体252的内表面264。在所描绘的实施例中，内表面264还包括允许第二导体252齐平地抵靠内表面264坐置的特征。具体地，内表面264包括被定形状成接纳第二导体252的圆柱形构件256(包括凹口2564)的第一凹槽2642以及被定形状成接纳凸缘254的第二凹槽2666。同时，护罩杯240的外表面270被定形状和定尺寸成位于护罩210和第一导体242内和/或接合护罩210和第一导体242。例如，在所描绘的实施例中，凸缘276从绝缘套筒260的底表面274延伸。凸缘276被定尺寸以及定位成接合第一导体242的环构件248中所包括的间隙2482。

电弧引发

在图2A至图13E中所描绘的实施例中，电弧引发器140是固定元件，该固定元件被固定在分配器120内并且延伸到尖端150与电极190之间的间隙中。电弧引发器140可连接至负电势，诸如与电极190所连接的功率相同的功率，但定位成比电极190更靠近尖端150。因此，电弧可以在电弧引发器140与尖端150之间击打，其中功率小于在电极190与尖端150之间击打电弧所需的功率(例如，其中脉冲小于常规高频启动所需的脉冲)。一旦在电弧引发器140与尖端150之间击打电弧，气体流(例如，沿着第二流体路径90，如图2B所示)就可以在最终将电弧从尖端150吹出并从由尖端150限定的孔口172离开之前将电弧转移到电极190和尖端150。

然而，由于电弧引发器140的尺寸和功能性，电弧引发器140可能需要尖端150与电极190之间的精确对准。由此，将电弧引发器140结合到一体式盒(即，具有不能移除的、不可维修的零件的盒)中可以确保电弧引发器140正确地定向。此外，如果形成有本文呈现的消耗品的盒包括静止的电弧引发器140，则整个盒(例如，消耗品盒80或子盒100)可以是固定的和静止的。即，利用静止的电弧引发器140，盒(诸如消耗品盒80等)可以不包括任何移动零件，这可以延长盒的寿命。然而，在一些实施例中，电弧引发器140不需要是静止的，但可以允许消耗品的剩余部分保持静止，并且因此可以仍然延长盒的总寿命。例如，电弧引发器140可以由形状记忆合金形成，该形状记忆合金移动成与尖端150和/或电极190接触以及脱离接触，以在尖端和电极之间引起电弧。可替代地，电弧引发器140可以用以下结合图14至图20讨论的替代性电弧引发器之一替换。

现在转向图14至图20，总体上，这些图图示了可以与本文呈现的消耗品和盒、或至少与本文呈现的消耗品和盒的某些实施例一起使用的附加电弧引发技术。为了简单起见，当可能时，这些技术关于以上讨论的消耗品来描述。然而，这样的说明并不旨在将这些技术仅限于本文讨论的消耗品。事实上，本文呈现的许多启动技术代替了电弧引发器140，同时还要求以上讨论的消耗品中的一个或多个消耗品被修改和/或补充有附加部件。因此，在图14至图20中，可以大致类似于以上呈现的消耗品的部件(例如，分配器120、尖端150、锁定环180、电极190等)标记有相同的附图标记，即使这样的零件在附图之间可能不相同。

首先，图14示意性地描绘了用于以压力致动启动在盒500内启动电弧的技术。在该实施例中，引发器502围绕电极190设置或设置在该电极旁边，在分配器120和尖端150之间。引发器502是导电的并且最初被定位成接触电极190和尖端150两者，从而完成它们之间的电路。然而，引发器502相对于电极190能够纵向移动，其中尖端150限定用于纵向移动的下游边界并且分配器120限定用于纵向移动的上游边界。因此，可使用压力将引发器502从接触位置移动到分开位置，并且特别地将引发器502与尖端150分开，以在尖端150与电极190之间引出维弧(pilot arcing，引燃电弧)，该维弧引发加工操作。

更具体地，盒500可以限定进入在引发器502上方的上游腔室504和在引发器502下方的下游腔室506中的流体通道。例如，在图2B所描绘的布置中，引发器502可以布置在第二流体路径90上，并且尖端可以包括附加特征(例如，孔和壁/凸缘)以限定腔室504、506。然而，为简单起见，在图14中，流经分配器120的流体示出为进入腔室504，并且锁定环180被描绘为具有通向下游腔室506的开口582。

不管腔室504、506如何被限定，加压腔室504将持续与电极190接触的引发器502移动到与尖端150接触。即，加压腔室504将通过将引发器移动到接触电极190和尖端150的接触位置来“设定”或准备用于电弧引发的引发器502。然后，如果腔室506在引发器502处于其接触位置时被加压，则引发器502将远离尖端150移动(例如，向上移动)，同时引出维弧并引发加工操作。然而，在其他实施例中，引发器可以持续接触尖端150而不是电极190，并且当从接触位置移动到与电极190分离的分离位置时仍然引出电弧。

在所描绘的实施例中，盒500通过导管组件耦接到气体源，该导管组件包括两个阀：阀510和阀520。因此，在所描绘的实施例中，腔室504通过开启阀520并且关闭阀510而被加压，而腔室506通过开启阀510并且关闭阀520而被加压。附加地或可替代地，阀520可以在腔室506被加压时打开至排放位置，以便减小腔室506中移动引发器502所需的压力量。无论哪种方式，在具有这种阀布置的至少一些实施例中，阀可以通过响应于触发致动而生成的电信号来操作。例如，触发器启动致动可以打开阀510并关闭阀520(可能在临时打开阀520之后，其中阀510打开或关闭)，并且触发器停止致动可能打开阀520并关闭阀510。

然而，前述阀布置和前述控制布置都仅仅是示例，并且在其他实施例中，可利用流动路径、阀布置或现在已知或以后开发的用于控制加压的特征的任何组合来产生用于驱动引发器502的压力。同样地，任何加压特征或部件可以用任何期望的控制布置/逻辑来控制。此外，在一些实施例中，盒不需要包括引发器502，并且电极190或其一部分可以通过压力变化被驱动成与尖端150接触以及脱离接触。

接下来，图15示意性地描绘了一种用于利用机械致动在盒600内引发电弧的技术。类似于盒500，盒600包括围绕电极190设置在分配器120与尖端150之间的导电引发器602，但是现在引发器602被压力推动一个方向并且被弹性构件610以相反方向推动，该弹性构件包括在盒600安装于其上的炬本体52的操作端中(然而，附图标记52仅用作示例，并且炬本体还可以代表炬本体62)。

更具体地，当盒600与炬本体52断开连接时，引发器602可以在电极190上“浮动”，“浮动”在旨在表示引发器602可以沿着电极190自由移动的范围内。然后，当盒600安装到炬本体(诸如炬本体52等)上时，炬本体52中所包括的弹性构件610可以接合引发器602并且推动引发器与尖端150接触(例如，向下)，使得引发器602完成尖端150与电极190之间的电路。然后，为了引发电弧，流体(例如，工艺气体)可以被引入引发器602下面的区域604，直到区域604中的压力克服由弹性构件610施加的推力，使引发器602移动脱离与尖端150的接触(例如，向上移动引发器602并在尖端150与电极190之间的引出维弧)。当流体不再被递送到区域604时，压力将消散，并且弹性构件610将把引发器602移回到与尖端接触，使盒600准备好用于另一次引发。

在图15的示意图中，流体可以通过尖端150中的、在锁定环180下游的开口进入区域604；然而，这仅仅是为了简单而提供的一个示例。作为另一个示例，在图2B所示的布置中，可改变尖端150、分配器120和/或电极190，使得横越第二流体路径90的流体F致动引发器602。此外，在该示例中，弹性构件610可以延伸穿过轴向孔134而不是电弧引发器140(和/或分配器120可被进一步修改)。

现在转向图16A和图16B，这些图示意性地描绘了用于利用磁性致动在盒内引发电弧的技术。具体地，图16A和图16B示意性地描绘了具有由磁性材料形成或包括磁性材料的引发器702的盒700。引发器702类似于引发器502、602，只要引发器702可以从其中引发器接触尖端150和电极190的接触位置移动到间隔或分开的位置，以在尖端150和电极190之间引出电弧即可。然而，现在，磁性致动(而不是由弹性构件产生的压力致动或机械致动)移动引发器702。

具体地，其上安装有盒700的炬本体52中的磁体710可以使引发器702在接触位置P1(图16A中示出了其示例)与分离位置P2(图16B中示出了其示例)之间移动(然而，再次，附图标记52仅用作示例，并且炬本体还可以代表炬本体62)。当引发器702的上游极与炬磁体710的下游极相同(例如，两者都为负)时，炬磁体710将排斥引发器702并将引发器702移动到其接触位置P1。替代地，当引发器702的上游极与炬磁体710的下游极相反(例如，一个正极和一个负极)时，炬磁体710将吸引引发器702并将引发器702移动到其分离位置P2。将引发器702从其接触位置P1移动至其分离位置P2在尖端150与电极190之间引起电弧并且启动炬。

在一些实施例中，磁体710可以从排斥引发器702(图16A)的第一配置C1物理地重新定向至吸引引发器702(图16B)的第二配置C2。例如，磁体710可以围绕其中心旋转。磁体710的重新定向可引起引发器702在其接触位置P1和其分离位置P2之间线性地或旋转地移动，其不必是图16A和图16B所描绘的精确位置(例如，如果重新定向引起引发器702的旋转)。可替代地，炬磁体710的磁极可以被反转，诸如通过利用电磁体作为炬磁体710并且将穿过电磁体的电流方向反转。

作为更具体的示例，在一些实施例中，炬磁体710可以包括具有沿相反方向延伸的两个绕组的电磁体。在启动时，电流可短暂地沿绕组之一向下流动，以使炬磁体710的磁极定向为配置C1，该配置将引发器702排斥到接触位置P1中。然后，将电流切换至第二绕组，将炬磁体710的磁极配置反转至配置C2，并且将引发器702从接触位置P1移动至分离位置P2，从而引出电弧。

事实上，在至少一些实施例中，导频电流(pilot current)可以流经绕组以避免使用与截止电流分开的电磁铁电路可能产生的干扰。第一绕组可被连接回电源，并且第二绕组可连接到尖端150或电极190中的一个，使得当引发器702从接触位置P1移动至分离位置P2时，电流被递送至尖端150或电极190中的一个。如果主电力线(或其一部分)延伸通过后一绕组(其引起引发器移动分离位置P2)，则当电弧接通时磁体710将保持在分离位置P2中。然而，如果导频电流流过后一绕组，则空气压力可用于保持引发器702返回，直到需要新的电弧引发。

值得注意的是，在图16A和图16B中，示出了引发器702与电极190(例如，阴极)持续接触。然而，在其他实施例中，引发器702可以持续与尖端150接触。此外，尽管引发器702被描绘为滑动，但是引发器702不必需滑动，并且如所提及的，在一些实施例中，可以旋转或以其他方式移动而不滑动。更进一步，在其他实施例中，消耗品组不必需包括由磁性材料形成或包括磁性材料的引发器702，并且相反，电极190或尖端150可以是能移除的并且由磁性材料形成或包括磁性材料。在这样的实施例中，磁体710可以将电极190吸离尖端150以引出电弧，将尖端150排斥离开电极以引出电弧，吸引尖端150直到尖端150被工艺气体吹离电极190以引出电弧，或者产生允许尖端150和电极190分离并引出电弧的任何其他排斥或吸引。

作为又一替代方案，图17示意性地描绘了用于在盒800内利用可枢转的电弧引发器802和流动障碍物810引发电弧的技术。引发器802定位在类似于电弧引发器140的位置中，但现在经由枢转连接件804连接到分配器120。因此，引发器802可以在接触尖端150或接触电极190之间自由地来回摇摆。流动障碍物810定位在引发器802的上游，并且流动障碍物810具有这样的几何形状，该几何形状被调整为，当越过障碍物810的流体流F的压力达到用于维弧的理想水平时排出交替涡流812，类似于冯·卡门(Von Karman)涡街尾流。振荡涡流812引起引发器802来回摆动，交替地与尖端150和电极190接触，这将引起电弧。

在一些实施例中，盒800还可以包括嵌套件806，该嵌套件可在切割期间将引发器抵靠电极190锁定或锁定在尖端150与电极190之间的位置中。例如，随着流体F的流速在引导之后(例如，在切割期间)增加，压力可将引发器802向前吸入到嵌套件806中，这将在切割期间保持引发器802稳定，以避免与尖端150的意外接触。附加地或替代地，在一些实施例中，引发器802可自身形成流动障碍，以从其自身的尾流产生交替的排出涡流(例如，在没有障碍物810的情况下)，从而引起振荡拖曳负载和振荡运动。

现在转向图18，在一些实施例中，本文所呈现的消耗品和盒不必需包括专用电弧引发器并且可以经由刮擦启动来引发电弧。在此类实施例中，尖端150可以接地并且与具有正电势的工件902接触，这可以在盒900中的电极与工件902之间引出电弧(如在位置2处所示)。在一些情况下，刮擦启动可以引起电弧在尖端150与电极190之间暂时延伸；然而，尖端150不引起电弧引发，工件902与盒900之间的接触引起电弧引发。

图19和图20图示了用于在盒中引发电弧的又一另外的技术。在至少一些实施例中，这些技术可以在盒内移动电极。然而，电极仍可以不能移除地固定在盒内和/或不能移除地耦接到附加的消耗品部件。可替代地，前述技术可以与提供独立于盒的电极的实施例一起使用，诸如允许电极190能移除地耦接到子盒101的实施例等。虽然在这些实施例中电极可能不是静止的，但包括或连接到可移动电极的盒仍可解决最终使用者的库存和组装问题。即，包括或连接到可移动电极的盒仍然可以利用单一动作连接到炬，并且可以消除使用者维持各种各样的消耗品的库存的需要。此外，被配置成执行这些技术的实施例可能比使用更脆弱的部件(诸如弹簧等)来创建消耗品移动的消耗品组更稳固。

也就是说，在图19中，盒1000包括电极190，当盒1000安装在炬本体52上时，该电极连接到炬50的触发器58。具体地，电极190经由连杆1002连接至触发器58。连杆1002被配置成响应于触发器58的致动(即，响应于触发器拉动/压下)而将电极190向上拉离尖端150。这种向上移动在尖端150与电极190之间引起电弧并且引发炬。然而，图19仅是连杆致动的电弧引发的一个示例，并且在其他实施例中，连杆或一系列连杆可以移动尖端150、引发器(例如，像引发器502、602、702等)或这些部件的任何组合来引出在尖端150与电极190之间的电弧和/或引出可以被转移至尖端150和电极190的电弧。

相比之下，在图20中，盒1050包括在电极190上游的密封流体腔室1052。流体腔室1052在电极190上持续施加下游压力，迫使电极190与尖端150接触，直到抵抗该下游压力的力。特别地，在引导朝向等离子腔室递送的工艺气体期间，将在等离子腔室中产生比流体腔室1052中的压力更强的压力。由此，等离子腔室压力将引起电极190与尖端150分离，从而在该电极与该尖端之间引出电弧。有利地，这样的技术还可以使尖端150与电极190之间的间隙尺寸与气压相关联，这可以保持电极190更靠近尖端150并且减少在较低压力下的电弧拉伸。

虽然已经详细并且参照其具体实施例图示和描述了本文呈现的消耗品，然而并不旨在局限于所示出的细节，因为可以在此进行的各种修改和结构改变将是明显的，而不脱离本发明的保护范围并且在权利要求书的等效物的保护范围和范围之内。例如，如所提及的，本文呈现的消耗品可以被修改以连接到任何其他期望的消耗品或非消耗品部件或者与任何其他期望的消耗品或非消耗品部件一起使用，包括促进特定的电弧引发技术。此外，本文呈现的消耗品可以适用于自动化(例如，机械化)和/或手动(例如，手持式)切割。

此外，来自实施例中的一个实施例的各种特征可被结合至实施例中的另一个实施例中。即，认为上面阐述的公开包括具有独立实用性的多个不同的发明。虽然已经以优选形式公开了这些发明中的每项发明，但如本文所公开和图示的其具体实施例不应被认为是限制性的，因为许多变型是可能的。本发明的主题包括本文所公开的各种元件、特征、功能和/或特性的所有新颖且非明显的组合和子组合。因此，适当的是，所附权利要求被广泛地并且以与所附权利要求中阐述的公开内容的保护范围一致的方式进行解释。

还应当理解的是，术语诸如“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“前”、“后”、“侧”、“高度”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“内部”、“外部”、“内”、“外”等在本文中可以使用的术语仅描述了参考点并且不将本发明限制于任何特定的取向或配置。进一步的，术语“示例性”在本文中用于描述示例或说明。在本文中描述为示例性的任何实施例不应被解释为优选的或有利的实施例，而是被解释为本发明的可能的实施例的一个示例或说明。此外，还应理解的是，本文描述的消耗品或其部分可以由任何适合的材料或材料的组合制造，诸如塑料或金属(例如，铜、青铜、铪等)以及其衍生物和其组合。

最后，当在本文中使用时，术语“包括(comprises)”及其衍生词(诸如“包括(comprising)”等)不应当以排除的意义理解，即，这些术语不应被解释为排除所描述和定义的可包括另外的元件、步骤等的可能性。类似地，在任何描述列举“一个(a)”或“一个第一(a first)”元件或其等效物的情况下，该公开内容应当被理解为包括一个或多个该元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个该元件。同时，当本文中使用时，术语“大约(approximately)”及其家族的术语(诸如“大约(approximate)”等)应被理解为指示非常接近伴随上述术语的那些的值。即，应当接受与精确值的合理界限内的偏差，因为本领域技术人员将理解，与所指示值的这种偏差由于测量不准确等而不可避免)。例如，术语“大约”可以表示正或负0.002英寸、0.001英寸或高达0.005英寸的公差。这同样适用于术语“约(about)”和“约(around)”和“大体上(substantially)”。

Claims (20)

1.一种用于等离子电弧炬的消耗品组，包括：

分配器，所述分配器限定从所述分配器的内部空腔延伸至所述分配器的外部表面的多个端口；

喷嘴，所述喷嘴包括：

第一组通道，所述第一组通道从所述喷嘴的内部空腔延伸至所述喷嘴的外部表面；以及

第二组通道，所述第二组通道从所述喷嘴的所述外部表面延伸至所述喷嘴的底切部分；以及

锁定环，所述锁定环被配置成将所述分配器不能移除地固定至所述喷嘴。

2.如权利要求1所述的消耗品组，进一步包括：

电极，所述电极不能移除地连接至所述分配器。

3.如权利要求1所述的消耗品组，进一步包括：

静止电弧引发器，所述静止电弧引发器位于所述分配器中并且定位成延伸到所述喷嘴与设置在所述喷嘴内的电极之间的间隙中。

4.如权利要求1所述的消耗品组，其中，所述喷嘴包括近侧部分和远侧部分，并且所述第一组通道和所述第二组通道延伸穿过所述近侧部分。

5.如权利要求4所述的消耗品组，其中，所述远侧部分限定孔口，所述孔口提供从所述喷嘴的所述内部空腔的出口，所述第一组通道限定到所述孔口的气体通路，以及所述第二组通道限定使气体越过所述远侧部分的外部表面并且绕过所述孔口流动的气体通路。

6.如权利要求4所述的消耗品组，其中，所述底切部分纵向地延伸到所述喷嘴的所述近侧部分的底表面中。

7.如权利要求1所述的消耗品组，其中，所述分配器限定上肩部，所述喷嘴限定下肩部，以及所述锁定环进一步包括：

上游端，所述上游端被配置成接合所述上肩部；以及

下游端，所述下游端被配置成接合所述下肩部。

8.如权利要求7所述的消耗品组，其中，所述上游端限定具有第一直径的第一开口，以及所述下游端限定具有第二直径的第二开口，所述第一直径小于所述第二直径。

9.如权利要求7所述的消耗品组，其中，所述喷嘴的所述下肩部限定所述底切部分的边界，以及所述锁定环的所述下游端被配置成越过所述下肩部延伸到所述边界。

10.如权利要求1所述的消耗品组，其中，所述喷嘴的近端限定座，并且所述锁定环被配置成将所述分配器压缩到所述座中。

11.如权利要求1所述的消耗品组，进一步包括：

护罩杯，所述护罩杯被配置成将所述消耗品组机械地连接至炬的操作端并且将所述喷嘴电连接至所述炬中的电导体。

12.一种用于等离子电弧炬的消耗品组，包括：

分配器，所述分配器限定从所述分配器的内部空腔延伸至所述分配器的外部表面的多个端口；

电极，所述电极设置在所述分配器内并且不能移除地、固定地耦接到所述分配器；以及

喷嘴，所述喷嘴限定至少一组通道，所述至少一组通道将气体引导到限定在所述电极与所述喷嘴之间的间隙中，所述喷嘴不能移除地、固定地耦接到所述分配器。

13.如权利要求12所述的消耗品组，进一步包括：

锁定环，所述锁定环围绕所述分配器的近端和所述喷嘴的远端延伸以将所述分配器不能移除地、固定地耦接至所述喷嘴。

14.如权利要求13所述的消耗品组，其中，所述分配器限定上肩部，所述喷嘴限定下肩部，以及所述锁定环进一步包括：

上游端，所述上游端被配置成接合所述上肩部；以及

下游端，所述下游端被配置成接合所述下肩部。

15.如权利要求12所述的消耗品组，其中，所述电极是静止的。

16.如权利要求12所述的消耗品组，进一步包括：

静止电弧引发器，所述静止电弧引发器位于所述分配器中并且定位成延伸到所述电极与所述喷嘴之间的所述间隙中。

17.如权利要求12所述的消耗品组，进一步包括：

护罩杯，所述护罩杯被配置成将所述消耗品组机械地连接至炬的操作端并且将所述喷嘴电连接至所述炬中的电导体。

18.如权利要求17所述的消耗品组，进一步包括：

护罩，其中，所述护罩和所述护罩杯共同围绕所述喷嘴，以保护所述喷嘴免受飞溅。

19.一种用于等离子电弧炬的消耗品组，包括：

第一子盒，所述第一子盒包括：

分配器，所述分配器限定从所述分配器的内部空腔延伸至所述分配器的外部表面的多个端口；

电极，所述电极设置在所述分配器内并且不能移除地、固定地耦接到所述分配器；以及

喷嘴，所述喷嘴限定至少一组通道，所述至少一组通道将气体引导到限定在所述电极与所述喷嘴之间的间隙中，所述喷嘴不能移除地、固定地耦接到所述分配器；以及

第二子盒，所述第二子盒包括：

护罩，所述护罩被配置成覆盖所述喷嘴的远端；以及

护罩杯，所述护罩杯不能移除地、固定地耦接至所述护罩，其中，所述护罩和所述护罩杯限定被配置成接纳所述第一子盒的座空腔，并且所述护罩杯包括连接器，所述连接器能够将所述第二子盒连同位于所述第二子盒中的所述第一子盒连接至炬的操作端。

20.如权利要求19所述的消耗品组，其中，所述护罩杯包括：

第一连接器，所述第一连接器用于将所述护罩电连接至所述炬中的一个或多个电导体；以及

第二连接器，所述第二连接器用于将所述喷嘴电连接至所述炬中的一个或多个电导体。