CN117222492A - 通过增加冷却表面的面积与等离子割炬的发射割头（插头）相连接的电极 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种等离子割炬铜质电极，其连接等离子割炬的发射割头与铜质电极并随着冷却表面的表面增加而延长其寿命和效率。其包括发射割头，所述发射割头具有通过在侧表面形成凹陷/凸起而形成的表面增大通道(3a)和通过在上表面形成凹陷/凸起而形成的表面增大通道(3b)，发射割头的直径从外径到尖端呈碗状逐渐变大；并且由携带具有腔室(4)的发射割头(3)的下游电极体(2)来固定发射割头(3)，其中，通过将所述发射割头(3)紧固在铜质电极体(2)上的腔室(4)上，形成具有等离子割炬中的液体冷却系统的铜质电极以切割金属片。
Description
技术领域
本发明涉及一种连接等离子割炬的发射割头(插头)与铜质电极并随着冷却表面的表面增加而延长其寿命和效率的等离子割炬铜质电极。
背景技术
对于带有自动或手动液体冷却系统或气体冷却系统的等离子割炬，电弧等离子割炬基于类似的结构，它装备有一个由发射割头、气体扩散器和用于固定等离子喷流的喷嘴的本体组成的电极。
一般来说，这些等离子割炬中使用的铜质电极由一体式铜管构成，其中固定有发射电子的割头(也称为发射割头)。割头通常采用钨、铪或锆制成。这种发射割头通常呈圆柱形，通过冲压、卡口或硬插入等方式固定在电极本体的下游末端处的盲孔(即固定发射割头的腔室)中。
来自通过循环系统排放线路连接到等离子割炬的浸入式管道以及与割炬内管道相连的割炬中心的冷却液，通过各种连接方式被浸入式管道运送到铜质电极的盲孔底部附近；并通过冷却液循环回流线路返回冷却系统，其中等离子割炬中的回流管道在电极盲孔外部和浸入式管道外径之间呈向上方向排列以进行冷却清洗。现在和过去所有的液体冷却等离子割炬都使用类似的结构，这种技术已被生产铜质电极的公司所了解。
众所周知，在等离子切割过程中，发射割头(插头)会暴露在由电弧等离子喷流产生的极高温度和吸力作用下，这种效应会导致电弧等离子喷流开始在发射割头上生长。不可避免地，组成发射割头的金属或金属合金会显著蒸发，被投射到等离子喷流中，并因此在发射割头内部形成坑洞而使其被磨损。
对于铜质电极的等离子割炬的电极头部，由于这种磨损，几乎不可避免地会出现快速恶化的情况，这在工业规模上确实是一个真正的问题。因为它需要频繁更换割炬电极，还会影响切割过程的效率，所以更换电极会停止系统运行，中断切割过程，并产生额外的费用。因此，当发射割头发生故障时，无法仅更换发射割头，而是需要整个电极一起更换。
当附加材料，比如铜电极体所形成的材料的热导率系数非常低，例如铜和铪。为了达到可能的高纯度值，铪的热导率与铜的热导率相比接近5.75％，因此可以阻止高温传热并更好地冷却，这是由于电弧等离子喷流的产生造成了非常高的温度，并且插头材料的热导率较低。这些附加材料可以在发射割头中使用，以提供更好的隔热效果和冷却性能。
发明内容
本发明是为了使上述缺点最小化并找到该问题的解决方案。
由于银与铜相比具有较高的热导和电导性，使用银和/或银/铜和/或铜银合金制成的电极比使用铜制成的电极寿命稍长。然而，银的成本远高于铜，这显著增加了电极的成本。通过我们发明中的表面增加通道，可以使使用寿命延长两倍或更多的切割电极成为一种替代品，其电极体是由铜制成的，从而降低了电极的成本。
为此，电极尖端部分向上的圆柱形外表面上以彼此平行的相等间隔开口的凹陷/凸起形成表面增加，其中，电极尖端部分固定到发射割头的铜质电极体的下尖端部分；从切割过程开始的极点起，暴露在高温下的发射割头，随着从极点固定在其上的主体冷却所需的传热表面的增加而被冷却，，从而确保将发射割头在暴露在高温下时可以被更好地冷却，减少由于高温而产生的蒸发，从而延长工作寿命。
为此，随着表面从固定到铜质电极的下尖端部分的发射割头的铜质电极尖端部分增加到向上定向的碗状物和圆柱形外表面，从尖端部分到割头的圆柱形上尖端在上方向上的端部，由彼此平行的相同轮廓部分组成，具有等距的凹陷/凸起，传热表面增加超过80％；并且，从外径到中心，平行地具有相同的轮廓截面，以等间距向中心收缩，增加了超过80％的热传递表面积；在操作过程中暴露在高温下的发射割头得到更好的冷却，减少由于高温而蒸发和相变导致的质量损失，从而延长了工作寿命。
附图说明
图1所示为带有液体冷却系统的等离子割炬铜质电极的剖视图，通过连接发射割头和铜质电极体的冷却表面的凹陷/凸起来实现表面增加；
图2A为冷却表面的表面增加状态的截面图，冷却表面通过凹陷/凸起将发射割头连接到铜质电极体；
图3A为冷却表面的表面增加状态的俯视截面图，冷却表面通过凹陷/凸起将发射割头连接到铜质电极体；
图4a为在由发射割头的电弧等离子喷流组成的发射割头中，根据从焊缝中心测量，根磨损值为1.9毫米的横截面视图，由连接到铜质电极体的冷却表面的凹陷/凸起来增加发射割头的面积；
图4b为在由发射割头的电弧等离子喷流组成的发射割头中，根据从焊缝中心测量，根磨损值为2.38毫米的横截面视图，由连接到铜质电极体的冷却表面的凹陷/凸起来增加发射割头的面积。
本发明的参考标号
1.在等离子割炬中使用液体冷却系统切割金属片的铜质电极；
2.一个下游的铜质电极体，带有发射割头；
3.发射割头；
3a.在其侧表面上形成有凹陷/凸起的表面增大通道；
3b.在其上表面上形成有凹陷/凸起的表面增大通道；
3c.从外径到尖端以碗状扩大的直径；
4.腔室，在其中发射割头固定到铜质电极体；
5.冷却剂浸入式管道；
A.碗深度。
具体实施方式
本发明是一种将等离子割炬的发射割头与铜质电极本体连接起来的等离子割炬铜质电极，通过增加冷却表面的表面积，延长其使用寿命和效率。其中，它包括一个发射割头，该发射割头的侧表面上形成有具有凹陷/凸起的表面增大通道(3a)，并且其上表面上形成有具有凹陷/凸起的表面增大通道(3b)，并且其直径从外径到尖端呈碗形扩大，并且由下游电极体(2)携带发射割头(3)，该发射割头(3)固定在具有腔室(4)的电极体(2)上(图1)。
从腔室(4)碗形(3c)深度(A)上沿处，向上方钻孔，直到腔室(4)达到发射割头(3)的驱动长度。发射割头固定在腔室中，在发射割头圆柱侧面上的冷却通道(3a)螺纹小直径相比，发射割头的固定值较低。从碗形(3c)深度(A)的上沿延伸到电极(1)的尖端的碗形(3c)形式，在铜质电极(1)中进行低程度处理，发射割头固定在腔室(4)中，与下面的形状略有不同。在固定他们的腔室(4)中在真空驱动过程中，形成和固定铜体发射割头(3)碗形直径(3c)的冷却通道凹陷/凸起(3a)。
发明是一种等离子割炬铜质电极，用于连接发射割头与铜质电极本体，通过增加冷却表面的面积来延长其寿命和效率。如图2所示，由在铜质电极(1)的操作过程中暴露在电弧等离子喷流产生的吸引力作用下形成的电弧、以及由进行金属切割过程的钨、铪或锆形成的发射割头(3)，具有表面增大通道(3a，3b)，在表面增大通道(3a，3b)的侧表面和上表面形成有凹陷/凸起，以在其运行期间更好地进行冷却(图2，图3)。等离子割炬中具有液体冷却系统的铜质电极是通过将发射割头(3)固定到铜质电极体(2)上的腔室(4)上来切割金属片(图1)而形成的，在发射割头上形成有用于冷却目的的表面增加通道(3a，3b)，这些表面增加通道形成在侧表面和上表面上。
在相同形状的情况下，使用260安培的液体冷却铜质电极，采用系统目录切割参数，在切割25毫米厚的A1级软铁板时，经过1184次喷砂，从弧坑中心测量，发射割头(3)上由电弧等离子喷流形成的根部磨损深度被确定为1.9毫米，从电极尖端处的位置进行测量时移除了铜质电极。
电弧等离子体射流在发射割头(3)的电极尖端处形成的根部磨损深度，随着铜体电极的重新连接，，使用相同形状的系统目录切割参数，继续进行切割并进行648次喷砂的性能计算为2.38毫米(图4b)。
这两个数值的差异(2.38-1.9)表明648次喷砂获得了0.48毫米的磨损深度。
根据这些数值进行计算，当铜质电极从第一个切割点达到1.9毫米的深度时，如果按照线性递减进行切割，将获得2565次喷砂，而由于1.9毫米处由于过度蒸发造成的深度损失，只获得了1184次喷砂。
这表明随着接近液体冷却区域，蒸发和质量损失的速率呈对数递减，因为在这个过程中提供了更好的冷却。此情况下，冷却非常重要，通过形成在发射割头(3)侧面和上表面的凹陷/凸起处的表面增大通道(3a，3b)，表面积增加了80％。此通道对应于将发射割头(3)固定到铜质电极本体并从发射割头(3)开始切割的极点，在通过凹陷/凸起连接到铜质电极本体(2)的固定过程中，在固定表面上实现了约80％的表面增加，并且随着冷却传输的增加，发射切头(3)的寿命得以延长(见图1)。
通过使用由电弧等离子喷流形成的具有凹坑的液冷系统进行喷砂和切割，从发射割头(3)切割的第一个起始水平开始生根，使用260安培电极，并使用厚度为25毫米的A1级软钢板材料，根据测量结果在距离坑底中心1.9毫米的磨损测量处形成了一个半球形或半球形的坑底，坑边直径约为1.84毫米。该直径在距离铜质电极尖端处0.4毫米处测得的直径约为1.9毫米。在这两个直径差中，在1.9mm到1.84mm的深度距离处观察到大约1度的锥形磨损。在发射割头(3)的磨损中，在从深度之后0.4毫米的顶端处到铜质电极的顶端处的区域内，出现了一个向外扩展成碗状的1.9毫米直径的磨损(图5a)。铜质电极本体(2)的这种磨损作用发生在根据电流不同的不同直径的所有切割电极上进行一定数量的工作之后，而这些磨损都距离冷却最远。铜质电极本体(2)的这种离冷却最远的磨损作用发生在根据电流大小对具有不同直径的所有切割电极进行一定量的工作之后。
因此，通过将碗状尖端处的直径添加到发射器切割头(3)上来形成轮廓(图4a，图4b)，可根据安培数和碗深度(A)处的凹陷/凸起的深度公差来开放所述直径。
在发射割头(3)的碗状深度(A)处，从发射割头(3)的外径到发射割头的上表面，以相对于自下而上的中心线成大约1-2度的直线或圆锥形(图4a，图4b)
在发射割头(3)的碗深度(A)位置处，发射割头(3)的直径与凹陷/凸起的深度成比例地增大(图4a，图4b)，凹陷/凸起从发射割头(3)外径到发射割头(3)在向上方向上的平端或锥形端等距分布。
可以根据由最大切割电流计算出的发射割头(3)的直径形成任何数量的凹陷/凸起，具有任何合适的几何轮廓截面以产生最大冷却表面增加，并且具有任何适当的几何延伸。可以在具有精确公差的合适的CNC机器中在发射割头(3)的表面上形成凹陷/凸起，该CNC机器具有精密滚花系统，并用仿形刀在发射割头(3)的上表面上形成凹陷/凸起(图2，图3)。
根据通过滚花开设的通道(3a、3b)的几何截面、通道的数量、它们将被驱动到的深度以及在驱动过程中要刮擦和清扫的锯末的量，在尖端被驱动到铜质电极的主体中并固定到铜质电极主体的地方留有适当的净空。
即使存在其他方法，在铜质电极体(2)上使用发射割头(3)的当前方法是通过抽真空来驱动它。线路真空是速度最快、成本最低的方法。
本发明的电极寿命在具有液体冷却系统的割炬中使用的铜质电极(1)和在风冷机械系统的割炬中所使用的铜质电极中得以延长。
与具有延长寿命的电极相比，发射割头(3)的凹陷/凸起在制造工艺时间方面的低成本的事实提供了更多的优点。
在等离子切割中，铜电极的金属切割过程中存在角度切割和毛刺切割问题；当开始切割铜电极时，切割质量和切割角度较低；在切割表面的下部切割面上没有或几乎没有毛刺；这些负面情况会在铜电极使用寿命的末尾增加，因为正在生产的电极(1)的顶部会逐渐融化成碗状，并且切割缝隙逐渐增大。该发明通过冷却面积增加通道(3a，3b)，实现了更好的冷却效果，使铜质电极(1)的寿命增加了两倍或更多。在较低处和更长时间内逐渐融化成碗状的部分进一步减少了这些问题，从而获得了更高质量的切割。在碗状扩大过度的情况下，切割操作员必须减慢切割速度，这意味着切割时间更长，切割成本增加。
相比于铜电极，银的高热和电导率使银制或银/铜以及铜/银合金制成的电极具有稍长的寿命，特别是在高电流下的寿命。然而，银的成本远高于铜，这显着增加了电极的成本。通过本发明中的冷却面积增加通道(3a，3b)，将铜质切割电极(1)的使用寿命延长两倍或更多，创造了一种铜质切割电极的替代品，并降低了铜质电极的成本。
多年来，制造商已经知道等离子切割铜质电极中使用的发射割头(3)通常包含圆柱形或其他几何形状(例如锥形)和类似的几何形状。然而，在任何公司中都没有看到形成根据本发明的想法的这样的结构。这归功于热传输表面增大通道(3a)，这些通道平行地延伸到碗状部分(3c)和/或以相同角度延伸到碗状部分，由相同的轮廓截面组成，通过等间距开设的凹陷/凸起的方式提供最大的表面增加；平行延伸于发射割头(3)上部的外直径的具有最高热传输的表面增大通道(3b)，由相同的轮廓截面构成，并在等间距处向中心收缩。本发明提供了一种几何结构，该几何结构允许减少由于相变蒸发而损失的质量，并延长铜质电极(1)的寿命。
Claims (9)
1.一种连接等离子割炬的发射割头与铜质电极并随着冷却表面的表面增加而延长其寿命和效率的等离子割炬铜质电极，其特征在于，包括发射割头，所述发射割头具有通过在侧表面形成凹陷/凸起而形成的表面增大通道(3a)和通过在上表面形成凹陷/凸起而形成的表面增大通道(3b)，发射割头的直径从外径到尖端呈碗状逐渐变大，并且由携带具有腔室(4)的发射割头(3)的下游电极体(2)来固定发射割头(3)。
2.根据权利要求1所述的连接等离子割炬的发射割头与铜质电极并随着冷却表面的表面增加而延长其寿命和效率的等离子割炬铜质电极，其特征在于，由在铜质电极(1)的操作过程中暴露在电弧等离子喷流产生的吸引力作用下形成的电弧、以及由进行金属切割过程的钨、铪或锆形成的发射割头(3)具有表面增大通道(3a)和表面增大通道(3b)，表面增大通道(3a)在侧表面上形成了凹陷/凸起，表面增大通道(3b)在上表面上形成凹陷/凸起，以确保更好的冷却效果，以便在操作中能够在高热暴露下使用更长时间而不被迅速融化。
3.根据权利要求1或2所述的连接等离子割炬的发射割头与铜质电极并随着冷却表面的表面增加而延长其寿命和效率的等离子割炬铜质电极，其特征在于，在制造所述发射割头(3)的过程中，通过将碗状尖端处的直径添加到发射器切割头(3)上来形成轮廓，可根据安培数和碗深度(A)处的凹陷/凸起的深度公差来开设所述直径。
4.根据以上权利要求中的任一权利要求所述的连接等离子割炬的发射割头与铜质电极并随着冷却表面的表面增加而延长其寿命和效率的等离子割炬铜质电极，其特征在于，具有发射割头(3)，发射割头(3)具有与凹陷/凸起的深度成比例的增大直径(3c)，所述增大直径(3c)从发射割头(3)在碗深度(A)处的外径到发射割头(3)在向上方向上的平端或锥形端等距分布。
5.根据以上权利要求中的任一权利要求所述的连接等离子割炬的发射割头与铜质电极并随着冷却表面的表面增加而延长其寿命和效率的等离子割炬铜质电极，其特征在于，发射割头(3)具有固定到铜质电极体上的腔室(4)，该腔室的净空取决于通过滚花打开的通道(3a，3b)的几何截面、通道的数量、它们将被驱动到的深度以及在驱动期间要刮擦和清扫的锯末的量。
6.根据以上权利要求中的任一权利要求所述的连接等离子割炬的发射割头与铜质电极并随着冷却表面的表面增加而延长其寿命和效率的等离子割炬铜质电极，其特征在于，用于具有液体冷系统的割炬中的铜质电极和用于风冷机械系统的割炬的铜质电极具有延长使用寿命的发射割头(3)。
7.根据以上权利要求中的任一权利要求所述的连接等离子割炬的发射割头与铜质电极并随着冷却表面的表面增加而延长其寿命和效率的等离子割炬铜质电极，其特征在于，具有表面增大通道(3a，3b)，该表面增大通道在其侧表面和上表面以及(插头)发射极刀头(3)的侧表面和下表面上形成有凹陷/凸起，并且通过将从外径到尖端以碗状扩大的发射割头的直径(3c)来增加所述发射割头(3)的寿命。
8.根据以上权利要求中的任一权利要求所述的连接等离子割炬的发射割头与铜质电极并随着冷却表面的表面增加而延长其寿命和效率的等离子割炬铜质电极，其特征在于，具有发射割头(3)，该发射割头(3)具有可根据由最大切割电流计算的发射割头(3)的直径(3c)形成任何数量的凹陷/凸起，还具有任何合适的几何轮廓截面以产生最大冷却表面增加，并且具有任何适当的几何延伸。
9.根据以上权利要求中的任一权利要求所述的连接等离子割炬的发射割头与铜质电极并随着冷却表面的表面增加而延长其寿命和效率的等离子割炬铜质电极，其特征在于，具有冷却面积增加通道(3a，3b)，该冷却面积增加通道由固定到腔室(4)的发射割头(3)的侧表面和上表面上的凹陷/凸起形成，在腔室(4)中发射割头固定铜质电极体，发射割头(3)的表面从发射割头(3)开始切割的最远点处开始增加，由于这种冷却表面的增加而得到更多的冷却，从而减少了蒸发并延长了使用寿命，从而延长了服务寿命。
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| TR2021/006962 TR2021006962A2 (tr) | 2021-04-21 | Plazma kesme torçlari i̇çi̇n yayici kesi̇ci̇ ucun (eki̇n) elektrot gövdesi̇ne bağlandiği yüzeyleri̇ni̇n yüzey arttirimiyla yapilmiş elektrot | |
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