CN207746531U - 一种等离子切割喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种等离子切割喷嘴，涉及喷嘴技术领域，解决了现有技术中喷嘴容易烧坏，使用寿命短，切割速率慢，切割质量低等问题，其包括喷嘴主体，喷嘴主体的内壁与外壁之间设有一层空腔，空腔中装有液氮，喷嘴主体下部设有喷嘴压缩角，喷嘴压缩角为：30℃‑50℃，喷嘴压缩角下部设有喷嘴通道，喷嘴通道的孔径Q与配合的电极尖端的直径D和半径R的关系为：D＝1/3Q或R＝1/6Q，喷嘴通道的长径比为：1.8，本实用新型结构简单，加工方便，制做成本低，提高了喷嘴的切割效率与切割质量，主要应用于等离子切割技术领域。

Description

一种等离子切割喷嘴

技术领域

本实用新型涉及喷嘴技术领域，更具体的是涉及一种等离子切割喷嘴。

背景技术

自然界的物质存在三种状态，固态，液态，气态。当物质加热到一定温度时，分子与分子之间便会失去作用力而气化，如果继续加热，使物质达到极高的温度，便会等离子化，即物质的第四种状态离子态。此时电子将从原子中脱离出来，原子开始分裂，一旦自由电子形成以后，电子便开始高速运动，高速运动中的电子撞击到其他离子或者电子时，便会释放出巨大能量。这将使等离子弧具有极高的温度，被压缩的等离子弧温度可达10000℃-15000℃，而经水再压缩的等离子弧甚至可以达到50000℃的高温。等离子状态作为物质存在的第四种状态，有以下几种特点：

(1)导电性。由于等离子体中存在自由电子，因此其有很好的导电性。

(2)电准中性。被电离的气体在一个宏观区域所呈现的极性为中性，那是因为在等离子体中，正负离子数量相同而极性相反。

(3)与磁场的可作用性。等离子的基本组成是荷电粒子，因此可以用磁场来控制它的运动，形状及位置。

从科学定义上来说，只有当气体的电离度e大于0.1％时才称为等离子体，在这种状态下，等离子体内的平衡力主要表现为电子与离子的相互作用力，因此呈现明显的电磁性能。一般来说，等离子体的组成不仅包括电子和离子，还可以包括一定的分子、原子、光子和电离产物。

通常所说的热切割法主要指气割、等离子切割、激光切割。传统的气割是依靠金属的氧化反应进行切割，所以其切割速度受金属氧化反应速度的限制。等离子切割是依靠等离子弧将切口金属局部加热熔化并随即吹掉的一种加工，激光切割是依靠光能熔化金属进行切割。等离子切割技术最初的应用主要是为了加工不锈钢和铝合金等材料。相对于其他两种切割方法而言，由于等离子弧的能量非常集中，在工件厚度20mm 以下时，等离子切割速度可以达到氧切割的5倍，氧切割只能应用于碳钢及低合金钢，而等离子切割法几乎适用于任何金属及非金属的切割。与激光切割相比，切割精度略差，但在切割成本上大大降低。根据统计数据显示，等离子切焊法可以提高材料10％利用率，切割1000万吨钢材可以节省50～100万吨。因此，在一些发达国家出现了等离子切割法取代氧切割法和激光切割的趋势。

在等离子切割中，喷嘴往往为主要消耗品，而且起关键作用，因此在不影响质量的前提下降低喷嘴的成本是非常重要的。现有技术的等离子体切割喷嘴通常为一体式结构，在等离子切割过程中，等离子弧通过喷嘴的喷射孔作用于工件，喷射孔起到聚弧的作用，由于等离子弧外围依然具有较高的温度，因此在喷嘴的前段以及喷射孔易烧损，也为喷嘴损坏更换的主要表现，现有的水冷却技术冷却管路的设置增加了喷嘴的质量，且冷却部位主要设于喷嘴的后段，喷嘴前段以及喷嘴孔等最容易被烧坏的部位得不到有效的冷却，以至于喷嘴通道长度的设置被制约，喷嘴长度增加会使喷嘴下游的最大速度增加，弧室的气压增加，激波后高速射流的径向分布区域增加。增加喷嘴长度还会增加电弧的能量通量，从而能提高切割速度和切割质量；目前主流的喷嘴的连接方式采用螺纹连接，螺纹连接的缺点是在振动、冲击、载荷变动和温差过大的情况下，往往会产生松动而导致机械故障。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种能够提高切割速率和质量，使用寿命得到大大延长的等离子切割喷嘴。

本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：一种等离子切割喷嘴，其特征在于：包括喷嘴主体，所述喷嘴主体的内壁与外壁之间设有一层空腔，所述空腔中装有液氮，所述喷嘴主体下部设有喷嘴压缩角，喷嘴压缩角为：30°～50°，所述喷嘴压缩角下部设有喷嘴通道，所述喷嘴通道的孔径Q与配合的电极尖端的直径D和半径R的关系为：D＝1/3Q或R＝1/6Q，所述喷嘴通道的长径比为：1.8。

进一步地，所述喷嘴主体的上部设有连接部，所述连接部上设有一卡槽，所述卡槽对应设有密封圈与卡箍，所述的密封圈安装在卡箍内部。由于其橡胶密封圈和卡箍采用特有的可密封的结构设计，使得沟槽连接件具有良好的密封性，并且随管内流体压力的增高，其密封性相应增强。

进一步地，所述卡箍安装于卡槽内，套入螺栓并用螺母紧固。螺栓的紧固与放松有着与螺纹连接一样的方便拆卸与维修的便利，只需扭紧螺栓用的扳手即可，提高了安装与使用效率。

进一步地，所述连接部与喷嘴主体过渡处的平面上设有注氮孔。注氮孔的设置便于在液氮气化后进行补充，提高了喷嘴的冷却效果，增加了装置的实用性。

进一步地，所述注氮孔的数量≥1个。可以根据实际需求进行注氮孔的设置，增加了喷嘴的散热效果。

进一步地，所述喷嘴压缩角的上部对称设置有凹槽。凹槽的设置使得进入气流产生涡流并扩张压缩，使等离子电弧的旋转速度加快，压缩电弧，大大提高了切割机的切割速度和切割质量，并使得电极及喷嘴的冷却速度加快，寿命得以延长。

进一步地，所述连接部与喷嘴主体为一体结构。连接部与喷嘴一体结构，增加了结构的可靠性，提高了喷嘴的使用寿命。

进一步地，所述喷嘴主体的材料为紫铜。紫铜导热性好，冷却效果号，紫铜成本低而且容易加工。

本实用新型的原理：在等离子切割过程中，等离子弧通过喷嘴的喷射孔作用于工件，喷射孔与压缩角与凹槽的设置，主要起到机械压缩与气体压缩，以便达到更好的聚弧的效果，由于等离子弧外围依然具有较高的温度，所以喷嘴容易烧损；喷嘴长度增加会使喷嘴下游的最大速度增加，弧室的气压增加，激波后高速射流的径向分布区域增加。增加喷嘴长度还会增加电弧的能量通量，从而能提高切割速度和切割质量，但喷嘴长度的增加，进一步增加了喷嘴被烧坏的概率，本实用新型通过用液氮对喷嘴进行制冷与散热，通过一系列的试验，最终得到最佳的喷嘴的长径比，以及压缩角的最佳范围。

一般情况下，等离子切割机喷嘴所能通过的电流能量密度有一个极限值，因此可以认为在喷嘴冷却状态，工作气体的流量等外界条件相同时，等离子弧的最大电流密度J为一个常数。即：J＝I/S,I为等离子弧电流S为喷嘴孔的面积显然,S＝πQ²/4, 由此我们可以知道，喷嘴孔的孔径与所对应的电极的电流的之间的约束关系。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型采用沟槽管件的连接，其操作非常简易，沟槽管件连接，仅在被连接管道外表面用滚槽机挤压出一个沟槽，而不破坏管道内壁结构，降低了加工成本，系统性好，维修方便。

2.由于橡胶密封圈和卡箍采用特有的可密封的结构设计，使得沟槽连接件具有良好的密封性，并且随管内流体压力的增高，其密封性相应增强。

3.本实用新型通过用液氮对喷嘴进行制冷与散热，并对喷嘴的各个组成部分的配合尺寸进行试验，得到最佳的实施范围，增加了喷嘴的切割效率与切割质量，并大大延长长了喷嘴的实用寿命。

附图说明

图1为本实用新型剖面结构示意图；

图2为A-A剖面结构示意图；

图3为本实用新型沟槽连接实施例的爆炸示意图；

1-喷嘴主体，2-空腔，3-连接部，4-凹槽，5-喷嘴通道，6-喷嘴压缩角，7-注氮孔，8-卡箍，9-密封圈，10-卡槽。

具体实施方式

为了本技术领域的人员更好的理解本实用新型，下面结合附图和以下实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种等离子切割喷嘴，其特征在于：包括喷嘴主体1，所述喷嘴主体1的内壁与外壁之间设有一层空腔2，所述空腔2中装有液氮，所述喷嘴主体1下部设有喷嘴压缩角6，喷嘴压缩角6为：30°～50°，所述喷嘴压缩角6下部设有喷嘴通道5，所述喷嘴通道5的孔径Q与配合的电极尖端的直径D和半径R 的关系为：D＝1/3Q或R＝1/6Q，所述喷嘴通道5的长径比为：1.8。

实施例2

如图1-3所示，本实施例提供一种等离子切割喷嘴，其特征在于：包括喷嘴主体1，所述喷嘴主体1的内壁与外壁之间设有一层空腔2，所述空腔2中装有液氮，所述喷嘴主体1下部设有喷嘴压缩角6，喷嘴压缩角6为：30°～50°，所述喷嘴压缩角6下部设有喷嘴通道5，所述喷嘴通道5的孔径Q与配合的电极尖端的直径D和半径R 的关系为：D＝1/3Q或R＝1/6Q，所述喷嘴通道5的长径比为：1.8。

所述喷嘴主体1的上部设有连接部3，所述连接部3上设有一卡槽10，所述卡槽10对应设有密封圈9与卡箍8，所述的密封圈9安装在卡箍8内部。

所述卡箍8安装于卡槽10内，套入螺栓并用螺母紧固。

所述连接部3与喷嘴主体1过渡处的平面上设有注氮孔7。

所述注氮孔7的数量≥1个。

所述喷嘴压缩角6的上部对称设置有凹槽4。

所述连接部3与喷嘴主体1为一体结构。

所述喷嘴主体1的材料为紫铜。

在等离子切割过程中，等离子弧通过喷嘴的喷射孔作用于工件，喷射孔与压缩角与凹槽4的设置，主要起到机械压缩与气体压缩，以便达到更好的聚弧的效果，由于等离子弧外围依然具有较高的温度，所以喷嘴容易烧损；喷嘴长度增加会使喷嘴下游的最大速度增加，弧室的气压增加，激波后高速射流的径向分布区域增加。增加喷嘴长度还会增加电弧的能量通量，从而能提高切割速度和切割质量，但喷嘴长度的增加，进一步增加了喷嘴被烧坏的概率，本实用新型通过用液氮对喷嘴进行制冷与散热，通过一系列的试验，最终得到最佳的喷嘴的长径比，以及压缩角的最佳范围。

一般情况下，等离子切割机喷嘴所能通过的电流能量密度有一个极限值，因此可以认为在喷嘴冷却状态，工作气体的流量等外界条件相同时，等离子弧的最大电流密度J为一个常数。即：J＝I/S,I为等离子弧电流S为喷嘴孔的面积显然,S＝πQ²/4,由此我们可以知道，喷嘴孔的孔径与所对应的电极的电流的之间的约束关系。

喷嘴主体1的上部设有连接部3，连接部3上设有一卡槽10，卡槽10对应设有密封圈9与卡箍8，所述的密封圈9安装在卡箍8内部。卡箍8安装于卡槽10 内，套入螺栓并用螺母紧固。由于其橡胶密封圈9和卡箍8采用特有的可密封的结构设计，使得沟槽连接件具有良好的密封性，并且随管内流体压力的增高，其密封性相应增强。螺栓的紧固与放松有着与螺纹连接一样的方便拆卸与维修的便利，只需扭紧螺栓用的扳手即可，提高了安装与使用效率。连接部3与喷嘴主体1过渡处的平面上设有注氮孔7。注氮孔7的设置便于在液氮气化后进行补充，提高了喷嘴的冷却效果，增加了装置的实用性。注氮孔7的数量≥1个。可以根据实际需求进行注氮孔7的设置，增加了喷嘴的散热效果。喷嘴压缩角6的上部对称设置有凹槽4。凹槽4的设置使得进入气流产生涡流并扩张压缩，使等离子电弧的旋转速度加快，压缩电弧，大大提高了切割机的切割速度和切割质量，并使得电极及喷嘴的冷却速度加快，寿命得以延长。连接部3与喷嘴主体1为一体结构。连接部3与喷嘴一体结构，增加了结构的可靠性，提高了喷嘴的使用寿命。喷嘴主体1的材料为紫铜。紫铜导热性好，冷却效果号，紫铜成本低而且容易加工。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种等离子切割喷嘴，其特征在于：包括喷嘴主体(1)，所述喷嘴主体(1)的内壁与外壁之间设有一层空腔(2)，所述空腔(2)中装有液氮，所述喷嘴主体(1)下部设有喷嘴压缩角(6)，喷嘴压缩角(6)为：30°～50°，所述喷嘴压缩角(6)下部设有喷嘴通道(5)，所述喷嘴通道(5)的孔径Q与配合的电极尖端的直径D和半径R的关系为：D＝1/3Q或R＝1/6Q，所述喷嘴通道(5)的长径比为：1.8。

2.根据权利要求1所述的一种等离子切割喷嘴，其特征在于：所述喷嘴主体(1)的上部设有连接部(3)，所述连接部(3)上设有一卡槽(10)，所述卡槽(10)对应设有密封圈(9)与卡箍(8)，所述的密封圈(9)安装在卡箍(8)内部。

3.根据权利要求2所述的一种等离子切割喷嘴，其特征在于：所述卡箍(8)安装于卡槽(10)内，套入螺栓并用螺母紧固。

4.根据权利要求2所述的一种等离子切割喷嘴，其特征在于：所述连接部(3)与喷嘴主体(1)过渡处的平面上设有注氮孔(7)。

5.根据权利要求4所述的一种等离子切割喷嘴，其特征在于：所述注氮孔(7)的数量≥1个。

6.根据权利要求1所述的一种等离子切割喷嘴，其特征在于：所述喷嘴压缩角(6)的上部对称设置有凹槽(4)。

7.根据权利要求2所述的一种等离子切割喷嘴，其特征在于：所述连接部(3)与喷嘴主体(1)为一体结构。

8.根据权利要求1所述的一种等离子切割喷嘴,其特征在于：所述喷嘴主体(1)的材料为紫铜。