ES2554618T3 - Boquilla para una antorcha de plasma refrigerada mediante líquido así como cabezal de antorcha de plasma con la misma - Google Patents

Boquilla para una antorcha de plasma refrigerada mediante líquido así como cabezal de antorcha de plasma con la misma Download PDF

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Abstract

Boquilla (4) para una antorcha de plasma refrigerada mediante líquido, que comprende una perforación de boquilla (4.10) para la salida de un chorro de gas de plasma por una punta de boquilla (4.11), un primer segmento (4.1), cuya superficie exterior (4.4) es esencialmente cilíndrica, y un segundo segmento (4.2) adyacente al mismo hacia la punta de boquilla (4.11), cuya superficie exterior (4.5) se estrecha hacia la punta de boquilla (4.11) esencialmente de forma cónica, en la que están presentes al menos dos acanaladuras de alimentación de líquido (4.20 y 4.21) y al menos dos acanaladuras de retorno de líquido (4.22 y 4.23), que se extienden por el segundo segmento (4.2) en la superficie exterior (4.5) de la boquilla (4) hacia la punta de boquilla (4.11), en la que al menos una de las acanaladuras de alimentación de líquido (4.20; 4.21) y/o al menos una de las acanaladuras de retorno de líquido (4.22; 4.23) se extiende(n) también por una parte del primer segmento (4.1) y en el primer segmento (4.1) se encuentra al menos una acanaladura adicional (4.6 ó 4.7), que está en comunicación con al menos una de las acanaladuras de alimentación de líquido (4.20; 4.21) o al menos una de las acanaladuras de retorno de líquido (4.22; 4.23).

Description

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DESCRIPCION
Boquilla para una antorcha de plasma refrigerada mediante Uquido as^ como cabezal de antorcha de plasma con la misma
La presente invencion se refiere a una boquilla para una antorcha de plasma refrigerada mediante lfquido asf como a un cabezal de antorcha de plasma con la misma.
Se denomina plasma a un gas electricamente conductor y termicamente muy calentado, que se compone de iones positivos y negativos, electrones asf como moleculas y atomos neutros y excitados.
Como gas de plasma se utilizan diferentes gases, por ejemplo el argon monoatomico y/o los gases diatomicos hidrogeno, nitrogeno, oxfgeno o aire. Estos gases se ionizan y disocian mediante la energfa de un arco voltaico. El arco voltaico constrenido por una boquilla se denomina entonces chorro de plasma.
El chorro de plasma puede verse muy afectado en sus parametros por la forma de la boquilla y el electrodo. Estos parametros del chorro de plasma son, por ejemplo, el diametro de chorro, la temperatura, la densidad de energfa y la velocidad de flujo del gas.
En el corte con plasma, el plasma se constrine por ejemplo mediante una boquilla, que puede estar refrigerada por gas o agua. De este modo pueden conseguirse densidades de energfa de hasta 2x106 W/cm2 En el chorro de plasma se alcanzan temperaturas de hasta 30.000°C, que en asociacion con la alta velocidad de flujo del gas dan lugar a velocidades de corte muy altas en materiales de trabajo.
Las antorchas de plasma pueden funcionar directa o indirectamente. En el modo de funcionamiento directo, la corriente fluye desde la fuente de corriente pasando a traves del electrodo de la antorcha de plasma, el chorro de plasma generado por medio de un arco voltaico y constrenido por la boquilla directamente a traves de la pieza de trabajo de vuelta a la fuente de corriente. Con el modo de funcionamiento directo pueden cortarse materiales electricamente conductores.
En el modo de funcionamiento indirecto, la corriente fluye desde la fuente de corriente a traves del electrodo de la antorcha de plasma, el chorro de plasma generado por medio de un arco voltaico y constrenido por la boquilla y la boquilla de vuelta a la fuente de corriente. A este respecto, la boquilla se carga aun mas que en el caso del corte con plasma directo, ya que no solo constrine el chorro de plasma, sino que tambien constituye el punto de partida del arco voltaico. Con el modo de funcionamiento indirecto pueden cortarse materiales tanto electricamente conductores como no conductores.
Debido a la elevada carga termica de la boquilla, esta por regla general se fabrica de un material de trabajo metalico, preferiblemente, debido a su elevada conductividad electrica y conductividad termica, de cobre. Lo mismo se aplica para el portaelectrodo, que sin embargo tambien puede fabricarse de plata. La boquilla se instala entonces en una antorcha de plasma, cuyos principales componentes constituyentes son un cabezal de antorcha de plasma, un capuchon de boquilla, una pieza de conduccion de gas de plasma, una boquilla, un soporte de boquilla, un alojamiento de electrodo, un portaelectrodo con pieza de insercion de electrodo y, en las antorchas de plasma modernas, un soporte de capuchon protector de boquilla y un capuchon protector de boquilla. El portaelectrodo fija una pieza de insercion de electrodo puntiaguda de wolframio, que es adecuada para la utilizacion de gases no oxidantes como gas de plasma, por ejemplo una mezcla argon-hidrogeno. Un denominado electrodo plano, cuya pieza de insercion de electrodo esta compuesta por ejemplo por hafnio, tambien es adecuado para la utilizacion de gases oxidantes como gas de plasma, por ejemplo aire u oxfgeno. Para alcanzar una vida util prolongada para la boquilla, esta se refrigera en este caso con un lfquido, por ejemplo agua. El refrigerante se alimenta a traves de una admision de agua a la boquilla y se descarga a traves de un retorno de agua de la boquilla y a este respecto fluye por un espacio para refrigerante, que esta delimitado por la boquilla y el capuchon de boquilla.
En el documento DD 36014 B1 se describe una boquilla. Esta esta compuesta por un material de trabajo que es buen conductor, por ejemplo cobre, y tiene una forma geometrica correspondiente al respectivo tipo de antorcha de plasma, por ejemplo un espacio de descarga configurado de forma conica con una salida de boquilla cilmdrica. La forma exterior de la boquilla esta configurada como cono, obteniendose un grosor de pared aproximadamente igual, que esta dimensionado de modo que se garantiza una buena estabilidad de la boquilla y una buena conduccion termica con respecto al refrigerante. La boquilla se asienta en un portaboquillas. El portaboquillas esta compuesto por un material resistente a la corrosion, por ejemplo laton, y tiene en su interior un alojamiento de centrado para la boquilla asf como una acanaladura para una goma de estanqueidad, que sella el espacio de descarga frente al refrigerante. Ademas, en el portaboquillas se encuentran perforaciones desplazadas 180° para la alimentacion y el retorno de refrigerante. Sobre el diametro exterior del portaboquillas se encuentran una acanaladura para una goma toroidal para sellar el espacio para refrigerante frente a la atmosfera asf como una rosca y un alojamiento de centrado para un capuchon de boquilla. El capuchon de boquilla, tambien de material resistente a la corrosion, por ejemplo laton, esta configurado de manera puntiaguda y tiene un grosor de pared dimensionado de manera conveniente para desviar el calor irradiado al refrigerante. El diametro interior mas pequeno esta dotado de un anillo toroidal. Como refrigerante se emplea, en el caso mas sencillo, agua. Esta disposicion posibilitara una fabricacion sencilla de las boquillas ahorrando material y un rapido intercambio de las mismas asf como, debido a la forma
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constructiva puntiaguda, un pivotado de la antorcha de plasma con respecto a la pieza de trabajo y, con ello, un corte oblicuo.
En el documento DE-OS 1 565 638 se describe una antorcha de plasma, preferiblemente para el corte por fusion con plasma de materiales de trabajo y para la preparacion de cantos de soldadura. La delgada forma del cabezal de antorcha se consigue mediante el uso de una boquilla de corte especialmente puntiaguda, cuyos angulos interno y externo son iguales entre sf y tambien iguales a los angulos interno y externo del capuchon de boquilla. Entre el capuchon de boquilla y la boquilla de corte se forma un espacio para refrigerante, en el que el capuchon de boquilla esta dotado de un reborde, que se recalca metalicamente con la boquilla de corte, de modo que asf aparece un intersticio anular uniforme como espacio para refrigerante. El suministro y la evacuacion del refrigerante, en general agua, se produce a traves de dos ranuras dispuestas desplazadas 180° entre sf en el portaboquillas.
En el documento DE 25 25 939 se describe una antorcha de arco de plasma, en particular para corte o soldadura, en la que el portaelectrodo y el cuerpo de boquilla forman una unidad constructiva intercambiable. El suministro de refrigerante exterior se forma esencialmente mediante un capuchon de superposicion que comprende el cuerpo de boquilla. El refrigerante fluye a traves de canales a un espacio anular, que esta formado por el cuerpo de boquilla y el capuchon de superposicion.
El documento DE 692 33 071 T2 se refiere a un dispositivo de corte por arco de plasma. En el mismo se describe una forma de realizacion de una boquilla para una antorcha de corte por arco de plasma, que esta formada por un material conductor y una abertura de salida para un chorro de gas de plasma y un segmento de cuerpo hueco, que esta configurado de tal modo que tiene una configuracion en general conica de pared delgada, que esta inclinada hacia la abertura de salida y presenta un segmento de cabeza ampliado, que esta configurado de una sola pieza con el segmento de cuerpo, siendo el segmento de cabeza macizo a excepcion de un canal central, que esta a nivel con la abertura de salida y presenta una superficie exterior en general conica, que tambien esta inclinada hacia la abertura de salida y tiene un diametro adyacente al del segmento de cuerpo contiguo, que supera el diametro del segmento de cuerpo, para formar una entalladura rebajada. El dispositivo de corte por arco de plasma tiene un capuchon de gas secundario. Ademas entre la boquilla y el capuchon de gas secundario esta dispuesto un capuchon refrigerado mediante agua, para formar una camara refrigerada mediante agua para la superficie exterior de la boquilla para una refrigeracion altamente eficaz. La boquilla se caracteriza por una cabeza grande, que rodea una abertura de salida para el chorro de plasma, y un destalonado agudo o una entalladura para formar un cuerpo conico. Esta construccion de boquilla favorece la refrigeracion de la boquilla.
En las antorchas de plasma descritas anteriormente, el refrigerante se alimenta a traves de un canal de admision de agua hacia la boquilla y se descarga a traves de un canal de retorno de agua de la boquilla. Estos canales estan desplazados generalmente 180° uno con respecto a otro y el refrigerante en su trayecto desde la admision hacia el retorno lavara la boquilla de la manera mas uniforme posible. A pesar de ello se detectan cada cierto tiempo sobrecalentamientos en las proximidades del canal de boquilla.
Otra conduccion de refrigerante para una antorcha, preferiblemente una antorcha de plasma, en particular para soldadura por plasma, corte por plasma, fusion por plasma e inyeccion de plasma, que soporta altas solicitaciones termicas de la boquilla y el catodo, se describe en el documento DD 83890 B1. En este caso, para la refrigeracion de la boquilla esta dispuesto un anillo conductor de medio refrigerante extrafble y que puede insertarse facilmente en la pieza de soporte de boquilla, el cual para limitar la conduccion de medio refrigerante a una capa delgada de como maximo 3 mm de grosor presenta a lo largo de la pared de boquilla exterior una acanaladura de conformacion circundante, en la que desembocan mas de uno, preferiblemente de dos a cuatro, conductos refrigerantes dispuestos en forma de estrella con respecto a la misma radial y simetricamente con respecto al eje de boquilla y en forma de estrella con respecto a la misma con un angulo de entre 0 y 90°, de modo que es adyacente a en cada caso dos flujos de salida de medio refrigerante y cada flujo de salida de medio refrigerante a dos flujos de entrada de medio refrigerante.
Esta disposicion tiene a su vez la desventaja de que es necesario un mayor esfuerzo para la refrigeracion mediante el empleo de un componente adicional, el anillo conductor de medio refrigerante. Ademas de este modo se amplfa la disposicion global.
Para mejorar la refrigeracion mediante agua para la boquilla, en el documento DE 10 2007 005 316 A1 se incorporan un canal de admision de agua y un canal de retorno de agua en la boquilla.
La invencion se basa por tanto en el objetivo de evitar de manera sencilla un sobrecalentamiento en las proximidades del canal de boquilla o de la perforacion de boquilla.
Segun la invencion, este objetivo se alcanza mediante un cabezal de antorcha de plasma, que comprende:
- una boquilla segun una de las reivindicaciones 1 a 14,
- un soporte de boquilla para soportar la boquilla, y
un capuchon de boquilla, en el que el capuchon de boquilla y la boquilla forman un espacio para lfquido refrigerante,
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que puede comunicarse a traves de dos perforaciones desplazadas en cada caso de 60° a 180° con un conducto de alimentacion de Kquido refrigerante o un conducto de retorno de lfquido refrigerante, en el que el soporte de boquilla esta disenado de tal modo que el Kquido refrigerante llega, casi en perpendicular al eje longitudinal del cabezal de antorcha de plasma, incidiendo sobre la boquilla, al espacio para lfquido refrigerante, y/o casi en perpendicular al eje longitudinal, saliendo del espacio para lfquido refrigerante, al soporte de boquilla.
Ademas, la presente invencion proporciona una boquilla para una antorcha de plasma refrigerada mediante lfquido, que comprende una perforacion de boquilla para la salida de un chorro de gas de plasma por una punta de boquilla, un primer segmento, cuya superficie exterior es esencialmente cilmdrica, y un segundo segmento adyacente al mismo hacia la punta de boquilla, cuya superficie exterior se estrecha hacia la punta de boquilla esencialmente de forma conica, en la que esta(n) prevista(s) al menos una acanaladura de alimentacion de lfquido y/o al menos una acanaladura de retorno de lfquido y se extienden por el segundo segmento en la superficie exterior de la boquilla hacia la punta de boquilla y en la que la acanaladura de alimentacion de lfquido o al menos una de las acanaladuras de alimentacion de lfquido y/o una acanaladura de retorno de lfquido o al menos una de las acanaladuras de retorno de lfquido tambien se extiende(n) por una parte del primer segmento y, en el primer segmento, se encuentra al menos una acanaladura, que esta en comunicacion con la acanaladura de alimentacion de lfquido o al menos una de las acanaladuras de alimentacion de lfquido o con la acanaladura de retorno de lfquido o al menos una de las acanaladuras de retorno de lfquido. Con esencialmente cilmdrica quiere decirse que la superficie exterior, al menos al omitir las acanaladuras, tales como las acanaladuras de alimentacion y de retorno de lfquido, es en general cilmdrica. De manera analoga, “estrechada de manera esencialmente conica” significa que la superficie exterior, al menos al omitir las acanaladuras, tales como las acanaladuras de alimentacion y de retorno de lfquido, se estrechan en general de manera conica.
Segun una forma de realizacion particular del cabezal de antorcha de plasma, la boquilla presenta al menos una acanaladura de alimentacion de lfquido y al menos una acanaladura de retorno de lfquido, y el capuchon de boquilla presenta sobre su superficie interior al menos tres entalladuras, cuyas aberturas dirigidas hacia la boquilla se extienden en cada caso por una medida en radianes (b2), en el que la medida en radianes (b4 c4; d4; e4) de las areas de la boquilla adyacentes en la direccion perimetral a la(s) acanaladura(s) de alimentacion de lfquido y/o a la(s) acanaladura(s) de retorno de lfquido y que sobresalen hacia fuera con respecto a la(s) acanaladura(s) de alimentacion de lfquido y/o la(s) acanaladura(s) de retorno de lfquido, es en cada caso al menos tan grande como la medida en radianes (b2). De esta manera se evita una conexion de derivacion de la alimentacion de refrigerante al retorno de refrigerante, de manera especialmente elegante.
Ademas en el cabezal de antorcha de plasma puede estar previsto que las dos perforaciones se extiendan en cada caso esencialmente en paralelo al eje longitudinal del cabezal de antorcha de plasma. De este modo se consigue que puedan conectarse conductos de lfquido refrigerante ahorrando espacio al cabezal de antorcha de plasma.
En particular, las perforaciones pueden estar dispuestas desplazadas 180°.
De manera ventajosa, la medida en radianes del segmento entre las entalladuras del capuchon de boquilla es como maximo la mitad de grande que la medida en radianes minima de la(s) acanaladura(s) de retorno de lfquido y/o que la medida en radianes minima de la(s) acanaladura(s) de alimentacion de lfquido de la boquilla.
En una forma de realizacion particular de la boquilla estan previstas al menos dos acanaladuras de alimentacion de lfquido y/o al menos dos acanaladuras de retorno de lfquido.
De manera ventajosa, el punto central de la acanaladura de alimentacion de lfquido o de al menos una de las acanaladuras de alimentacion de lfquido y el punto central de la acanaladura de retorno de lfquido o de al menos una de las acanaladuras de retorno de lfquido estan dispuestos desplazados 180° uno con respecto a otro a lo largo del penmetro de la boquilla.
De manera ventajosa, la anchura de la acanaladura de alimentacion de lfquido o de al menos una de las acanaladuras de alimentacion de lfquido y/o la anchura de la acanaladura de retorno de lfquido o de al menos una de las acanaladuras de retorno de lfquido se situa(n) en la direccion perimetral en el intervalo de desde 10° hasta 270°.
Segun una forma de realizacion particular, la suma de las anchuras de las acanaladuras de alimentacion y/o de retorno de lfquido asciende a entre 20° y 340°.
Tambien puede estar previsto que la suma de las anchuras de las acanaladuras de alimentacion y/o de retorno de lfquido ascienda a entre 60° y 300°.
Puede estar previsto que la acanaladura o una de las acanaladuras se extienda en la direccion perimetral del primer segmento de la boquilla por todo el penmetro.
A este respecto puede estar previsto en particular que la acanaladura o al menos una de las acanaladuras se extienda en la direccion perimetral del primer segmento de la boquilla por un angulo £1 o £2 en el intervalo de desde 60° hasta 300°.
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A este respecto puede estar previsto en particular que la acanaladura o al menos una de las acanaladuras se extienda en la direccion perimetral del primer segmento de la boquilla por un angulo £1 o £2 en el intervalo de desde 90° hasta 270°.
En una forma de realizacion adicional de la boquilla estan previstas exactamente dos acanaladuras de alimentacion de Kquido y exactamente dos acanaladuras de retorno de lfquido.
En particular, ambas acanaladuras de alimentacion de lfquido pueden estar dispuestas a lo largo del penmetro de la boquilla de manera simetrica con respecto a una recta que se extiende desde el punto central de las acanaladuras de retorno de lfquido en angulo recto a traves del eje longitudinal de la boquilla, y ambas acanaladuras de retorno de lfquido pueden estar dispuestas a lo largo del penmetro de la boquilla de manera simetrica con respecto a una recta que se extiende desde el punto central de la acanaladura de alimentacion de lfquido en angulo recto a traves del eje longitudinal de la boquilla.
De manera ventajosa, los puntos centrales de ambas acanaladuras de alimentacion de lfquido y/o los puntos centrales de ambas acanaladuras de retorno de lfquido estan dispuestos desplazados, uno con respecto a otro a lo largo del penmetro de la boquilla, un angulo que se situa en el intervalo de desde 20° hasta 180°.
Ademas puede estar previsto que ambas acanaladuras de alimentacion de lfquido y/o ambas acanaladuras de
retorno de lfquido esten en comunicacion entre sf en el primer segmento de la boquilla.
De manera conveniente, al menos una de las acanaladuras va mas alla de la acanaladura de alimentacion de lfquido o de al menos una de las acanaladuras de alimentacion de lfquido o mas alla de la acanaladura de retorno de lfquido
o de al menos una de las acanaladuras de retorno de lfquido.
La invencion se basa en la sorprendente observacion de que mediante el suministro y/o la evacuacion del lfquido refrigerante en angulo recto con respecto al eje longitudinal del cabezal de antorcha de plasma en lugar de, como en el estado de la tecnica, en paralelo al eje longitudinal del cabezal de antorcha de plasma, se logra una mejor refrigeracion de la boquilla por el contacto netamente mas prolongado del lfquido refrigerante con la boquilla y por la conduccion del lfquido refrigerante a traves de acanaladuras en la boquilla en el area cilmdrica hacia el portaboquillas.
Cuando estan previstas mas de una acanaladura de alimentacion de lfquido, puede obtenerse entonces en el area de la punta de boquilla una turbulencia especialmente buena del lfquido de refrigeracion debido a la convergencia de las corrientes de lfquido refrigerante, que normalmente tambien va acompanada de una mejor refrigeracion de la boquilla.
Caractensticas y ventajas adicionales de la invencion se desprenden de las reivindicaciones adjuntas y de la siguiente descripcion, en la que se explican en detalle varios ejemplos de realizacion mediante los dibujos esquematicos. A este respecto muestra:
la figura 1, una vista en seccion longitudinal a traves de un cabezal de antorcha de plasma con suministro de gas de plasma y secundario con una boquilla segun una forma de realizacion particular de la presente invencion
la figura 1a, una representacion en seccion a lo largo de la lmea A-A de la figura 1;
la figura 1b, una representacion en seccion a lo largo de la lmea B-B de la figura 1;
la figura 2, representaciones en detalle (arriba a la izquierda: vista en planta desde delante; arriba a la derecha: vista en seccion longitudinal; abajo a la derecha: vista lateral) de la boquilla de la figura 1;
la figura 3, representaciones en detalle (arriba a la izquierda: vista en planta desde delante; arriba a la derecha: vista en seccion longitudinal; abajo a la derecha: vista lateral) de una boquilla segun una forma de realizacion particular adicional de la invencion;
la figura 4, representaciones en detalle (arriba a la izquierda: vista en planta desde delante; arriba a la derecha: vista en seccion longitudinal; abajo a la derecha: vista lateral) de una boquilla segun una forma de realizacion particular adicional de la invencion;
la figura 5, una vista en seccion longitudinal a traves de un cabezal de antorcha de plasma con suministro de gas de plasma y secundario con una boquilla segun una forma de realizacion particular adicional de la presente invencion
la figura 5a, una representacion en seccion a lo largo de la lmea A-A de la figura 5;
la figura 5b, una representacion en seccion a lo largo de la lmea B-B de la figura 5;
la figura 6, representaciones en detalle (arriba a la izquierda: vista en planta desde delante; arriba a la derecha: vista en seccion longitudinal; abajo a la derecha: vista lateral) de una boquilla segun una forma de realizacion particular adicional de la invencion; y
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la figura 7, representaciones en detalle del capuchon de boquilla 2 utilizado en la figura 1, a la izquierda: vista en seccion longitudinal, a la derecha: vista desde la izquierda de la seccion longitudinal.
Anteriormente y tambien a continuacion, con acanaladura se hara referencia por ejemplo tambien a un aplanamiento.
En la siguiente descripcion se describen formas de realizacion de boquillas, que presentan al menos una acanaladura de alimentacion de lfquido, en este caso denominada acanaladura de alimentacion de lfquido refrigerante, y al menos una acanaladura de retorno de lfquido, en este caso denominada acanaladura de retorno de lfquido refrigerante, en particular en cada caso exactamente una y en cada caso exactamente dos. Sin embargo, la invencion no se limita a esto. Pueden estar presentes un mayor numero de acanaladuras de alimentacion y de retorno de lfquido y/o el numero de acanaladuras de alimentacion y de retorno de lfquido puede ser diferente.
El cabezal de antorcha de plasma 1 mostrado en la figura 1 aloja con un alojamiento de electrodo 6 un electrodo 7, en el presente caso a traves de una rosca (no mostrada). El electrodo 7 esta configurado como electrodo plano. Para la antorcha de plasma puede utilizarse por ejemplo aire u oxfgeno como gas de plasma (PG). Una boquilla 4 se aloja en un soporte de boquilla 5 esencialmente cilmdrico. Un capuchon de boquilla 2, que se sujeta a traves de una rosca (no mostrada) al cabezal de antorcha de plasma 1, fija la boquilla 4 y forma con esta un espacio para lfquido refrigerante. El espacio para lfquido refrigerante se sella mediante una junta de estanqueidad implementada por un anillo toroidal 4.16, que se encuentra en una acanaladura 4.15 de la boquilla 4, entre la boquilla 4 y el capuchon de boquilla 2, y se sella mediante una junta de estanqueidad implementada por un anillo toroidal 4.18, que se encuentra en una acanaladura 4.17, entre la boquilla 4 y el soporte de boquilla 5.
Un lfquido refrigerante, por ejemplo agua o agua mezclada con anticongelante, fluye a traves del espacio para lfquido refrigerante desde una perforacion de la admision de lfquido refrigerante Wv hasta una perforacion del retorno de lfquido refrigerante WR, estando dispuestas las perforaciones desplazadas 90° una con respecto a la otra (vease la figura 1b).
En las antorchas de plasma del estado de la tecnica cada cierto tiempo se produce un sobrecalentamiento de la boquilla 4 en el area de la perforacion de boquilla 4.10. Sin embargo, tambien pueden producirse sobrecalentamientos entre un segmento cilmdrico 4.1 (vease la figura 6) de la boquilla 4 y el soporte de boquilla 5. Esto se produce en particular en antorchas de plasma que funcionan indirectamente o con una corriente piloto elevada. Esto se pone de manifiesto mediante una variacion del color del cobre tras un tiempo de funcionamiento breve. En este caso, ya con corrientes de 40 A se producen variaciones del color tras un tiempo breve (por ejemplo 5 minutos).
Del mismo modo se sobrecarga la zona de estanqueidad entre la boquilla 4 y el capuchon de boquilla 2, lo que lleva a un dano del anillo toroidal 4.16 y con ello a la falta de estanqueidad y a la salida de lfquido refrigerante. Las investigaciones han demostrado que este efecto se produce especialmente en el lado de la boquilla 4 dirigido hacia el retorno de lfquido refrigerante. Se supone que el area mas solicitada desde el punto de vista termico, la perforacion de boquilla 4.10 de la boquilla 4, se refrigera de manera insuficiente, porque el lfquido refrigerante fluye a traves de la parte 10.20 del espacio para lfquido refrigerante situada mas proxima a la perforacion de boquilla de manera insuficiente y/o ni siquiera la alcanza en particular en el lado dirigido hacia el retorno de lfquido refrigerante.
En el presente cabezal de antorcha de plasma segun la figura 1, el lfquido refrigerante se conduce casi en perpendicular al eje longitudinal del cabezal de antorcha de plasma 1, desde el soporte de boquilla 5, incidiendo sobre la boquilla 4, al espacio para lfquido refrigerante. Para ello, en un espacio de desvfo 10.10 del espacio para lfquido refrigerante, el lfquido refrigerante se desvfa de la direccion paralela al eje longitudinal en la perforacion de la admision de lfquido refrigerante WV de la antorcha de plasma en direccion al primer segmento 4.1 (vease la figura 2) casi en perpendicular al eje longitudinal del cabezal de antorcha de plasma 1. A continuacion el lfquido refrigerante fluye a traves de una acanaladura 4.6 (veanse las figuras 1b y 2), que se extiende en la direccion perimetral del primer segmento 4.1 por un penmetro parcial, es decir, por aproximadamente 110°, a la parte 10.11 formada por una acanaladura de alimentacion de lfquido refrigerante 4.20 (veanse las figuras 1a, 1b y 2) de la boquilla 4 y el capuchon de boquilla 2, a la parte 10.20 del espacio para lfquido refrigerante que rodea la perforacion de boquilla 4.10, y aqm fluye alrededor de la boquilla 4. A continuacion el lfquido refrigerante fluye a traves de un espacio 10.15 formado por una acanaladura de retorno de lfquido refrigerante 4.22 de la boquilla 4 y el capuchon de boquilla 2 de vuelta al retorno de lfquido refrigerante WR, produciendose la transicion en este caso esencialmente en paralelo al eje longitudinal del cabezal de antorcha de plasma (no se muestra).
Ademas, el cabezal de antorcha de plasma 1 esta dotado de un soporte de capuchon protector de boquilla 8 y un capuchon protector de boquilla 9. A traves de esta area fluye un gas secundario SG, que rodea el chorro de plasma. A este respecto, el gas secundario SG fluye a traves de una conduccion de gas secundario 9.1 y mediante la misma puede hacerse rotar.
La figura 1a muestra una representacion en seccion a lo largo de la lmea A-A de la antorcha de plasma de la figura 1. Esta muestra como la parte 10.11 formada por la acanaladura de alimentacion de lfquido refrigerante 4.20 de la boquilla 4 y el capuchon de boquilla 2, mediante segmentos 4.41 y 4.42 de areas 4.31 y 4.32 de la boquilla 4 que
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sobresalen hacia fuera en combinacion con la superficie interior 2.5 del capuchon de boquilla 2, evitan una conexion de derivacion entre la admision de lfquido refrigerante y el retorno de lfquido refrigerante. De este modo se consigue una refrigeracion eficaz de la boquilla 4 en el area de la punta de boquilla y se evita una sobrecarga termica. Se garantiza que la mayor cantidad de lfquido refrigerante posible alcanza la parte 10.20 del espacio para refrigerante. En los experimentos ya no se produjo una variacion del color de la boquilla en el area de la perforacion de boquilla 4.10. Tampoco aparecieron mas faltas de estanqueidad entre la boquilla 4 y el capuchon de boquilla 2 y ya no se sobrecalento el anillo toroidal 4.16.
La figura 1b muestra una representacion en seccion a lo largo de la lmea B-B del cabezal de antorcha de plasma de la figura 1, que muestra el plano del espacio de desvm 10.10 y la comunicacion de la admision de lfquido refrigerante a traves de la acanaladura 4.6 circundante aproximadamente 110° en la boquilla 4 y las perforaciones dispuestas desplazadas 90° para la admision de lfquido refrigerante WV y el retorno de lfquido refrigerante WR.
La figura 2 muestra la boquilla 4 del cabezal de antorcha de plasma de la figura 1. Dispone de una perforacion de boquilla 4.10 para la salida de un chorro de gas de plasma por una punta de boquilla 4.11, un primer segmento 4.1, cuya superficie exterior 4.4 es esencialmente cilmdrica, y un segundo segmento 4.2 adyacente al mismo hacia la punta de boquilla 4.11, cuya superficie exterior 4.5 se estrecha hacia la punta de boquilla 4.11 esencialmente de forma conica. La acanaladura de alimentacion de lfquido refrigerante 4.20 se extiende por una parte del primer segmento 4.1 y por el segundo segmento 4.2 en la superficie exterior 4.5 de la boquilla 4 hacia la punta de boquilla 4.11 y termina delante de la superficie exterior cilmdrica 4.3. La acanaladura de retorno de lfquido refrigerante 4.22 se extiende por el segundo segmento 4.2 de la boquilla 4. El punto central de la acanaladura de alimentacion de lfquido refrigerante 4.20 y el punto central de la acanaladura de retorno de lfquido refrigerante 4.22 estan dispuestos desplazados 180° uno con respecto a otro a lo largo del penmetro de la boquilla 4. Entre la acanaladura de admision de lfquido refrigerante 4.20 y la acanaladura de retorno de lfquido refrigerante 4.22 se encuentran las areas que sobresalen hacia fuera 4.31 y 4.32 con los segmentos correspondientes 4.41 y 4.42.
La figura 3 muestra una boquilla segun una forma de realizacion especial adicional de la invencion, que tambien puede utilizarse en el cabezal de antorcha de plasma segun la figura 1. La acanaladura de alimentacion de lfquido refrigerante 4.20 se comunica con una acanaladura 4.6 que en este caso se extiende en la direccion perimetral por todo el penmetro. Esto tiene la ventaja de que la perforacion para la admision de lfquido refrigerante WV y para el retorno de lfquido refrigerante WR pueden estar dispuestas en el cabezal de antorcha de plasma con cualquier desplazamiento. Ademas, esto es ventajoso para la refrigeracion de la transicion entre el soporte de boquilla 5 y la boquilla 4. En principio, lo mismo puede emplearse evidentemente tambien para una acanaladura de retorno de lfquido refrigerante 4.22.
La figura 4 muestra una boquilla segun una forma de realizacion especial adicional de la invencion, que tambien puede utilizarse en el cabezal de antorcha de plasma segun la figura 1. Las acanaladuras de alimentacion de lfquido refrigerante 4.20 y 4.21 se extienden por una parte del primer segmento 4.1 y por el segundo segmento 4.2 en la superficie exterior 4.5 de la boquilla 4 hacia la punta de boquilla 4.11 y terminan delante de la superficie exterior cilmdrica 4.3. Las acanaladuras de retorno de lfquido refrigerante 4.22 y 4.23 se extienden por el segundo segmento 4.2 de la boquilla 4. Entre las acanaladuras de alimentacion de lfquido refrigerante 4.20 y 4.21 y las acanaladuras de retorno de lfquido refrigerante 4.22 y 4.23 se encuentran las areas que sobresalen hacia fuera 4.31, 4.32, 4.33 y 4.34 con los segmentos correspondientes 4.41, 4.42, 4.34 y 4.44. Las acanaladuras de alimentacion de lfquido refrigerante 4.20 y 4.21 se comunican entre sf a traves de una acanaladura 4.6 de la boquilla 4 que se extiende en la direccion perimetral del primer segmento 4.1 de la boquilla 4 por un penmetro parcial entre las acanaladuras 4.20 y 4.21, es decir, por aproximadamente 160°.
La figura 5 representa un cabezal de antorcha de plasma segun una forma de realizacion especial adicional de la invencion. Tambien en este caso el lfquido refrigerante se conduce casi en perpendicular al eje longitudinal del cabezal de antorcha de plasma 1 desde un soporte de boquilla 5, incidiendo sobre la boquilla 4, a un espacio para lfquido refrigerante. Para ello, en el espacio de desvfo 10.10 del espacio para lfquido refrigerante, el lfquido refrigerante se desvfa de la direccion paralela al eje longitudinal en la perforacion de la admision de lfquido refrigerante WV de la antorcha de plasma en direccion al primer segmento de boquilla 4.1 casi en perpendicular al eje longitudinal del cabezal de antorcha de plasma 1. A continuacion, el lfquido refrigerante fluye a traves de las partes 10.11 y 10.12, formadas por las acanaladuras de alimentacion de lfquido refrigerante 4.20 y 4.21 de la boquilla 4 y el capuchon de boquilla 2 (vease la figura 5a), al area 10.20 del espacio para lfquido refrigerante que rodea la perforacion de boquilla 4.10, y aqrn fluye alrededor de la boquilla 4. A continuacion, el lfquido refrigerante fluye a traves de las partes 10.15 y 10.16, formadas por las acanaladuras de retorno de lfquido refrigerante 4.22 y 4.23 de la boquilla 4 y el capuchon de boquilla 2, de vuelta al retorno de lfquido refrigerante WR, produciendose la transicion en este caso casi en perpendicular al eje longitudinal del cabezal de antorcha de plasma, a traves del espacio de desvrn 10.9.
La figura 5a es una representacion en seccion a lo largo de la lmea A-A del cabezal de antorcha de plasma de la figura 5, que muestra como las partes 10.11 y 10.12, formadas por las acanaladuras de alimentacion de lfquido refrigerante 4.20 y 4.21 de la boquilla 4 y el capuchon de boquilla 2, mediante los segmentos 4.41 y 4.42 de las areas sobresalientes 4.31 y 4.32 de la boquilla 4, en combinacion con la superficie interior del capuchon de boquilla 2, evitan una conexion de derivacion entre las alimentaciones de lfquido refrigerante y los retornos de lfquido
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refrigerante. Al mismo tiempo se evita una conexion de derivacion entre las partes 10.11 y 10.12 mediante el segmento 4.43 del area sobresaliente 4.33 y entre las partes 10.15 y 10.16 mediante el segmento 4.44 del area sobresaliente 4.43.
La figura 5b es una representacion en seccion a lo largo de la lmea B-B del cabezal de antorcha de plasma de la figura 7, que muestra el plano de los espacios de desvm 10.9 y 10.10.
La figura 6 muestra la boquilla 4 del cabezal de antorcha de plasma de la figura 5. Dispone de una perforacion de boquilla 4.10 para la salida de un chorro de gas de plasma por una punta de boquilla 4.11, un primer segmento 4.1, cuya superficie exterior 4.4 es esencialmente cilmdrica, y un segundo segmento 4.2 adyacente al mismo hacia la punta de boquilla 4.11, cuya superficie exterior 4.5 se estrecha hacia la punta de boquilla 4.11 esencialmente de forma conica. Las acanaladuras de alimentacion de lfquido refrigerante 4.20 y 4.21 y las acanaladuras de retorno de lfquido refrigerante 4.22 y 4.23 se extienden por una parte del primer segmento 4.1 y por el segundo segmento 4.2 en la superficie exterior 4.5 de la boquilla 4 hacia la punta de boquilla 4.11 y terminan delante de la superficie exterior cilmdrica 4.3. El punto central de la acanaladura de alimentacion de lfquido refrigerante 4.20 y el punto central de la acanaladura de retorno de lfquido refrigerante 4.22 asf como el punto central de la acanaladura de alimentacion de lfquido refrigerante 4.21 y el punto central de la acanaladura de retorno de lfquido refrigerante 4.23 estan dispuestos desplazados 180° uno con respecto a otro a lo largo del penmetro de la boquilla 4 y son igual de grandes.
Entre la acanaladura de admision de lfquido refrigerante 4.20 y la acanaladura de retorno de lfquido refrigerante 4.22 se encuentra un area que sobresale hacia fuera 4.31 con un segmento correspondiente 4.41 y entre la acanaladura de alimentacion de lfquido refrigerante 4.21 y la acanaladura de retorno de lfquido refrigerante 4.23 se encuentra un area que sobresale hacia fuera 4.32 con un segmento correspondiente 4.42. Entre las acanaladuras de alimentacion de lfquido refrigerante 4.20 y 4.21 se encuentra un area que sobresale hacia fuera 4.33 con un segmento correspondiente 4.43. Entre las acanaladuras de retorno de lfquido refrigerante 4.22 y 4.23 se encuentra un area que sobresale hacia fuera 4.34 con un segmento correspondiente 4.44.
Tambien allf donde posiblemente antes se haya descrito o mostrado de otra manera, las anchuras (angulares) de las acanaladuras de alimentacion de lfquido pueden ser diferentes. Lo mismo se aplica tambien para las anchuras (angulares) de las acanaladuras de retorno de lfquido.
La figura 7 muestra representaciones en detalle de un capuchon de boquilla utilizado en el cabezal de antorcha de plasma 1 de la figura 1. El capuchon de boquilla 2 presenta una superficie interior 2.2 que se estrecha esencialmente de forma conica, que en este caso en un plano radial presenta catorce entalladuras 2.6. Las entalladuras 2.6 estan dispuestas de manera equidistante a lo largo de la circunferencia interna y en una seccion radial tienen forma semicircular.
Las caractensticas de la invencion dadas a conocer en la presente descripcion, en los dibujos asf como en las reivindicaciones seran esenciales tanto individualmente como en cualquier combinacion para la implementacion de la invencion en sus diferentes formas de realizacion.

Claims (10)

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REIVINDICACIONES
Boquilla (4) para una antorcha de plasma refrigerada mediante Kquido, que comprende una perforacion de boquilla (4.10) para la salida de un chorro de gas de plasma por una punta de boquilla (4.11), un primer segmento (4.1), cuya superficie exterior (4.4) es esencialmente cilmdrica, y un segundo segmento (4.2) adyacente al mismo hacia la punta de boquilla (4.11), cuya superficie exterior (4.5) se estrecha hacia la punta de boquilla (4.11) esencialmente de forma conica, en la que estan presentes al menos dos acanaladuras de alimentacion de lfquido (4.20 y 4.21) y al menos dos acanaladuras de retorno de lfquido (4.22 y 4.23), que se extienden por el segundo segmento (4.2) en la superficie exterior (4.5) de la boquilla (4) hacia la punta de boquilla (4.11), en la que al menos una de las acanaladuras de alimentacion de lfquido (4.20; 4.21) y/o al menos una de las acanaladuras de retorno de lfquido (4.22; 4.23) se extiende(n) tambien por una parte del primer segmento (4.1) y en el primer segmento (4.1) se encuentra al menos una acanaladura adicional (4.6 o 4.7), que esta en comunicacion con al menos una de las acanaladuras de alimentacion de lfquido (4.20; 4.21) o al menos una de las acanaladuras de retorno de lfquido (4.22; 4.23).
Boquilla segun la reivindicacion 1, caracterizada porque el punto central de al menos una de las acanaladuras de alimentacion de lfquido (4.20; 4.21) y el punto central de al menos una de las acanaladuras de retorno de lfquido (4.22; 4.23) estan dispuestos desplazados 180° uno con respecto a otro a lo largo del penmetro de la boquilla (4).
Boquilla segun una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque al menos una de las acanaladuras de alimentacion de lfquido (4.20; 4.21) y/o al menos una de las acanaladuras de retorno de lfquido (4.22; 4.23) se extiende en la direccion perimetral por un intervalo de desde 10° hasta 270°.
Boquilla segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la acanaladura adicional (4.6) o una de las acanaladuras adicionales (4.6 o 4.7) se extiende en la direccion perimetral del primer segmento (4.1) de la boquilla (4) por todo el penmetro.
Boquilla segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la acanaladura adicional (4.6) o al menos una de las acanaladuras adicionales (4.6 o 4.7) se extiende en la direccion perimetral del primer segmento (4.1) de la boquilla (4) por un angulo ^1 o C2 en el intervalo de desde 60° hasta 300°.
Boquilla segun la reivindicacion 5, caracterizada porque la acanaladura adicional (4.6) o al menos una de las acanaladuras adicionales (4.6 o 4.7) se extiende en la direccion perimetral del primer segmento (4.1) de la boquilla (4) por un angulo ^1 o C,2 en el intervalo de desde 90° hasta 270°.
Boquilla segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque estan previstas exactamente dos acanaladuras de alimentacion de lfquido (4.20; 4.21) y exactamente dos acanaladuras de retorno de lfquido (4.22; 4.23).
Boquilla segun la reivindicacion 7, caracterizada porque ambas acanaladuras de alimentacion de lfquido (4.20; 4.21) y/o ambas acanaladuras de retorno de lfquido (4.22; 4.23) estan en comunicacion entre sf en el primer segmento (4.1) de la boquilla (4).
Boquilla segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque al menos una de las acanaladuras adicionales (4.6 y/o 4.7) sobresale mas alla de al menos una de las acanaladuras de alimentacion de lfquido (4.20; 4.21) o mas alla de al menos una de las acanaladuras de retorno de lfquido (4.22; 4.23).
Cabezal de antorcha de plasma (1), que comprende:
- una boquilla segun una de las reivindicaciones 1 a 9,
- un soporte de boquilla (5) para soportar la boquilla (4), y
- un capuchon de boquilla (2), en el que el capuchon de boquilla (2) y la boquilla (4) forman un espacio para lfquido refrigerante, que puede comunicarse a traves de dos perforaciones desplazadas en cada caso de 60° a 180° con un conducto de alimentacion de lfquido refrigerante o un conducto de retorno de lfquido refrigerante, en el que el soporte de boquilla (5) esta disenado de tal modo que el lfquido refrigerante llega, casi en perpendicular al eje longitudinal del cabezal de antorcha de plasma (1), incidiendo sobre la boquilla (4), al espacio para lfquido refrigerante, y/o casi en perpendicular al eje longitudinal, saliendo del espacio para lfquido refrigerante, al soporte de boquilla.
Cabezal de antorcha de plasma (1) segun la reivindicacion 10, caracterizado porque el capuchon de boquilla (2) presenta sobre su superficie interior (2.5) al menos tres entalladuras (2.6), cuyas aberturas dirigidas hacia la boquilla (4) se extienden en cada caso por una medida en radianes (b2), en el que la medida en radianes (b4; c4; d4; e4) de las areas (4.31; 4.32; 4.33; 4.34) de la boquilla (4) adyacentes en la direccion perimetral a las acanaladuras de alimentacion de lfquido (4.20; 4.21) y/o a las acanaladuras de
13.
14.
10
retorno de Ifquido (4.22; 4.23) y que sobresalen hacia fuera con respecto a las acanaladuras de alimentacion de lfquido y/o las acanaladuras de retorno de lfquido, es en cada caso al menos tan grande como la medida en radianes (b2).
Cabezal de antorcha de plasma (1) segun la reivindicacion 10 u 11, caracterizado porque ambas perforaciones se extienden en cada caso esencialmente en paralelo al eje longitudinal del cabezal de antorcha de plasma (1).
Cabezal de antorcha de plasma (1) segun una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque las perforaciones estan dispuestas desplazadas 180°.
Cabezal de antorcha de plasma (1) segun una de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque la medida en radianes (c2) del segmento entre las entalladuras (2.6) del capuchon de boquilla (2) es como maximo la mitad de grande que la medida en radianes minima (a42, a43) de las acanaladuras de retorno de lfquido (4.22 y 4.23) o que la medida en radianes minima (a40, a41) de las acanaladuras de alimentacion de lfquido (4.20 y 4.21) de la boquilla (4).
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