ES2628062T3 - Antorcha de plasma de arco con aislamiento eléctrico mejorado - Google Patents

Antorcha de plasma de arco con aislamiento eléctrico mejorado Download PDF

Info

Publication number
ES2628062T3
ES2628062T3 ES12193608.2T ES12193608T ES2628062T3 ES 2628062 T3 ES2628062 T3 ES 2628062T3 ES 12193608 T ES12193608 T ES 12193608T ES 2628062 T3 ES2628062 T3 ES 2628062T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
torch
torch head
arc plasma
outer jacket
fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES12193608.2T
Other languages
English (en)
Inventor
Cataldo De Laurentis
Francis Remy
Peter Uhlig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lincoln Electric Co France SA
Original Assignee
Air Liquide Welding France
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide Welding France filed Critical Air Liquide Welding France
Application granted granted Critical
Publication of ES2628062T3 publication Critical patent/ES2628062T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K10/00—Welding or cutting by means of a plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3457—Nozzle protection devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

Antorcha de plasma de arco que comprende: - un cabezal de antorcha (1) alimentado con corriente y que comprende un electrodo (2) y al menos un componente seleccionado del grupo formado por una boquilla aguas arriba (3), un elemento portaboquilla (4), una boquilla aguas abajo (5), - medios de refrigeración de los componentes del cabezal de antorcha (1) que comprenden al menos un primer trayecto, que va de una entrada a una salida del cabezal de antorcha, de un primer fluido (10) que circula a través del cabezal de antorcha (1), - una camisa externa (6) establecida alrededor del cabezal de antorcha (1) y - un primer faldón aislante (7) hecho de un material aislante eléctrico, establecido contra la totalidad o parte de la superficie de la camisa externa (6) situada encarada con dicho o dichos componentes del cabezal de antorcha (1), caracterizada por que el primer faldón aislante (7) se establece en orden a evitar un contacto entre la superficie de la camisa externa (6) situada encarada con los componentes del cabezal de antorcha (1) y dicho al menos un primer trayecto de dicho primer fluido (10) que circula a través del cabezal de antorcha (1).

Description

5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
DESCRIPCION
Antorcha de plasma de arco con aislamiento electrico mejorado
La invencion se refiere a una antorcha de plasma de arco utilizable en corte por plasma, en particular a una antorcha de plasma de arco utilizable en corte por plasma de arco en vortice de agua, la vida util de cuyos componentes y cuyo funcionamiento se ven mejorados merced a un mejor aislamiento electrico entre la camisa externa de la antorcha y los componentes del cabezal de la antorcha, asf como a un procedimiento de corte que pone en practica dicha antorcha.
La puesta en practica de un procedimiento de corte por plasma de arco precisa de la aplicacion de diferencias de potencial electrico entre el electrodo y la boquilla aguas arriba con que esta equipado el cabezal de la antorcha de plasma de arco utilizada, asf como entre el electrodo y la chapa que ha de cortarse.
De este modo, a lo largo de la fase de cebado del arco electrico, se aplica un potencial de alterna del orden de 6 a 15 kV entre el electrodo y la boquilla aguas arriba. Para ello, estos dos componentes estan unidos a un generador de corriente que proporciona una tension en vado, es decir, antes del cebado del arco electrico, de aproximadamente 350 V. De ello resulta el establecimiento de un arco piloto de una intensidad del orden de 20 a 40 A entre el electrodo, unido al polo negativo del generador y determinante del catodo, y la boquilla aguas arriba, unida al polo positivo del generador y determinante del anodo. La tension resultante es del orden de 20 a 60 V.
A continuacion es soplado el arco piloto fuera de la antorcha de plasma de arco, hacia la pieza metalica que ha de cortarse, merced a un flujo de gas plasmageno proporcionado por la boquilla aguas arriba. El electrodo permanece unido al polo negativo del generador y la chapa se une al polo positivo.
Tras la transferencia del arco electrico a la chapa, da comienzo la fase de corte y la tension entre el electrodo y la chapa es del orden de 120 a 220 V. Esta tension depende de la longitud del arco, es decir, de la distancia entre la antorcha de plasma de arco y la chapa recortada. Si la chapa no esta horizontal, esta distancia puede aumentar y llevar consigo un aumento de la tension aplicada por el generador entre el electrodo y la chapa. En el caso extremo en que la antorcha sale del penmetro de la chapa, esta distancia pasa a ser infinita. El arco se “estira” hasta su corte, con el consiguiente aumento de la tension aplicada por el generador entre el electrodo y la chapa hasta la tension maxima que puede proporcionar, es decir, su tension en vado, de 350 V aproximadamente.
Por lo tanto, el electrodo y la boquilla de un cabezal de antorcha de plasma de arco aguas arriba pueden verse sometidos a potenciales electricos importantes, pero tambien ocurre asf para otros componentes del cabezal de antorcha. En particular, la camisa externa establecida alrededor del cabezal de antorcha de plasma de arco tambien puede verse sometida a considerables potenciales. Notese que los principales componentes de una antorcha de plasma de arco, asf como la camisa externa, estan conformados generalmente a partir de materiales metalicos electricamente conductores, como son el laton o el cobre.
La aparicion de potenciales electricos en correspondencia con la camisa externa tiene su origen, en primer lugar, en la union electrica de la camisa con los componentes del cabezal de antorcha bajo potencial electrico, ello con interposicion de los fluidos que circulan por la antorcha de plasma de arco.
En efecto, un cabezal de antorcha de plasma de arco esta atravesado por diferentes trayectos de fluidos que, caracterizados por una cierta conductividad electrica, circulan en contacto con al menos una parte de los componentes del cabezal de antorcha. De este modo, un cabezal de antorcha de plasma de arco esta atravesado, en general, por uno o varios trayectos de fluido de refrigeracion, generalmente agua, con el fin de evacuar el calor acumulado por los componentes de la antorcha a lo largo del procedimiento de corte.
Asf, el documento US 3.558.973 da a conocer un cabezal de antorcha de plasma de arco atravesado por varios trayectos de agua que circulan en contacto con diferentes componentes de la antorcha, especialmente en contacto con la camisa externa, con la boquilla aguas arriba y con el componente portaboquilla.
Asf resulta que estos diferentes componentes de la antorcha pueden quedar puestos en union electrica con interposicion del fluido de refrigeracion que circula por la antorcha, siendo dicho fluido conductor electrico.
Se puede tratar de subsanar este fenomeno utilizando, en calidad de fluido de refrigeracion, agua desmineralizada que presenta una escasa conductividad electrica, tfpicamente inferior a 20 pS/cm. Sin embargo, esta solucion no es ideal, debido a que la conductividad electrica nunca puede ser nula y a que el valor de la conductividad electrica del agua aumenta inevitablemente con el paso del tiempo. Asimismo, el agua desmineralizada es mas costosa que el agua de la red tradicional.
Adicionalmente, en el caso de un procedimiento de corte por plasma en vortice de agua, el cabezal de antorcha comprende una boquilla aguas abajo, es decir, establecida aguas abajo de la boquilla aguas arriba, apta para distribuir un chorro de agua turbulento en vortice alrededor de la columna de plasma de arco establecida entre el electrodo y la chapa. En este caso, un circuito de agua adicional atraviesa la antorcha de plasma de arco y alimenta la boquilla aguas abajo.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
Este tipo de antorcha es conocido, en especial, por el documento US 5.124.525, que ensena un cabezal de antorcha de plasma de arco que comprende una boquilla aguas abajo alimentada con agua, tomando el agua varios trayectos que atraviesan el cabezal de antorcha. De este modo, el agua de vortice circula en contacto con la camisa externa de la antorcha y de los componentes del cabezal de antorcha, en particular, el componente portaboquilla que da soporte a la boquilla aguas arriba, estando este componente portaboquilla en contacto con la boquilla aguas arriba y, por tanto, sometido al mismo potencia electrico que la misma.
Debido a que el agua de vortice alimenta la antorcha en circuito abierto, son considerables los consumos de agua de vortice. Consecuentemente, para limitar los costes de produccion, en general se utiliza agua de la red, es decir, agua no desmineralizada y que presenta una conductividad electrica del orden de 450 pS/cm. Asf resulta que entre los diferentes elementos constitutivos del cabezal de antorcha pueden aparecer importantes potenciales electricos, en particular entre la camisa externa y componentes del cabezal de antorcha.
La antorcha segun el documento US 5.124.525 comprende, ademas, un bloque aislante de plastico que se encarga de un aislamiento electrico entre el electrodo y las boquillas aguas arriba y aguas abajo. Sin embargo, esta solucion no impide la aparicion de potenciales electricos en correspondencia con la camisa externa, puesto que el agua de vortice circula entre la camisa externa y el bloque aislante, en contacto con las boquillas aguas arriba y aguas abajo.
Aparte de la aparicion de potenciales electricos resultantes de la circulacion de fluido conductor electrico en el seno de la antorcha, asimismo puede tener lugar, en el funcionamiento de la antorcha de plasma de arco, una transferencia de electrones entre el propio arco electrico y la boquilla aguas abajo. Si se ponen en contacto electrico la camisa externa y la boquilla aguas abajo, resulta que la camisa externa pasa a quedar sometida tambien a un potencial electrico.
La aparicion de potenciales electricos en correspondencia con la camisa externa ha podido comprobarse con ayuda de mediciones realizadas sobre una antorcha de plasma de arco segun la tecnica anterior, en particular, una antorcha de plasma de arco destinada a un procedimiento de corte en vortice de agua. En el ambito de estas mediciones, la chapa o la pieza recortada estaba sumergida, es decir, la operacion de corte se realizaba bajo el agua de vortice, permitiendo esto minimizar el ruido y los humos generados por el procedimiento. En fase de corte, se midio una tension del orden de 120 a 140 V entre la camisa externa y la chapa. En fase de cebado del arco, se midio una tension del orden de 180 V entre el componente portaelectrodo y la camisa externa. Se midieron diferencias de potencial inferiores a estos valores, pero no menos significativas, entre el mismo tipo de componentes con que estan equipados cabezales convencionales de antorcha de plasma de arco, es decir, sin distribucion de vortice de agua.
Ahora bien, la aparicion de potenciales electricos entre la camisa externa y ciertos componentes del cabezal de antorcha conduce a varios problemas.
En primer lugar, la aparicion de estos potenciales electricos afecta a la vida util de los componentes del cabezal de antorcha de plasma de arco.
En efecto, la inmersion de componentes metalicos sometidos a una diferencia de potencial en un fluido conductor 22, como ocurre para los componentes de un cabezal de antorcha de plasma de arco, conduce al fenomeno de electrolisis, ilustrado en la figura 1, y lleva consigo la disolucion 24 o, en otras palabras, la corrosion electrolftica, del componente 21 en configuracion de anodo y la deposicion 25 de aniones metalicos sobre el componente 20 en configuracion de catodo. El desplazamiento de los aniones esta simbolizado mediante la flecha 23. En el caso de un cabezal de antorcha de plasma de arco, este fenomeno da por resultado, por tanto, una disolucion y, con ello, un desgaste, de ciertos componentes unidos al polo positivo del generador de corriente y que se encuentran en contacto con los fluidos circulantes a traves del cabezal de antorcha. En efecto, las tensiones anteriormente medidas son ampliamente superiores a las que desencadenan una reaccion de electrolisis, tfpicamente de algunas centenas de mV a algunos V en un medio acuoso.
La intensidad de este fenomeno de desgaste, es decir, la cantidad de materia del anodo disuelta por unidad de tiempo, depende especialmente del tipo de metales que constituyen los componentes (segun una escala de activacion galvanica en ausencia de aplicacion de diferencia de potencial externa impuesta), de la conductividad del fluido, de la distancia entre los componentes que desempenan la funcion de catodo y anodo, de la diferencia de potencial aplicada y del tiempo de aplicacion y de la relacion de superficies de los componentes. En particular, cuanto mas conductor sea el fluido en el que banan los componentes, mas grande sera la intensidad de corriente que puede circular por el circuito electrolftico, y mayor sera el desgaste del anodo. Igualmente, cuanto mas disminuya la distancia entre los componentes, mayor sera el desgaste del anodo. Consecuentemente, el fenomeno de corrosion electrolftica es mas rapido entre el componente portaboquilla y la camisa externa, unidos por el agua de la red y posicionados de ordinario a una escasa distancia de unos milfmetros entre sf, que entre el componente portaelectrodo y la camisa externa, unidos por agua desmineralizada y posicionados de ordinario a una distancia de unas decenas de milfmetros.
Tfpicamente, este tipo de ataque electroqmmico ocasiona el desprendimiento de la capa de rnquel que reviste la superficie interior de la camisa externa, asf como un deposito sobre el componente portaboquilla. De ello resulta un
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
deterioro de la camisa externa y del componente portaboquilla y, consecuentemente, una reduccion de la vida util de la antorcha de plasma de arco. Ensayos de resistencia consistentes en la realizacion de varios cortes de 30 minutes en continuo con una antorcha de plasma de arco en vortice de agua revelaron, efectivamente, que era atacada la superficie del componente portaboquilla situada encarada con la camisa externa.
Por otro lado, la aparicion de potenciales electricos en correspondencia con la camisa externa de la antorcha de plasma de arco conduce a otros problemas cruciales que perturban su utilizacion en una instalacion automatica de corte.
En efecto, una tension elevada entre la camisa externa y la boquilla aguas arriba conduce inevitablemente a la aparicion de corrientes de fuga. Estas provocan bajadas de tension, con las consiguientes dificultades de cebado, debido a una disminucion de la energfa disponible para cebar el arco electrico, asf como perturbaciones de la deteccion de la chapa por parte de la antorcha. De ello resulta que el procedimiento de corte que pone en practica la antorcha es menos eficiente y menos fiable.
Adicionalmente, la aparicion de potenciales electricos en correspondencia con la camisa externa conduce a tensiones elevadas entre la camisa y la chapa que ha de cortarse, sometida a su vez a un potencial electrico. En caso de union electrica entre la camisa y la chapa, por ejemplo ocasionada por un desplazamiento de la antorcha fuera de la zona de trabajo hasta tocar un elemento de la estructura de la instalacion de corte, puede tener lugar, por tanto, un paso de corriente importante a traves de los componentes de la antorcha, conducir asf al dano de la antorcha y a dificultades de cebado del arco electrico.
El problema por solucionar es, en consecuencia, proponer una antorcha de plasma de arco utilizable en corte por plasma de arco, en particular una antorcha de plasma de arco utilizable en corte por plasma de arco en vortice de agua, que este mejorada para solucionar o limitar los problemas de desgaste de los componentes con que esta equipado el cabezal de antorcha de plasma de arco anteriormente expuestos, y que permita, ademas, dar fiabilidad al procedimiento de corte que pone en practica tal antorcha, limitando, e incluso evitando, las perturbaciones de funcionamiento resultantes de la aparicion de potenciales electricos en correspondencia con la camisa externa de dicha antorcha.
La solucion de la invencion es, entonces, una antorcha de plasma de arco segun la reivindicacion 1.
Por otro lado, segun la forma de realizacion que se considere, la invencion puede comprender una o varias de las caractensticas segun las reivindicaciones dependientes.
De acuerdo con otro aspecto, la invencion trata asimismo de un procedimiento de corte por plasma de arco de una pieza metalica que pone en practica una antorcha de plasma de arco segun la invencion.
Preferentemente, dicho procedimiento pone en practica un vortice de segundo fluido distribuido por una boquilla aguas abajo alrededor de la columna de plasma de arco.
Dentro del ambito de la invencion, la corriente de arco esta comprendida entre 20 y 1000 A, preferentemente superior a 200 A, tambien preferentemente superior a 400 A.
A continuacion se comprendera mejor la invencion merced a la siguiente descripcion detallada, llevada a cabo con referencia a las figuras que se acompanan, de las cuales:
la figura 2 es una vista en seccion de un cabezal de antorcha de plasma de arco segun la tecnica anterior, es decir, sin puesta en practica de la solucion de la invencion, en particular, un cabezal de antorcha destinado al corte por plasma de arco en vortice de agua, y
la figura 3 es una vista en seccion de un cabezal de antorcha de plasma de arco destinado al corte por plasma de arco en vortice de agua segun la invencion.
Tal como se ve en la figura 2, un cabezal de antorcha de plasma de arco 1 destinado al corte por plasma de arco en vortice de agua comprende un cierto numero de componentes esenciales, en especial, un electrodo 2, una boquilla aguas arriba 3 y una boquilla aguas abajo 5. Un elemento portaboquilla 4 da soporte a la boquilla aguas arriba 3 y un elemento portaelectrodo 13 da soporte al electrodo 2. Alrededor del cabezal de antorcha 1 se establece una camisa externa 6. Esta camisa, generalmente de laton, permite proteger el cabezal de antorcha 1 de los impactos y de las proyecciones de metal fundido a lo largo de la fase de corte de la chapa. Entre el portaelectrodo 13 y el portaboquilla 4, se establece un bloque aislante 15, en orden a aislarlos electricamente.
El cabezal de antorcha 1 esta conectado a un cuerpo de antorcha 12 que sirve de interfaz entre el cabezal de antorcha 1 y el generador de corriente, sirviendo el generador de alta frecuencia para el cebado del arco, asf como las alimentaciones de fluido a la instalacion de corte por plasma de arco (no esquematizados).
Estas alimentaciones de fluido alimentan un primer grupo de uno o varios circuitos, es decir, conductos o trayectos, de fluido que atraviesan el cabezal de antorcha 1.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
En efecto, los componentes del cabezal de antorcha 1 estan sometidos a temperaturas muy elevadas, tanto durante la fase de cebado del arco como durante la fase de corte. Por lo tanto, es necesario refrigerarlos. En general, los medios de refrigeracion de los componentes del cabezal de antorcha 1 comprenden al menos un primer trayecto de un primer fluido 10 que circula a traves del cabezal de antorcha 1, en contacto con uno o varios componentes del cabezal de antorcha 1. El primer fluido es inyectado en el cabezal de antorcha 1 y luego bombeado por un grupo de refrigeracion, y sirve para evacuar el calor acumulado por los componentes del cabezal de antorcha 1 a lo largo de su funcionamiento. El primer fluido de refrigeracion utilizado es, en general, agua, preferentemente agua desmineralizada. La utilizacion de agua desmineralizada esta posibilitada economicamente por el hecho de que el fluido de refrigeracion circula en circuito cerrado.
A tftulo de ejemplo, las flechas 10 de la figura 2 ilustran algunos de los trayectos que pueden ser seguidos por el primer fluido 10 a traves del cabezal de antorcha 1, especialmente en el interior del electrodo 2, a lo largo de la superficie externa de la boquilla aguas arriba 3 y en el interior del elemento portaboquilla 4.
Adicionalmente, un cabezal de antorcha de plasma de arco equipado con una boquilla aguas abajo 5 comprende un segundo grupo de trayectos de un segundo fluido 11, en otras palabras, al menos un segundo trayecto de un segundo fluido 11, que circula a traves del cabezal de antorcha 1 y que alimenta dicha boquilla aguas abajo 5. El segundo fluido 11 puede ser un gas aguas abajo distribuido coaxialmente al gas aguas arriba plasmageno, o tambien en vortice alrededor del chorro de gas aguas arriba, que desempena una funcion protectora frente al plasma de arco.
En particular, en el caso de una antorcha destinada al corte por plasma de arco en vortice, el segundo fluido 11 sigue un segundo trayecto (representado mediante las flechas 11 en la figura 2) hasta la boquilla aguas abajo 5 para ser distribuido por la boquilla aguas abajo 5 en forma de un chorro de fluido 11 que se propaga en vortice, en orden a determinar un torbellino alrededor de la columna de plasma de arco establecida entre el electrodo y la chapa recortada. Entonces, la antorcha de plasma de arco en vortice comprende medios de creacion de vortice que permiten generar un torbellino de fluido 11. Estos medios son bien conocidos y pueden comprender, por ejemplo, uno o varios canales de distribucion de fluido inclinados, o cualquier otro dispositivo apto y disenado para distribuir uno o varios chorros de agua en giro alrededor de la columna de plasma de arco.
En el caso de una antorcha de plasma de arco en vortice de agua, el segundo fluido 11 es agua inyectada en giro para obtener un torbellino hueco de agua determinante de una manga de agua alrededor de la columna de plasma de arco. El vortice de agua permite encamisar la columna de plasma de arco, aprisionar los humos de corte, refrigerar la chapa y, ademas, provee de un aislamiento acustico. Por motivos de limitacion de los costes de produccion, al circular el agua de vortice en circuito abierto, el agua de vortice proviene de la red estandar, por lo que no esta desmineralizada.
A la vista de los trayectos primero y segundo seguidos por los fluidos primero y segundo 10 y 11 y esquematizados en la figura 2, se comprende a partir de este momento el problema que se plantea, a saber, que ciertas superficies de los componentes del cabezal de antorcha 1, entre los cuales se establecen importantes potenciales electricos, se encuentran en contacto con el mismo trayecto de agua, especialmente de agua no desmineralizada, es decir, cuya conductividad electrica no es despreciable. Por lo tanto, estos componentes se hallan unidos electricamente.
Tal es el caso, en particular, para la camisa externa 6 y la boquilla aguas arriba 3, que estan puestas en contacto electrico por mediacion del agua de vortice circulante entre ellas, lo cual asimismo contribuye a la aparicion de un potencial electrico en correspondencia con la camisa externa 6 y conduce a las perturbaciones del funcionamiento de la antorcha anteriormente expuestas.
Ademas, la camisa externa 6 y el componente portaboquilla 4, hallandose este ultimo directamente en contacto con la boquilla aguas arriba 3, tambien estan unidos mediante agua de la red con conductividad electrica. Estos dos componentes se establecen a una escasa distancia entre sf, tfpicamente de unos milfmetros. Por lo tanto, el fenomeno de electrolisis anteriormente mencionado da lugar a una degradacion de la superficie situada encarada con los componentes del cabezal de antorcha 1, es decir, su superficie interna.
Para solucionar este problema y mejorar el aislamiento electrico de la camisa externa 6 del cabezal de antorcha 1, se establece, de conformidad con la invencion, un primer faldon aislante 7, denominado seguidamente faldon aislante (7), contra la totalidad o parte de la superficie de la camisa externa 6 situada encarada con los componentes del cabezal de antorcha 1.
La figura 3 ilustra la solucion de la invencion y presenta una vista en seccion de un cabezal de antorcha de plasma de arco destinado al corte por plasma de arco en vortice de agua que comprende un faldon aislante 7.
En esta configuracion de antorcha, se ve que el faldon aislante 7 define al menos una parte del segundo trayecto de segundo fluido 11.
El faldon aislante 7 puede recubrir la totalidad o parte de la superficie de la camisa externa 6, es decir, recubrir la totalidad o parte de la altura de esta superficie y la totalidad o parte de la periferia de esta superficie.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
Preferiblemente, el faldon aislante 7 recubre al menos las partes de superficie interna de la camisa 6 que se encuentran en contacto con uno o varios fluidos circulantes a traves del cabezal de antorcha 1. Entendiendose que dichas partes de superficie interna son aquellas que se encuentran en contacto con uno o varios fluidos circulantes por el cabezal de antorcha cuando en dicho cabezal no hay establecido ningun faldon aislante 7, tal como se ve en la figura 2.
Por “superficie interna” de la camisa externa 6, se entiende, dentro del ambito de la presente invencion, toda superficie de la camisa externa 6 que se encuentra encarada con o enfrentada a al menos una parte de un componente de la antorcha.
Por “establecida contra” la totalidad o parte de la superficie situada encarada con los componentes del cabezal de antorcha 1, se entiende que el faldon aislante 7 esta posicionado a lo largo de la superficie interna de la camisa externa 6 y que se encuentra en contacto con esta superficie, o que existe una holgura muy pequena entre esta superficie y el faldon aislante 7, tfpicamente menos de unas decimas de milfmetro.
Sin embargo, para garantizar un mejor aislamiento electrico de la camisa externa 6, es preferible que haya contacto entre el faldon aislante 7 y la superficie interna de la camisa externa 6.
Cualquiera que sea la forma de realizacion de la invencion, el faldon aislante 7 esta hecho de un material aislante electrico, tambien denominado material dielectrico, es decir, que presenta la propiedad de prohibir o de minimizar en gran manera el paso de cualquier corriente electrica entre dos partes conductoras. Por el contrario, un material electricamente conductor contiene numerosos portadores de carga electrica, es decir, electrones, con posibilidad de desplazarse facilmente bajo la accion de un campo electromagnetico y, a partir de afn, facultar el paso de corriente electrica entre dos elementos conductores electricos.
El faldon aislante 7 esta conformado ventajosamente a partir de un material plastico. Este tipo de pieza presenta la ventaja de ser recia y economica. Preferentemente, el faldon aislante 7 esta conformado a partir de un material termoplastico, es decir, de un material plastico que ofrece una buena resistencia a las altas temperaturas, tfpicamente mas de 100 °C y ventajosamente mas de 200 °C, por ejemplo un termoplastico de la marca Techtron® o equivalente.
El espesor del faldon aislante 7 esta comprendido tfpicamente entre 0,5 y 5 mm, preferentemente entre 1 y 3 mm.
En una primera forma de realizacion de la invencion, el faldon aislante 7 es una pieza de forma cilmdrica abierta en sus dos extremos y posicionada en el interior de la camisa externa 6, coaxialmente a la misma. Por ejemplo, esta pieza puede ir acoplada ajustadamente dentro de la camisa externa 6.
De una manera opcional, entre el faldon aislante 7 y al menos un componente del cabezal de antorcha 1, se puede establecer al menos un componente de estanqueidad 8. Para hacer aun mas eficaz la solucion de la invencion, se puede establecer asimismo al menos un componente de estanqueidad 16 dentro de una garganta perimetral 9 arbitrada en la pared perimetral externa del faldon aislante 7. El componente de estanqueidad 16, por ejemplo una junta torica o equivalente, hace entonces de junta de fluido e impide cualquier mojado de la camisa externa 6 con uno de los fluidos 10 u 11 que circulan a traves del cabezal de antorcha 1.
En una segunda forma de realizacion de la invencion, el faldon aislante 7 resulta de al menos una operacion de tratamiento superficial realizada sobre la totalidad o parte de la superficie de la camisa externa 6 situada encarada con los componentes del cabezal de antorcha 1. El espesor del faldon aislante 7 esta comprendido entonces entre unos micrometros y unas centesimas de milfmetro. De este modo, el faldon aislante 7 puede estar conformado a partir de al menos una capa de anodizacion, preferentemente de anodizacion dura. En este caso, se elaboran por electrolisis una o varias capas de oxidos a partir de la superficie metalica de la camisa externa 6. Las capas de oxidos conformadas tienen un poder aislante electrico y, asimismo, presentan la ventaja, contrariamente a los materiales plasticos, de ser termicamente conductoras, lo cual permite conservar una buena eficiencia de refrigeracion de la camisa externa 6. Aparte de la anodizacion, se pueden utilizar metodos de deposicion tales como Chemical Vapor Deposition, Physical Vapor Deposition, Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition, la proyeccion termica o el esmaltado. Se pueden depositar materiales tales como los oxidos de circonio, los oxidos de aluminio o tambien los nitruros de boro.
En una forma de realizacion alternativa de la invencion, el faldon aislante 7 puede estar conformado a partir de al menos una capa resultante de al menos una operacion de tratamiento superficial sobre la totalidad o parte de la superficie interna de la camisa externa 6, recubriendose la propia dicha al menos una capa, en su totalidad o en parte, con una pieza de plastico.
Por otro lado, de acuerdo con otro aspecto de la invencion, se establece asimismo un segundo faldon aislante 14, hecho de un material aislante electrico, preferentemente un material seleccionado de entre los antes citados para el primer faldon aislante 7, contra la totalidad o parte de la superficie externa del componente portaboquilla 4, es decir, su superficie situada encarada con la camisa externa 6. Preferentemente, este segundo faldon aislante 14 recubre la integralidad de la superficie externa del componente portaboquilla 4.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
De acuerdo con una forma particular de realizacion, tal como se ilustra en la figura 3, el segundo faldon aislante 14 resulta de un cambio de geometna del boque aislante 15 y, en realidad, es una prolongacion del bloque aislante 15 de la antorcha de plasma de arco que pasa a rodear el portaboquilla 4.
De acuerdo con una forma particular de realizacion de la invencion, el cabezal de antorcha 1 en el que se establece el faldon aislante 7 es el de una antorcha de plasma de arco en vortice de agua. Asf, esta antorcha comprende medios de generacion de un vortice, es decir, un torbellino, de agua determinante de una manga de agua alrededor del chorro de plasma, en orden a constrenir, es decir, encamisar, la columna de plasma de arco saliente de la antorcha.
De acuerdo con la presente invencion, el primer faldon aislante 7 se establece contra la totalidad o parte de la superficie de la camisa externa 6 situada encarada con dicho o dichos componentes del cabezal de antorcha, en orden a evitar igualmente un contacto entre la superficie de la camisa externa 6 situada encarada con los componentes del cabezal de antorcha y el segundo trayecto de segundo fluido 11 circulante a traves del cabezal de antorcha 1 con vortice de agua. De esta forma, se evita el establecimiento de union electrica entre la camisa 6 y, con interposicion del segundo fluido, uno o varios componentes de la antorcha.
No obstante, la solucion de la invencion se puede llevar a la practica por igual en un cabezal de antorcha convencional, es decir, que funciona sin vortice de agua, para el cual pueden aparecer por igual importantes potenciales electricos entre la camisa externa 6 y los componentes del cabezal de antorcha 1, en particular el componente portaboquilla 5 y la boquilla aguas arriba 3, toda vez que la camisa externa 6 esta en contacto con el agua de refrigeracion o de vortice.
De hecho, cualquiera que sea el tipo de cabezal de antorcha de plasma de arco utilizado, la mision del faldon aislante 7 es la de encargarse de un mejor aislamiento electrico de la camisa externa 6, evitando o minimizando cualquier contacto entre la superficie de la camisa externa situada encarada con los componentes del cabezal de antorcha 1 y los fluidos primero y segundo 10 u 11 circulantes por el cabezal. De esta forma, se evita, o por lo menos se minimiza en gran manera, el fenomeno de aparicion de potenciales electricos en correspondencia con la camisa externa 6 del cabezal de antorcha.
Ejemplos
Con objeto de demostrar la mejora introducida en un cabezal de antorcha de plasma de arco que pone en practica la solucion de la invencion, es decir, la mejora del aislamiento electrico de la camisa externa del cabezal de antorcha, se realizaron mediciones de tensiones, en correspondencia con la camisa externa de una antorcha de plasma de arco destinada al corte en vortice de agua segun la tecnica anterior, es decir, no equipada con un primer faldon aislante establecido contra la totalidad o parte de la superficie interna de la camisa externa, y en correspondencia con la camisa externa de la misma antorcha de plasma de arco, pero esta vez equipada con un primer faldon aislante segun la invencion, establecido contra la totalidad o parte de la superficie interna de la camisa externa.
El primer faldon aislante utilizado es una pieza de forma cilmdrica abierta en sus dos extremos, acoplada ajustadamente dentro de la camisa externa de la antorcha y recubriendo la totalidad de la superficie interna de la camisa. La pared del faldon aislante, de un espesor de 2,5 mm, esta conformada a partir de un plastico termorresistente de la marca Techtron®.
Se efectuaron varias series de mediciones de tension en fase de corte de una chapa metalica con el plasma de arco producido por la antorcha. Estas mediciones de tensiones se realizaron principalmente entre la camisa externa y la chapa. En el ambito de estos ensayos, la tension de arco a lo largo de la fase de cebado era del orden de 45 a 50 V y, la intensidad, del orden de 23 a 25 A. A lo largo de la fase de corte de la chapa, la tension era del orden de 180 V, para una velocidad de corte aproximada de 65 cm/min, y del orden de 200 V, para una velocidad de corte aproximada de 20 cm/min, siendo la intensidad del orden de 300 A. La antorcha de plasma de arco utilizada es una antorcha de plasma de arco en vortice de agua. Esta equipada con una boquilla aguas arriba que distribuye nitrogeno y con una boquilla aguas abajo que distribuye agua. El agua de vortice era agua de la red, es decir, agua no desmineralizada. Las mediciones se realizaron en fase de corte de la chapa o, en otras palabras, de la pieza metalica, sin estar sumergida la chapa en el agua de vortice. Ademas, las mediciones comparativas de tensiones se realizaron sin resistencia de contacto entre la camisa y la chapa y con una resistencia de contacto de un valor de 1000 ohmios, para asf simular un contacto electrico entre la chapa y la camisa, con posibilidad de producirse, por ejemplo, por mediacion de una pieza o de un elemento de instalacion industrial de corte.
La tabla 1 presenta los valores de las tensiones maximas medidas en correspondencia con la camisa externa del cabezal de antorcha segun la tecnica anterior, es decir, sin faldon aislante establecido contra la superficie interna de la camisa externa. La tabla 2 presenta los resultados de las mediciones efectuadas en correspondencia con la camisa externa del cabezal de antorcha segun la invencion, es decir, dotado de un faldon aislante establecido contra la superficie interna de la camisa externa y poseedor de las caractensticas antes especificadas.
5
10
15
20
25
30
Tabla 1
Par
Tension medida Fase Chapa Calidad del agua de vortice Resistencia de contacto
CAMISA - CHAPA
140 V Corte No sumergida Red Sin
CAMISA - CHAPA
126 V Corte No sumergida Red 1000 ohmios
TABLA 2
Par
Tension medida Fase Chapa Calidad del agua de vortice Resistencia de contacto
CAMISA - CHAPA
95 V Corte No sumergida Red Sin
CAMISA - CHAPA
4 V Corte No sumergida Red 1000 ohmios
Se comprueba que las tensiones medidas en correspondencia con la camisa externa del cabezal de antorcha segun la tecnica anterior son netamente mas elevadas que las medidas en correspondencia con la camisa externa del cabezal de antorcha segun la invencion.
Por otro lado, a continuacion de los ensayos de corte, no se observo ningun desgaste visible del componente portaboquilla del cabezal de antorcha de plasma de arco segun la invencion.
Por lo tanto, estos ensayos demuestran claramente la eficacia de la invencion, que permite proponer una antorcha de plasma de arco para la cual se ve reducido en gran manera, e incluso eliminado, el fenomeno de desgaste de ciertos componentes, resultante de la aparicion de potenciales electricos en correspondencia con la camisa externa del cabezal de antorcha, en particular entre la camisa externa y el componente portaboquilla, y ello mejorando el aislamiento electrico de la camisa externa. Adicionalmente, el mejor aislamiento electrico de la camisa externa obtenido dentro del ambito de la invencion permite dar fiabilidad al procedimiento operado con tal antorcha, limitando la aparicion de corrientes de fuga y, en el caso de una resistencia de contacto entre la chapa y la camisa, limitando el paso de corriente a traves de los componentes de la antorcha y, a partir de atu, el riesgo de dano de la antorcha.
La principal aplicacion de la antorcha de plasma de arco de la invencion es un procedimiento de corte de chapa metalica por plasma de arco. El procedimiento de corte segun la invencion pone en practica un plasma de arco generado con una corriente de arco comprendida entre 20 y 1000 A, preferentemente superior a 200 A, tambien preferentemente superior a 400 A.
La solucion de la invencion se puede utilizar en todo tipo de antorcha de plasma de arco, comprendiendo las antorchas de plasma de arco, en general todas ellas, una camisa externa refrigerada por contacto con un fluido mas o menos conductor que circula en contacto con otros componentes de la antorcha.
No obstante, la solucion de la invencion es particularmente ventajosa para una antorcha de plasma de arco en vortice de agua y en el ambito de un procedimiento de corte de chapa metalica por plasma de arco con utilizacion de un vortice de agua, al verse acelerados los fenomenos de desgaste y de perturbaciones del procedimiento arriba mencionados cuando, a traves de un cabezal de antorcha de plasma de arco, circula un fluido conductor tal como agua de vortice no desmineralizada.

Claims (13)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    REIVINDICACIONES
    1. Antorcha de plasma de arco que comprende:
    - un cabezal de antorcha (1) alimentado con corriente y que comprende un electrodo (2) y al menos un componente seleccionado del grupo formado por una boquilla aguas arriba (3), un elemento portaboquilla (4), una boquilla aguas abajo (5),
    - medios de refrigeracion de los componentes del cabezal de antorcha (1) que comprenden al menos un primer trayecto, que va de una entrada a una salida del cabezal de antorcha, de un primer fluido (10) que circula a traves del cabezal de antorcha (1),
    - una camisa externa (6) establecida alrededor del cabezal de antorcha (1) y
    - un primer faldon aislante (7) hecho de un material aislante electrico, establecido contra la totalidad o parte de la superficie de la camisa externa (6) situada encarada con dicho o dichos componentes del cabezal de antorcha (1),
    caracterizada por que el primer faldon aislante (7) se establece en orden a evitar un contacto entre la superficie de la camisa externa (6) situada encarada con los componentes del cabezal de antorcha (1) y dicho al menos un primer trayecto de dicho primer fluido (10) que circula a traves del cabezal de antorcha (1).
  2. 2. Antorcha de plasma de arco segun la reivindicacion 1, caracterizada por que el primer faldon aislante (7) es una pieza de forma cilmdrica abierta en sus dos extremos y acoplada ajustadamente dentro de la camisa externa (6).
  3. 3. Antorcha segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por que el primer faldon aislante (7) esta hecho de un material plastico.
  4. 4. Antorcha segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por que el primer faldon aislante (7) resulta de al menos una operacion de tratamiento superficial realizada sobre la totalidad o parte de la superficie de la camisa externa (6) situada encarada con los componentes del cabezal de antorcha (1).
  5. 5. Antorcha segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por que el primer faldon aislante (7) esta conformado a partir de al menos una capa de anodizacion.
  6. 6. Antorcha de plasma de arco segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por que, entre el primer faldon aislante (7) y al menos un componente del cabezal de antorcha (1), se establece al menos un primer componente de estanqueidad (8).
  7. 7. Antorcha segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por que se establece al menos un segundo componente de estanqueidad (16) dentro de una garganta perimetral (9) arbitrada en la pared perimetral externa del primer faldon aislante (7).
  8. 8. Antorcha de plasma de arco segun una de las anteriores reivindicaciones, que incluye el elemento portaboquilla (4), caracterizada por comprender ademas un segundo faldon aislante (14), hecho de un material aislante electrico, establecido contra la totalidad o parte de la superficie del elemento portaboquilla (4) situada encarada con la camisa externa (6).
  9. 9. Antorcha de plasma de arco segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por que comprende ademas la boquilla aguas abajo (5) y un segundo trayecto de un segundo fluido (11) que circula a traves del cabezal de antorcha (1) y que alimenta la boquilla aguas abajo (5), de manera que dicha boquilla (5) distribuya un chorro de segundo fluido (11), estableciendose dicho primer faldon aislante (7) contra la totalidad o parte de la superficie de la camisa externa (6) situada encarada con dicho o dichos componentes del cabezal de antorcha (1), en orden a evitar un contacto entre la superficie de la camisa externa (6) situada encarada con los componentes del cabezal de antorcha (1) y dicho al menos un segundo trayecto de segundo fluido (11) que circula a traves del cabezal de antorcha (1).
  10. 10. Antorcha de plasma de arco segun la reivindicacion 9, caracterizada por que comprende ademas medios de creacion de vortice que permiten generar un torbellino de agua determinante de una manga de agua alrededor de la columna de plasma de arco cuando el segundo fluido (11) es agua.
  11. 11. Antorcha de plasma de arco segun una de las reivindicaciones 9 o 10, caracterizada por que el primer faldon aislante (7) define al menos una parte del segundo trayecto de segundo fluido (11).
  12. 12. Procedimiento de corte por plasma de arco de una pieza metalica que pone en practica una antorcha de plasma de arco segun una de las anteriores reivindicaciones.
  13. 13. Procedimiento segun la reivindicacion 12, caracterizado por que alrededor de la columna de plasma de arco es distribuido un vortice de segundo fluido (11), en particular un vortice de agua, por una boquilla aguas abajo (5).
ES12193608.2T 2011-12-01 2012-11-21 Antorcha de plasma de arco con aislamiento eléctrico mejorado Active ES2628062T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1161010 2011-12-01
FR1161010A FR2983674B1 (fr) 2011-12-01 2011-12-01 Torche a plasma d'arc avec isolation electrique amelioree

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2628062T3 true ES2628062T3 (es) 2017-08-01

Family

ID=47177854

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES12193608.2T Active ES2628062T3 (es) 2011-12-01 2012-11-21 Antorcha de plasma de arco con aislamiento eléctrico mejorado

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2600699B1 (es)
ES (1) ES2628062T3 (es)
FR (1) FR2983674B1 (es)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108127236A (zh) * 2018-02-05 2018-06-08 常州九圣焊割设备有限公司 高效散热式等离子弧割炬

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1615352B2 (de) * 1967-11-02 1971-09-02 VEB Mansfeld Kombinat Wilhelm Pieck, χ 4250 Lutherstadt Eisleben Schaltungsanordnung und vorrichtung fuer plasma handbrenner
DD142267B1 (de) * 1979-03-06 1980-12-24 Jochen Boehme Plasmabrenner mit Berührungsschutz
FR2609591B1 (fr) * 1987-01-13 1990-12-07 Soudure Autogene Francaise Coiffe pour torche de travail a l'arc et torche correspondante
US5124525A (en) * 1991-08-27 1992-06-23 Esab Welding Products, Inc. Plasma arc torch having improved nozzle assembly

Also Published As

Publication number Publication date
EP2600699A1 (fr) 2013-06-05
FR2983674A1 (fr) 2013-06-07
EP2600699B1 (fr) 2017-04-26
FR2983674B1 (fr) 2014-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2953288T3 (es) Protección frente a la corrección para boquillas de pistolas de plasma y método de protección de las boquillas de las pistolas
ES2363558T3 (es) Caña de calefacción para presurizador de circuito primario de un reactor nuclear de agua a presión.
RU2524919C2 (ru) Охлаждающая труба, электродержатель и электрод для плазменно-дуговой горелки, а также состоящие из них устройства и плазменно-дуговая горелка с ними
US20130292363A1 (en) Non-transferred and hollow type plasma torch
JP5597652B2 (ja) 側面インジェクタを有するプラズマトーチ
CN102695357B (zh) 用于液体冷却防护罩以改进刺穿性能的装置和方法
ES2425436T3 (es) Boquilla y cubierta de boquilla para un soplete de plasma enfriado por líquido, así como cabeza de soplete de plasma con la misma/las mismas
KR101607358B1 (ko) 플라즈마 토치용 전극
ES2456892T3 (es) Procedimiento para el corte por plasma de una pieza de trabajo mediante un sistema de corte por plasma y corriente pulsante
RU2013140578A (ru) Высокопроизводительный индукционный плазматрон
WO2007133904A2 (en) Dielectric devices for a plasma arc torch
KR101152406B1 (ko) 아크 플라즈마 토치
AU2022291468A1 (en) Energy efficient high power plasma torch
ES2628062T3 (es) Antorcha de plasma de arco con aislamiento eléctrico mejorado
CN110036697A (zh) 喷嘴保护盖、包括该喷嘴保护盖的等离子体弧焰炬及等离子体弧焰炬的用途
JP2007128677A (ja) プラズマトーチ
JP2001040467A (ja) アーク蒸発源、真空蒸着装置及び真空蒸着方法
CN209659699U (zh) 一种等离子弧焊炬
KR101297984B1 (ko) 열처리장치용 커넥터
KR100224641B1 (ko) 플라즈마 아크 토치
JP3911081B2 (ja) プラズマトーチ
JP2013128943A (ja) プラズマトーチ
JPS58181484A (ja) Ｔｉｇア−ク溶接ト−チ
CN220335284U (zh) 一种蒸发电极
KR20240024879A (ko) 텅스텐 전극