ITBO960137A1 - NOZZLE PROTECTION FOR PLASMA TORCH - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo: PROTEZIONE PER UGELLO PER TORCIA AL PLASMA. attached to a patent application for INDUSTRIAL INVENTION entitled: NOZZLE PROTECTION FOR PLASMA TORCH.
Il presente trovato concerne una protezione per ugello per torcia al plasma. The present invention relates to a nozzle protection for a plasma torch.
Nelle torce di questo tipo un arco elettrico, definito da un arco voltaico stabilito tra l'oggetto metallico su cui si opera ed un elettrodo, viene utilizzato in unione a gas mono- o biatomici (ad esempio argo, idrogeno, azoto, ossigeno ed altri) con la funzione di portare il gas stesso allo stato di plasma con temperature elevatissime fin oltre 20000 °C. In torches of this type, an electric arc, defined by an electric arc established between the metal object on which one operates and an electrode, is used in conjunction with mono- or diatomic gases (for example argon, hydrogen, nitrogen, oxygen and others ) with the function of bringing the gas itself to the plasma state with very high temperatures up to over 20000 ° C.
E' previsto, generalmente, un elettrodo cilindrico montato sulla torcia e collegato, mediante un conduttore, al polo negativo della tensione di potenza. E’ altresì previsto un anodo a forma di cappetta montato sull'elettrodo in modo da ricoprirne la parte terminale. La cappetta è isolata dall'elettrodo e collegabile mediante un secondo conduttore al polo positivo della tensione di potenza. Tra cappetta ed elettrodo si forma una sottile intercapedine nella quale viene convogliato il gas plasmogeno sotto pressione che può fuoriuscire all'esterno attraverso un piccolo orifizio della cappetta, che viene definita, normalmente, ugello. Generally, a cylindrical electrode mounted on the torch and connected, by means of a conductor, to the negative pole of the power voltage is provided. A cap-shaped anode is also provided, mounted on the electrode so as to cover its terminal part. The cap is isolated from the electrode and can be connected by a second conductor to the positive pole of the power voltage. A thin gap is formed between the cap and the electrode in which the plasmogenic gas under pressure is conveyed, which can escape outside through a small orifice in the cap, which is normally defined as a nozzle.
In particolari condizioni di utilizzo, ad esempio per il taglio di una lamiera in corrispondenza di un angolo retto interno (come schematicamente illustrato in figura 10), o di similari rientranze presentate dalla lamiera da tagliare, risulta praticamente impossibile l'esecuzione di tagli mediante elettrodi ed ugelli che abbiano caratteristiche dimensionali tali da renderli rispondenti alle vigenti norme intemazionali in materia di sicurezza elettrica (in pratica elettrodi ed ugelli sufficientemente corti da non permettere il contatto col dito standard di prova utilizzato nelle condizioni previste dalle norme sulla sicurezza elettrica) . In particular conditions of use, for example for cutting a sheet at an internal right angle (as schematically illustrated in figure 10), or similar recesses presented by the sheet to be cut, it is practically impossible to make cuts using electrodes. and nozzles that have dimensional characteristics such as to make them comply with current international standards on electrical safety (in practice electrodes and nozzles sufficiently short to not allow contact with the standard test finger used in the conditions envisaged by the electrical safety standards).
Per l'esecuzione di tagli di questo tipo vengono perciò utilizzati ugelli, detti allungati, che si estendono per un valore maggiore dalla torcia rispetto al corrispondente valore caratteristico dei modelli di ugello corto, in modo da permettere di lavorare in ogni condizione. For the execution of cuts of this type, nozzles are therefore used, called elongated, which extend by a greater value from the torch than the corresponding characteristic value of the short nozzle models, so as to allow working in all conditions.
Nelle operazioni di taglio di questo tipo, a causa della maggiore lunghezza deH'ugello, è possibile che l'operatore possa accidentalmente entrare in contatto con l'ugello stesso sotto tensione, in corrispondenza della sua parte esterna. In cutting operations of this type, due to the greater length of the nozzle, it is possible that the operator may accidentally come into contact with the nozzle itself under tension, in correspondence with its external part.
E' di rilevante importanza considerare che le condizioni particolarmente severe nelle quali l'ugello si trova o può trovarsi durante l'uso determinano vincoli progettuali e costruttivi molto rigidi. It is of great importance to consider that the particularly severe conditions in which the nozzle is or can be found during use determine very strict design and construction constraints.
Tra i fattori che maggiormente contribuiscono alla severità di impiego degli ugelli sono da evidenziare i seguenti. Among the factors that most contribute to the severity of use of the nozzles are the following.
Un primo fattore è relativo alle elevatissime temperature raggiunte durante le operazioni di taglio. A first factor is related to the very high temperatures reached during cutting operations.
Un secondo fattore è rappresentato dalla presenza di particelle di metallo fuso proiettate durante il processo in direzioni non sempre predeterminabili. A second factor is represented by the presence of molten metal particles projected during the process in directions that are not always predetermined.
Inoltre, l'arco di taglio, in condizioni di uso non corretto, ad esempio in corrispondenza di velocità e/o spessori di taglio superiori a quelli prescritti, può lambire la parte esterna dell'ugello. Furthermore, the cutting arc, in conditions of incorrect use, for example in correspondence with cutting speeds and / or thicknesses higher than those prescribed, can touch the outside of the nozzle.
11 presente trovato è relativo ad una protezione per ugello per torcia al plasma che prevede che le pareti esterne dell'ugello siano elettricamente isolate, anche nelle gravose condizioni di uso precedentemente descritte. The present invention relates to a nozzle protection for a plasma torch which provides that the outer walls of the nozzle are electrically insulated, even in the severe conditions of use described above.
In particolare, le pareti esterne laterali dell'ugello risultano isolate almeno fino ad una quota che impedisca il contatto con le stesse da parte dell'operatore. In altre parole è prevista, sull'estremità distale, una corona, che si può estendere per un valore estremamente ridotto, non isolata e funge da protezione per il rivestimento di protezione che copre o avvolge la restante parte del corpo ugello. In particular, the external lateral walls of the nozzle are insulated at least up to a height which prevents contact with them by the operator. In other words, a crown is provided on the distal end, which can extend for an extremely small amount, not insulated and acts as a protection for the protective coating which covers or envelops the remaining part of the nozzle body.
Facendo riferimento al cosiddetto dito di prova convenzionale utilizzato, nell'àmbito delle normative intemazionali di sicurezza, nelle condizioni indicate in EN 60529, l’ugello risulterà rivestito per un valore tale da non interagire elettricamente con il dito di prova stesso. Referring to the so-called conventional test finger used, within the framework of international safety regulations, under the conditions indicated in EN 60529, the nozzle will be coated for a value that does not interact electrically with the test finger itself.
In una particolare forma di realizzazione, non limitativa di possibili altre, la protezione per ugello in oggetto può prevedere un rivestimento in alluminio anodizzato della parete esterna dell'ugello tale da costituire appunto la protezione delfugello stesso. In a particular embodiment, which is not limiting to possible others, the nozzle protection in question can provide an anodized aluminum coating of the outer wall of the nozzle such as to constitute the protection of the nozzle itself.
Tale tipo di rivestimento può essere ottenuto tramite un elemento tubolare calzabile sull'ugello medesimo e garantisce, inoltre, un ottimale raffreddamento dell'ugello ed una buona resistenza meccanica. This type of coating can be obtained by means of a tubular element that can be worn on the nozzle itself and also guarantees optimal cooling of the nozzle and good mechanical resistance.
Può essere prevista una conformazione della estremità distale dell’ugello medesimo tale da presentare un profilo atto a deviare esternamente l'eventuale arco di taglio così da non interferire con le pareti esterne dell'ugello. A conformation of the distal end of the nozzle itself can be provided such as to present a profile capable of externally deflecting any cutting arc so as not to interfere with the external walls of the nozzle.
Le caratteristiche tecniche del trovato, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate ed i vantaggi dello stesso risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa, in cui: The technical characteristics of the invention, according to the aforementioned purposes, are clearly verifiable from the content of the claims reported below and the advantages thereof will become more evident in the following description, made with reference to the attached drawings, which represent a purely exemplary embodiment and non-limiting, in which:
- le figure da 1 a 9 sono relative a possibili esempi di realizzazione del presente trovato, rappresentati in vista laterale con parti in sezione, con particolari ingranditi nelle figure 1, 2 e 9; Figures 1 to 9 relate to possible examples of embodiment of the present invention, shown in side view with parts in section, with enlarged details in Figures 1, 2 and 9;
- la figura 10 illustra, in una vista schematica laterale, un possibile esempio di utilizzazione di un ugello di tipo allungato. Figure 10 illustrates, in a schematic side view, a possible example of use of an elongated type nozzle.
Una protezione per ugello per torce al plasma realizzata in accordo con il presente trovato è in particolare per ugelli presentanti un corpo ugello a sviluppo prevalente longitudinale. A nozzle protection for plasma torches made in accordance with the present invention is in particular for nozzles having a nozzle body having a prevalently longitudinal development.
L'ugello 1 risulta collegabile, in una prima estremità superiore o prossimale, a una torcia al plasma e presenta inferiormente una estremità distale la, o bocca di taglio, tramite la quale vengono eseguite lavorazioni di taglio. The nozzle 1 can be connected, in a first upper or proximal end, to a plasma torch and has a lower distal end la, or cutting mouth, through which cutting operations are performed.
Nelle operazioni di taglio il flusso derivante dall'arco di taglio e fuoriuscente dalla estremità di taglio o porzione distale, contrassegnato con F in figura 1, può almeno parzialmente avvolgere il corpo ugello 1 in corrispondenza della sua superficie esterna, quando l'ugello segue una direzione di lavoro indicata con V. Tale situazione si verifica generalmente quando la torcia è usata scorrettamente. In the cutting operations, the flow deriving from the cutting arc and emerging from the cutting end or distal portion, marked with F in figure 1, can at least partially envelop the nozzle body 1 at its external surface, when the nozzle follows a working direction indicated by V. This situation generally occurs when the torch is used incorrectly.
Il corpo ugello 1, realizzato secondo la presente invenzione, presenta inferiormente, ovvero in corrispondenza della sua parte distale la dalla quale fuoriesce l'arco di taglio, una corona di protezione 2 (che, in caso di taglio a contatto, definisce una porzione di contatto 2 sul pezzo da tagliare). Tale corona 2 ha preferibilmente la funzione di proteggere la rimanente parte lb del detto corpo ugello 1, sulla quale è prevista la protezione realizzata con un rivestimento superficiale in materiale elettricamente isolante. The nozzle body 1, made according to the present invention, has a protective crown 2 (which, in case of contact cutting, defines a portion of contact 2 on the piece to be cut). Said crown 2 preferably has the function of protecting the remaining part 1b of said nozzle body 1, on which the protection made with a surface coating made of electrically insulating material is provided.
Le possibilità di realizzazione del presente trovato possono essere molteplici e, nel corso della presente descrizione ne esporremo alcune, facendo riferimento agli esempi non limitativi illustrati. The embodiment possibilities of the present invention can be many and, in the course of the present description, we will set out some of them, with reference to the illustrated non-limiting examples.
Un primo esempio di realizzazione è illustrato nelle figure 1 e 2; in questo caso la superficie laterale del corpo ugello 1, contrassegnata con lb, è rivestita in materiale con buone proprietà di resistenza alla temperatura ed all'esposizione a fiamme, può essere ad esempio utilizzato un rivestimento di tipo ceramico, o a base di resine epossidiche o a base di teflon, ecc. A first embodiment is illustrated in Figures 1 and 2; in this case, the side surface of the nozzle body 1, marked with lb, is coated with a material with good properties of resistance to temperature and exposure to flames, for example a ceramic coating, or based on epoxy resins or a coating, can be used. Teflon base, etc.
Tale rivestimento copre l'ugello fino ad una quota Q1 che risulta inferiore alla quota Q4 di contatto tra l'ugello ed un dito di prova 4 del tipo utilizzato secondo la normativa intemazionale di cui in precedenza. This coating covers the nozzle up to a level Q1 which is lower than the level Q4 of contact between the nozzle and a test finger 4 of the type used according to the previously mentioned international standard.
In questo modo viene impedito il contatto diretto tra il dito di prova 4 (ovvero della sua estremità di contatto 4a) e la superficie esterna dell'ugello, come invece può avvenire negli ugelli di tipo noto. In this way, direct contact between the test finger 4 (that is, of its contact end 4a) and the external surface of the nozzle is prevented, as on the other hand can occur in nozzles of a known type.
Nell'esempio di figura 2 è prevista, in corrispondenza dell'estremità inferiore del rivestimento isolante, una sorta di sottosquadro 7 atta sostanzialmente a deviare il flusso dell'arco di taglio impedendone almeno parzialmente l'interazione con il rivestimento isolante che definisce la protezione. In the example of Figure 2, at the lower end of the insulating coating, a sort of undercut 7 is provided which is capable of substantially deflecting the flow of the cutting arc, at least partially preventing its interaction with the insulating coating which defines the protection.
Il corpo ugello 1 , come illustrato negli esempi delle figure da 3 a 9, può presentare una porzione a sezione ridotta; in questo caso la protezione comprende un elemento di rivestimento 3 realizzato in materiale elettricamente isolante e stabilmente calzabile sulla porzione a sezione ridotta. The nozzle body 1, as illustrated in the examples of Figures 3 to 9, can have a portion with a reduced section; in this case the protection comprises a covering element 3 made of electrically insulating material which can be stably worn on the portion with reduced section.
Nell'esempio di figura 3, l'elemento tubolare risulta appunto calzato sul corpo ugello 1 fino ad una quota Q1 che risulta inferiore alla quota Q4 di interazione tra il dito di prova 4 e le pareti esterne dell'ugello. In the example of Figure 3, the tubular element is indeed fitted on the nozzle body 1 up to a height Q1 which is lower than the interaction level Q4 between the test finger 4 and the external walls of the nozzle.
Nell'esempio di figura 4 sul corpo ugello, l'elemento tubolare di rivestimento 3 risulta alloggiato in una sede ottenuta tramite una lavorazione che realizzi una riduzione del diametro del corpo ugello e non fuoriesce dal profilo del corpo ugello. Inoltre, la porzione di protezione o corona 2 estende per un diametro DI di valore non inferiore al valore del diametro della rimanente parte di detto corpo ugello 1 e definisce un elemento di deviazione per il flusso F dell'arco di taglio. In the example of figure 4 on the nozzle body, the tubular coating element 3 is housed in a seat obtained by means of a process which reduces the diameter of the nozzle body and does not protrude from the profile of the nozzle body. Furthermore, the protection or crown portion 2 extends for a diameter D1 having a value not less than the value of the diameter of the remaining part of said nozzle body 1 and defines a deflection element for the flow F of the cutting arc.
Nelle figure 5 e 6, la suddetta parte restante lb del corpo ugello 1, vale a dire la porzione relativa alla superficie laterale dell'ugello medesimo, presenta un diametro DI' inferiore rispetto al corrispondente diametro DI della porzione di protezione o corona 2. L'elemento tubolare di rivestimento 3 è di diametro intemo corrispondente al diametro DI<1 >e di diametro esterno pari al diametro DI della porzione di protezione o corona 2 e risulta calzabile sulla parte restante lb. 11 fissaggio sull'ugello 1 è realizzato per il tramite di mezzi di vincolo disposti superiormente all'elemento tubolare 3 stesso. In Figures 5 and 6, the aforementioned remaining part 1b of the nozzle body 1, that is to say the portion relating to the side surface of the nozzle itself, has a smaller diameter D 'than the corresponding diameter D1 of the protection or crown portion 2. L The tubular covering element 3 has an internal diameter corresponding to the diameter DI <1> and an external diameter equal to the diameter DI of the protection or crown portion 2 and can be worn on the remaining part 1b. The fixing on the nozzle 1 is made by means of fastening means arranged above the tubular element 3 itself.
In particolare l'elemento di rivestimento 3 viene calzato dall'alto verso il basso fino ad andare i n battuta inferiormente in corrispondenza della corona 2. Superiormente l'elemento 3 è fissato rispettivamente nell'esempio di figura 5 grazie ad una porzione superiore le del corpo ugello awitabile sul corpo ugello medesimo, e, nell'esempio di figura 6, tramite ribattitura o ricalco di un bordo superiore Id del corpo ugello 1. In particular, the covering element 3 is fitted from top to bottom until it reaches the bottom abutment in correspondence with the crown 2. The upper element 3 is fixed respectively in the example of figure 5 thanks to an upper portion le of the body nozzle that can be screwed onto the nozzle body itself, and, in the example of figure 6, by riveting or tracing an upper edge Id of the nozzle body 1.
Analogamente all'esempio di cui in figura 7, il corpo ugello 1 può presentare una porzione Is a sezione ridotta sulla quale calzare l’elemento di rivestimento 3. L'elemento 3 può essere bloccato inferiormente tramite una lavorazione, ad esempio con ribattitura o con ricalco, volta all'accrescimento del diametro della porzione di protezione o corona 2. In fase di realizzazione della protezione oggetto del trovato, l'elemento tubolare può essere inserito dal basso verso l'alto e quindi il corpo ugello può essere ricalcato in modo da trattenere l'elemento medesimo. Similarly to the example shown in figure 7, the nozzle body 1 can have a portion Is with a reduced section on which the covering element 3 can be fitted. tracing, aimed at increasing the diameter of the protection portion or crown 2. During the construction phase of the protection object of the invention, the tubular element can be inserted from the bottom upwards and therefore the nozzle body can be traced so as to retain the element itself.
Il bloccaggio inferiore dell'elemento tubolare può essere realizzato anche secondo l'esempio illustrato in figura 8, dove è previsto un anello di tenuta 6, disposto inferiormente all'elemento di rivestimento 3, in corrispondenza dell'estremità distale la. The lower locking of the tubular element can also be achieved according to the example illustrated in Figure 8, where a sealing ring 6 is provided, arranged below the covering element 3, at the distal end la.
In figura 9 è rappresentato un altro esempio di realizzazione del trovato. In questa realizzazione il corpo ugello 1 presenta in prossimità dell'estremità distale la una sezione ridotta DI’ ovvero una gola 5. L'elemento tubolare di rivestimento 3 presenta un diametro intemo corrispondente al diametro esterno DI del corpo ugello 1 e risulta calzabile sul medesimo ed allo stesso stabilmente fissabile tramite ammorsamento di una sua porzione estrema inferiore 3a sulla gola 5. In fase di realizzazione, l'elemento tubolare 3 (che può essere realizzato in alluminio) viene calzato dal basso verso l'alto (secondo il riferimento delle figure) e quindi viene ammorsato in corrispondenza della gola 5 in modo da essere stabilmente fissato al corpo ugello. Figure 9 shows another embodiment of the invention. In this embodiment, the nozzle body 1 has a reduced section D 'or a groove 5 near the distal end. The tubular coating element 3 has an internal diameter corresponding to the external diameter DI of the nozzle body 1 and can be worn on the same and can be stably fixed to the same by clamping one of its lower extreme portion 3a on the groove 5. During construction, the tubular element 3 (which can be made of aluminum) is fitted from the bottom upwards (according to the reference in the figures ) and is then clamped in correspondence with the groove 5 so as to be stably fixed to the nozzle body.
Come detto in precedenza, l'elemento di rivestimento 3 può essere vantaggiosamente realizzato in alluminio anodizzato. L'utilizzazione di questo materiale contribuisce sorprendentemente ad isolare elettricamente l'ugello da un lato e, allo stesso tempo, garantisce una buona protezione contro il deterioramento derivante dal contatto diretto con l'arco. Le caratteristiche di cui sopra vengono fomite proprio dal trattamento superficiale di anodizzazione consistente nel formare sul metallo un ossido (allumina) che rende isolante elettricamente il sottostante metallo-alluminio; inoltre questo ossido è molto resistente alle alte temperature proprie della lavorazione con taglio al plasma, al punto che il rivestimento superficiale esterno difficilmente subisce alterazioni tali da modificarne il valore di resistenza elettrica, ed in ogni modo esiste sempre la protezione derivante dall'analogo trattamento della superficie interna dell'elemento tubolare. Dal punto di vista dei costi, essendo questi trattamenti di uso comune, si ottiene un elemento di protezione di costo totale assai limitato e che per questo può costituire elemento di consumo di valida utilizzazione. As previously mentioned, the covering element 3 can be advantageously made of anodized aluminum. The use of this material surprisingly contributes to electrically insulate the nozzle on one side and, at the same time, guarantees good protection against deterioration resulting from direct contact with the arc. The above characteristics are provided precisely by the anodizing surface treatment consisting in forming an oxide (alumina) on the metal which makes the underlying metal-aluminum electrically insulating; furthermore, this oxide is very resistant to the high temperatures typical of plasma cutting, to the point that the external surface coating hardly undergoes alterations such as to modify its electrical resistance value, and in any case there is always the protection deriving from the analogous treatment of the internal surface of the tubular element. From the point of view of costs, since these treatments are commonly used, a protection element of very limited total cost is obtained and which for this reason can constitute a consumption element of valid use.
Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo. Ad esempio, la protezione in oggetto e la corona sopraddette possono essere modificate in funzione della conformazione deU'ugello, potendosi in tal modo utilizzare per ugelli di tipo cilindrico, conico, ecc.. Inoltre, tutti i dettagli possono essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti. The invention thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept. For example, the protection in question and the aforementioned crown can be modified according to the conformation of the nozzle, thus being able to be used for cylindrical, conical type nozzles, etc. Furthermore, all the details can be replaced by technically equivalent elements. .
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