ITBO960365A1

ITBO960365A1 - Torcia al plasma

Info

Publication number: ITBO960365A1
Application number: IT96BO000365A
Authority: IT
Inventors: Silvano Dallavalle
Original assignee: Cebora Spa
Priority date: 1996-07-03
Filing date: 1996-07-03
Publication date: 1998-01-03
Also published as: IT1285981B1; ITBO960365A0; DE19727450B4; DE19727450A1

Description

DESCRIZIONE

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo:

TORCIA AL PLASMA.

Il presente trovato concerne una torcia al plasma, in particolare è relativo ad un insieme portaugello-ugello per torce al plasma.

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 10.000 °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 delia cappetta, che viene definita, normalmente, ugello.

Nelle operazioni di taglio è sempre possibile che l’operatore possa accidentalmente entrare in contatto con l'ugello stesso sotto tensione, in corrispondenza della sua parte esterna.

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.

Tra i fattori che maggiormente contribuiscono alla severità di impiego degli ugelli sono da evidenziare i seguenti.

Un primo fattore è relativo alle elevatissime temperature raggiunte durante le operazioni di taglio.

Un secondo fattore è rappresentato dalla presenza di particelle di metallo fuso proiettate durante il processo in direzioni non sempre predeterminabili.

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 e del portaugello.

Il presente trovato è relativo ad una torcia al plasma che prevede che le pareti esterne del portaugello siano elettricamente isolate, anche nelle gravose condizioni di uso precedentemente descritte.

In particolare, le pareti esterne laterali del portaugello risultano isolate per mezzo di un rivestimento esterno in materiale elettricamente isolante calzato o stampato su una porzione di connessione (che risulta direttamente collegata elettricamente all'ugello). Inoltre è prevista una corona disposta nel'estremità distale, realizzata in materiale termicamente resistente e isolata dalla porzione di connessione (e quindi dall'ugello).

In questo modo, in accordo con il presente trovato, è possibile realizzare dei portaugelli per torce al plasma che consentano di operare con la massima sicurezza, grazie al'isolamento elettrico del rivestimento esterno (dovuto al materiale utilizzato) ed al'isolamento fornito nella porzione distale dalla corona che è isolata elettricamente perché montata sul rivestimento isolante e che, inoltre, essendo termicamente resistente, protegge il rivestimento isolante dalle eventuali interazioni di particelle di materiale durante l'uso della torcia.

In altre parole è prevista, sull'estremità distale, una corona che funge da protezione per il rivestimento isolante.

Il presente trovato può prevedere, inoltre, la presenza di una intercapedine, disposta tra la suddetta corona e l'ugello, e sulla quale agiscono mezzi atti a generare un flusso di fluido in modo da mantenere libera l'intercapedine da particelle di materiale e quindi isolare permanentemente, anche in condizioni di uso con produzione di granelli o polveri di metallo, la corona dall'ugello medesimo. In altre parole, il flusso di aria che viene utilizzato per il raffreddamento dell’ugello viene ad essere utilizzato anche per raffreddare la corona e liberare l’intercapedine da residui di lavorazione.

In una possibile forma di realizzazione, l’ugello può presentare una porzione distale o bocca di taglio conformata concava in modo da deviare radialmente verso l esterno l’eventuale flusso di ritorno dalla superficie di lavoro e gli eventuali relativi residui di lavorazione, proteggendo, oltre alle pareti laterali dell’ugello e del portaugello, l’intercapedine summenzionata.

In conclusione, facendo un riferimento non limitativo al cosiddetto dito di prova convenzionale utilizzato, nell'àmbito delle normative intemazionali di sicurezza, nelle condizioni indicate in EN 60529, l'ugello risulterà protetto lungo tutta la propria intera circonferenza dalla corona suddetta per un valore tale da non interagire elettricamente con il dito di prova stesso e, di conseguenza, nelle condizioni reali di lavoro sopra menzionate.

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:

- la figura 1 è relativa ad un possibile esempio di realizzazione del presente trovato, rappresentato in una sezione longitudinale;

- la figura 2 è relativa ad una vista ingrandita di un particolare evidenziato con tratto discontinuo in figura 1;

- la figura 3 illustra, in una vista in sezione longitudinale, un possibile esempio di un portaugello per torcia al plasma di tipo noto.

In figura 3 è illustrata una rappresentazione schematica di quello che è lo stato della tecnica nota nella quale un portaugello di tipo noto, contrassegnato con Γ, non consente un isolamento di un ugello 4 supportato.

Infatti, il portaugello montato su una torcia 9, in particolare avvitando il medesimo, in corrispondenza di una porzione di connessione 2, su un supporto filettato 92 presentato dalla torcia 9. L’ugello 4 va montato sulla porzione di connessione 2 e risulta perciò elettricamente collegato alla medesima. Con il montaggio del portaugello Γ sulla torcia 9, viene chiuso il circuito di sicurezza (poiché risultano collegati gli elementi di connessione 19 e 91 presentati rispettivamente da portaugello e torcia) e l’ugello 4 può entrare in contatto con parti di un operatore mentre è appoggiato su un piano S in lavorazione.

In figura 3 tale interazione è evidenziata dal cerchio C ed è rappresentata dal contatto tra l’ugello 4 ed un dito di prova D.

Secondo il presente trovato, ed in conformità con l’esempio non limitativo illustrato nelle figure 1 e 2, un portaugello 1 per torcia al plasma è del tipo collegabile, in una prima estremità superiore o prossimale 10, a una torcia al plasma 9, illustrata in dettaglio per quanto riguarda la parte innovativa della medesima, ovvero la parte relativa a portaugello 1 e ugello 4.

Il portaugello 1 presenta inferiormente una estremità distale 11, o bocca di taglio, atta al supporto di un ugello 4, fissabile al portaugello 1 stesso per il tramite di una porzione di connessione 2 che risulta perciò elettricamente collegata alfugello 4 medesimo.

Il portaugello 1 risulta vantaggiosamente provvisto di un rivestimento esterno 5, realizzato in materiale isolante elettrico ed estendentesi lungo lo sviluppo longitudinale della porzione di connessione 2 ricoprendo la stessa fino all’estremità distale 11 dove è prevista una corona 3 realizzata in materiale termicamente resistente, stabilmente fissata all'estremità inferiore 51 del rivestimento esterno 5 ed elettricamente isolata dalla porzione di connessione 2.

In questo modo, tutto attorno all’ugello 4, è prevista la corona 3 che, come visibile dalle figure 1 e 2, non consente un contatto tra il dito D e l’ugello 4.

Un ulteriore vantaggio derivante dall’avere previsto una siffatta conformazione del portaugello 1, in aggiunta all’ isolamento elettrico dell’ugello 4, è rappresentato dalla protezione che la corona 3, che è termicamente resistente (ad esempio realizzata in rame), garantisce al rivestimento esterno 5 che è elettricamente isolante ma potrebbe non essere (e solitamente non lo è) resistente alle interazioni con eventuali residui di lavorazione o flussi deviati dell’arco di taglio.

Per quanto riguarda una descrizione in dettaglio dei particolari relativa all’esempio di realizzazione illustrato, la porzione di connessione 2 è costituita da un primo elemento tubolare cilindrico presentante una porzione distale 21 di sezione decrescente verso l'estremità, ovvero passante da un profilo cilindrico ad uno troncoconico e presentante un diametro che in corrispondenza della propria estremità inferiore 21 diventa di valore D2 prossimo ma leggermente superiore rispetto a quello D4 presentato dall’ugello 4.

Il rivestimento esterno 5 è costituito da un secondo elemento tubolare cilindrico, coassiale ed esterno rispetto alla porzione di connessione 2 e presentante una porzione distale 51 di sezione decrescente verso l’estremità, ovvero passante da un profilo cilindrico ad uno troncoconico copiante il profilo presentato dalla porzione di connessione 2.

La corona 3 è costituita da un elemento anulare a profilo troncoconico, stabilmente fissabile sull'estremità inferiore 51 del rivestimento esterno 5; tale elemento anulare (la corona 3) risulta separato dalla porzione di connessione 2 tramite l'estremità inferiore 51 del rivestimento 5.

La porzione di connessione 2 e la corona 3 possono essere separate, in corrispondenza delle rispettive estremità inferiori 21 e 31, o dalla sola estremità inferiore 51 del rivestimento 5 oppure, come nell’esempio illustrato, da un anello isolante 7 di spessore sostanzialmente pari a quello presentato dall’estremità inferiore 51 del rivestimento 5.

Sempre con riferimento all’esempio illustrato, la corona 3 presenta un diametro interno che, in corrispondenza della propria estremità inferiore 31, diventa di valore D3 sostanzialmente pari a quello D2 della estremità inferiore 21 della porzione di connessione 2, ovvero prossimo ma leggermente superiore al diametro esterno D4 dell'ugello 4.

In figura 2 i valori relativi ai diametri D2, D3 e D4, essendo riferiti a metà del valore totale, sono stati contrassegnati rispettivamente con D2/2, D3/2 e D4/2.

In questo modo viene definita una intercapedine 6, che si estende appunto tra l’ugello 4 e la corona 3 (oltre che tra ugello 4 e porzione di connessione 2) e risulta collegata a mezzi atti a generare un flusso di fluido in pressione, così da impedire il deposito di particelle di materiale nell'intercapedine stessa ed il conseguente collegamento elettrico tra detto ugello 4 e corona 3.

Tali mezzi atti a generare un flusso d’aria possono comprendere almeno un foro 8 previsto in corrispondenza di almeno una zona dell’estremità inferiore 21 della porzione di connessione 2. In altre parole, il foro 8 è disposto in modo da risultare collegato all’intercapedine 6, in modo che il relativo flusso d’aria possa sfociare nel foro 8 medesimo, ovvero possa attraversare l’intercapedine, dopo essere passato dal foro 8. Ovviamente, Γ intercapedine 6 può essere collegata ad una pluralità di fori 8 come, ad esempio, una pluralità di fori distribuiti sulla circonferenza della porzione di connessione 2 attraverso i quali risulta convogliato un flusso di aria di raffreddamento.

Il flusso di aria contribuisce, quindi, sia al raffreddamento che all’isolamento tra ugello 4 e corona 3.

ln un possibile esempio di realizzazione, la torcia può prevedere un ugello conformato come indicato dalla linea discontinua in figura 2.

In questo esempio di realizzazione dell’ugello 4, sono contrassegnate, rispettivamente, con 40 la relativa estremità superiore o prossimale, con 44 la superficie laterale e con 41 l’estremità inferiore o distale.

L’estremità superiore o prossimale 40 è destinata al collegamento con la torcia al plasma 9, in particolare ad essere supportata dalla porzione di connessione 2.

L’estremità distale o bocca di taglio 41 è destinata a contraffacciarsi alla superficie da lavorare, in modo da eseguire lavorazioni di taglio nelle quali dall’estremità distale 41 fuoriesce un flusso derivante dall'arco di taglio.

L’estremità distale o bocca di taglio 41 presenta, secondo una sezione assiale, un profilo arcuato concavo 42 così da definire una superficie di deflusso atta a deviare lateralmente il flusso di ritorno dalla superficie da lavorare e/o eventuali particelle di materiale in lavorazione. In questo modo viene impedita l’ostruzione dell’intercapedine 6, ovvero viene impedito il collegamento elettrico tra l’ugello 4 e la corona 3.

L’estremità distale o bocca di taglio 41 definisce con la superficie laterale 44, secondo una sezione assiale, un angolo a prossimo ad un angolo retto, in particolare prossimo e superiore a 90°. L’estremità distale o bocca di deflusso 41 può essere conformata, sempre in sezione assiale, secondo una spezzata.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo. Inoltre, tutti i dettagli possono essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti.

Claims

RIVENDICAZION 1. Torcia al plasma del tipo comprendente un portaugello collegabile, in una prima estremità superiore o prossimale (10), a detta torcia al plasma (9) e presentante inferiormente una estremità distale (11), o bocca di taglio, atta al supporto di un ugello (4), fissabile al portaugello (1) stesso per il tramite di una porzione di connessione (2) elettricamente collegata all'ugello (4) medesimo; torcia caratterizzata dal fatto che detto portaugello è provvisto di un rivestimento esterno (5), realizzato in materiale isolante elettrico ed estendentesi lungo lo sviluppo longitudinale di detta porzione di connessione (2) ricoprendo la stessa fino a detta estremità distale (11) dove è prevista una corona (3) realizzata in materiale termicamente resistente, stabilmente fissata all'estremità inferiore (51) di detto rivestimento esterno (5) ed elettricamente isolata da detta porzione di connessione (2).
2. Torcia secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta corona (3) è definita da un elemento anulare presentante un diametro interno (D3) leggermente superiore rispetto al diametro esterno (D4) di detto ugello (4), risultando separata dall'ugello medesimo da una intercapedine (6) collegata a mezzi atti a generare un flusso di fluido in pressione, così da impedire il deposito di particelle di materiale nell'intercapedine stessa ed il conseguente collegamento elettrico tra detto ugello (4) a detta corona (3).
3. Torcia secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detta intercapedine (6) è collegata ad almeno un foro (8), previsto in corrispondenza di almeno una zona inferiore (21) di detta porzione di connessione (2), attraverso il quale risulta convogliato un flusso di aria di raffreddamento.
4. Torcia secondo la rivendicazione l, caratterizzata dal fatto che detta porzione di connessione (2) è costituita da un primo elemento tubolare cilindrico presentante una porzione distale (21) di sezione decrescente verso l’estremità, ovvero passante da un profilo cilindrico ad uno troncoconico e presentante un diametro che in corrispondenza della propria estremità inferiore (21) diventa di valore (D2) prossimo ma leggermente superiore rispetto a quello (D4) presentato da detto ugello (4); dal fatto che detto rivestimento esterno (5) è costituito da un secondo elemento tubolare cilindrico, coassiale ed esterno rispetto a detta porzione di connessione (2) e presentante una porzione distale (SI) di sezione decrescente verso l'estremità, ovvero passante da un profilo cilindrico ad uno troncoconico copiante il profilo presentato da detta porzione di connessione (2); e dal fatto che detta corona (3) è costituita da un elemento anulare a profilo troncoconico, stabilmente fissabile sull'estremità inferiore (51) di detto rivestimento esterno (5), separato da detta porzione di connessione (2) tramite l'estremità inferiore (51) del rivestimento (5), e che presenta un diametro che in corrispondenza della propria estremità inferiore (31) diventa di valore (D3) sostanzialmente pari a quello della estremità inferiore (21) di detta porzione di connessione (2), ovvero prossimo ma leggermente superiore al diametro esterno (D4) dell'ugello (4) in modo da definire una intercapedine (6) collegata a mezzi atti a generare un flusso di fluido in pressione, così da impedire il deposito di particelle di materiale nell'intercapedine stessa ed il conseguente collegamento elettrico tra detto ugello (4) a detta corona (3).
5. Torcia secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detta intercapedine (6) è collegata ad almeno un foro (8), previsto in corrispondenza di almeno una zona inferiore (21) di detta porzione di connessione (2), attraverso il quale risulta convogliato un flusso di aria di raffreddamento.
6. Torcia secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto di comprendere, tra detta estremità inferiore (31) di detta corona (3) e detta estremità inferiore (21) di detta porzione di connessione (2) un anello isolante (7) di spessore sostanzialmente pari a quello presentato da detta estremità inferiore (51) di detto rivestimento (5).
7. Torcia secondo la rivendicazione 2 o 4, laddove detto ugello (4) presenta una estremità superiore o prossimale (40), una superficie laterale (44) ed una estremità inferiore o distale o bocca di taglio (41); detta estremità superiore o prossimale (40) essendo destinata al collegamento a detta torcia al plasma (9), in particolare al supporto da parte di detta porzione di connessione (2) e detta estremità distale o bocca di taglio (41) essendo destinata a contraffacci arsi alla superficie da lavorare, in modo da eseguire lavorazioni di taglio nelle quali da detta estremità distale (41) fuoriesce un flusso derivante dall'arco di taglio, caratterizzata dal fatto che detta estremità distale o bocca di taglio (41) presenta, secondo una sezione assiale, un profilo arcuato concavo (42) cosi da definire una superficie di deflusso atta a deviare lateralmente detto flusso e/o eventuali particelle di materiale in lavorazione, in modo da non ostruire detta intercapedine (6), ovvero in modo da non collegare elettricamente detto ugello (4) a detta corona (3).
8. Torcia secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detta estremità distale o bocca di taglio (41) definisce con detta superficie laterale (44), secondo una sezione assiale, un angolo (a) prossimo ad un angolo retto.
9. Ugello secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detto angolo (a) è prossimo e superiore a 90°.
10. Torcia secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detta estremità distale o bocca di deflusso (41) è conformata, in sezione assiale, secondo una spezzata.
11. Torcia al plasma, portaugello ed ugello secondo le rivendicazioni precedenti e secondo quanto descritto ed illustrato con riferimento alle figure degli uniti disegni e per gli accennati scopi.