ITBO960402A1

ITBO960402A1 - PLASMA TORCH

Info

Publication number: ITBO960402A1
Application number: IT96BO000402A
Authority: IT
Inventors: Silvano Dallavalle
Original assignee: Cebora Spa
Priority date: 1996-07-23
Filing date: 1996-07-23
Publication date: 1998-01-23
Also published as: ITBO960402A0; IT1285815B1

Description

TORCIA AL PLASMA. PLASMA TORCH.

Il presente trovato concerne una torcia al plasma, in particolare una torcia al plasma che prevede un raffreddamento a liquido. The present invention relates to a plasma torch, in particular a plasma torch which provides for liquid cooling.

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 molto elevate, fino ad oltre 10.000°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 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 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.

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 predeterminabi- A second factor is represented by the presence of molten metal particles projected during the process in directions that are not always predeterminable.

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 deH'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.

Con queste condizioni particolarmente severe d’impiego può verificarsi un ritorno di particelle di metallo fuso dal pezzo in lavorazione verso l’ugello. With these particularly severe conditions of use, a return of molten metal particles from the workpiece to the nozzle may occur.

Questo metallo fuso può contribuire ad una deformazione deH’orifizio dell’ugello e, inoltre, può solidificarsi ed aderire alla porzione distale dell’ugello, provocando la formazione di un ponte elettrico tra ugello e pezzo in lavorazione; in quest’ultimo caso si forma il cosiddetto doppio arco che può ridurre in misura considerevole la vita dell’ugello. This molten metal can contribute to a deformation of the nozzle orifice and, moreover, can solidify and adhere to the distal portion of the nozzle, causing the formation of an electrical bridge between the nozzle and the workpiece; in the latter case, the so-called double arc is formed which can considerably reduce the life of the nozzle.

Scopo del presente trovato è eliminare gli inconvenienti menzionati, con una torcia al plasma, del tipo comprendente un elemento di supporto per il fissaggio di un ugello, che risulti provvista di un elemento intermedio di collegamento, disposto esternamente all’elemento di supporto e collegato a quest’ ultimo per il tramite di due guarnizioni isolanti, così da definire una camera attraversabile da un circuito di raffreddamento a liquido; la torcia in oggetto è altresì provvista di una protezione, fissabile all’elemento intermedio di collegamento, conformata a copiare l’ugello nella sua porzione inferiore e presentante una corrispondente apertura atta a consentire il passaggio dell’arco elettrico. The purpose of the present invention is to eliminate the aforementioned drawbacks, with a plasma torch of the type comprising a support element for fixing a nozzle, which is provided with an intermediate connection element, arranged externally to the support element and connected to the latter by means of two insulating gaskets, so as to define a chamber that can be crossed by a liquid cooling circuit; the torch in question is also provided with a protection, which can be fixed to the intermediate connection element, conformed to copy the nozzle in its lower portion and has a corresponding opening designed to allow the passage of the electric arc.

Vantaggiosamente, con il presente trovato si ottiene una protezione che è isolata elettricamente dall’elemento di supporto e che, allo stesso tempo, risulta raffreddata dal circuito di raffreddamento, Advantageously, with the present invention a protection is obtained which is electrically isolated from the support element and which, at the same time, is cooled by the cooling circuit,

In questo modo la torcia avrà un’estremità di lavoro isolata elettricamente e raffreddata in modo da impedire al metallo fuso di aderire o fondere sull’ugello e sulla relativa protezione. In this way the torch will have an electrically insulated and cooled working end in order to prevent the molten metal from adhering or melting on the nozzle and its protection.

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:

- la figura 1 illustra, in una vista parziale in sezione longitudinale, un possibile esempio di realizzazione del presente trovato, nel quale sono rappresentate in dettaglio le parti concernenti la presente invenzione. Figure 1 illustrates, in a partial longitudinal section view, a possible embodiment of the present invention, in which the parts relating to the present invention are shown in detail.

Una torcia al plasma realizzata secondo il trovato è del tipo comprendente un elemento di supporto 2 per il fissaggio di un ugello 3. A plasma torch made according to the invention is of the type comprising a support element 2 for fixing a nozzle 3.

L’elemento di supporto 2 presenta, almeno nella sua parte inferiore interessata alla soluzione in oggetto, un corpo sostanzialmente cilindrico prowisto di una filettatura interna 23 sulla quale è awitabile l’ugello 3, il quale presenta una filettatura complementare 32. The support element 2 has, at least in its lower part affected by the solution in question, a substantially cylindrical body provided with an internal thread 23 on which the nozzle 3 can be screwed, which has a complementary thread 32.

L’ugello 3 presenta inferiormente e centralmente disposto un orifizio 30 utilizzabile per la fuoriuscita di un arco elettrico. The nozzle 3 has an orifice 30 which can be used for the release of an electric arc, positioned at the bottom and centrally.

Attorno all’elemento di supporto 2 è prevista una camera 9 attraversabile da un relativo circuito di raffreddamento a liquido. Around the support element 2 there is a chamber 9 which can be crossed by a relative liquid cooling circuit.

La torcia in oggetto risulta provvista di un elemento intermedio di collegamento 4, disposto esternamente all’elemento di supporto 2 e collegato a quest’ultimo per il tramite di due guarnizioni isolanti 5, 6. The torch in question is provided with an intermediate connecting element 4, arranged externally to the support element 2 and connected to the latter by means of two insulating gaskets 5, 6.

Tale elemento intermedio di collegamento 4 risulta costituito da un elemento anulare coassiale rispetto all’elemento di supporto 2 e presentante su una propria superficie esterna una filettatura 47, utilizzabile per il fissaggio di una protezione in seguito descritta. This intermediate connecting element 4 is constituted by an annular element coaxial with respect to the support element 2 and having a thread 47 on its own external surface, which can be used for fixing a protection described below.

In questo modo, la camera 9 risulta delimitata dalle guarnizioni 5 e 6, dall’elemento di supporto 2 e dall’elemento intermedio di collegamento 4. In this way, the chamber 9 is delimited by the gaskets 5 and 6, by the support element 2 and by the intermediate connecting element 4.

Le due guarnizioni 5 e 6 sono tra loro collegate da un elemento divisore 56, disposto verticalmente ed estendentesi per tutta la luce della camera 4, in modo da suddividere la medesima in corrispondenza di rispettive aperture di entrata e di uscita per il liquido di raffreddamento. The two gaskets 5 and 6 are connected to each other by a dividing element 56, arranged vertically and extending throughout the opening of the chamber 4, so as to divide the same at respective inlet and outlet openings for the cooling liquid.

Sull’estremità inferiore della torcia è fissabile una protezione 7 conformata a copiare l’ugello 3 nella sua porzione inferiore. A protection 7 can be fixed on the lower end of the torch, conformed to copy the nozzle 3 in its lower portion.

Nell’esempio non limitativo illustrato, dove l’ugello 3 ha una conformazione sostanzialmente conica, la protezione 7 ha una corrispondente conformazione conica. In the illustrated non-limiting example, where the nozzle 3 has a substantially conical shape, the protection 7 has a corresponding conical shape.

La protezione 7 presenta, centralmente, una apertura 70 che, una volta che la protezione è fissata alla torcia, risulta disposta allineata con l’orifizio 30 presentato dall’ugello 3, in modo da essere attraversata dal relativo flusso dell’arco elettrico. The protection 7 has, centrally, an opening 70 which, once the protection is fixed to the torch, is arranged aligned with the orifice 30 presented by the nozzle 3, so as to be crossed by the relative flow of the electric arc.

La protezione 7 presenta, su una sua zona interna, una porzione filettata 74 complementare alla filettatura 47 presentata dall’elemento intermedio di collegamento 4 di cui in precedenza, in modo da consentire un fissaggio per avvitamento della protezione 7. Ovviamente, le filettature possono essere sostituite anche da altri mezzi di fissaggio, ovvero da equivalenti tecnici. The protection 7 has, on one of its internal areas, a threaded portion 74 complementary to the thread 47 presented by the intermediate connecting element 4 referred to above, so as to allow a screw fixing of the protection 7. Obviously, the threads can be also replaced by other fixing means, or by technical equivalents.

Nell’esempio illustrato, la protezione 7 è provvista, superiormente, di una porzione di collegamento 8 atta a consentire il fissaggio ad una porzione di connessione 81 della torcia presentante relativi mezzi di attivazione 82 della torcia medesima. In the illustrated example, the protection 7 is provided, at the top, with a connection portion 8 designed to allow fixing to a connection portion 81 of the torch having relative activation means 82 of the torch itself.

In pratica, tale porzione di collegamento superiore 8 definisce, unitamente alla protezione 7 vera e propria, una sorta di corpo di contenimento del-Γ estremità di lavoro della torcia. In practice, this upper connection portion 8 defines, together with the actual protection 7, a sort of body for containing the working end of the torch.

Tra l’elemento di supporto 2 e l’elemento intermedio di collegamento 4 possono essere previsti mezzi di vincolo 24 atti a impedire la rotazione relativa tra i due elementi. Tali mezzi di vincolo 24 possono essere costituiti da materiale elettricamente isolante come, ad esempio, una resina epossidica, disposta per fusione o colata o similare procedimento tra i due elementi di supporto 2 ed intermedio di collegamento 4. Between the support element 2 and the intermediate connecting element 4, constraint means 24 can be provided to prevent relative rotation between the two elements. Said fastening means 24 can be constituted by electrically insulating material such as, for example, an epoxy resin, arranged by casting or casting or similar process between the two supporting elements 2 and intermediate connecting elements 4.

Per migliorare il fissaggio della resina epossidica 24, l’elemento di supporto 2 e l’elemento intermedio di collegamento 4 possono presentare, in corrispondenza di zone destinate all’interazione, rispettive porzioni di appiglio sulle quali il materiale è amovibilmente fissabile. Ad esempio, l’elemento di supporto 2 può presentare una zona circonferenziale periferica esterna zigrinata e l’elemento intermedio di collegamento 4 può essere provvisto, internamente, di una serie di tacche o intagli idonei al miglioramento dell’adesione da parte della resina. Tali particolari non sono illustrati e possono, ovviamente, variare come struttura e configurazione. To improve the fastening of the epoxy resin 24, the support element 2 and the intermediate connecting element 4 may have, in correspondence with areas intended for interaction, respective grip portions on which the material can be removably fixed. For example, the support element 2 can have an external peripheral circumferential knurled area and the intermediate connecting element 4 can be provided, internally, with a series of notches or notches suitable for improving adhesion by the resin. These details are not illustrated and may obviously vary in terms of structure and configuration.

II trovato cosi 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. The invention thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept. Furthermore, all the details can be replaced by technically equivalent elements.

Claims

CLAIMS 1. Plasma torch, of the type comprising a support element (2), adapted to allow the fixing of a nozzle (3) having an orifice (30) below for the escape of an electric arc, and provided with a chamber (9 ) connected to a fluid cooling circuit and in thermal relationship with at least said support element (2), characterized in that it is provided with an intermediate connecting element (4), disposed externally to said support element (2) and connected to the latter by means of two insulating gaskets (5, 6), so as to delimit said chamber (9) by means of said gaskets (5, 6), said support element (2) and said intermediate connection (4); and to be provided with a protection (7) shaped to copy said nozzle (3) in its lower portion, having a corresponding opening (70) suitable for allowing the passage of said electric arc and provided with fixing means (74) to said intermediate connecting element (4).

2. Torch according to claim 1, wherein said support element (2) has a substantially cylindrical hollow body, characterized in that said intermediate connecting element (4) consists of an annular element coaxial with respect to said support element (2 ) and having a thread (47) on its own external surface, said fixing means being constituted by a threaded portion (74) complementary to said thread (47).

3. Torch according to claim 1, characterized in that between said support element (2) and said intermediate connecting element (4) constraint means (24) are provided which are suitable for preventing relative rotation between the two elements.

4. Torch according to claim 3, characterized in that said fastening means (24) consist of electrically insulating material arranged by casting or casting or similar process between said support element (2) and said intermediate connecting element (4) .

5. Torch according to claim 4, characterized in that said support element (2) and said intermediate connecting element (4) have, in correspondence of areas intended for interaction with said fastening means, respective grip portions on which said material can be removably fixed.

6. Torch according to claim 1, characterized in that said corresponding opening (70), in the working configuration of the torch, i.e. once said protection is fixed to said intermediate connecting element (4), is arranged aligned with said orifice (30).

7. Torch according to claim 1, characterized in that said protection (7) is provided with an upper connection portion (8) adapted to allow fixing to a connection portion (81) of the torch having relative activation means (82 ) of the torch itself.

8. Torch according to the preceding claims and according to what is described and illustrated with reference to the figures of the accompanying drawings and for the aforementioned purposes.