ITBO960670A1

ITBO960670A1 - PLASMA TORCH IMPROVEMENT

Info

Publication number: ITBO960670A1
Application number: IT96BO000670A
Authority: IT
Inventors: Silvano Dallavalle
Original assignee: Cebora Spa
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 1998-06-19
Also published as: ITBO960670A0; IT1287601B1

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo: attached to a patent application for INDUSTRIAL INVENTION entitled:

PERFEZIONAMENTO DI TORCIA AL PLASMA* PLASMA TORCH IMPROVEMENT *

Il presente trovato concerne un perfezionamento di torcia al plasma, in particolare relativo ad una torcia al plasma che prevede un raffreddamento a liquido. The present invention relates to an improvement in a plasma torch, in particular relating to 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 a 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' altres? previsto un anodo a forma di cappetta montato sull'elettrodo in modo da ricoprirne la parte terminale. La cappetta ? isolata dall'elettrodo e collegabile mediante un secondo conduttore al polo positivo delia tensione di potenza. Tra cappetta ed elettrodo si forma una sottile intercapedine nella quale viene convogliato il gas plasmogeno sotto pressione che pu? fuoriuscire all'esterno attraverso un piccolo orifizio della cappetta, che viene definita, normalmente, ugello. A cylindrical electrode is generally provided, mounted on the torch and connected, by means of a conductor, to the negative pole of the power voltage. It is also? a cap-shaped anode is provided, mounted on the electrode so as to cover its terminal part. The cap? isolated from the electrode and connectable by a second conductor to the positive pole of the power voltage. Between the cap and the electrode a thin gap is formed in which the plasmogenic gas under pressure is conveyed which can? come out 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 pu? 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? being in use determine very rigid design and construction constraints.

Tra i fattori che maggiormente contribuiscono alla severit? di impiego degli ugelli sono da evidenziare i seguenti. Among the factors that most contribute to the severity? of use of the nozzles are to be highlighted the following.

Un primo fattore ? relativo alle elevatissime temperature raggiunte durante le operazioni di taglio. A first factor? related to the very high temperatures reached during cutting operations.

Un secondo fattore ? rappresentato dalla presenza di particelle di metallo fuso proiettate durante il processo in direzioni non sempre predeterminabili. A second factor? represented by the presence of molten metal particles projected during the process in not always predeterminable directions.

Inoltre, l'arco di taglio, in condizioni di uso non corretto, ad esempio in corrispondenza di velocit? e/o spessori di taglio superiori a quelli prescritti, pu? lambire la parte esterna dell'ugello. Furthermore, the cutting arc, in conditions of incorrect use, for example in correspondence of speed? and / or cutting thicknesses higher than those prescribed, can? lick the outside of the nozzle.

Con queste condizioni particolarmente severe d?impiego pu? verificarsi un ritorno di particelle di metallo fuso dal pezzo in lavorazione verso l?ugello. Il metallo fuso pu? contribuire ad una deformazione dell?orifizio dell?ugello e, inoltre, pu? 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 pu? ridurre in misura considerevole la vita dell?ugello. With these particularly severe conditions of use can? return of molten metal particles from the workpiece towards the nozzle. The molten metal can? contribute to a deformation of the orifice of the nozzle and, moreover, it 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 arch is formed which can? considerably reduce the life of the nozzle.

La Richiedente ha depositato la domanda di brevetto n. B096A000402 al fine di fornire una torcia al plasma in grado di eliminare gli inconvenienti menzionati. Oggetto della domanda di brevetto summenzionata ? 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, cos? da definire una camera attraversabile da un circuito di raffreddamento a liquido; la torcia in oggetto ? altres? 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. Ini pratica, nella domanda di brevetto gi? presentata dalla Richiedente, ? 'descritta una protezione che ? isolata elettricamente dall?elemento di supporto dalle guarnizioni isolanti e che, allo stesso tempo, risulta raffreddata dal circuito di raffreddamento. The Applicant has filed the patent application n. B096A000402 in order to provide a plasma torch capable of eliminating the aforementioned drawbacks. Subject of the aforementioned patent application? 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, cos? to define a chamber that can be crossed by a liquid cooling circuit; the flashlight in question? 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. In practice, in the patent application already? presented by the Applicant,? 'described a protection that? electrically isolated from the support element by the insulating gaskets and which, at the same time, is cooled by the cooling circuit.

Scopo del presente trovato ? quello di migliorare le caratteristiche del trovato appena descritto con un perfezionamento che prevede che l?elemento intermedio di collegamento di cui sopra risulti elettricamente isolante ma termicamente conduttore. Tale caratteristica risulta di particolare "efficacia in quei casi nei quali l?acqua utilizzata per il raffreddamento non ? completamente demineralizzata e non garantirebbe perci? un sufficiente isolamento elettrico. Purpose of the present invention? that of improving the characteristics of the invention just described with an improvement which provides that the intermediate connecting element referred to above is electrically insulating but thermally conductive. This characteristic is particularly effective in those cases in which the water used for cooling is not completely demineralised and therefore would not guarantee sufficient electrical insulation.

In pratica, ? possibile rivestire l?elemento intermedio di collegamento, almeno in corrispondenza della sua porzione di delimitazione della camera (vale a dire la parte rivolta alla camera ed a contatto con il fluido di raffreddamento), in modo che, anche utilizzando acqua non completamente demineralizzata (o altri fluidi di raffreddamento che non si comportino da buoni isolanti elettrici), l'elemento intermedio di collegamento consenta l?ottimale raffreddamento della protezione supportata, mantenendo la medesima elettricamente isolata dall'elemento di supporto presente internamente. Practically, ? It is possible to coat the intermediate connecting element, at least in correspondence with its delimiting portion of the chamber (i.e. the part facing the chamber and in contact with the cooling fluid), so that, even using water that is not completely demineralized (or other cooling fluids that do not act as good electrical insulators), the intermediate connecting element allows optimal cooling of the supported protection, keeping it electrically isolated from the support element present internally.

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 example of embodiment of the present invention, in which the parts relating to the present invention are shown in detail.

Nel prosieguo della descrizione verr? descritta, in generale, una possibile realizzazione di una torcia in accordo con quanto previsto nella domanda di brevetto n. B096-A000402 della stessa Richiedente, per evidenziare le parti relative al presente trovato. In the rest of the description will come? described, in general, a possible embodiment of a torch in accordance with the provisions of patent application no. B096-A000402 by the same Applicant, to highlight the parts relating to the present invention.

Una torcia al plasma realizzata secondo il trovato ? del tipo comprendente un elemento di supporto 2 per il fissaggio di un ugello 3. A plasma torch made according to the invention? 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 provvisto di una filettatura interna 23 sulla quale ? avvitabile l?ugello 3, il quale presenta una filettatura complementare 32. The support element 2 has, at least in its lower part involved in 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 and is arranged at the bottom and centrally.

Attorno all?elemento di supporto 2 ? prevista una camera 9 attraversabile da un relativo circuito di raffreddamento a liquido. Il liquido di raffreddamento pu? essere acqua, eventualmente miscelata con altre sostanze quali, ad esempio, glicole o altro. Around the support element 2? a chamber 9 is provided which can be crossed by a relative liquid cooling circuit. The coolant can? be water, possibly mixed with other substances such as, for example, glycol or other.

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 hereinafter.

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 isolante 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 an insulating divider 56, arranged vertically and extending for the entire opening of the chamber 4, so as to divide it in correspondence with respective inlet and outlet openings for the coolant. .

Sull?estremit? inferiore della torcia ? fissabile una protezione 7 conformata a copiare l'ugello 3 nella sua porzione inferiore. On the extremity bottom of the flashlight? a protection 7 can be fixed which is shaped 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. La conformazione della protezione, ovviamente potr? variare in funzione dell'utilizzazione della torcia e delle relative caratteristiche funzionali e/o strutturali della medesima. In the illustrated non-limiting example, where the nozzle 3 has a substantially conical shape, the protection 7 has a corresponding conical shape. The conformation of the protection, of course, can? vary according to the use of the torch and its functional and / or structural characteristics.

La protezione 7 presenta, centralmente, una apertura 70 che, una volta che la protezione ? fissata alla torcia, risulta disposta allineata con l'orifizio 30 presentato daH?ugello 3, in modo da essere attraversata dal relativo flusso deN?arco elettrico. The guard 7 has, centrally, an opening 70 which, once the guard? fixed to the torch, it 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 ? 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 example illustrated, protection 7? provided, at the top, with a connection portion 8 adapted to allow fixing to a connection portion 81 of the torch having relative activation means 82 for 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 dell?estremit? di lavoro della torcia. In practice, this upper connection portion 8 defines, together with the actual protection 7, a sort of containment body of the extremity? 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 ? amovibilmente fissabile. Ad esempio, l?elemento di supporto 2 pu? presentare una zona circonferenziale periferica esterna zigrinata e l?elemento intermedio di collegamento 4 pu? 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. In order to improve the fixing of the epoxy resin 24, the support element 2 and the intermediate connecting element 4 can have, in correspondence with areas intended for interaction, respective grip portions on which the material? removably fixable. For example, the support element 2 can? have a knurled external peripheral circumferential area and the intermediate connecting element 4 can? be internally provided 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.

Vantaggiosamente, con il presente trovato, si riesce ad isolare elettricamente l?elemento intermedio di collegamento 4 dalla camera 9 grazie all'isolamento della parete interna 44 dell'elemento intermedio di collegamento 4. Tale parete interna 44, che ? rappresentata in tratto pi? spesso per evidenziarla rispetto al resto, pu? essere opportunamente rivestita di un materiale isolante elettrico, in modo da risultare elettricamente isolante e, allo stesso tempo, termicamente conduttrice. In questo modo, s? ottiene, da un lato, la dispersione del calore per la protezione 7 associata all'elemento intermedio di collegamento 4, e, dall'altro lato, si isola elettricamente l'elemento intermedio di collegamento 4 e, conseguentemente, la protezione 7. Advantageously, with the present invention, it is possible to electrically isolate the intermediate connecting element 4 from the chamber 9 thanks to the insulation of the inner wall 44 of the intermediate connecting element 4. This inner wall 44, which? represented in the pi? often to highlight it compared to the rest, pu? be suitably coated with an electrical insulating material, so as to be electrically insulating and, at the same time, thermally conductive. Like this, yes? obtains, on the one hand, the dispersion of heat for the protection 7 associated with the intermediate connection element 4, and, on the other hand, the intermediate connection element 4 is electrically isolated and, consequently, the protection 7.

Tra i materiali isolanti utilizzabili possono essere considerati, a titolo di esempio non limitativo, il Rilsan, resine epossidiche, Teflon, composti ceramici. Among the insulating materials that can be used, by way of non-limiting example, Rilsan, epoxy resins, Teflon, ceramic compounds can be considered.

Alcuni di tali materiali, oltre ad essere isolanti elettrici sono, in effetti, anche isolanti termici ma il limitato spessore che caratterizza il rivestimento (a titolo di esempio, 0,04?0,2 mm) non influisce in misura rilevante sulla trasmissione del calore. Some of these materials, in addition to being electrical insulators, are also thermal insulators but the limited thickness that characterizes the coating (by way of example, 0.04? 0.2 mm) does not significantly affect the transmission of heat. .

Il trovato cosi concepito ? suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti neH'ambito del concetto inventivo. Inoltre, tutti i dettagli possono essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti. The invention thus conceived? 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. Improvement of a 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), where the torch (1)? provided with an intermediate connection element (4), arranged 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) for means of said gaskets (5, 6), said support element (2) and said intermediate connecting element (4); torch (1) being 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); improvement characterized in that said intermediate connecting element (4)? electrically insulating or insulated with respect to said chamber (9), so as to electrically isolate said protection (7) associated with it.

2. Improvement according to claim 1, characterized in that said intermediate connecting element (4)? electrically insulating and thermally conductive, so as to electrically isolate said protection (7) associated with it and to also allow? a heat exchange between said chamber (9) and said protection (7).

3. Improvement according to claim 1, characterized in that said intermediate connecting element (4), on its face (44) facing said chamber (9),? covered in electrically insulating material.

4. Improvement according to claim 3, characterized in that the thickness of the coating of said intermediate connecting element (4)? with a value between 0.04 and 0.2 mm.

5. Improvement of a plasma 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.