MXPA00003636A - Electrodo conico para sopletes de corte con plasma de arco electrico. - Google Patents

Abstract

Se describe un electrodo para un soplete de corte con plasma de arco e1ectrico, caracterizado ademas porque el electrodo comprende un mango que tiene una punta conica y un elemento emisor dispuestos concentricamente en el mismo; el mango incluye un angulo de inclinacion en la punta entre aproximadamente 25° y aproximadamente 40° y un diametro en la punta aproximadamente igual, o ligeramente mas largo que el dicimetro de la superficie de extremo del elemento emisor; el electrodo se configura de tal manera que el mango comprende una pared de mango relativamente delgada en la punta del electrodo, la cual se evapora debido al calor del arco adyacente generado a traves del elemento emisor, de tal manera que la punta conica se erosiona generalmente de manera simultanea con el elemento emisor; generalmente la erosion simultanea del mango y del elemento emisor evita problemas de sobrecalentamiento y/o doble formacion de arco y extiende la vida util del electrodo; tambien se provee un metodo de operacion de un soplete de plasma de arco e1ectrico.

Description

ELECTRODO CÓNICO PARA SOPLETES DE CORTE CON PLASMA DE ARCO ELÉCTRICO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a sopletes de plasma de arco eléctrico y, en particular, a un electrodo para un soplete de corte con plasma de arco eléctrico.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los electrodos para sopletes de corte con plasma de arco eléctrico típicamente están configurados con un mango generalmente cilindrico que tiene un borde redondeado o biselado en la punta del electrodo y un elemento emisor dispuesto en el mismo. El mango y el elemento emisor generalmente además se combinan para formar una superficie plana en la punta del electrodo. En está configuración, usualmente el mango está hecho de cobre y tiene un espesor de pared sustancialmente uniforme que se extiende a lo largo de la longitud del mango hacia la punta del electrodo. Durante la operación del soplete, el elemento emisor tiende a erosionarse y a formar una cavidad dentro del mango de cobre. Puede presentarse un sobrecalentamiento y/o una doble formación de arcos en el extremo del mango de cobre ocasionado por el elemento emisor erosionado, dañando el electrodo y acortando la vida útil del mismo. Una secuencia de operación típica de un electrodo para un soplete de corte con plasma de arco eléctrico se presenta como se ilustra en la figura 1. Como se observó anteriormente, el mango usualmente está hecho de cobre y tiene una forma cilindrica, con un borde redondeado y biselado en la punta. Un elemento emisor cilindrico por ejemplo hecho de hafnio está incrustado dentro de un agujero longitudinal en el mango, de tal manera que el mango y el electrodo están dispuestos concéntricamente uno con respecto al otro. Juntos, el elemento emisor y el mango, forman una cara plana en la punta del electrodo como se muestra en la figura 1A. Al utilizar el soplete, el elemento emisor se erosionará o se encogerá dentro del mango, como se ilustra en la figura 1 B, formando de esta manera una cavidad dentro del mango. Como el elemento emisor continua erosionándose debido a la operación del soplete y la cavidad dentro del mango se hace más profunda, pueden presentarse dos situaciones. Primero, como se muestra en la figura 1 B, puede ocurrir una doble formación de arcos. Esto es, en lugar de que el arco pase del punto X hacia la pieza de trabajo, el arco pasará del punto Y a la boquilla que rodea a la punta del electrodo, y posteriormente a la pieza de trabajo, dañando de esta manera el electrodo y/o la boquilla. En segundo lugar, mientras se erosiona el elemento emisor y se hace cada vez más profunda la cavidad dentro del mango, el arco que pasa entre el elemento emisor y la pieza de trabajo calentará el mango en la punta del electrodo desde el cual el elemento emisor se ha encogido como se muestra en la figura 1 C. En cualquier situación, el mango puede romperse de la punta, como se muestra en la figura 1 D, y ocasionar un daño importante al electrodo y/o a la boquilla circundante. De esta manera, se han realizado diversos intentos para modificar los electrodos, consistiendo en un mango y un elemento emisor, para extender la vida útil del mismo. Por ejemplo, la patente de E.U.A. No. 3,198,932 de Weatherly describe un electrodo no consumible para usarse en procedimientos con arco eléctrico, como corte, soldado y procesamiento de metales en horno de arco eléctrico. La patente '932 describe un electrodo que consiste en un mango de cobre enfriado en agua que incluye en el mismo un inserto de circonio. El titular de la patente '932 postula que la vida útil del inserto a corrientes relativamente altas puede incrementarse al aumentar el diámetro del inserto y el diámetro del mango, mientras se mantiene cierta relación dimensional entre el inserto y el mango. El enfriamiento por agua el mango de cobre también se ha descubierto que es importante para extender la vida útil del electrodo. En otro ejemplo, la patente de E.U.A. No. 4,766,349 de Johansson et al, describe un electrodo para procedimientos con arco eléctrico compuesto de un mango enfriado con agua dentro del cual se adapta un inserto de circonio o hafnio revestido protector de difusión endurecido con una cubierta, donde la zona de difusión consiste en carburo, nitruro, boruro o siliciuro. Los compuestos en la zona de difusión tienen puntos de fusión muy altos que suprimen las reacciones entre el mango y el inserto que ocasiona el deterioro del electrodo. Sin embargo, la introducción del inserto revestido protector por difusión dentro del mango de cobre enfriado por agua debe estar acompañado con un acabado protector de metal de níquel, cromo o platino en la superficie del mango para evitar que se deteriore durante la operación. Adicionalmente, la patente de E.U.A. No. 3,930,139 de Bykhovsky et al, describe un electrodo no consumible para trabajo con arco por oxígeno que comprende un mango producido de cobre o aleaciones del mismo y un inserto activo sujeto a una cara de extremo del mango. El inserto se encuentra en contacto térmico y eléctrico con el mango a través de una pieza metálica de separación colocada entre el inserto y el mango y sobre toda el área de superficie de contacto. La pieza metálica de distancia está hecha de aluminio o aleaciones del mismo, y el inserto está hecho de hafnio. En la operación del soplete, el inserto aún se somete a la erosión. Sin embargo, cuando opera en oxígeno, se forma un óxido de aluminio en el separador metálico. El óxido de aluminio es un compuesto de alta temperatura de fusión que actúa como un escudo térmico que protege al mango de cobre del sobrecalentamiento y de la oxidación. De esta manera, los intentos para extender la vida útil de los electrodos para los sopletes de plasma de arco eléctrico generalmente involucran aumentar el tamaño del mango y del inserto, como se describe en la patente '932 de Weatherly, o proveer una barrera entre el inserto y el mango, como una zona de difusión que se describe en la patente '349 de Johansson et al., y la pieza metálica de separación descrita en la patente '139 de Bykhovsky et al. En el caso de aumentar el tamaño del inserto y del mango en una relación de dimensión especificada se obtiene como resultado un electrodo más grande que puede resultar incómodo y/o inadecuado para un trabajo de precisión. Además, los tratamientos de difusión especial para el inserto pueden ser difíciles de elaborar de manera consistente y/o no ser rentables con relación a la ganancia en la vida del electrodo. Además, la adición de una pieza de separación entre el inserto y el mango incrementa el número de componentes en el ensamble y también puede añadir costo y complicar el ensamble del electrodo. De esta manera, existe la necesidad de un electrodo simple, rentable para un soplete de corte con plasma de arco eléctrico que tenga una vida de servicio adecuadamente larga. Preferiblemente, el electrodo comprende un mango que tiene un elemento emisor, donde el mango y el inserto emisor están hechos de materiales con características adecuadas. Además, existe la necesidad de un electrodo para un soplete de corte con plasma de arco eléctrico que evite los problemas de la formación de arcos dobles o el sobre calentamiento mientras el elemento emisor se desgasta dentro del mango.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Las necesidades descritas anteriormente y otras se cubren con la presente invención, la cual, en una modalidad, provee un electrodo para un soplete de corte con plasma de arco eléctrico que comprende un elemento emisor alargado que define un eje central y un mango que tiene generalmente una porción cilindrica y un extremo inclinado para contener el elemento emisor. El elemento emisor tiene una superficie de extremo adaptada para emitir un arco eléctrico hacia una pieza de trabajo y se mantiene en el mango de tal manera que la superficie de extremo se expone para permitir la emisión del arco eléctrico. El elemento emisor comprende un material erosionable y define una velocidad de erosión en la dirección axial al emitir el arco eléctrico desde la superficie de extremo y gradualmente erosiona el elemento emisor. El mango también comprende un material erosionable y tiene dimensiones tales que define una velocidad de erosión en la dirección axial que es sustancialmente la misma que la velocidad de erosión del elemento emisor, de tal manera que el elemento emisor y el mango se erosionan sustancialmente de manera simultánea mientras el soplete está en operación. De conformidad con una modalidad de gran utilidad, el elemento emisor es cilindrico y el extremo inclinado del mango que está cerca de la superficie de extremo del elemento emisor tiene un diámetro que por lo menos es igual al diámetro del elemento emisor. El extremo inclinado del mango puede inclinarse linealmente desde la porción generalmente cilindrica hacia la superficie de extremo del elemento emisor, preferiblemente con un ángulo de inclinación incluido de aproximadamente entre 25 grados y 40 grados. En una modalidad que se prefiere, el extremo inclinado se inclina linealmente para formar un ángulo inclinado incluido de por lo menos aproximadamente 30 grados. El extremo inclinado del mango también puede inclinarse de manera no lineal desde la porción generalmente cilindrica hacia la superficie de extremo del elemento emisor, por ejemplo, parabólica o discontinuamente con una porción inclinada y una porción cilindrica delgada. La superficie de extremo del elemento emisor puede ser plana, por ejemplo, o puede extenderse hacia fuera del mango en forma de cono o parábola, por ejemplo. En una modalidad, el mango comprende, por ejemplo , cobre, una aleación de cobre, plata, o una aleación de plata, mientras el elemento emisor comprende, por ejemplo, hafnio, una aleación de hafnio, circonio, o una aleación de circonio. Otro aspecto útil de la presente invención es un soplete de corte con plasma de arco eléctrico que comprende un ensamble de boquilla que define un agujero, un suministro de gas de plasma y un electrodo dispuesto adyacente al agujero en la boquilla, donde el suministro de gas de plasma se adapta para proveer un flujo de gas de plasma cerca del electrodo y a través del agujero en la boquilla. El electrodo comprende un elemento emisor alargado que define un eje central y un mango que tiene una porción generalmente cilindrica y un extremo inclinado para sostener el elemento emisor. El elemento emisor tiene una superficie de extremo adaptada para emitir un arco eléctrico a la pieza de trabajo y se mantiene en el mango de tal manera que la superficie de extremo se expone para permitir la emisión del arco. Preferiblemente, el elemento emisor comprende un material erosionable y define una velocidad de erosión en dirección axial mientras el arco eléctrico se emite desde la superficie de extremo y gradualmente erosiona el elemento emisor. Preferiblemente, el mango también comprende un material erosionable y tienen tales dimensiones que define una velocidad de erosión en la dirección axial que es sustancialmente la misma que la velocidad de erosión del elemento emisor, de tal manera que el elemento emisor y el mango se erosionan sustancialmente de manera simultánea mientras el soplete está en operación. Un aspecto adicional útil de la presente invención comprende un método de operación de un soplete de plasma de arco eléctrico. Primero, un soplete de plasma de arco eléctrico se provee comprendiendo una boquilla que define un agujero y un electrodo dispuesto adyacente al agujero en la boquilla, donde el electrodo comprende un mango que tiene un extremo inclinado y un elemento emisor alargado que tiene una superficie de extremo adaptada para emitir un arco eléctrico hacia una pieza de trabajo y dispuesto dentro del extremo inclinado de tal manera que la superficie de extremo se expone para permitir la emisión del arco a través del agujero. Preferiblemente, el mango y el elemento emisor cada uno comprende un material erosionable y están configurados para erosionarse generalmente de manera simultánea cuando el soplete está en operación. Posteriormente, un gas de procedimiento se hace fluir a través de la boquilla, cerca del electrodo, y a través del agujero. Una corriente eléctrica se aplica al electrodo de tal manera que ocasione que el electrodo coopere con el gas de procedimiento y forme un arco eléctrico de plasma emitido desde el elemento emisor a través del agujero. Preferiblemente, la emisión del arco eléctrico de plasma ocasiona erosión en el mango y en el elemento emisor a velocidades de erosión sustancialmente equivalentes en la dirección axial. De esta manera, modalidades útiles de un electrodo para un soplete de corte con plasma de arco eléctrico de conformidad con la presente invención proveen un electrodo configurado de tal manera que el mango se inclina para proveer una pared de mango relativamente delgada en la punta del electrodo. Al utilizar el soplete, la pared delgada del mango en la punta del electrodo se evaporará debido al calor que se genera desde el arco eléctrico adyacente a través del elemento emisor y se erosionará generalmente de manera simultánea con el elemento emisor. Debido a que el mango y el elemento emisor se erosionan generalmente de manera simultánea, no se forma ninguna cavidad dentro del mango, y por lo tanto se evitan los problemas de sobrecalentamiento y/o doble formación de arcos y el tiempo de vida útil del electrodo extendido, provee un electrodo simple, rentable para sopletes de corte con plasma de arco eléctrico.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Habiendo establecido algunas ventajas de la presente invención, otras serán evidentes al continuar con la descripción al considerarlas en conjunto con los dibujos anexos, que no necesariamente son dibujos a escala, en donde: Las figuras de la 1A a 1 D muestran una operación de sección transversal y una secuencia de deterioro de un electrodo de cobre-hafnio de la técnica anterior para un soplete de corte con plasma de arco eléctrico enfriado con aire. Las figuras de la 2A a la 2D muestran una operación en sección transversal y una secuencia de deterioro de un electrodo cónico para un soplete de corte con plasma de arco eléctrico de conformidad con una modalidad de la presente invención. Las figuras 3A y 3B muestran vistas en sección transversal comparando flujos de gas a través de la boquilla entre un electrodo de la técnica anterior y el electrodo cónico de conformidad con una modalidad de la presente invención. La figura 4A es una vista en perspectiva de un electrodo cónico de conformidad con una modalidad de la presente invención. La figura 4B es una vista en sección transversal de un electrodo cónico de conformidad con una modalidad de la presente invención. La figura 4C es una vista en sección transversal de un electrodo cónico de conformidad con una modalidad alternativa de la presente invención que ilustra un mango que tiene una porción cónica que termina en una porción cilindrica rodeando la punta del elemento emisor. La figura 5A es una gráfica de una primera prueba en una secuencia de electrodos cónicos que ilustra el efecto del ángulo de inclinación incluido en la cantidad de erosión del electrodo de conformidad con las modalidades de la presente invención.

La figura 5B es una gráfica de una primera prueba en una secuencia de electrodos cónicos que ilustra el efecto del ángulo de inclinación incluido en la vida útil del electrodo de conformidad con las modalidades de la presente invención. La figura 6A es una gráfica de una segunda prueba en una secuencia sustancialmente idéntica de los electrodos cónicos, bajo las mismas condiciones de la primera prueba, que ilustra el efecto del ángulo de inclinación incluido en cantidad de erosión del electrodo de conformidad con las modalidades de la presente invención. La figura 6B es una gráfica de una segunda prueba sobre una secuencia sustancialmente idéntica de electrodos cónicos, bajo las mismas condiciones de la primera prueba, que ¡lustran el efecto del ángulo de inclinación incluido en la vida útil del electrodo de conformidad con las modalidades de la presente invención. La figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento de operación de un soplete de plasma de arco eléctrico de conformidad con las modalidades de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UNA MODALIDAD QUE SE PREFIERE La presente invención se describirá con mayor detalle en la presente con referencia a los dibujos anexos, en donde se muestran las modalidades que se prefieren de la invención. Sin embargo, esta invención puede modalizarse en muchas formas diferentes y no debe interpretarse limitada a las modalidades establecidas en la presente; en todo caso estas modalidades se proveen para que la descripción esté completa y comunicará completamente el alcance de la invención a los expertos en la técnica. Los números iguales se refieren a elementos iguales durante toda la descripción. La figura 1 muestra una secuencia de operación y deterioro de un electrodo de cobre-hafnio representativo para un soplete de corte con plasma de arco eléctrico. En comparación, la figura 2 muestra una secuencia de operación y deterioro de una modalidad de un electrodo cónico para el soplete de corte con plasma de arco eléctrico de conformidad con la presente invención, indicado generalmente con el número 10. En esta modalidad, el electrodo 10 generalmente consiste en un mango 20 y un elemento emisor 30 y puede utilizarse en un soplete de plasma de arco eléctrico donde el electrodo preferiblemente se enfría por aire o se enfría por otro método adecuado consistente con el alcance y espíritu de la presente invención. En algunos casos, como los sopletes enfriados por agua, puede ser útil tener un elemento intermedio dispuesto entre el elemento emisor 30 y el mango 20. Por ejemplo, el elemento intermedio puede ser un manguito separador de plata, como se describe en la patente de E.U.A. No. 5,023,425 de Severance, Jr., que se incorpora por completo a la presente por referencia. El mango 20, preferiblemente está hecho de un material erosionable, como una aleación de cobre, plata o aleación de plata. El mango 20 además comprende una porción generalmente cilindrica 22, una punta cónica 24 y define un agujero longitudinal circular 26 a través del mismo. El elemento emisor 30 preferiblemente está hecho de un material erosionable, tal como hafnio, aleación de hafnio, circonio, una aleación de circonio, u otro material conocido en la técnica que tenga características adecuadas. Además, en una modalidad que se prefiere, el elemento emisor 30 tiene forma de una varilla circular que tienen una superficie de extremo 40. El elemento emisor cilindrico corresponde en dimensión al agujero 26 en el magno 20 y puede incrustarse en el agujero 26 en el mango 20 por encastre a presión, latonado o coextruirse, o de cualquier otra manera, siempre y cuando el elemento emisor 30 y el mango 20 estén dispuestos concéntricamente y la superficie de extremo 40 esté expuesta en la punta del electrodo 10. Adicionalmente, la punta cónica 24 del mango 20 se inclina o de otra manera disminuye diametralmente hacia la superficie de extremo 40 en la punta del electrodo 10, de tal manera que el diámetro de la punta cónica 24 es aproximadamente igual a, o ligeramente más largo, que el diámetro del elemento emisor 30 a través de la superficie de extremo 40. La punta cónica 24 puede inclinarse linealmente o puede disminuir en diámetro hacia la punta del electrodo 10 en cualquier manera adecuada, como de conformidad con una función parabólica, consistente con el alcance y espíritu de las modalidades de la presente invención según se describe en la presente. En algunas modalidades de la presente invención, el diámetro de la punta cónica 24 puede ser más largo que el diámetro de la superficie de extremo 40. Por ejemplo, como se muestra en la figura 4C, la punta cónica 24 del mango 20 puede tener una porción inclinada 24a que determina en una porción cilindrica delgada 24b rodeando el elemento emisor 30. Adicionalmente, la superficie de extremo 40 del elemento emisor 30 puede comprender una cara plana o puede extenderse hacia la porción inclinada en forma de cono, parábola o cualquier forma adecuada consistente con el alcance y espíritu de las modalidades que se prefieren de la presente invención descritas en la presente. Como se muestra en la figura 2, en dirección opuesta a la superficie de extremo 40, la punta cónica 24 se expande hacia el diámetro de la porción generalmente cilindrica 22 del mango 20, de tal manera que el ángulo incluido ? de expansión preferiblemente se encuentra entre 25° y 40°. Diversos factores, como la corriente de operación del soplete, el voltaje de operación del soplete, el material de la pieza de trabajo, la velocidad de flujo de aire, la presión de aire en la entrada, y otros parámetros que influyen en el corte, determinan un valor óptimo del ángulo incluido ? para una configuración particular de soplete. En una modalidad útil, el ángulo incluido ? es por lo menos de aproximadamente 30°. Los factores que determinan el ángulo incluido ? también contribuyen para determinar el diámetro de la punta cónica 24 en la superficie expuesta 40, donde el ángulo incluido ? y el diámetro de la punta cónica 24 están determinados de tal manera que el mango 20 y el elemento emisor 30 se erosionan generalmente de manera simultánea al utilizar el soplete. Las figuras 4A y 4B muestran una modalidad de un electrodo cónico para un soplete de corte con plasma de arco eléctrico de conformidad con la presente invención según se describe en la presente.

Como se muestra en la figura 1 , un electrodo típico de la técnica anterior de cobre-hafnio exhibe una erosión del elemento emisor de hafnio al operar el soplete. Aunque no se desea apegarse a la teoría, el inventor especula que la doble formación de arcos y/o el sobrecalentamiento puede dañar en gran medida al electrodo. Cuando el elemento emisor se erosiona y forma una cavidad dentro del mango, el arco que pasa desde elemento emisor hacia la pieza de trabajo puede ocasionar un sobrecalentamiento del mango que se extiende hacia el elemento emisor y hacia la pieza de trabajo en la punta del electrodo, ocasionando rupturas en el mango de cobre. Adicionalmente, cuando el elemento emisor se erosiona para formar una cavidad de cierta profundidad dentro del mango, el arco puede salir del mango en la punta clel electrodo (en lugar de hacerlo desde el elemento emisor) y salta hacia la boquilla que rodea la punta del electrodo antes de saltar desde ahí hacia la pieza de trabajo, dando como resultado una doble formación de arco. Como resultando, la boquilla puede dañarse y/o el mango en la punta del electrodo puede romperse y dañar al electrodo. Como se muestra en la figura 2, en particular la figura 2A, el mango cónico 20 teniendo en la punta del electrodo un diámetro aproximadamente igual al diámetro de la superficie de extremo 40 del elemento emisor 30 da como resultado un mango 20 con una pared de mango relativamente delgada rodeando el elemento emisor 30 en la punta del electrodo 10. Cuando se utiliza el soplete, el elemento emisor se erosionará como resultado del arco emitido desde la punta del mismo. Sin embargo, no se forma ninguna cavidad dentro del mango 20, ya que la pared delgada del mango en la punta del electrodo 10 se vaporizará debido a la alta intensidad de calor del arco eléctrico producido a través del elemento emisor adyacente 30. Preferiblemente, la erosión del elemento emisor 30 y del mango 20 en la punta del electrodo 10 se presentará generalmente de manera simultánea como se muestra en las figuras de la 2B a la 2D. De esta manera, ya que no se forma ninguna cavidad dentro del mango 20, la posibilidad de una doble formación de arco y/o sobrecalentamiento del mango sustancialmente se elimina. La figura 3 muestra una configuración típica de un soplete de plasma de arco eléctrico donde la punta del electrodo generalmente está rodeada por una boquilla 50 y un gas fluye entre estos y hacia fuera a través del agujero en la punta de la boquilla 55. Como se ilustra en la figura 3A, un electrodo de la técnica anterior, teniendo una punta roma o biselada, se acerca a la superficie interior de la boquilla en el borde de biselado, produciendo de esta manera una constricción del flujo de gas y turbulencia cuando el gas fluye hacia fuera a través del agujero en la punta de la boquilla 55. El retroceso del electrodo generalmente está definido por el espacio entre la punta del electrodo y la superficie interior de la boquilla. Con los electrodos de la técnica anterior, el elemento emisor se erosionará cuando el soplete se utilice, mientras el mango permanecerá con su configuración original relativamente sin cambio. De esta manera, el retroceso de un electrodo de la técnica anterior permanecerá relativamente sin cambio al operar el soplete.

En contraste, un electrodo cónico 10 de conformidad con una modalidad particularmente útil de la presente invención se muestra en la figura 3B con relación a la boquilla 50 que rodea la punta de la misma. Como se muestra, el electrodo cónico 10 da como resultado un poco o nada de constricción del flujo de gas entre el electrodo 10 y la boquilla 50 cuando fluye el gas a través de la punta de la boquilla 55, y por lo tanto, produce una menor turbulencia. Adicionalmente, cuando se utiliza el soplete, el elemento emisor 30 y el mango 20 se erosionarán generalmente de manera simultánea. Ya que el mango 20 y el elemento emisor 30 se erosionarán cuando se utilice el soplete, el retroceso del electrodo 10 físicamente aumentará con el tiempo. Aunque no se desea apegarse a la teoría, el inventor especula que si el flujo de gas tiene menor contracción será menos turbulento entre el electrodo 10 y la boquilla 50, así como la configuración del electrodo cónico 10, puede modificar de manera útil las características del soplete. Específicamente, el inventor especula que la configuración del electrodo cónico 10 y el flujo de gas modificado resultante puede dar como resultado aproximadamente la misma velocidad de erosión o ligeramente aumentada en comparación con los electrodos de la técnica anterior al aumentar el retroceso, mientras la erosión generalmente simultánea del mango y el elemento emisor permite que el electrodo tolere una mayor erosión, contribuyendo de esta manera mejorar la vida útil del electrodo. Una consideración adicional, cuando el retroceso del electrodo aumenta debido a la erosión, una mayor longitud del arco de plasma se presentará dentro de la boquilla durante la operación del soplete. De esta manera, la boquilla estará sujeta a temperaturas elevadas debido a la longitud incrementada del arco eléctrico de plasma y, cuando el retroceso del electrodo exceda el valor del umbral, la boquilla puede fallar en lugar de, o además del electrodo. El mecanismo de falla real depende del diseño de sistema de soplete, el flujo de aire o de enfriamiento, la corriente de operación del soplete, los materiales pertinentes usados, y otros parámetros. De esta manera, una consideración adicional involucra el límite de erosión para evitar que se dañe la boquilla, ya que no se desea dañar a la boquilla a costa de la vida aumentada del electrodo. Además, como la erosión del electrodo aumenta, la calidad del corte puede empezar a deteriorarse. Por lo tanto, una escala óptima de ángulos de inclinación incluidos pueden elegirse para el electrodo particular, lo que variará de conformidad con el electrodo, boquilla, soplete, suministro de energía y diseños de sistema de enfriamiento y configuraciones. La vida útil mejorada de tales electrodos cónicos se ilustra con los experimentos realizados en un soplete de corte con plasma de arco eléctrico modelo PT-27 elaborado por ESAB Group de Florence, Carolina del Sur, así como el beneficiario de la presente invención, como se muestra en los siguientes ejemplos.

EJEMPLO 1 Se realizaron experimentos para determinar el ángulo de inclinación incluido óptimo del electrodo utilizando los siguientes parámetros de prueba: Se realizó una prueba real sobre un bloque de carbono con corte intermitente (30 segundos de corte, 4 segundos de descanso). Presión de entrada de aire: 5.27 kg/cm2 manométricos Velocidad de flujo de aire: 240-250 CFH Separación: 0.47 cm Corriente de soplete: 80 Amperes Diámetro del elemento emisor de Hafnio: 0.15 cm Diámetro de la cara del electrodo para el electrodo cónico: 0.15 cm El ángulo de inclinación incluido varió en incrementos de 5 grados desde 25 hasta 40 grados para explorar el efecto del ángulo de inclinación incluido de la vida útil del electrodo. Dos secuencias individuales de electrodos inclinados se probaron y los resultados se presentaron gráficamente como se muestra en la figura 5 y 6. Generalmente los resultados indicaron que al aumentar el ángulo de inclinación incluido se reducía la cantidad de erosión del electrodo así como la vida útil del electrodo. Sin embargo, para la configuración del electrodo particular del soplete PT-27 que se sometió a esta prueba, la falla de boquilla ocasional precedente a la falla de electrodo se observo para los ángulos incluidos de inclinación de menos de 30 grados. De esta manera, para el electrodo PT-27, el ángulo de inclinación incluido se determinó como preferible de por lo menos 30 grados.

EJEMPLO 2 Usando el soplete PT-27, se realizaron experimentos con un electrodo de cobre-Hafnio de la técnica anterior que tenía una punta redondeada o biselada y con un electrodo de cobre-Hafnio cónico de conformidad con una modalidad de la presente invención usando un ángulo de inclinación incluido de 34.6 grados. Los parámetros de prueba y la configuración del electrodo cónico son los siguientes: Una prueba real sobre un bloque de carbonos se realizó con cortes intermitentes (30 segundos de corte, 4 segundos de descanso), intermitente (30 segundos de corte, 4 segundos de descanso). Presión de entrada de aire: 5.27 kg/cm2 manométricos Velocidad de flujo de aire: 240-250 CFH Separación: 0.47 cm Corriente de soplete: 80 Amperes Diámetro del elemento emisor de Hafnio: 0.15 cm Diámetro de la cara del electrodo para el electrodo cónico: 0.15 cm Ángulo incluido de la inclinación para el electrodo, ?: 34.6 grados Usando los mismos parámetros de prueba que se indicaron anteriormente, el electrodo de la técnica anterior con una punta recorta o biselada mostró una vida de 48 minutos con erosión de 0.07 cm después de 45 minutos. Sin embargo, el electrodo cónico, de conformidad con una modalidad que se prefiere de la presente invención, mostró una vida de 161 minutos con erosión de 0.47 cm después de 150 minutos. No se encontraron diferencias importantes en la velocidad de corte o calidad de corte entre el electrodo de la técnica anterior y el electrodo cónico después de un corte manual de espesores diferentes de metales por más de dos horas. De esta manera, se encontró en este experimento que el electrodo cónico produce la misma calidad y velocidad de corte que el electrodo de la técnica anterior, aunque soporta por lo menos aproximadamente de 400 a 500 % mayor erosión y exhibe por lo menos aproximadamente 150-230% de aumento en la vida del electrodo. La figura 7 muestra un método para operar un soplete de plasma de arco eléctrico de conformidad con modalidades de la presente invención.

Primero, se provee un soplete de plasma de arco eléctrico que comprende una boquilla que define un agujero y un electrodo dispuesto adyacente al agujero en la boquilla, donde el electrodo comprende un mango que tiene un extremo inclinado y un elemento emisor alargado que tiene una superficie de extremo adaptada para emitir un arco hacia una pieza de trabajo y dispuesto dentro del extremo inclinado de tal manera que la superficie de extremo se expone para permitir la emisor del arco a través de la agujero (bloque 100). Preferiblemente, el mango y el elemento emisor, cada uno comprende un material erosionable y están configurados para que se erosionen generalmente de manera simultánea al operar el soplete. Un gas de proceso posteriormente fluye a través de la boquilla, cerca del electrodo, y a través del agujero (bloque 200). Una corriente eléctrica posteriormente se aplica al electrodo de tal manera que ocasiona que el electrodo coopere con el gas del procedimiento y forme un arco de plasma emitido desde el elemento emisor a través del agujero (bloque 300). Preferiblemente, la emisión del arco de plasma ocasiona erosión en el mango y el elemento emisor a velocidades de erosión sustancialmente iguales en dirección axial. De esta manera, las modalidades útiles de un electrodo para un soplete de corte con plasma de arco eléctrico de conformidad con la presente invención proveen un electrodo configurado de tal manera que el mango se inclina para proveer una pared de mango relativamente delgada en la punta del electrodo. Al utilizar el soplete, la pared delgada del mango en la punta del electrodo se evaporará debido al calor del arco adyacente generado a través del elemento emisor y se erosionará generalmente de manera simultánea con el elemento emisor. Ya que el mango y el elemento emisor se erosionan generalmente de manera simultánea, no se forma ninguna cavidad dentro del mango y de esta manera se evitan los problemas de sobrecalentamiento y/o doble formación de arcos y la vida útil del electrodo de esta manera se extiende, proveyendo así un electrodo simple, rentable para los sopletes de corte con plasma de arco eléctrico. Muchas modificaciones y otras modalidades de la invención podrán ser evidentes para los expertos en la técnica a quienes pertenece esta invención, gozando del beneficio de las enseñanzas presentadas en las descripciones anteriores y los dibujos asociados. De esta manera, debe comprenderse que la invención no está limitada a las modalidades específicas descritas y se tiene la intención de incluir las modificaciones y otras modalidades dentro del alcance las reivindicaciones anexas. Aunque se emplean términos específicos en la presente, se utilizan en un sentido genérico y descriptivo únicamente y no con propósitos limitantes.

Claims (9)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un electrodo para un soplete de plasma de arco eléctrico, dicho electrodo comprende un elemento emisor alargado que define un eje central y tiene una superficie de extremo adaptada para emitir un arco eléctrico hacia una pieza de trabajo, dicho elemento emisor comprende un material erosionable y define una velocidad de erosión en la dirección axial al emitir el arco desde la superficie de extremo y gradualmente erosiona al elemento emisor; y un mango que tiene un extremo para sostener el elemento emisor tal que la superficie de extremo del elemento emisor se expone para permitir la emisión del arco, el mango también comprende un material erosionable y tiene tales dimensiones que define una velocidad de erosión en la dirección axial que es sustancialmente la misma que la velocidad de erosión del elemento emisor de tal manera que el elemento emisor y el mango se erosionan sustancialmente de manera simultánea al operar el soplete.

2.- Un electrodo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el mango generalmente tiene una porción cilindrica adyacente al extremo del mismo, el extremo del mango además comprende una porción cónica que se extiende desde la porción generalmente cilindrica, y el elemento emisor es cilindrico.

3.- Un electrodo de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la porción cónica del mango se inclina linealmente desde la porción generalmente cilindrica hacia la superficie de extremo del elemento emisor.

4.- Un electrodo de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la porción cónica del mango se inclina de manera no lineal desde la porción generalmente cilindrica hacia la superficie de extremo del elemento emisor.

5.- Un electrodo de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la porción cónica del mango se inclina parabólicamente desde la porción generalmente cilindrica hacia la superficie de extremo del elemento emisor.

6.- Un electrodo de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el extremo del mango además comprende una porción cilindrica delgada dispuesta cerca de la superficie de extremo del elemento emisor y una porción inclinada se extiende desde la porción generalmente cilindrica del mango hacia la porción cilindrica delgada.

7.- Un electrodo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además por que la superficie de extremo del elemento emisor es plana.

8.- Un electrodo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además por que la superficie de extremo del elemento emisor se extiende hacia fuera del mango en forma de cono o parábola.

9.- Un soplete de corte con plasma de arco eléctrico que comprende un ensamble de boquilla que define un agujero a través del mismo; un suministro de gas de procedimiento adaptado para proveer un flujo de gas de procedimiento a través del agujero en la boquilla; y un electrodo de conformidad con cualquiera de la reivindicaciones de la 1 a la 8, y dispuesto adyacente al agujero en la boquilla.