接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬和用于該焊炬的電極、接觸元件的制作方法
【專利摘要】用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極包括由導(dǎo)電材料形成的細(xì)長(zhǎng)電極本體。電極本體可相對(duì)于焊炬移動(dòng)。彈性件用于在等離子弧焊炬的引導(dǎo)電弧操作期間使基本上所有的引導(dǎo)電弧電流通過(guò)電源、與電源電連通的電源連接件以及電極本體之間。電極和焊炬可包括具有第一表面和第二表面的接觸元件，第一表面與電源接觸件電連通，第二表面用于在轉(zhuǎn)移電弧模式其間與電極本體的相應(yīng)接觸表面直接接觸和電連通以使基本上所有的轉(zhuǎn)移電弧電流通過(guò)電源和電極本體之間。
【專利說(shuō)明】接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬和用于該焊炬的電極、接觸元件
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00780005934.2 (國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US2007/004343)、申請(qǐng)日為2007年2月20日、發(fā)明名稱為“用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極和使用這種電極的接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本領(lǐng)域總地涉及等離子弧焊炬，且更具體地涉及用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬應(yīng)用的電極和焊炬。
【背景技術(shù)】
[0003]諸如等離子弧焊炬和激光器之類的材料處理裝置廣泛地用于稱為工件的金屬材料的切割和標(biāo)記。等離子弧焊炬通常包括焊炬本體、安裝在本體內(nèi)的電極、具有中心出口孔的噴嘴、電連接件、用于冷卻和弧控制流體的通道、控制流體流動(dòng)模式的渦流環(huán)、以及電源。焊炬內(nèi)使用的氣體可以是惰性的(例如氬氣或氮?dú)?、或活性的(例如氧氣或空氣)。焊炬產(chǎn)生等離子弧，等離子弧是高溫且高動(dòng)量的等離子氣體的收縮的離子化射流。
[0004]用于在等離子弧焊炬中產(chǎn)生等離子弧的一種方法是接觸啟動(dòng)方法。接觸啟動(dòng)方法包括形成電極和噴嘴之間的直接接觸和電連通來(lái)產(chǎn)生其間的電流通路。電極和噴嘴可協(xié)作以在焊炬本體內(nèi)產(chǎn)生等離子腔。向電極和噴嘴提供電流，并將氣體引入等離子腔。形成氣體壓力直到壓力足以將電極和噴嘴分離。該分離使得在在等離子腔內(nèi)電極和噴嘴之間形成電弧。該電弧將引入的氣體離子化以產(chǎn)生可轉(zhuǎn)移(transfer)到工件以進(jìn)行材料處理的的等離子射流。在某些應(yīng)用中，電源適于在電弧產(chǎn)生過(guò)程中提供稱為引導(dǎo)電流的第一電流，并在等離子射流已轉(zhuǎn)移到工件時(shí)提供稱為轉(zhuǎn)移電弧電流的第二電流。
[0005]有能夠用于產(chǎn)生電弧的各種構(gòu)造。例如，電極可在焊炬本體內(nèi)遠(yuǎn)離靜止噴嘴移動(dòng)。這種構(gòu)造稱為“倒流(blow-back)”接觸啟動(dòng)方法，因?yàn)闅鈮菏闺姌O遠(yuǎn)離工件地移動(dòng)。在另一構(gòu)造中，噴嘴可遠(yuǎn)離相對(duì)靜止的電極移動(dòng)。這種構(gòu)造稱為“前流(blow-forward)”接觸啟動(dòng)方法，因?yàn)闅鈮菏箛娮斐蚬ぜ苿?dòng)。在又一構(gòu)造中，其它焊炬部件(例如渦流環(huán))可在靜止電極和噴嘴之間移動(dòng)。
[0006]材料處理裝置的某些部件在使用一段時(shí)間后損壞。在等離子弧焊炬的情況下，這些“消耗”部件包括電極、渦流環(huán)、噴嘴和屏蔽件。此外，在使用接觸啟動(dòng)方法啟動(dòng)焊炬的過(guò)程中，各種消耗部件可不重合，這縮短部件的使用壽命并降低等離子射流定位的精確性和可重復(fù)性。理想的是，這些部件易于在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行更換。但是，更換消耗部件可導(dǎo)致停機(jī)時(shí)間并降低生產(chǎn)率。
[0007]在接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的倒流方法中，電極遠(yuǎn)離噴嘴移動(dòng)以引發(fā)(initiate)電極和噴嘴之間的引導(dǎo)電弧(pilot arc)。電極的近端(例如遠(yuǎn)離工件)與形成焊炬本體的一部分的電源接觸件配合。電極遠(yuǎn)離噴嘴的運(yùn)動(dòng)還移動(dòng)電源接觸件。焊炬的反復(fù)使用導(dǎo)致電源接觸件和電極上的磨損。更換電極是等離子弧焊炬操作中的例行事務(wù)，且例行進(jìn)行該過(guò)程。但是，更換電源接觸件包括拆卸焊炬本體并且是耗時(shí)且成本高的，因?yàn)殡娫唇佑|件沒(méi)有設(shè)計(jì)成是消耗部件。某些倒流焊炬包括相對(duì)于相對(duì)靜止的焊炬本體移動(dòng)電源接觸件。這種電源接觸件的移動(dòng)和焊炬的有效性會(huì)受到將電源接觸件連接到電源的電纜的勁度或剛度的影響。
[0008]例如，圖1是已知接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的剖視圖。系統(tǒng)100包括通過(guò)載流電纜104與向焊炬112提供電流的電源接觸件108電連通的電源(未示出)。焊炬112包括與電源接觸件108電絕緣并圍繞電源接觸件108的陰極塊116。電源接觸件108鄰接導(dǎo)電電極124的近端120。設(shè)置在陰極塊116內(nèi)的彈簧128反作用于陰極塊116的表面132以將電源接觸件108和電極124朝向?qū)щ妵娮?36推壓。在用于處理工件(未示出)的電弧引發(fā)前通過(guò)彈簧推壓電極124與噴嘴136接觸。
[0009]從電纜104到電源接觸件108、電極124和噴嘴136形成電流通路。電流可沿該電流通路通過(guò)。電極124與噴嘴136協(xié)作以形成等離子腔140的一部分。可將等離子氣體供應(yīng)到等離子腔140來(lái)增加等離子腔140內(nèi)的壓力并克服由彈簧128提供的力。該壓力迫使電極124和電源接觸件108遠(yuǎn)離噴嘴136。當(dāng)電極124和噴嘴136之間的間隙144增大時(shí)，電極124 (例如陰極)和噴嘴136 (例如陽(yáng)極)之間形成電勢(shì)差。電弧(未示出)將氣體微粒離子化并橫跨間隙144而引發(fā)以用于處理工件。
[0010]系統(tǒng)100的一個(gè)缺點(diǎn)是當(dāng)電極124移動(dòng)以引發(fā)電弧時(shí)，需要電源接觸件108也移動(dòng)。當(dāng)電纜104的電流承載能力增加時(shí)，電纜104的尺寸增加，但電纜104的柔性降低。電纜104的柔性降低會(huì)降低焊炬112的通用性和機(jī)動(dòng)性。此外，電源接觸件108和陰極塊116需要相對(duì)緊的公差(例如，電源接觸件108和陰極塊116之間的相對(duì)小的間隙)。相對(duì)緊的公差在電源接觸件108移動(dòng)、例如在引導(dǎo)電弧引發(fā)期間定位和引導(dǎo)電源接觸件108。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]需要一種優(yōu)化焊炬操作而不過(guò)早失效的用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極。此夕卜，需要一種采用本文的概念來(lái)使現(xiàn)有焊炬設(shè)計(jì)中部件壽命最長(zhǎng)的接觸啟動(dòng)式焊炬。因此，本發(fā)明的目的是提供一種更持久的電極和在等離子弧焊炬與該電極一起使用的部件。另一目的是提供一種減少未設(shè)計(jì)成消耗件的焊炬部件的磨損的構(gòu)造。另一目的是提供焊炬操作期間(例如引導(dǎo)電弧和轉(zhuǎn)移電弧模式)相對(duì)于焊炬部件對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。
[0012]一方面，用于等離子弧焊炬的電極具有與電源電連通的電源連接件。電極包括由導(dǎo)電材料制成并限定縱向軸線的細(xì)長(zhǎng)電極本體。電極包括用于在等離子弧焊炬的引導(dǎo)電弧操作期間使基本上所有的引導(dǎo)電弧電流通過(guò)電源和電極本體之間的彈性件。該彈性件執(zhí)行電氣功能和機(jī)械功能，并可稱為焊炬的雙重功能件。彈性件包括導(dǎo)電材料以便于承載引導(dǎo)電弧電流并耗散有關(guān)引導(dǎo)電弧電流的熱量以防止彈性件在引導(dǎo)電弧引發(fā)期間熔化。可根據(jù)例如導(dǎo)電材料的額定電流來(lái)選擇導(dǎo)電材料。彈性件包括用于承載電源連接件和電極本體之間引導(dǎo)電流的最小電阻和/或最高電導(dǎo)的路徑。此外，彈性件的機(jī)械性質(zhì)促進(jìn)電極本體的移動(dòng)以接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬。在某些實(shí)施例中，彈性件有助于將電極本體相對(duì)于焊炬對(duì)準(zhǔn)。
[0013]在某些實(shí)施例中，電極本體可相對(duì)于焊炬縱向移動(dòng)。在某些實(shí)施例中，電極本體包括相對(duì)于電極本體的位于遠(yuǎn)離工件處的近端間隔開設(shè)置的反作用表面。反作用表面構(gòu)造成與導(dǎo)電彈性件電連通。在某些實(shí)施例中，反作用表面包括與電極本體一體形成的徑向延伸的凸緣。
[0014]在某些實(shí)施例中，彈性件相對(duì)于電極本體固定。例如，彈性件可通過(guò)徑向過(guò)盈配合或摩擦配合來(lái)固定。在某些實(shí)施例中，彈性件與電極本體的遠(yuǎn)端相鄰設(shè)置，且遠(yuǎn)端包括發(fā)射件。在某些實(shí)施例中，彈性件與電極本體形成一體。在某些實(shí)施例中，引導(dǎo)電弧操作包括引導(dǎo)電弧的引發(fā)。在某些實(shí)施例中，引導(dǎo)電弧操作包括引導(dǎo)電弧的引發(fā)和在引導(dǎo)電弧引發(fā)之后電弧轉(zhuǎn)移到工件之前或焊炬在轉(zhuǎn)移電弧模式運(yùn)行之前的一時(shí)段。
[0015]在某些實(shí)施例中，電極還包括用于保持彈性件和用于可滑動(dòng)地接納電極本體的中空本體。
[0016]另一方面，提供用于等離子弧焊炬的電極。電極包括由導(dǎo)電材料形成并限定縱向軸線和包括發(fā)射件的遠(yuǎn)端的細(xì)長(zhǎng)電極本體。電極本體可相對(duì)于焊炬移動(dòng)。電極包括接觸元件。接觸元件包括用于促進(jìn)與電源的電連通的第一表面和用于在焊炬以轉(zhuǎn)移電弧模式運(yùn)行時(shí)促進(jìn)與電極本體的相應(yīng)接觸表面電連通的第二表面。接觸元件的第二表面的特征是在引導(dǎo)電弧引發(fā)期間不與電極本體的接觸表面接觸。
[0017]電極本體可相對(duì)于焊炬軸向移動(dòng)。在某些實(shí)施例中，第二表面構(gòu)造成當(dāng)焊炬以轉(zhuǎn)移電弧模式運(yùn)行時(shí)與電極本體的接觸表面直接接觸。在某些實(shí)施例中，電極本體包括與導(dǎo)電彈性件接觸并相對(duì)于電極本體的近端間隔開設(shè)置的反作用表面。近端遠(yuǎn)離包括發(fā)射件的遠(yuǎn)端設(shè)置。反作用表面可由與電極本體一體形成的徑向延伸的凸緣限定。
[0018]在某些實(shí)施例中，電極包括與接觸元件或電極本體中的至少一個(gè)電連通的導(dǎo)電彈性件。彈性件可與電極本體或接觸元件中的至少一個(gè)形成一體。在某些實(shí)施例中，彈性件與電極本體的遠(yuǎn)端相鄰設(shè)置。彈性件可由電極本體保持。在某些實(shí)施例中，電極本體包括與電極本體形成一體的反作用表面。彈性件可設(shè)置在反作用表面和接觸元件的第二表面之間。
[0019]在某些實(shí)施例中，彈性件構(gòu)造成在引導(dǎo)電弧操作期間使基本上所有的引導(dǎo)電弧電流通過(guò)電源和電極本體之間。彈性件可包括彈簧或金屬絲中的至少一個(gè)。在某些實(shí)施例中，接觸元件的至少一部分可滑動(dòng)地與電極本體配合。在某些實(shí)施例中，當(dāng)接觸元件可滑動(dòng)地與電極本體配合時(shí)，接觸元件的一部分可促進(jìn)弓I導(dǎo)電弧電流通過(guò)接觸元件和電極本體之間。接觸元件可由電極本體保持。在某些實(shí)施例中，接觸元件包括限定對(duì)準(zhǔn)表面的連接構(gòu)件，對(duì)準(zhǔn)表面用于限制電極本體的徑向運(yùn)動(dòng)。連接構(gòu)件可與接觸元件形成一體。在某些實(shí)施例中，電極本體包括與電極本體的遠(yuǎn)離工件的近端相鄰設(shè)置的插孔。該插孔可構(gòu)造成阻止接觸元件與電極本體脫開。
[0020]另一方面，有用于在電源和可滑動(dòng)地安裝在接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的焊炬本體內(nèi)的焊炬電極之間傳導(dǎo)電流的接觸元件。接觸元件包括用于促進(jìn)與電源的電連通的第一表面和用于促進(jìn)與焊炬電極的近端限定的接觸表面電連通的第二表面。當(dāng)焊炬電極與第二表面直接接觸時(shí)，轉(zhuǎn)移電弧電流的至少一部分通過(guò)接觸元件和電源與焊炬電極之間以在轉(zhuǎn)移電弧模式下運(yùn)行焊炬。接觸元件包括與電極本體相鄰設(shè)置的導(dǎo)電彈性件，彈性件用于在引導(dǎo)電弧操作期間使基本上所有的引導(dǎo)電弧電流通過(guò)電源和電極本體之間。
[0021]在某些實(shí)施例中，連接構(gòu)件從第二表面延伸以可滑動(dòng)地與電極本體配合。連接構(gòu)件可與第二表面形成一體。在某些實(shí)施例中，連接構(gòu)件包括第三表面，第三表面構(gòu)造成在焊炬以轉(zhuǎn)移電弧模式運(yùn)行時(shí)使轉(zhuǎn)移電弧電流的一部分通過(guò)電源和電極本體之間。在某些實(shí)施例中，接觸元件包括用于圍繞電極本體的近端的一部分的插孔部分。彈性件可設(shè)置在接觸元件的插孔部分內(nèi)。在某些實(shí)施例中，第一表面或第二表面中的至少一個(gè)限定環(huán)形表面。
[0022]在某些實(shí)施例中，接觸元件包括第三表面，第三表面用于與電源電連通并用于在焊炬以轉(zhuǎn)移電弧模式運(yùn)行時(shí)使轉(zhuǎn)移電弧電流的一部分通過(guò)電源和電極本體之間。在某些實(shí)施例中，接觸元件包括限定軸線的對(duì)準(zhǔn)部分。該對(duì)準(zhǔn)部分設(shè)置成與電極本體的近端間隔開，并構(gòu)造成限制電極本體的徑向移動(dòng)。
[0023]另一方面，提供用于等離子弧焊炬的電極。電極包括由導(dǎo)電材料形成并限定縱向軸線的細(xì)長(zhǎng)電極本體。電極本體包括限定用于接納發(fā)射件的孔的遠(yuǎn)端和限定用于與電源電連通的接觸表面的近端。電極本體包括設(shè)置在電極本體的近端內(nèi)的插孔，該插孔構(gòu)造成接納接觸元件的至少一部分。接觸元件的第一部分在引導(dǎo)電弧引發(fā)期間實(shí)際地遠(yuǎn)離電極本體，且接觸元件的第一部分用于在焊炬以轉(zhuǎn)移電弧模式運(yùn)行時(shí)使基本上所有的轉(zhuǎn)移電弧電流通過(guò)電源和電極本體之間?？缀筒蹇子呻姌O本體分開。
[0024]在某些實(shí)施例中，接觸表面的至少一部分設(shè)置在插孔內(nèi)。接觸元件可包括環(huán)形構(gòu)造。在某些實(shí)施例中，插孔包括圓柱形部分和設(shè)置在插孔近端用于反作用于接觸元件的一部分來(lái)阻止接觸元件與插孔脫開的限制表面。該限制表面可以是環(huán)形構(gòu)造。
[0025]在某些實(shí)施例中，圓柱形部分由第一直徑限定，限制表面包括第二直徑，接觸元件的連接構(gòu)件的遠(yuǎn)端區(qū)域限定第三直徑，使得第三直徑大于第二直徑并小于第一直徑。遠(yuǎn)端區(qū)域可以是連接構(gòu)件的遠(yuǎn)端。在某些實(shí)施例中，插孔包括沿插孔的軸線徑向定尺寸的表面，該表面用于限制電極本體的徑向運(yùn)動(dòng)。徑向定尺寸的表面用于與接觸元件的由插孔接納部分直接接觸。
[0026]在某些實(shí)施例中，電極本體包括相對(duì)于接觸表面間隔開設(shè)置的反作用表面。反作用表面可以是與電極本體一體形成的徑向延伸的凸緣。在某些實(shí)施例中，電極包括由電極本體保持的導(dǎo)電彈性件。該反作用表面可用于與彈性導(dǎo)電件接觸。彈性件可通過(guò)徑向過(guò)盈配合來(lái)保持。彈性件可設(shè)有插孔。
[0027]另一方面，提供用于在電源和可滑動(dòng)地安裝在接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的焊炬本體內(nèi)的電極之間傳導(dǎo)電流的接觸元件。電極本體包括遠(yuǎn)端,該遠(yuǎn)端包括發(fā)射件。接觸元件包括用于促進(jìn)與電源的電連通的第一表面和用于促進(jìn)與電極本體的近端電連通的第二表面。在引導(dǎo)電弧引發(fā)期間第二表面不與近端接觸，而在轉(zhuǎn)移電弧模式期間與近端接觸，使得當(dāng)焊炬以轉(zhuǎn)移電弧模式運(yùn)行時(shí)，來(lái)自電源的轉(zhuǎn)移電弧電流的至少一部分通過(guò)接觸元件的第一和第二表面之間到達(dá)電極本體。
[0028]在某些實(shí)施例中，接觸元件包括與電極本體相鄰設(shè)置的導(dǎo)電彈性件。彈性件用于在引導(dǎo)電弧引發(fā)期間使基本上所有的引導(dǎo)電弧電流通過(guò)電源和電極本體之間。接觸元件可包括設(shè)置在第二表面和電極本體之間的連接構(gòu)件。在某些實(shí)施例中，連接構(gòu)件可與第二表面形成一體。在某些實(shí)施例中，連接構(gòu)件限定軸線和對(duì)準(zhǔn)表面，對(duì)準(zhǔn)表面與近端間隔開并用于限制電極本體的徑向運(yùn)動(dòng)。在某些實(shí)施例中，第一表面、第二表面或兩者限定環(huán)形表面。
[0029]接觸元件可包括渦流環(huán)部分。在某些實(shí)施例中，接觸元件與渦流環(huán)部分形成一體。渦流環(huán)部分可賦予穿過(guò)等離子弧焊炬的氣流以徑向運(yùn)動(dòng)。渦流環(huán)部分還可將電極本體與噴嘴隔離并引導(dǎo)氣體朝向電極本體的限定多個(gè)翼片的部分。渦流環(huán)還可限制焊炬內(nèi)電極本體的徑向運(yùn)動(dòng)。在某些實(shí)施例中，渦流環(huán)部分可執(zhí)行所有這些功能。在某些實(shí)施例中，渦流環(huán)部分可執(zhí)行這些功能中的一個(gè)或多個(gè)。渦流環(huán)部分未執(zhí)行的功能可由一個(gè)或多個(gè)分離部件執(zhí)行。
[0030]另一方面，提供等離子弧焊炬。等離子弧焊炬包括用于向焊炬提供電流的電源。焊炬包括由噴嘴和導(dǎo)電電極本體限定的等離子腔，電極本體沿由電極本體的近端和電極本體的遠(yuǎn)端限定的軸線可滑動(dòng)地安裝在焊炬內(nèi)。近端限定接觸表面，且遠(yuǎn)端與噴嘴的出口孔相鄰設(shè)置。焊炬包括設(shè)置在相對(duì)于等離子腔的靜止位置的電源接觸件。電源接觸件與電源電連通。焊炬包括導(dǎo)電彈性件，該彈性件用于在引導(dǎo)電弧操作期間使基本上所有的引導(dǎo)電弧電流通過(guò)電源接觸件和電極本體的接觸表面之間。焊炬包括接觸元件。接觸元件包括與電源電連通的第一表面和與電極本體的相應(yīng)接觸表面電連通的第二表面。接觸元件能夠在轉(zhuǎn)移電弧模式期間使轉(zhuǎn)移電弧電流通過(guò)電源和電極本體之間。
[0031]在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件將電極本體朝向噴嘴偏置。在某些實(shí)施例中，接觸元件設(shè)置在相對(duì)于電極本體的靜止位置上。接觸元件可與電源接觸件形成一體。在某些實(shí)施例中，焊炬包括屏蔽件，該屏蔽件限定與噴嘴的出口孔相鄰設(shè)置的出口端口。該屏蔽件可安裝在保持帽上，該保持帽支承在等離子弧焊炬的焊炬本體上。在某些實(shí)施例中，焊炬包括渦流環(huán)，該渦流環(huán)賦予穿過(guò)焊炬的氣流以徑向運(yùn)動(dòng)。
[0032]另一方面，提供一種等離子弧焊炬。等離子弧焊炬包括用于向焊炬提供電流的電源。焊炬包括由噴嘴和導(dǎo)電電極本體限定的等離子腔，電極本體沿由電極本體的近端和電極本體的遠(yuǎn)端限定的軸線在焊炬內(nèi)可滑動(dòng)地安裝。電極本體限定接觸表面，且遠(yuǎn)端與噴嘴的出口孔相鄰設(shè)置。該焊炬包括設(shè)置在相對(duì)于等離子腔的靜止位置并與電源電連通的電源接觸件。焊炬包括彈性導(dǎo)電件，該彈性導(dǎo)電件用于在等離子弧焊炬的引導(dǎo)電弧操作期間使基本上所有的引導(dǎo)電弧電流通過(guò)電源接觸件和電極本體的接觸表面之間。彈性導(dǎo)電件將電極本體朝向噴嘴偏置。
[0033]在某些實(shí)施例中，電源接觸件包括用于在焊炬以轉(zhuǎn)移電弧模式運(yùn)行時(shí)促進(jìn)與電極本體的相應(yīng)第二接觸表面的直接接觸和電連通的第一表面。電源接觸件的第一表面的特征是在引導(dǎo)電弧引發(fā)期間不與電極本體的相應(yīng)第二接觸表面接觸。
[0034]另一方面，提供用于與電源電連通的等離子弧焊炬的電極。電極包括由導(dǎo)電材料形成并限定縱向軸線的細(xì)長(zhǎng)電極本體。電極本體包括第一表面，用于在引導(dǎo)電弧引發(fā)期間與第一導(dǎo)電件電連通以促進(jìn)弓I導(dǎo)電弧電流通過(guò)電源和電極本體之間。電極本體還包括遠(yuǎn)離第一表面設(shè)置的第二表面。第二表面能夠在轉(zhuǎn)移電弧操作期間與電源接觸件的相應(yīng)表面直接接觸和電連通以促進(jìn)使基本上所有的轉(zhuǎn)移電弧電流通過(guò)電源和電極本體之間。電極本體的第二表面的特征是在引導(dǎo)電弧引發(fā)期間不與電源接觸件的相應(yīng)表面接觸。
[0035]在某些實(shí)施例中，電極本體可相對(duì)于焊炬縱向移動(dòng)。盡管本文所描述的實(shí)施例主要涉及電極本體在焊炬內(nèi)的縱向移動(dòng)，但某些實(shí)施例具有可沿除了沿軸線的縱向之外的方向移動(dòng)的電極本體。例如，電極本體可在引導(dǎo)電弧引發(fā)或其它焊炬操作期間沿橫向于縱向軸線的方向移動(dòng)。電極本體還可圍繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。在某些實(shí)施例中，發(fā)生縱向、橫向或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合(例如扭曲或彎曲運(yùn)動(dòng))的電極本體的其它運(yùn)動(dòng)。
[0036]另一方面，提供用于接納電極的等離子焊炬部件。該部件包括細(xì)長(zhǎng)的中空本體和用于促進(jìn)引導(dǎo)電弧的電連通的導(dǎo)電彈性件。細(xì)長(zhǎng)中空本體具有第一端和第二端；細(xì)長(zhǎng)中空本體包括:(a)內(nèi)表面；(b)位于該內(nèi)表面上并設(shè)置在中空本體的第一端和第二端之間的一個(gè)或多個(gè)成型部、臺(tái)階或凸緣，所述一個(gè)或多個(gè)成型部、臺(tái)階或凸緣限定適于可滑動(dòng)地容納電極的互補(bǔ)形狀部分的成形開口 ；(C)中空本體的第一端內(nèi)的第一開口，該開口的尺寸設(shè)置成接納電接觸元件；以及(d)中空本體的第二端內(nèi)的第二開口，該開口的尺寸設(shè)置成可滑動(dòng)地接納電極。導(dǎo)電彈性件設(shè)置在中空本體內(nèi)，使得彈性件通過(guò)上述一個(gè)或多個(gè)成型部、臺(tái)階或凸緣至少部分保持在中空本體內(nèi)，且其中彈性件與第一開口對(duì)準(zhǔn)。
[0037]在某些實(shí)施例中，部件的中空本體還包括與中空本體的第二開口相鄰的多個(gè)孔，用于賦予氣體以渦流。一種實(shí)施例還包括設(shè)置在中空本體的第一端內(nèi)的接觸元件。在該實(shí)施例中，接觸元件將彈性件保持在中空本體內(nèi)，并促進(jìn)彈性件和電源之間的電聯(lián)接。
[0038]另一方面，提供用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極。該電極包括由導(dǎo)電材料制成的細(xì)長(zhǎng)電極本體和相鄰于電極本體設(shè)置的第二端。電極本體限定縱向軸線和用于容納發(fā)射件的遠(yuǎn)端。第二端限定具有沿第一方向的第一長(zhǎng)度和沿第二方向的第二長(zhǎng)度的軸向延伸部分。軸向延伸部分的第二長(zhǎng)度比第一長(zhǎng)度長(zhǎng)。
[0039]在某些實(shí)施例中，軸向延伸部分的第一方向和第二方向限定垂直于縱向軸線的表面。在某些實(shí)施例中，第一和第二方向是垂直的。電極可包括兩個(gè)或多個(gè)徑向延伸部分，各相應(yīng)的軸向延伸部分具有相應(yīng)的第一長(zhǎng)度和比相應(yīng)的第一長(zhǎng)度長(zhǎng)的相應(yīng)的第二長(zhǎng)度。在某些實(shí)施例中，兩個(gè)或多個(gè)軸向延伸部分圍繞軸線以等角間距的構(gòu)造設(shè)置。用于等離子弧焊炬的轉(zhuǎn)移電弧操作的工作電流的值與上述兩個(gè)或多個(gè)軸向延伸部分的數(shù)量相關(guān)聯(lián)。即，特定的工作電流可對(duì)應(yīng)于位于電極本體上特定數(shù)量的軸向延伸部分。
[0040]在某些實(shí)施例中，軸向延伸部分的第一方向和第二方向徑向遠(yuǎn)離軸線延伸。在一實(shí)施例中，第一和第二方向限定包括第一區(qū)域和第二區(qū)域的表面。第一區(qū)域與彈性件電連通，用于在引導(dǎo)電弧引發(fā)期間使基本上所有的引導(dǎo)電弧電流通過(guò)其間。第二區(qū)域移動(dòng)到與電源接觸件直接接觸和電連通以進(jìn)行轉(zhuǎn)移電弧操作。在某些實(shí)施例中，電源接觸件與電源電連通。電源接觸件包括用于與第二區(qū)域直接接觸和電連通的第一接觸表面和用于與彈性件電連通的第二接觸表面。
[0041]在某些實(shí)施例中，第二端與電極本體形成一體。在某些實(shí)施例中，電極還包括渦流環(huán)，該渦流環(huán)限定相對(duì)于肩部設(shè)置的內(nèi)表面。該肩部限定互補(bǔ)成型周界，以在第二長(zhǎng)度和互補(bǔ)成型周界對(duì)準(zhǔn)時(shí)便于第二長(zhǎng)度穿過(guò)其。在某些實(shí)施例中，當(dāng)?shù)诙L(zhǎng)度和互補(bǔ)成型部分未對(duì)準(zhǔn)時(shí)，肩部阻止軸向延伸部分穿過(guò)其?；パa(bǔ)成型周界可限定比第二長(zhǎng)度長(zhǎng)的第三長(zhǎng)度。在某些實(shí)施例中，軸向延伸部分的第二長(zhǎng)度基本上等于電極本體的寬度。
[0042]另一方面，提供用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的渦流環(huán)。渦流環(huán)包括:(a)由絕緣材料沿縱向軸線形成并限定外表面和內(nèi)表面的中空本體；(b)從外表面延伸到內(nèi)表面的一個(gè)或多個(gè)氣體通道；以及(C)相對(duì)于內(nèi)表面設(shè)置并限定成型開口的肩部，該開口能夠接納接納電極本體的互補(bǔ)形狀部分。
[0043]在該方面的某些實(shí)施例中，肩部在成型開口與電極本體的互補(bǔ)形狀部分對(duì)準(zhǔn)時(shí)允許電極本體的互補(bǔ)形狀部分穿過(guò)其。在某些實(shí)施例中，當(dāng)成型開口未與互補(bǔ)形狀部分對(duì)準(zhǔn)時(shí)，肩部阻止電極本體的互補(bǔ)形狀部分穿過(guò)其。肩部可包括反作用部分以限制電極本體的角位移。在一實(shí)施例中，成型開口限定內(nèi)徑和外徑。渦流環(huán)還可包括圍繞軸線以等角間距構(gòu)造設(shè)置在成型開口內(nèi)的兩個(gè)或多個(gè)部分，這兩個(gè)或多個(gè)部分由成型開口的外徑限定。
[0044]另一方面，提供用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的部件。該部件包括限定縱向軸線的中空本體和本體的內(nèi)表面。本體的內(nèi)表面包括一個(gè)或多個(gè)成型部、臺(tái)階或凸緣,所述一個(gè)或多個(gè)成型部、臺(tái)階或凸緣限定成形開口，該成形開口能夠沿軸線可滑動(dòng)地接納電極本體的互補(bǔ)形狀部分。成形開口具有沿第一方向的第一長(zhǎng)度和沿第二方向的第二長(zhǎng)度。該第二長(zhǎng)度比第一長(zhǎng)度長(zhǎng)。
[0045]在某些實(shí)施例中，該部件還包括渦流環(huán)部分，渦流環(huán)部分限定外部、內(nèi)部和從外部通到內(nèi)部的一個(gè)或多個(gè)孔，所述一個(gè)或多個(gè)孔賦予流體以渦流運(yùn)動(dòng)。渦流環(huán)部分可與中空本體形成一體。在某些實(shí)施例中，成型部、臺(tái)階或凸緣與彈性件的相應(yīng)表面接觸以阻止彈性件從焊炬移除。
[0046]另一方面，提供用于接觸啟動(dòng)式等離子焊炬的電極。該電極包括細(xì)長(zhǎng)電極本體和與電極本體相鄰設(shè)置的第二端。細(xì)長(zhǎng)電極本體由導(dǎo)電材料制成并限定縱向軸線和用于容納發(fā)射件的遠(yuǎn)端。第二端限定第一表面和從第一表面向近端延伸的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域，第一表面具有圍繞縱向軸線定中心的第一直徑。一個(gè)或多個(gè)區(qū)域中的每一個(gè)具有形狀設(shè)置成提供與彈性導(dǎo)電件直接接觸和電連通以促進(jìn)引導(dǎo)電流的流動(dòng)的部分。
[0047]在該方面的某些實(shí)施例中，電極的第二端的第一表面移動(dòng)到與電源接觸件的相應(yīng)表面直接接觸和電連通以促進(jìn)轉(zhuǎn)移電弧電流的通過(guò)。在某些實(shí)施例中，電極還包括相對(duì)于第一表面設(shè)置的第二表面。第二表面移動(dòng)到與電源接觸件的相應(yīng)表面直接接觸和電連通以促進(jìn)轉(zhuǎn)移電弧電流的通過(guò)。在某些實(shí)施例中，第二表面平行于第一表面并相對(duì)于第一表面向遠(yuǎn)端設(shè)置或相對(duì)于第一表面向近端設(shè)置。
[0048]在某些實(shí)施例中，從第二端的第一表面向近端延伸的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域基本上平行于縱向軸線。一個(gè)或多個(gè)區(qū)域中的每一個(gè)可限定比第一直徑小的第二直徑。在某些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)區(qū)域中的每一個(gè)從縱向軸線徑向等間距設(shè)置。
[0049]另一方面，提供用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極。電極包括由導(dǎo)電材料形成并限定縱向軸線和用于容納發(fā)射件的遠(yuǎn)端的細(xì)長(zhǎng)本體以及與電極本體相鄰設(shè)置的第二端。第二端包括用于沿軸線可滑動(dòng)地與等離子弧焊炬的部件的內(nèi)表面配合的裝置、用于在引導(dǎo)電弧引發(fā)期間與彈性件電連通以促進(jìn)引導(dǎo)電流流過(guò)其間的裝置、以及用于在轉(zhuǎn)移電弧操作期間移動(dòng)到與電源接觸件直接接觸時(shí)電連通的裝置。
[0050]另一方面，提供用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極。該電極包括:(a)由導(dǎo)電材料制成并限定電極寬度的細(xì)長(zhǎng)電極本體，該電極本體可滑動(dòng)地附連到相鄰構(gòu)件；(b)電極本體的遠(yuǎn)端；(C)位于電極本體遠(yuǎn)端的發(fā)射件；(d)電極本體的第二端，具有用于接受工作電流的表面；以及(e)位于電極本體的遠(yuǎn)端和第二端之間位置上的徑向延伸部分。徑向延伸部分具有用于接受引導(dǎo)電弧電流的表面。徑向延伸部分具有第一長(zhǎng)度的第一部分和第二長(zhǎng)度的第二部分。該第二長(zhǎng)度比電極寬度和第一長(zhǎng)度大。
[0051]在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，以上任何方面可包括一個(gè)或多個(gè)以上特征。本發(fā)明的一實(shí)施例可提供所有以上特征和優(yōu)點(diǎn)。參照以下說(shuō)明書和附圖可更完全地理解這些和其它特征，附圖是說(shuō)明性的且不必是按比例繪制的。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0052]圖1是已知接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的剖視圖。
[0053]圖2A是本發(fā)明的各實(shí)施例的特征電極本體、導(dǎo)電彈性件、電源接觸件的分解圖。[0054]圖2B示出在引導(dǎo)電弧操作之前采用圖2A的部件的示例性接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的剖視圖。
[0055]圖2C示出轉(zhuǎn)移電弧模式期間圖2B的等離子弧焊炬的剖視圖。
[0056]圖3A是用在接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬中的電極的示例性實(shí)施例的剖視圖。
[0057]圖3B是組裝電極的實(shí)施例之前圖3A的電極的部件的更詳細(xì)視圖。
[0058]圖4A示出在引導(dǎo)電弧操作之前的構(gòu)造下包括說(shuō)明性部件的示例性接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的剖視圖。
[0059]圖4B示出轉(zhuǎn)移電弧模式期間的構(gòu)造下包括說(shuō)明性部件的圖4A的等離子弧焊炬的首1J視圖。
[0060]圖5A示出包括設(shè)置在電極本體的插孔內(nèi)的接觸元件和彈性導(dǎo)電件的示例性電極的剖視圖。
[0061]圖5B不出以轉(zhuǎn)移電弧模式設(shè)置的圖5A的電極。
[0062]圖6A示出包括設(shè)置在電極本體的近端的接觸元件和彈性導(dǎo)電件的示例性電極的首1J視圖。
[0063]圖6B示出以轉(zhuǎn)移電弧模式設(shè)置的圖6A的電極。
[0064]圖7A示出體現(xiàn)本發(fā)明的原理的示例性接觸元件、彈性件、以及電源接觸件的局部分解圖。
[0065]圖7B示出設(shè)置在等離子弧焊炬操作中的圖7A的部件。
[0066]圖8A示出安裝到等離子弧焊炬之前電極本體、彈性導(dǎo)電件和接觸元件的另一實(shí)施例的剖視圖。
[0067]圖8B示出轉(zhuǎn)移電弧模式期間圖8A的部件的構(gòu)造。
[0068]圖9示出體現(xiàn)本發(fā)明的電極的另一實(shí)施例的剖視圖。
[0069]圖1OA是示例性接觸元件和彈性導(dǎo)電件的立體圖。
[0070]圖1OB示出在引導(dǎo)電弧操作期間采用圖1OA的部件的等離子弧焊炬的一部分的剖視圖。
[0071]圖1lA示出用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的示例性接觸元件。
[0072]圖1lB示出圖1lA的接觸元件圍繞豎直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)90°。
[0073]圖12A是用在接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的組件的剖開的局部立體圖。
[0074]圖12B是圖12A的組件的分解立體圖。
[0075]圖12C是圖12A的組件的一部分的分解平面圖。
[0076]圖13A是用在接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極的立體圖。
[0077]圖13B是用于圖13A的電極的組件的正視圖。
[0078]圖14A是用在接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極的立體圖。
[0079]圖14B是用于圖14A的電極的組件的正視圖。
[0080]圖15A是用在接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極的立體圖。
[0081]圖15B是用于圖15A的電極的組件的正視圖。
[0082]圖16是用在接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極的立體圖。
【具體實(shí)施方式】[0083]圖2A是本發(fā)明的各實(shí)施例的特征電極本體、導(dǎo)電彈性件、電源接觸件的分解圖。系統(tǒng)200包括電極本體202、彈性導(dǎo)電件204以及電源接觸件206(也稱為電源連接件)。電源接觸件206通過(guò)例如電源電纜(例如圖1中的電源電纜104)與電源(未示出)電連通。電源向電源接觸件206提供用于運(yùn)行類似于圖1的焊炬112的等離子弧焊炬的電流。電極本體202包括反作用表面208，該反作用表面構(gòu)造成與彈性導(dǎo)電件204電連通。反作用表面208設(shè)置成與電極本體202的近端210間隔開。在某些實(shí)施例中，反作用表面208限定從縱向軸線A徑向延伸的凸緣。在某些實(shí)施例中，反作用表面208與電極本體202形成一體。例如，反作用表面208可由與電極本體202相同的材料制成或由不同材料制成但結(jié)合或固定到電極本體202。
[0084]電極本體202的近端210與遠(yuǎn)端212相反設(shè)置。在所示實(shí)施例中，遠(yuǎn)端212的直徑大于近端210的直徑，從而使彈性導(dǎo)電件204在安裝到焊炬內(nèi)時(shí)圍繞近端210。換言之，近端210的直徑小于彈性導(dǎo)電件204的內(nèi)徑。在其它實(shí)施例中，近端210的直徑等于或大于遠(yuǎn)端212的直徑。
[0085]電源接觸件206包括用于反作用于彈性導(dǎo)電件204上的表面214。彈性導(dǎo)電件204反作用于相對(duì)靜止的表面214和相對(duì)可移動(dòng)的電極本體202的反作用表面208,以在引導(dǎo)電弧操作期間偏置電極本體使其遠(yuǎn)離電源接觸件206。電極本體202限定接觸表面216，該接觸表面構(gòu)造成與電源接觸件206的相應(yīng)表面218直接接觸且電連通。在引導(dǎo)電弧的后部操作期間和轉(zhuǎn)移電弧模式期間，接觸表面216鄰接相應(yīng)的表面218。電源接觸件206的與表面218相鄰并延伸到表面214的部分220限定使彈性導(dǎo)電件204圍繞部分220的直徑。
[0086]在某些實(shí)施例中，電源接觸件206制成為圖1的電源接觸件108的一部分(例如，通過(guò)將電源接觸件108機(jī)加工成包括電源接觸件206的結(jié)構(gòu)特征)。這些實(shí)施例使使用者能夠在圖1的現(xiàn)有焊炬系統(tǒng)112中采用參照?qǐng)D2A描述的概念。在某些實(shí)施例中，電源接觸件108可通過(guò)在電源接觸件108上機(jī)加工出凹槽和將電源接觸件108相對(duì)于焊炬112用夾件或保持環(huán)(未示出)固定而設(shè)置在圖1的倒流位置。這樣，電源接觸件108在引導(dǎo)電弧操作和轉(zhuǎn)移電弧操作期間都相對(duì)于焊炬112保持靜止。一般而言，可根據(jù)本文所述的原理對(duì)電源接觸件108進(jìn)行改進(jìn)而在圖1的焊炬系統(tǒng)112中使用本文所述的任何實(shí)施例。
[0087]相對(duì)靜止的電源接觸件108對(duì)電源電纜的柔性要求較低。適于用作引導(dǎo)電弧電流的示例性電流在約10至約31安培之間。轉(zhuǎn)移電弧操作期間的電流可高達(dá)約200安培。但是，大于200安培的電流也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，例如400安培。在某些實(shí)施例中，電源接觸件108由碲銅、黃銅、銅或在引導(dǎo)電弧操作和轉(zhuǎn)移電弧操作期間適于電流通過(guò)的其它材料制成。
[0088]一般而言，引導(dǎo)電弧操作是指在向電極本體202提供電流和將等離子弧轉(zhuǎn)移到工件之間的時(shí)段。更具體地說(shuō)，引導(dǎo)電弧操作可包括引導(dǎo)電弧的引發(fā)和引導(dǎo)電弧引發(fā)之后但在將電弧轉(zhuǎn)移到工件之前的某時(shí)段。某些焊炬設(shè)計(jì)包括安全機(jī)構(gòu)以在預(yù)定量的時(shí)間之后終止引導(dǎo)電弧操作，與等離子弧是否已轉(zhuǎn)移到工件無(wú)關(guān)。這些機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成通過(guò)無(wú)特定的應(yīng)用(例如，處理工件)地限制焊炬操作的時(shí)間來(lái)延長(zhǎng)焊炬部件的工作壽命并提高安全性。
[0089]在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件204固定到電極本體202或電源接觸件206。在其它實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件204固定到電極本體202和電源接觸件206兩者。例如，彈性導(dǎo)電件204可通過(guò)焊接、軟焊、結(jié)合或以其它固定方式固定到電極本體202或電源接觸件206。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件204通過(guò)徑向過(guò)盈配合或其它類型的摩擦配合固定到電極本體202的近端208。例如，電極本體的近端208的外徑可比彈性導(dǎo)電件204的內(nèi)徑稍大。在某些實(shí)施例中，電極本體202的近端208的特征是延伸部分(未示出)，該延伸部分的內(nèi)徑比彈性導(dǎo)電件204的內(nèi)徑小。延伸部分可與電極本體202形成一體或以其它方式固定到電極本體202。這種構(gòu)造使圖1的電極本體124可用于例如圖2B的焊炬240內(nèi)。
[0090]在某些實(shí)施例中，電源接觸件206的部分220沿縱向軸線A呈錐形或截頭錐形。在某些實(shí)施例中，電極本體202可包括徑向延伸的肩部(未示出)，該肩部的直徑大于彈性導(dǎo)電件204的內(nèi)徑，使得彈性導(dǎo)電件朝向電極本體202的遠(yuǎn)端212行進(jìn)超過(guò)(例如越過(guò))徑向延伸肩部可阻止彈性導(dǎo)電件204朝向近端210徑向與電極本體202脫開。
[0091]在某些實(shí)施例中，肩部的遠(yuǎn)端面(未示出)是電極本體202的反作用表面?？蓪?duì)于電源接觸件206使用類似的徑向過(guò)盈配合。例如，彈性導(dǎo)電件204可遠(yuǎn)離電極本體202軸向行進(jìn)超過(guò)電源接觸件的表面214，使得表面214的與部分220相反的面222阻止彈性導(dǎo)電件204與電源接觸件脫開。在某些實(shí)施例中，面222與彈性導(dǎo)電件204之間的界面形成來(lái)自電源接觸件206的電流通路。
[0092]在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件204設(shè)置成與電極本體202的遠(yuǎn)端212而不是近端210間隔開。遠(yuǎn)端212通常包括諸如鉿的發(fā)射件(未示出)，用于使等離子弧的產(chǎn)生和工件處理更為有效。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件204與電極本體202或電源接觸件206形成一體。例如，彈性導(dǎo)電件204可由與電極本體202相同的材料制成。在其它實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件204結(jié)合到或固定到電極本體202以阻止在正常操作情況下(例如，氣體壓力和/或重力或其它力的影響下)與電極本體202脫開。
[0093]圖2B示出采用圖2A的部件和概念的的示例性接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的剖視圖。圖2B的構(gòu)造示出引導(dǎo)電弧操作之前的焊炬240。焊炬240包括圖2A的電極本體202、彈性導(dǎo)電件204以及電源接觸件206，它們安裝在焊炬本體242內(nèi)。噴嘴244和渦流環(huán)246也安裝到焊炬本體242。電源接觸件206相對(duì)于可移動(dòng)電極本體202相對(duì)靜止設(shè)置。電源接觸件206與電極本體202的遠(yuǎn)端212 (例如在焊炬240的后端)相對(duì)設(shè)置。電極本體202的遠(yuǎn)端212包括與噴嘴244的出口孔250基本上對(duì)準(zhǔn)的發(fā)射件248。在某些實(shí)施例中，發(fā)射件248和出口孔250基本上圍繞縱向軸線A定中心。渦流環(huán)246設(shè)置成部分限制電極本體202在焊炬本體242內(nèi)的徑向運(yùn)動(dòng)。例如，渦流環(huán)246可制成使渦流環(huán)246和電極本體202的一個(gè)或多個(gè)徑向翼片252之間的間隙相對(duì)較小。
[0094]彈性導(dǎo)電件204反作用于電極本體202的反作用表面208和電源接觸件206的表面214以推壓電極本體202鄰接噴嘴244。氣體流入電極本體202和噴嘴244之間形成的等離子腔254，且引導(dǎo)電流從電源(未示出)通到電源接觸件206。
[0095]在等離子腔254內(nèi)形成氣體壓力直到壓力足以克服由彈性導(dǎo)電件204提供的力。氣體壓力將電極本體202遠(yuǎn)離噴嘴244移動(dòng)并移到鄰接電源接觸件206。電極本體202基本上沿縱向軸線A移動(dòng)。由于電極本體202通過(guò)氣體壓力遠(yuǎn)離噴嘴244移動(dòng)，在等離子腔254內(nèi)產(chǎn)生或引發(fā)電弧。電弧將等離子腔254內(nèi)的氣體離子化以形成等離子弧或射流，該等離子弧或射流從噴嘴244的孔250噴出的射流并轉(zhuǎn)移到工件(未示出)。
[0096]彈性導(dǎo)電件204構(gòu)造或設(shè)計(jì)成基本上通過(guò)電源接觸件206和電極本體202之間的所有引導(dǎo)電流。彈性傳導(dǎo)件204可由利于承載與引發(fā)引導(dǎo)電弧的電流或電負(fù)載和消散與該電流相關(guān)的熱量的材料制成，以防止彈性導(dǎo)電件在引導(dǎo)電弧操作期間熔化。在某些實(shí)施例中，可根據(jù)例如材料的額定電流來(lái)選擇彈性導(dǎo)電件204的材料。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件204是電源接觸件206和電極本體202之間電阻最小和/或電導(dǎo)最大的通路。此外，彈性導(dǎo)電件206的機(jī)械性質(zhì)促進(jìn)用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極本體的移動(dòng)。在某些實(shí)施例中，彈性件有助于將電極本體相對(duì)于焊炬對(duì)準(zhǔn)。
[0097]彈性導(dǎo)電件204可以是能夠在長(zhǎng)達(dá)5秒或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可靠地傳導(dǎo)約31安培的電流以進(jìn)行引導(dǎo)電弧操作，而不會(huì)熔化或以其它方式改變彈簧的機(jī)械性能的導(dǎo)電彈簧。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件204由inconel?.X-750的合金制成。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件204由不銹鋼制成。例如，彈性導(dǎo)電件204可由17/4沉淀淬火不銹鋼絲(符合AMS5604規(guī)范)或302型不銹鋼絲(符合AMS5866或ASTM A313規(guī)范)制成。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件204由直徑約0.762mm (約0.03英寸)的金屬絲制成并限定約7.62mm (約0.3英寸)300/1000的外徑和沿縱向軸線A的約12.7mm (例如，約0.5英寸)的長(zhǎng)度。
[0098]在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件204涂敷或鍍有銀或銀合金以降低電阻和/或改進(jìn)電導(dǎo)。盡管本文示出為螺旋壓縮彈簧，彈性導(dǎo)電件204也可包括例如波形彈簧墊圈、指狀彈簧墊圈、彎曲彈簧墊圈、頂對(duì)頂型的扁鋼絲壓縮彈簧、或者開槽的圓錐盤。例如，在轉(zhuǎn)讓給新罕布什爾州漢諾威的Hypertherm公司的美國(guó)專利第5，994，663號(hào)中對(duì)這些類型的彈簧進(jìn)行了說(shuō)明，其內(nèi)容以參見(jiàn)的方式納入本文。其它彈簧構(gòu)造也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0099]在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件204是設(shè)置在電極本體202的近端210的金屬絲，且第二彈性件(未示出)設(shè)置在電極本體202的遠(yuǎn)端212。第二彈性件在引導(dǎo)電弧操作期間將電極本體朝向遠(yuǎn)端204偏置，且在焊炬操作期間(例如，在引導(dǎo)電弧操作期間和在工件處理期間)限制電極本體202的徑向運(yùn)動(dòng)。這樣，第二彈性件在焊炬操作期間對(duì)準(zhǔn)電極本體202。
[0100]圖2C示出轉(zhuǎn)移電弧模式期間圖2B的等離子弧焊炬的剖視圖。電極本體202的接觸表面216與電源接觸件206的相應(yīng)表面218基本上平面直接接觸地配合以建立電連通(例如電流在接觸表面216和相應(yīng)表面218的界面處在電極本體202和電源接觸件206之間通過(guò))。當(dāng)電極本體202的接觸表面216鄰接電源接觸件206的相應(yīng)表面218時(shí)，形成一電流通路使電流直接通過(guò)電源接觸件206和電極本體202之間。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件204在電極本體202移動(dòng)到與電源接觸件206接觸后不再承載主要電流量。在這些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件204在引導(dǎo)電弧弓I發(fā)期間承載電流，但不是弓I導(dǎo)電弧操作的整個(gè)期間。在這些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件204在引導(dǎo)電弧操作的整個(gè)期間繼續(xù)承載電流。
[0101]當(dāng)電弧轉(zhuǎn)移到工件時(shí)，向焊炬240供應(yīng)切割電流(例如轉(zhuǎn)移電弧模式期間)。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件204在轉(zhuǎn)移電弧模式期間不承載主要電流量。更具體地說(shuō)，電源接觸件206和電極本體202之間的直接電流通路與從電源接觸件206通過(guò)彈性導(dǎo)電件204到電極本體202的電流通路相比具有較低的電阻和/或較高的電導(dǎo)。圖2A、2B和2C中所示的設(shè)計(jì)將雙重功能(即使電極本體202朝向噴嘴244偏置并提供電源接觸件206和電極本體202之間的電流通路)結(jié)合到單個(gè)部件內(nèi)以降低消耗部件的數(shù)量并簡(jiǎn)化焊炬設(shè)計(jì)。
[0102]轉(zhuǎn)讓給新罕布什爾州漢諾威的Hypertherm公司的美國(guó)專利第4，791，268號(hào)中揭示的先前焊炬設(shè)計(jì)采用用于提供偏置各種焊炬部件的機(jī)械力的彈簧。這些焊炬設(shè)計(jì)也采用電部件(例如非彈性金屬絲)以為引導(dǎo)電弧操作和轉(zhuǎn)移電弧操作供應(yīng)電流。這些設(shè)計(jì)需要作為主要電流通路的金屬絲具有相對(duì)大的直徑來(lái)便于在轉(zhuǎn)移電弧操作期間通過(guò)電流(例如，高達(dá)200安培)而不使金屬絲熔化。
[0103]在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件204是導(dǎo)電金屬絲或金屬條，用于在引導(dǎo)電弧操作期間在電源接觸件206和電極本體202之間通過(guò)電流。當(dāng)電極本體202處于倒流狀態(tài)時(shí)(例如，電極本體202的表面216與電源接觸件206的表面218直接接觸并電連通)，基本上所有用于在轉(zhuǎn)移電弧模式中維持等離子弧的電流直接通過(guò)表面216和表面218之間。更具體地說(shuō)，當(dāng)表面216、218直接接觸時(shí)表面216和表面218之間的電流通路與彈性導(dǎo)電件202相比可具有較低的電阻和/或較高的電導(dǎo)率。采用金屬絲代替彈簧作為彈性導(dǎo)電件204的設(shè)計(jì)使金屬絲與美國(guó)專利第4，791，268號(hào)的柱塞金屬絲相比具有較小的直徑和增加的柔性。由于圖2A、2B和2C的彈性導(dǎo)電件204不承載與轉(zhuǎn)移電弧操作相關(guān)的全部電流，所以較小的金屬絲是可以的。
[0104]在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件204是導(dǎo)電套管，該導(dǎo)電套管與電源接觸件206和電極本體202電連通以在其間通過(guò)引導(dǎo)電弧電流。例如，這種套管可設(shè)計(jì)成緊密地配合在電極本體202的近端210上并配合在電源接觸件206的部分220上。在某些實(shí)施例中，例如彈簧的第二彈性件(未示出)可用于與套管結(jié)合來(lái)提供將電極本體202朝向噴嘴244偏置的機(jī)械功能。
[0105]在某些實(shí)施例中，電源接觸件206和彈性導(dǎo)電件204都安裝到焊炬本體242并相對(duì)于可移動(dòng)電極本體202相對(duì)固定。例如，當(dāng)噴嘴244從焊炬本體242移除時(shí)，彈性導(dǎo)電件204將電極本體202推出焊炬本體242 (例如電極本體202被彈出)，且彈性導(dǎo)電件204和電極本體202之間的電流通路斷開。在這種實(shí)施例中，電極本體202是焊炬240的消耗部件。在其它實(shí)施例中，電極本體202和彈性導(dǎo)電件204的組合是焊炬240的消耗部件，例如這些部件可以一起打包出售或購(gòu)買。
[0106]圖3A是用在接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬中的電極的示例性實(shí)施例的剖視圖。電極300包括沿縱向軸線A定向的細(xì)長(zhǎng)電極本體302。電極本體302可由諸如碲銅、銀、銀銅合金或其它合金之類的導(dǎo)電材料制成。電極本體302包括遠(yuǎn)端304和近端308，遠(yuǎn)端包括用于容納發(fā)射件(未示出)的孔306。發(fā)射件可由例如鉿制成并用于增加等離子弧焊炬(未示出)的工作壽命并降低電極本體302上的磨損。在等離子弧焊炬操作和工件處理期間，電極本體302的遠(yuǎn)端304靠近工件(未示出)設(shè)置,而近端308遠(yuǎn)離工件設(shè)置。當(dāng)電極300安裝在焊炬內(nèi)時(shí)，電極本體302可沿縱向軸線A移動(dòng)。
[0107]電極300包括導(dǎo)電彈性件310 (這里也稱為彈性導(dǎo)電件310)。彈性導(dǎo)電件310構(gòu)造成在引導(dǎo)電弧操作期間通過(guò)電源(未示出)和電極本體302之間基本上所有的引導(dǎo)電弧電流。彈性導(dǎo)電件310示出為螺旋彈簧，該螺旋彈簧與設(shè)置在電極本體302的近端306上的徑向延伸的凸緣312 (例如肩部)配合。該凸緣312可以是用于彈性導(dǎo)電件310的反作用表面。彈性導(dǎo)電件310和電極本體302的凸緣312之間的直接接觸形成電流通路。
[0108]在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件310固定到凸緣312 (例如通過(guò)焊接或軟焊)使得彈性導(dǎo)電件310由電極本體302保持。彈性導(dǎo)電件310可通過(guò)徑向過(guò)盈配合或其它類型的摩擦配合來(lái)保持。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件310與電極本體302形成一體(例如電極本體302和彈性導(dǎo)電件310由同一件材料制成)。彈性導(dǎo)電件310可相對(duì)于導(dǎo)電本體302固定以在處理或維護(hù)操作期間阻止彈性導(dǎo)電件310與電極本體302脫開。
[0109]如圖所示，電極本體302包括與電極本體302形成一體的一系列翼片314。翼片314增加電極本體302的表面面積并用作傳熱表面以在焊炬操作期間冷卻電極本體302。多個(gè)翼片314還形成一種密封，使引入等離子腔(例如，圖2B的等離子腔254)的等離子氣體能夠形成足夠的氣壓以使電極本體302縱向沿軸線A朝向近端308移動(dòng)。如上所述，當(dāng)引導(dǎo)電弧電流通過(guò)彈性導(dǎo)電件310和電極本體302之間時(shí)，電極本體302朝向近端308移動(dòng)引發(fā)引導(dǎo)電弧。多個(gè)翼片314的設(shè)置提供軸向沿電極本體302的螺旋形溝槽。在轉(zhuǎn)讓給新罕布什爾州漢諾威的Hypertherm公司的美國(guó)專利第4，902, 871號(hào)中對(duì)示例性翼片314進(jìn)行了說(shuō)明，其內(nèi)容以參見(jiàn)的方式納入本文。多個(gè)翼片314示出為從縱向軸線A徑向延伸。多個(gè)翼片314也可能是其它構(gòu)造，例如沿軸線A縱向延伸，如在也轉(zhuǎn)讓給新罕布什爾州漢諾威的Hypertherm公司的美國(guó)專利第6，403, 915號(hào)中所述那樣,其內(nèi)容以參見(jiàn)的方式納入本文。電極300的某些實(shí)施例不包括翼片314且氣壓在電極本體302的不同表面施加力以在引發(fā)引導(dǎo)電弧期間移動(dòng)電極本體。
[0110]電極300包括接觸元件316，該接觸元件包括第一表面318和第二表面320。第一表面318構(gòu)造成與電源(未示出)電連通。例如，第一表面318可鄰接電源接觸件的相應(yīng)表面(例如，圖2A的電源接觸件206，圖3A中未示出)。電源可通過(guò)電源接觸件提供到接觸元件316的電流。第二表面320構(gòu)造成在引導(dǎo)電弧引發(fā)之后和轉(zhuǎn)移電弧模式期間與電極本體302的相應(yīng)接觸表面322電連通。在某些實(shí)施例中，當(dāng)電極300安裝在焊炬內(nèi)時(shí)，接觸元件316的第一表面318基本上靜止(例如，第一表面318保持與電源接觸件直接配合或接觸)。接觸元件316可由相對(duì)硬和導(dǎo)電的材料制成，例如不銹鋼、鉻銅、鎳或鈹銅。在某些實(shí)施例中，接觸元件316由比制成電極本體302的材料硬的材料制成。在某些實(shí)施例中，接觸元件316涂有相對(duì)硬且導(dǎo)電的材料。
[0111]如圖所示，彈性導(dǎo)電件310圍繞電極本體302的近端308并與接觸元件316的第二表面320配合。用于提供從接觸元件316通過(guò)彈性導(dǎo)電件310到電極本體302的電流通路的其它構(gòu)造也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在某些實(shí)施例中，第二導(dǎo)電件(未示出)提供接觸元件316和電極本體302之間的電流通路，該電流通路與彈性導(dǎo)電件310相比具有較低的電阻和/或較高的電導(dǎo)率。在這些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件310將電極本體遠(yuǎn)離接觸元件316偏置(例如，執(zhí)行機(jī)械功能)，但不承載主要的引導(dǎo)電流量。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件310固定到接觸凸緣316 (例如通過(guò)焊接或軟焊)或與接觸元件316形成一體。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件310可設(shè)置在接觸元件316的第二表面320和電極本體的相應(yīng)接觸表面322之間。在某些實(shí)施例中，接觸元件316的第一表面318與彈性導(dǎo)電件310配合。
[0112]示出的電極本體302包括設(shè)置在電極本體302近端308并與電極本體302的遠(yuǎn)端304處的孔306分離的插孔324 (例如孔306和插孔324都不是通孔)。在某些實(shí)施例中，插孔324基本上與軸線A對(duì)準(zhǔn)并限定內(nèi)表面326。接觸元件316包括從第二表面320延伸的連接構(gòu)件328。在某些實(shí)施例中，連接構(gòu)件328可滑動(dòng)地與電極本體302配合。例如，連接構(gòu)件328包括基本上與縱向軸線A同軸線的對(duì)準(zhǔn)部分330。對(duì)準(zhǔn)部分330能夠可滑動(dòng)地與插孔324的內(nèi)表面326配合。
[0113]在某些實(shí)施例中，對(duì)準(zhǔn)部分330和內(nèi)表面326之間的配合限制電極本體302或接觸元件316在焊炬內(nèi)的徑向運(yùn)動(dòng)。
[0114]該插孔324可構(gòu)造成阻止接觸元件316與電極本體302脫開。電極本體302包括設(shè)置在插孔324近端的限制表面332，用于反作用于接觸元件316的一部分來(lái)阻止脫開。在某些實(shí)施例中，限制表面332反作用于接觸元件316的連接構(gòu)件328或?qū)?zhǔn)部分330 (例如通過(guò)徑向過(guò)盈配合)。在某些實(shí)施例中，限制表面332包括環(huán)形或環(huán)狀構(gòu)造。限制表面332可設(shè)置在插孔324內(nèi)，使限制表面不干擾接觸元件316的第二表面320或防止接觸元件316的第二表面320以基本上平面的方式與電極本體302的接觸表面322直接接觸。
[0115]在某些實(shí)施例中，第一表面318、第二表面320或兩者都可涂有銀或銀合金來(lái)改進(jìn)電源和電極本體302之間的電流流動(dòng)(例如通過(guò)降低接觸元件316的表面318和320處的電阻)。在某些實(shí)施例中，接觸元件316和電極本體302之間的可滑動(dòng)配合提供的電流通路與彈性導(dǎo)電件310相比具有較低的電阻和/或較高的電導(dǎo)率。在這些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件310將電極本體遠(yuǎn)離接觸元件316偏置(例如，執(zhí)行機(jī)械功能)，但不承載主要的引導(dǎo)電流量。更具體地說(shuō)，連接構(gòu)件328或?qū)?zhǔn)部分330可制成相對(duì)緊的公差，該公差足以形成電流通過(guò)例如插孔324通到電極本體302的低電阻通路。需要相對(duì)緊的公差來(lái)防止在連接構(gòu)件328或?qū)?zhǔn)部分330和插孔324之間空間內(nèi)弧的離子化或弧的形成。
[0116]圖3B是組裝之前圖3A的電極的部件的更詳細(xì)視圖。圖3B示出電極本體302的近端308的近視圖。在所示實(shí)施例中，電極本體302、彈性導(dǎo)電件310以及接觸元件316未形成一體組件。更具體地說(shuō)，接觸元件316 (例如，連接構(gòu)件128和對(duì)準(zhǔn)部分130)可與彈性導(dǎo)電件310和電極本體302 (例如插孔324)自由脫開。在某些實(shí)施例中，連接構(gòu)件328和對(duì)準(zhǔn)部分330的長(zhǎng)度不超過(guò)插孔324的深度，從而使接觸元件未“觸底”于插孔324的底部表面334。
[0117]電極本體302的近端308可限定與插孔324相鄰的唇部336，該唇部沿縱向軸線A徑向延伸。唇部336可由與電極本體302相一件材料制成。在某些實(shí)施例中，可相對(duì)于電極本體302保持接觸元件316(例如，電極本體302的一部分阻止接觸元件316與電極本體302脫開)。例如，連接構(gòu)件328和對(duì)準(zhǔn)部分330可設(shè)置在插孔324內(nèi)。接觸元件316壓抵電極本體302，使得當(dāng)?shù)诙砻?20行進(jìn)到與電極本體302的接觸表面322直接接觸時(shí)，接觸元件316的第二表面320與唇部336配合。
[0118]第二表面320與唇部336之間的配合使唇部336變形進(jìn)入相鄰插孔324，以能夠在接觸元件318的第二表面320和電極本體302的接觸表面322之間形成面對(duì)的直接接觸。變形的唇部336可形成圖3A的限制表面332。在某些實(shí)施例中，接觸元件316壓抵電極本體302，同時(shí)發(fā)射件設(shè)置在孔306內(nèi)。例如，在稱為型鍛的工藝中，相對(duì)于發(fā)射件施加沿縱向軸線A (例如，朝向電極本體302的近端308)的力以將發(fā)射件固定在孔306內(nèi)。在型鍛期間，施加方向相反的力(例如朝向電極本體302的遠(yuǎn)端304)以將接觸元件316壓抵電極本體302的近端308來(lái)使唇部336變形。在某些實(shí)施例中，施加的力約為4，450N的力(例如，約1000磅的力)。在某些實(shí)施例中，型鍛之后，限制表面332在失效(例如，使接觸元件316能夠與電極本體302脫開)之前可承受約356N的力(例如，約80磅的力)。
[0119]在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件310在唇部336變形之前設(shè)置在電極本體302 (例如與凸緣312直接接觸)和接觸元件316 (例如，與第二表面320直接接觸)之間。彈性導(dǎo)電件310可“夾在”接觸元件316和電極本體302之間。限制表面332可阻止可滑動(dòng)地安裝的接觸元件316與電極本體302脫開。在某些實(shí)施例中，電極300在使用之前組裝到等離子弧焊炬內(nèi)并可包裝成整體組件。
[0120]在某些實(shí)施例中，限制表面332具有環(huán)形構(gòu)造(例如，當(dāng)唇部336沿縱向軸線A圍繞插孔324的周界軸向延伸時(shí))。在其它實(shí)施例中，沿插孔324周界的小于整個(gè)周界的一部分形成限制表面332。連接構(gòu)件328或?qū)?zhǔn)部分330可自由插入插孔324而不與限制表面336干涉，但例如圍繞縱向軸線A轉(zhuǎn)動(dòng)接觸元件316可通過(guò)建立限制表面332和連接構(gòu)件或?qū)?zhǔn)部分330之間的干涉而阻止接觸元件316脫開。
[0121]圖4A示出示例性接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的剖視圖。圖4A的構(gòu)造可稱為“向前”構(gòu)造或“啟動(dòng)”構(gòu)造。焊炬400包括限定氣體入口 404的焊炬本體402。焊炬400包括與電源(未示出)電連通的電源接觸件406，電源向電源接觸件406提供電流。焊炬400包括圖3A的電極300。接觸元件316的第一表面318構(gòu)造成與電源接觸件306直接接觸和電連通。彈性導(dǎo)電件310推壓電極本體302遠(yuǎn)離電源接觸件306并與噴嘴408直接接觸和電連通。電極本體302 (例如電極本體302的遠(yuǎn)端304)與噴嘴408協(xié)作以形成等離子腔410的一部分。噴嘴408包括出口孔412，出口孔412使等離子弧或射流(未示出)流出等離子腔410以轉(zhuǎn)移到工件(未示出)。屏蔽件414安裝到保持帽416，保持帽416安裝到焊炬本體402的一部分418上。屏蔽件414包括與噴嘴408的出口孔412相鄰的出口端口 420。出口端口 420使等離子射流能夠從焊炬400轉(zhuǎn)移到工件。屏蔽件414防止在工件處理過(guò)程中濺落的材料積聚在噴嘴408上并縮短噴嘴408或電極300的使用壽命。焊炬400還包括限定一個(gè)或多個(gè)端口 424的渦流環(huán)422，所述一個(gè)或多個(gè)端口使氣體(未示出)能夠流入或流出等離子腔410。
[0122]引導(dǎo)電弧操作開始于引導(dǎo)電弧的引發(fā)。引導(dǎo)電流通過(guò)電源和電源接觸件406之間。電源接觸件406橫穿電源接觸件406和接觸元件316的第一表面318之間的界面將引導(dǎo)電流通到接觸元件316。引導(dǎo)電流通過(guò)接觸元件316 (例如第二表面320)和彈性導(dǎo)電件310之間。然后電流通過(guò)彈性導(dǎo)電件310和電極本體302以及噴嘴408之間。適于用作引導(dǎo)電弧電流的示例性電流在約22至約31安培之間。在某些實(shí)施例中，電源接觸件406由碲銅、黃銅、銅或在引導(dǎo)電弧操作和轉(zhuǎn)移電弧操作期間適于通過(guò)電流的其它材料制成。
[0123]在引導(dǎo)電弧操作期間，氣體通過(guò)由焊炬本體402限定的入口 404進(jìn)入焊炬400。沿由焊炬本體402限定的通道426導(dǎo)向氣體。渦流環(huán)422限定使氣體能夠從通道426通到由渦流環(huán)422的外部和部分418限定的空間430的一個(gè)或多個(gè)氣道428。氣體流動(dòng)通過(guò)端口424進(jìn)入等離子腔410。等離子腔410內(nèi)形成氣體壓力，直到該壓力足以克服由彈性導(dǎo)電件310提供的力，并將電極本體302移動(dòng)遠(yuǎn)離噴嘴408，由此在電極本體302和噴嘴408之間形成空間或間隙。在某些實(shí)施例中，等離子腔410內(nèi)的氣體作用在電極本體302的翼片314上，沿縱向軸線A朝向電極本體302的近端310施加壓力。電極本體302基本上沿縱向軸線A相對(duì)于焊炬400移動(dòng)。在某些實(shí)施例中，通過(guò)在引導(dǎo)電弧操作期間和轉(zhuǎn)移電弧模式期間限制電極本體302的徑向運(yùn)動(dòng)，接觸元件316與電極本體302對(duì)準(zhǔn)。由于電極本體302遠(yuǎn)離噴嘴408移動(dòng)，在等離子腔302和噴嘴408之間產(chǎn)生相對(duì)電勢(shì)。該電勢(shì)差使在電極本體302和噴嘴408之間的現(xiàn)存間隙內(nèi)產(chǎn)生電弧(未示出)(例如通過(guò)將電極本體302和噴嘴408之間的最低電阻路徑離子化)。電弧將等離子腔310內(nèi)的氣體離子化以形成用在工件處理中的等離子射流。
[0124]圖4B示出引導(dǎo)電弧引發(fā)之后包括說(shuō)明性部件的圖4A的等離子弧焊炬的剖視圖。圖4B的構(gòu)造可稱為“倒流”構(gòu)造，因?yàn)殡姌O本體302已與噴嘴408分離。電極本體302沿軸線A移動(dòng)，直到電極本體302的接觸表面322與接觸元件316的第二表面320接觸。接觸元件316的第一表面318保持與電源接觸件406直接接觸和電連通，電源接觸件406相對(duì)于電極本體302相對(duì)靜止。在某些實(shí)施例中，電極本體102沿軸線A移動(dòng)的時(shí)間小于或等于約0.3秒。在這些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件310在倒流構(gòu)造中(例如在引導(dǎo)電弧引發(fā)之后的引導(dǎo)電弧操作期間)承載電流。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件310僅在引導(dǎo)電弧引發(fā)期間承載電流。
[0125]一般而言，通過(guò)將焊炬400定位在工件附近而將電弧從噴嘴408轉(zhuǎn)移到工件(未示出)以處理工件。工件保持在比噴嘴408相對(duì)低的電勢(shì)。在某些實(shí)施例中，在引導(dǎo)電弧引發(fā)期間轉(zhuǎn)移電弧(例如在圖4B的倒流構(gòu)造之前)。與工件連通的電引線(未示出)可根據(jù)電弧到工件的轉(zhuǎn)移而向電源(未示出)提供信號(hào)。當(dāng)電極本體302處于倒流構(gòu)造時(shí)，電源向焊炬400提供增加的電流(例如，切割電流)。用于增加到焊炬的電流的方法的一個(gè)實(shí)例稱為“雙-閾值”并在轉(zhuǎn)讓給新罕布什爾州漢諾威的Hypertherm公司的美國(guó)專利第6，133，543號(hào)中進(jìn)行了描述，其內(nèi)容以參見(jiàn)的方式納入本文。
[0126]切割電流可以是例如約100至約150安培。切割電流與焊炬400在轉(zhuǎn)移電弧模式中的操作有關(guān)。在某些實(shí)施例中，提供的切割電流的量取決于工件的成分或工件的物理特性(例如工件的厚度或切口的深度)。在某些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)移電弧模式是指電弧被轉(zhuǎn)移到工件且電源提供切割電流。在其它實(shí)施例中，轉(zhuǎn)移電弧模式是指電弧轉(zhuǎn)移到工件。
[0127]當(dāng)電極本體302處于倒流構(gòu)造時(shí)，電源向電源接觸件406、接觸元件316以及電極本體302提供電流。接觸元件316相對(duì)于電極本體302和電源接觸件406保持相對(duì)靜止。更具體地說(shuō)，在電極300安裝到焊炬400內(nèi)之后，接觸元件316的第一表面318可設(shè)計(jì)成保持與電源接觸件406直接接觸和電連通。在某些實(shí)施例中，接觸元件316通過(guò)例如摩擦配合相對(duì)于電源接觸件406固定，例如使得作用在電極本體302上的地球重力不足以將電極300從焊炬400移除。由于在焊炬400的操作(例如啟動(dòng)和停止)期間電極本體302和接觸元件316的反復(fù)接觸和分離，所以電極300上的大部分磨損都發(fā)生在接觸元件316的第二表面320和電極本體302的接觸表面322之間的界面處。電極300的設(shè)計(jì)減少電源接觸件406上的磨損量，這是因?yàn)榻佑|元件316的第一表面318保持與電源接觸件406接觸以減少電源接觸件406和第一表面318之間電弧的形成。電源接觸件406和第一表面318之間電弧的形成會(huì)產(chǎn)生縮短電源接觸件406和電極300的操作壽命的表面缺陷。
[0128]圖5A示出包括接觸元件和設(shè)置在電極本體的插孔內(nèi)的彈性導(dǎo)電件的示例性電極的剖視圖。電極500包括電極本體502，電極本體502限定遠(yuǎn)端504和沿縱向軸線A相反設(shè)置的近端506。遠(yuǎn)端504限定用于接納發(fā)射件510的孔508。電極本體502的近端506限定圍繞縱向軸線A定中心呈圓柱形構(gòu)造中的插孔512。在某些實(shí)施例中，可使用用于插孔512的非圓柱形構(gòu)造。插孔512通過(guò)電極本體502與孔508分離(例如，電極本體502不具有通孔)。插孔512限定設(shè)置在插孔512底部的第一接觸表面514。接觸表面514構(gòu)造成與電源接觸件(圖5B中示出)電連通和/或直接接觸。插孔512還限定第二接觸表面516。
[0129]電極500包括設(shè)置在插孔512內(nèi)的接觸元件518和彈性導(dǎo)電件520。接觸元件518限定第一表面522和第二表面524。第二表面524構(gòu)造成反作用于彈性導(dǎo)電件520和插孔的第二接觸表面516。彈性導(dǎo)電件520當(dāng)安裝在等離子焊炬內(nèi)時(shí)反作用于第一接觸表面514，以將電極本體502推壓到鄰接噴嘴(未示出)。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件520可反作用于插孔512內(nèi)的第三表面(未不出)。[0130]接觸元件518限定設(shè)計(jì)成圍繞電源接觸件的環(huán)形構(gòu)造。環(huán)形構(gòu)造提供對(duì)準(zhǔn)部分526以通過(guò)反作用于電源接觸件來(lái)限制電極本體502的徑向運(yùn)動(dòng)。通過(guò)直徑比接觸元件518的直徑小的錐形部分528，相對(duì)于插孔512保持接觸元件518和彈性導(dǎo)電件520。在某些實(shí)施例中，錐形部分528是阻止接觸元件518和彈性導(dǎo)電件520從電極本體502 (例如插孔512)脫開的限制表面。例如，錐形部分528和接觸元件518的組合通過(guò)徑向過(guò)盈配合阻止彈性導(dǎo)電件520從電極本體502脫開。在某些實(shí)施例中，錐形表面528限定環(huán)形構(gòu)造。在某些實(shí)施例中，插孔512不包括錐形部分528，且不相對(duì)于插孔512保持住接觸元件518和彈性導(dǎo)電件520。
[0131]圖5B示出以轉(zhuǎn)移電弧模式設(shè)置的圖5A的電極。圖5B示出電極本體502和電源接觸件540的近端506的放大剖視圖。電源接觸件540限定軸向延伸部分542，軸向延伸部分542構(gòu)造成與插孔512和電極500的接觸件相互作用。軸向延伸部分542限定用于分別與電極本體502的第一接觸表面514 (例如由插孔512所限定)和接觸兀件518的第一表面522電連通和/或直接接觸的第一相應(yīng)表面544和第二相應(yīng)表面546。電源接觸件540還限定構(gòu)造成對(duì)應(yīng)于電極本體502的錐形部分528以限制電極本體502的徑向運(yùn)動(dòng)的座部分 548。
[0132]在某些實(shí)施例中，電極500設(shè)置在焊炬內(nèi)，使得接觸元件518的第一表面522與電源接觸件540的第二相應(yīng)表面546電連通和/或直接接觸，以形成在焊炬操作期間相對(duì)于電極本體502保持相對(duì)靜止的界面。接觸元件518的第二表面524起初遠(yuǎn)離插孔512的第二接觸表面516，且電源接觸件的第一相應(yīng)表面544遠(yuǎn)離電極本體502的接觸表面514。
[0133]在引導(dǎo)電弧操作期間，引導(dǎo)電流通過(guò)電源(未示出)和電源接觸件540之間。引導(dǎo)電流從電源接觸件540通到接觸元件518，并從接觸元件518通過(guò)彈性導(dǎo)電件520到達(dá)電極本體502，使得彈性導(dǎo)電件518基本上承載整個(gè)引導(dǎo)電弧電流。當(dāng)電極本體502遠(yuǎn)離噴嘴(未示出)移動(dòng)以產(chǎn)生電弧時(shí)，第二接觸表面516移動(dòng)到與接觸元件516的第二表面524接觸，且第一接觸表面514移動(dòng)到與電源接觸件540的第一相應(yīng)表面544接觸?；旧纤械那懈铍娏鲝碾娫唇佑|件540通過(guò)接觸元件516通到電極本體502和直接通到電極本體。在轉(zhuǎn)移電弧操作期間，彈性導(dǎo)電件520不承載主要電流量。
[0134]在某些實(shí)施例中，第一相應(yīng)表面544或第二相應(yīng)表面546在轉(zhuǎn)移電弧操作期間基本上將所有的電流通到電極本體502。多個(gè)相應(yīng)表面544、546可減少電極本體502的第一接觸表面514或接觸元件518的第一表面522上的物理磨損。這種構(gòu)造通過(guò)降低與電源接觸件540與接觸元件518和電極本體502中的每一個(gè)之間直接接觸相關(guān)的機(jī)械負(fù)載來(lái)減少磨損。減少磨損可延長(zhǎng)電極500的壽命。
[0135]圖6A示出包括設(shè)置在電極本體的近端的接觸元件和彈性導(dǎo)電件的示例性電極的剖視圖。電極600包括電極本體602，電極本體602限定遠(yuǎn)端604和沿縱向軸線A相反設(shè)置的近端606。遠(yuǎn)端604限定用于接納發(fā)射件610的孔608。電極600包括接觸元件612和彈性導(dǎo)電件614。接觸元件612限定第一接觸表面616和第二接觸表面618，第一接觸表面616構(gòu)造成與電源接觸件電連通和/或直接接觸(見(jiàn)圖6B)，第二接觸表面618用于與電極本體602的相應(yīng)表面620電連通和/或直接接觸。電極本體602的近端606限定與電源接觸件電連通和/或直接接觸的接觸表面622。電極本體602限定反作用表面624，用于反作用于彈性導(dǎo)電件614以提供抵靠電極本體602的反作用表面624的偏置力。電極本體602的近端606限定第一限制表面626，該限制表面(例如通過(guò)徑向過(guò)盈配合)阻止接觸元件612與彈性導(dǎo)電件614脫開。在某些實(shí)施例中，電極本體602不包括限制表面624，且接觸元件612和/或彈性導(dǎo)電件614可相對(duì)于電極本體602脫開。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件614固定到電極本體602或電源接觸元件612或兩者。
[0136]接觸元件614限定環(huán)形構(gòu)造并包括限制電極本體602徑向運(yùn)動(dòng)的對(duì)準(zhǔn)部分628。例如，對(duì)準(zhǔn)部分628可與電極本體602的近端606的軸向延伸部分630相互作用。該部分630的直徑比對(duì)準(zhǔn)部分628的直徑稍小，使得部分630能夠可滑動(dòng)地沿縱向軸線A與對(duì)準(zhǔn)部分628配合，而沒(méi)有顯著的徑向搖動(dòng)。
[0137]圖6B示出以轉(zhuǎn)移電弧模式設(shè)置的圖6A的電極。圖6B的構(gòu)造包括相對(duì)于電極本體602的近端606設(shè)置的電源接觸件640。電源接觸件640限定開口 642，當(dāng)電極本體602在氣體壓力下移動(dòng)遠(yuǎn)離噴嘴(未示出)時(shí)，電極本體602的近端606行進(jìn)進(jìn)入開口 642。開口 642與基本上圍繞縱向軸線A定中心的插孔部分644相鄰。插孔部分644限定第一接觸表面646和第二接觸表面648，第一接觸表面646用于與接觸元件612電連通和/或直接接觸，第二接觸表面648用于與電極本體602的相應(yīng)表面622電連通和/或直接接觸。插孔部分644的尺寸設(shè)置成除電極本體602的近端的一部分之外還接納接觸元件612和彈性導(dǎo)電件614。在某些實(shí)施例中,插孔部分644的尺寸設(shè)置成僅接納電極本體602的近端606。
[0138]安裝期間，電極600設(shè)置成使第一表面616與電源接觸件640的第一接觸表面646電連通和/或直接接觸，以形成在焊炬操作期間相對(duì)于電極本體602相對(duì)靜止的界面。接觸元件612的第二表面618起初遠(yuǎn)離電極本體的相應(yīng)表面620，且電極本體602的接觸表面622起初實(shí)際地遠(yuǎn)離電源接觸件640的第二接觸表面648。
[0139]在引導(dǎo)電弧操作期間，引導(dǎo)電流通過(guò)電源(未示出)和電源接觸件640之間。引導(dǎo)電流從電源接觸件640通到接觸元件612，并從接觸元件612通過(guò)彈性導(dǎo)電件614到達(dá)電極本體602，使得彈性導(dǎo)電件614基本上承載整個(gè)引導(dǎo)電弧電流。當(dāng)電極本體602遠(yuǎn)離噴嘴(未示出)移動(dòng)以產(chǎn)生電弧時(shí)，相應(yīng)表面620移動(dòng)到與接觸元件612的第二表面618電連通和/或直接接觸，且接觸表面622移動(dòng)到與電源接觸件的第二接觸表面648電連通和/或直接接觸?；旧纤械那懈铍娏鲝碾娫唇佑|件640通過(guò)接觸元件612通到電極本體602和直接通到電極本體602。在轉(zhuǎn)移電弧操作期間，彈性導(dǎo)電件614不承載主要電流量。
[0140]在某些實(shí)施例中，第一相應(yīng)表面646或第二相應(yīng)表面648在轉(zhuǎn)移電弧操作期間基本上將所有的電流通入電極本體602。多個(gè)相應(yīng)表面646、648可減少電極本體602的第一接觸表面622或接觸元件612的第一接觸表面616上的物理磨損。這種構(gòu)造通過(guò)降低與電源接觸件640與接觸元件612和電極本體602中的每一個(gè)之間直接接觸相關(guān)的機(jī)械負(fù)載來(lái)減少磨損。減少磨損可延長(zhǎng)電極600的壽命。
[0141]圖7A示出體現(xiàn)本發(fā)明的原理的示例性接觸元件、彈性件、以及電源接觸件的局部分解圖。兩件式電源連接件700包括基本上沿縱向軸線A對(duì)準(zhǔn)的電源接觸件702、接觸元件704以及彈性件706。電源接觸件702限定與空腔710相鄰的孔708，空腔710用于接納接觸元件704的軸向延伸部分712。部分712的直徑比空腔710的直徑稍小。第二彈性件714沿部分712的軸向延伸范圍徑向定尺寸，以提供相對(duì)于空腔710的充分摩擦來(lái)阻止部分712和接觸元件704與電源接觸件702脫開(例如摩擦配合)并限制接觸元件704的徑向運(yùn)動(dòng)。在某些實(shí)施例中，第二彈性件714是例如由鈹銅制成并由賓夕法尼亞州的哈里斯堡的泰科電子公司(Tyco Electronics Corp.)的Louvertac?彈簧。其它銅合金也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在某些實(shí)施例中，第二彈性件714鍍有導(dǎo)電金屬，例如金、銀、鎳或錫。在某些實(shí)施例中，第二彈性件714是導(dǎo)電的并使由電源(未示出)供應(yīng)的電流的一部分通過(guò)電源接觸件702和接觸元件704之間。彈性件706可在引導(dǎo)電弧引發(fā)期間使弓I導(dǎo)電流通過(guò)電源和電極本體之間。
[0142]電源接觸件702限定與孔708相鄰的表面716，用于將電流通到接觸元件704的第一相應(yīng)表面718，第一表面718與延伸部分712相鄰。接觸元件704還包括用于反作用于第一彈性件706的與第一表面718相反的第二表面720。接觸元件704包括從第二表面720軸向突出的部分722且直徑比彈性件706的內(nèi)徑小，使得彈性件706圍繞該部分722。該部分722構(gòu)造成與焊炬電極本體(未示出)的近端電連通。該部分722限定周界表面724和端表面726。在某些實(shí)施例中，周界表面724、端表面726、或兩者都與電極本體的相應(yīng)表面配合。彈性件706聯(lián)接到部件728。部件728設(shè)計(jì)成反作用于電極本體的相應(yīng)表面(未示出)以提供朝向電極本體的遠(yuǎn)端(未示出)的軸向力(例如，遠(yuǎn)離電源接觸件700)。在轉(zhuǎn)移電弧操作期間，氣體壓力反作用于電極本體的氣體反作用表面并克服軸向力以將電極本體軸向朝向近端移動(dòng)，直到周界表面724、端表面726或兩者反作用于電極本體的相應(yīng)部分。
[0143]在某些實(shí)施例中，部件728與彈性件706形成一體并由與彈性件706相同的材料制成。在某些實(shí)施例中，部件728是與彈性件706分開的部件和/或由與彈性件706不同的材料制成并固定到彈性件706。部件728示出為聯(lián)接到彈性件706的環(huán)形墊圈。也可使用部件728的其它構(gòu)造，例如圍繞彈性件706的相鄰軸向外部的圓形板或套筒設(shè)計(jì)(例如類似于以下參照?qǐng)D9所討論的接觸元件904)。這種構(gòu)造使得在電極本體的立體圖中看不到彈性件706，使得電極本體和部件728可基本上相對(duì)于電源接觸件702 —起移動(dòng)。更具體地說(shuō)，部件728相對(duì)于電極本體靜止并可相對(duì)于接觸元件704和電源接觸件702移動(dòng)。
[0144]在某些實(shí)施例中，部件728的第一表面(未示出)面向電極本體的相應(yīng)表面，且部件728的第二表面(未示出)面向接觸元件704的端表面726。在轉(zhuǎn)移電弧操作期間，部件728的第二表面與接觸元件704的端表面726直接接觸，且部件728的第一表面與電極本體直接接觸，以提供從電源通過(guò)電源接觸件702和接觸元件704到達(dá)電極本體的電流通路。
[0145]在某些實(shí)施例中，彈性件706是不導(dǎo)電的，且導(dǎo)電件(未示出)在引導(dǎo)電弧操作期間提供到部件728的電流通路。導(dǎo)電件可以是設(shè)置成例如通過(guò)軟焊、焊接或在接觸元件704或電源接觸件702和導(dǎo)電件之間建立電接觸的其它方式將該部件電連接到接觸元件704或電源接觸件702的金屬絲或?qū)щ姉l。
[0146]在轉(zhuǎn)移電弧操作期間，轉(zhuǎn)移電弧電流可經(jīng)由接觸元件704 (例如，通過(guò)周界表面724、端表面726、或兩者)和電極本體之間的直接接觸而通過(guò)。這種構(gòu)造可使用具有相對(duì)低額定電流的導(dǎo)電件來(lái)將引導(dǎo)電流通到電極本體，這允許使用相對(duì)小的導(dǎo)電件。較小的導(dǎo)電件有利于減少導(dǎo)電件和焊炬系統(tǒng)的移動(dòng)部分(例如，彈性件706和電極本體)之間的直接干涉。基本上所有的工作電流(例如引導(dǎo)電流和轉(zhuǎn)移電弧電流)通過(guò)部件728通到電極本體。
[0147]圖7B示出設(shè)置成等離子弧焊炬操作的圖7A的部件。接觸元件704的部分712行進(jìn)到空腔710內(nèi)，且第二彈性件714反作用于空腔710的內(nèi)表面(未示出)以使用摩擦來(lái)阻止接觸元件704脫開。接觸元件704的第一相應(yīng)表面718安置在與空腔710相鄰的表面716上或與之直接接觸，以提供從電源接觸件702到接觸元件704的電流通路。在某些實(shí)施例中，可更換接觸元件704或彈性件706而不更換電源接觸件702。因?yàn)殡娫唇佑|件702和接觸元件704之間的界面(例如,表面716和相應(yīng)表面718之間的界面)相對(duì)于電源接觸件702靜止，電源接觸件702不會(huì)像電流通路和實(shí)際界面重合的構(gòu)造中那樣快速地磨損。在某些實(shí)施例中，接觸元件704和電源接觸件702可形成單體(例如由相同材料制成)而不是兩個(gè)分開的部件。通過(guò)用兩件式電源連接件700來(lái)代替單體電源接觸件108和通過(guò)更換陰極塊116來(lái)便于電源連接件700，可將圖7A和7B的構(gòu)造用在例如圖1所示的現(xiàn)有接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬中。電源連接件700可如上所述地通過(guò)夾件或銷相對(duì)于電極本體相對(duì)靜止地固定。
[0148]圖8A示出安裝到等離子弧焊炬之前電極本體、彈性導(dǎo)電件和接觸元件的另一實(shí)施例的剖視圖。電極800包括基本上相對(duì)于縱向軸線A對(duì)準(zhǔn)的電極本體802、接觸元件804和彈性導(dǎo)電件806。圖8A示出可設(shè)置在等離子弧焊炬本體(未示出)內(nèi)的電極800的近端808。電極本體802的特征是從電極本體802徑向延伸的肩部810。肩部810限定第一表面812和第二表面814。在某些實(shí)施例中，第一表面812用作限制表面，該限制表面構(gòu)造成與接觸元件804的相應(yīng)表面816接觸并防止存在軸向力(例如通過(guò)彈性導(dǎo)電件806、氣體壓力或在某些情況下是重力提供)時(shí)接觸元件804與電極本體802脫開。肩部810的第二表面814構(gòu)造成與彈性導(dǎo)電件806的表面818配合以形成反作用界面。
[0149]接觸元件804限定第一表面820和第二表面822。第一表面820設(shè)計(jì)或構(gòu)造成安置在電源接觸件(未示出)的相應(yīng)表面(未示出)上或與該表面相配以建立直接接觸和電連通。接觸元件804的第二表面822設(shè)計(jì)或構(gòu)造成對(duì)應(yīng)于由電極本體802限定的表面826。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件806與接觸元件804的第二表面822配合以提供軸向力。接觸元件804限定插孔828。插孔828的尺寸設(shè)置成使彈性導(dǎo)電件806能夠圍繞電極本體802的一部分830設(shè)置并設(shè)置在接觸元件的插孔828內(nèi)。
[0150]在某些實(shí)施例中，在引導(dǎo)電弧操作期間，接觸元件804的第一表面820與電源接觸件電連通(和/或直接接觸)。電源接觸件向第一表面820提供電流,該電流橫穿接觸元件804轉(zhuǎn)移到第二表面822。電流可經(jīng)由彈性導(dǎo)電件806和第二表面822之間的界面通過(guò)接觸元件804和彈性導(dǎo)電件806之間。彈性導(dǎo)電件806提供用于使電流通過(guò)電源接觸件和電極本體802之間的電流通路。例如，電流在表面818和肩部810的相應(yīng)第二表面814之間的界面處通過(guò)電極本體802和彈性導(dǎo)電件806之間。一般而言，當(dāng)電極800安裝于等離子弧焊炬時(shí)，插孔828、彈性導(dǎo)電件806和/或表面812協(xié)作以限制電極本體802的徑向運(yùn)動(dòng)。
[0151]圖SB示出轉(zhuǎn)移電弧模式期間圖8A的部件的構(gòu)造。在引導(dǎo)電弧模式期間，氣體壓力反作用于電極本體802，以克服彈性導(dǎo)電件806沿軸向遠(yuǎn)離近端808的推壓作用來(lái)移動(dòng)電極本體802，具體地是表面826與接觸元件804的相應(yīng)第二表面822接觸。在該構(gòu)造中，可在接觸元件804和電極本體802之間直接形成電連通，且可為轉(zhuǎn)移電弧操作增加電流。在某些實(shí)施例中，接觸元件804限定遠(yuǎn)離電極本體802的表面842的端表面840。在某些實(shí)施例中，端表面840通過(guò)反作用于表面842而接觸或“觸底”，以提供接觸元件804和電極本體802之間的第二電流通路。
[0152]圖9示出體現(xiàn)本發(fā)明的電極的另一實(shí)施例的剖視圖。電極900包括基本上沿縱向軸線A對(duì)準(zhǔn)的電極本體902、接觸元件904和彈性導(dǎo)電件906。電極本體902限定徑向延伸表面908,該延伸表面可反作用于彈性導(dǎo)電件906的表面910以阻止彈性導(dǎo)電件906與電極本體902脫開(例如夾住)。彈性導(dǎo)電件906或表面910可沿縱向軸線A軸向行進(jìn)并壓迫或按壓在表面908上以形成徑向過(guò)盈配合。也可使用其它類型的配合來(lái)阻止彈性導(dǎo)電件906與電極本體902脫離。
[0153]接觸兀件904限定插孔912、第一表面914和第二表面916,第一表面用于與等離子弧焊炬(未示出)的電源接觸件的相應(yīng)表面電連通和/或直接接觸，第二表面用于與電極本體902的相應(yīng)表面918電連通和/或直接接觸。插孔912的尺寸可設(shè)置成使插孔的內(nèi)徑稍小于彈性導(dǎo)電件906的外徑。接觸元件904和插孔912可按壓在或壓迫在彈性導(dǎo)電件906上以建立彈性導(dǎo)電件906的一部分和插孔912之間的摩擦或其它類型的配合。在某些實(shí)施例中，可使用替代或附加連結(jié)或配合結(jié)構(gòu)來(lái)將接觸元件904固定到彈性導(dǎo)電件906和電極900。一般而言，當(dāng)電極900安裝在等離子弧焊炬內(nèi)時(shí)，插孔912與彈性導(dǎo)電件906協(xié)作以徑向限制電極本體902。
[0154]圖1OA是體現(xiàn)本發(fā)明的原理的示例性接觸元件和彈性導(dǎo)電件的立體圖。系統(tǒng)1000包括接觸元件1002和設(shè)置在接觸元件1002的插孔1006內(nèi)的彈性導(dǎo)電件1004。接觸元件1002包括限定一個(gè)或多個(gè)通孔1010以促進(jìn)圍繞系統(tǒng)1000的氣體通過(guò)的凸緣1008。在某些實(shí)施例中，當(dāng)氣體圍繞電極本體移動(dòng)時(shí)通孔1010賦予氣體以渦流運(yùn)動(dòng)，例如以冷卻電極本體或等離子弧焊炬。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件1004固定或緊固(例如結(jié)合)到接觸元件1002。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電件1004與接觸元件1002形成一體。
[0155]圖1OB示出在引導(dǎo)電弧操作期間采用圖1OA的部件的等離子弧焊炬的一部分的剖視圖。焊炬1020包括基本上沿縱向軸線A對(duì)準(zhǔn)的接觸元件1002、彈性導(dǎo)電件1004、電極本體1022和電源接觸件1024。在某些實(shí)施例中，電源接觸件1024與電源(未示出)電連通。電源接觸件1024被焊炬部件1026圍繞，焊炬部件1026與接觸元件1004的外表面1028協(xié)作來(lái)限定氣體通道1030?？扇缫陨蠀⒄?qǐng)D2A所討論的那樣供應(yīng)氣體以產(chǎn)生等離子弧和工件處理。通過(guò)朝向電源接觸件1024圍繞電極本體1022流動(dòng)(例如通過(guò)由翼片1032引導(dǎo)的圍繞電極本體1022的渦流)而釋放焊炬1020內(nèi)的氣體壓力。氣體可流動(dòng)通過(guò)接觸元件1004內(nèi)的孔1010并沿著氣體通道1030遠(yuǎn)離電極本體1022。
[0156]在所示實(shí)施例中，凸緣1008設(shè)置在焊炬部件1026的表面1034和渦流環(huán)1038的表面1036之間。在某些實(shí)施例中，圖1OA的系統(tǒng)1000是消耗部件并安裝在焊炬1020內(nèi)，且電極本體1022比系統(tǒng)1000更為頻繁地更換。這例如可消耗和方便地更換電極本體1022而不必拆開焊炬1020。在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)1000通過(guò)過(guò)盈配合相對(duì)于電源接觸件1024固定。例如，系統(tǒng)1000位于焊炬1020內(nèi)，且渦流環(huán)1038相對(duì)于焊炬部件1026的外表面1040固定(例如通過(guò)螺紋)，以將凸緣1008相對(duì)于焊炬部件1026、電源接觸件1024和/或焊炬1020軸向和/或徑向固定。在某些實(shí)施例中，凸緣反作用于或安置于焊炬1020的其它部件。
[0157]系統(tǒng)1000的一個(gè)或多個(gè)部件可與渦流環(huán)1038形成一體。例如，凸緣1008可結(jié)合或以其它方式固定到渦流環(huán)1038以形成一體部件。在某些實(shí)施例中，接觸元件1002在機(jī)加工和制造過(guò)程中由與渦流環(huán)1038相同的材料制成。彈性件1004可通過(guò)例如徑向過(guò)盈配合或其它固定方法固定到接觸元件1002-渦流環(huán)1038組合。在某些實(shí)施例中，彈性件1004未固定到接觸元件1002或渦流環(huán)1038。
[0158]電極本體1022可朝向電源接觸件1024移動(dòng)(例如通過(guò)氣體壓力)，使得電極本體1022的表面1042與接觸元件1002的相應(yīng)表面1044配合以建立電連通和直接接觸。與焊炬1020的轉(zhuǎn)移電弧操作相關(guān)的電流通過(guò)電極本體1022和接觸元件1002之間。
[0159]圖1lA示出用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的示例性接觸元件。接觸元件1100包括第一表面1102、第二表面1104、延伸部分1106和限制部分1108。第一表面1102構(gòu)造成與等離子弧焊炬的電源接觸件(未示出)電連通。例如，通過(guò)與電源接觸件的相應(yīng)表面(未示出)的直接接觸可建立電連通。第二表面1104構(gòu)造成與電極本體(未示出)、彈性導(dǎo)電件或兩者電連通。例如,可通過(guò)第二表面1104與電極本體的相應(yīng)表面之間的直接接觸建立與電極本體的電連通。在某些實(shí)施例中，電源接觸件和第一表面1102之間的直接接觸和電極本體和第二表面之間的直接接觸建立電流流過(guò)電源接觸件(例如電源)和電極本體之間的路徑。
[0160]接觸元件的延伸部分1106與限制部分1108相鄰。在某些實(shí)施例中，延伸部分和限制部分形成一體(例如由相同材料制成)。延伸部分1106從第二表面1104垂直突出。如圖所示，延伸部分1106限定具有一直徑的圓形橫截面，但也可以是其它幾何形狀。限制部分1108的寬度w超過(guò)延伸部分1106的直徑，且限制部分1108的厚度t小于該直徑。
[0161]圖1lB示出圍繞豎直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)90°的圖1lA的接觸元件。在某些實(shí)施例中，限制部分1108和延伸部分1106沿如圖1lB所示的第一定向行進(jìn)入電極本體(未示出)的插孔內(nèi)。與插孔相鄰的開口尺寸設(shè)置成使限制部分1108和延伸部分1106能夠進(jìn)入插孔。但是，圍繞豎直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)(例如，如圖1A所示)接觸元件1100可將接觸元件1100定位成限制部分1108反作用于插孔的一部分以阻止接觸元件與電極本體脫開。接觸元件1100可以其它方式(例如通過(guò)螺紋或通過(guò)過(guò)盈配合)固定到電極本體。
[0162]圖12A是用在接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的組件1200的局部剖開立體圖。組件1200包括電極1204、中空本體1208、彈性件1212和電源接觸件1216。電極1204包括電極本體1220，電極本體包括用于容納發(fā)射件1228的遠(yuǎn)端1224。電極1204還包括遠(yuǎn)離遠(yuǎn)端1224設(shè)置的端部1232。端部1232相對(duì)于遠(yuǎn)端1224 (例如與電極本體1220相鄰)設(shè)置。電極本體1220包括一組螺旋形溝槽1236，用于引導(dǎo)氣流或促進(jìn)組件1200的冷卻。例如當(dāng)組件1200安裝在焊炬(未示出)內(nèi)時(shí)，電極1204可沿軸線A移動(dòng)，以可滑動(dòng)地與中空本體1208的內(nèi)表面1204配合。中空本體1208包括前部1244和后部1248。在一實(shí)施例中，前部1248包括從外表面1256到內(nèi)表面1240的一個(gè)或多個(gè)孔1252?？?252可賦予流過(guò)組件1200的氣體以相對(duì)于軸線A的渦流運(yùn)動(dòng)。具有用于產(chǎn)生渦流氣流的這種孔1252的中空本體1208通常稱為渦流環(huán)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，渦流環(huán)僅是中空本體1208的變型，且本文所揭示的系統(tǒng)能夠用于中空本體1208中或渦流環(huán)構(gòu)造中。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，中空本體可與焊炬的一部分形成一體。
[0163]電極1204的端部1232包括沿軸線A軸向延伸的部分1260。該部分1260包括沿第一方向(例如徑向遠(yuǎn)離軸線A)的第一長(zhǎng)度1264 (或距離)和沿第二方向(例如徑向遠(yuǎn)離軸線A并垂直于第一方向)的第二長(zhǎng)度1268 (或距離)。中空本體1208包括相對(duì)于內(nèi)表面1240設(shè)置(例如限定在內(nèi)表面1240上)的肩部1272。肩部1272還可稱為成型部、臺(tái)階或凸緣并可具有相對(duì)于內(nèi)表面1240的各種幾何形狀(例如半圓、三角形、矩形或不規(guī)則多邊形幾何形狀)。肩部1272限定第一部分1276和第二部分1280。第一部分1276和第二部分1280協(xié)作以形成電極1240的部分1260可移動(dòng)通過(guò)的成型開口。更具體地說(shuō)，第二部分1280位于距離軸線A—段距離處，該距離足以便于第二長(zhǎng)度1268可滑動(dòng)地穿過(guò)其中。第一部分1276與第二部分1280協(xié)作以限定具有槽1284的開口，槽1284的尺寸比第一長(zhǎng)度1264大得足夠多以便于第一長(zhǎng)度1264可滑動(dòng)地穿過(guò)其中。電極1204安裝在焊炬內(nèi)中空本體1208中，使得部分1260可沿軸線A軸向移動(dòng)并往復(fù)穿過(guò)由第一部分1276和第二部分1280限定的開口。
[0164]部分1260還包括表面1288，表面1288包括用于與彈性件1212電連通的第一區(qū)域1290和用于例如通過(guò)與電源接觸件1216的相應(yīng)表面1294直接接觸而與電源接觸件1216電連通的第二區(qū)域1292。彈性件1212彈性地朝向遠(yuǎn)端1224推壓電極1204。當(dāng)安裝噴嘴時(shí)，通過(guò)與遠(yuǎn)端1224直接接觸的噴嘴(未示出)來(lái)阻止電極1204從焊炬彈出。噴嘴固定到焊炬使得部分1260 (例如通過(guò)第一區(qū)域1290)與彈性件1212直接接觸。例如，安裝噴嘴推壓部分1260穿過(guò)槽1284并將第一區(qū)域1290定位成與彈性件1212直接接觸。當(dāng)安裝噴嘴時(shí)，彈性件被壓縮。
[0165]彈性件1212定位在肩部1272和電源接觸件1236的凸緣1296之間。彈性件1212保持或夾在中空本體1208 (例如通過(guò)肩部1272)和電源接觸件1216 (例如通過(guò)凸緣1296)之間。因此肩部1272保持彈性件1212并便于電極1204觸及彈性件1212和電源接觸件1216。
[0166]電源接觸件1216與電源(未示出)電連通。在引導(dǎo)電弧引發(fā)期間，電源向電源接觸件1216提供引導(dǎo)電弧電流，且該電流從凸緣1296流動(dòng)通過(guò)彈性件1212到達(dá)電極1204的第一區(qū)域1290。在引導(dǎo)電弧引發(fā)期間，等離子氣體(未示出)圍繞電極流動(dòng)，且等離子氣體增加電極1204上的流體壓力。壓力朝向電源接觸件1216軸向移動(dòng)電極1204并將其移動(dòng)到與之直接接觸。電極1204和噴嘴的實(shí)際分離在噴嘴和電極1204之間形成的等離子腔(未示出)內(nèi)產(chǎn)生引導(dǎo)電弧。壓力將電極1204移動(dòng)到與電源接觸件1216直接接觸和電連通以進(jìn)行轉(zhuǎn)移電弧操作。當(dāng)電極1204與電源接觸件接觸時(shí)，部分1260設(shè)置在槽1284內(nèi)。
[0167]在轉(zhuǎn)移電弧操作期間，轉(zhuǎn)移電弧電流通過(guò)部分1260的表面1280的第二區(qū)域1292和電源接觸件1216的相應(yīng)表面1294之間的直接接觸，從電源通過(guò)電源接觸件1216流到電極1204。在轉(zhuǎn)移電弧操作期間，氣體壓力增加以形成用于處理工件(未示出)的等離子射流。
[0168]盡管示出組件1200為第一區(qū)域1290直接與彈性件1212直接接觸，但也可能是其它構(gòu)造。例如，彈性件1212可包括固定到彈性件1212的諸如環(huán)形、墊圈狀板之類的分離接觸表面(未示出)以與電極1204直接接觸和電連通。類似地，電源接觸件1216的相應(yīng)表面1294可鍍有或涂有材料使得電極1204與鍍層或涂層接觸而不是與電源接觸件1216本身接觸。這些構(gòu)造也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0169]在某些實(shí)施例中，中空本體1208的前部1244和后部1248形成一體(例如由同一件相同材料制成)。在某些實(shí)施例中，前部1244和后部1248由不同材料制成，例如前部1244可由絕緣材料制成,且后部1248可由導(dǎo)電材料制成。
[0170]在某些實(shí)施例中，槽1284的尺寸或大小明顯大于第一長(zhǎng)度1264以便于電極1204在中空本體1208內(nèi)圍繞軸線A的某些角位移(例如，當(dāng)部分1260設(shè)置在槽1284內(nèi)時(shí))。槽1284也可抵抗電極1204圍繞軸線A的角位移，例如通過(guò)反作用于部分1260來(lái)阻止角位移。在某些實(shí)施例中，表面1288的第一區(qū)域1209和第二區(qū)域1292不共面或不形成相同表面的各區(qū)域。例如，第一區(qū)域1290可軸向遠(yuǎn)離第二區(qū)域1292地設(shè)置，使得電極1204的部分1260包括軸向臺(tái)階、凸緣或肩部(未示出)。
[0171]圖12B是圖12A的組件1200的分解立體圖，其中中空本體1208的一部分被切除。圖12B的視圖示出安裝在等離子弧焊炬(未示出)之前分解構(gòu)造下的電極1204、中空本體1208、彈性件1212和電源接觸件1216。組裝時(shí)，電極1204可滑動(dòng)地與中空本體1208配合，使得不需要螺紋就可將電極1204附連到中空本體1208。示出彈性件1212的表面1297。當(dāng)彈性件1212設(shè)置在焊炬內(nèi)時(shí)，表面1297與中空本體1208的肩部1272接觸。第一區(qū)域1290移動(dòng)通過(guò)槽1284并與彈性件1212的表面1297的至少一部分直接接觸和電連通。
[0172]圖12C是圖12A的組件1200的一部分的正視圖。圖12C示出中空本體1208、電源接觸件1216以及彈性件1212的表面1297。未示出電極1204，但可參照?qǐng)D12A中所示的電極1204的各個(gè)特征。中空本體1208包括肩部1272。肩部1272限定第一部分1276和第二部分1280，該兩部分協(xié)作以形成電極1204的部分1260可移動(dòng)通過(guò)的成型開口。如圖所示，當(dāng)電極1204安裝在焊炬內(nèi)時(shí)，第一部分1276和第二部分1280協(xié)作以形成電極1204的部分1260可移動(dòng)(例如，通過(guò)往復(fù)滑動(dòng))穿過(guò)的開口內(nèi)的槽1284A和1284B。在這種構(gòu)造中，中空本體1208內(nèi)的槽1284A和1284B具有與電極的部分1260的形狀互補(bǔ)的形狀。槽1284A和1284B形狀的互補(bǔ)在于它們可構(gòu)形成接納電極的部分1260。但是，槽1284A和1284B的形狀不需要與電極的部分1260的形狀匹配。而是，槽1284A和1284B的形狀僅需要能夠允許電極的部分1260可通過(guò)(clearance)。
[0173]在某些實(shí)施例中，第一部分1276和第二部分1280協(xié)作以形成具有一槽1284A或1284B (但不是兩者)的成型開口。槽1284A和1284B中的每一個(gè)由彼此平行的兩個(gè)部分1285限定。兩個(gè)部分1285還可限定其它幾何形狀或定向，例如，兩個(gè)部分1285可相對(duì)于軸線A徑向定向(例如，以形成三角形槽1284)。兩個(gè)部分1285還可以是圓形、半圓形或其它彎曲形狀。一般而言，兩個(gè)部分1285可限定使電極的部分1260能夠穿過(guò)肩部1272 (例如，穿過(guò)由第一部分1276和第二部分1280所限定的開口)的任何幾何形狀。
[0174]從軸線A到第二部分1280的距離(I1大于從軸線A到第一部分1276的距離d2。從軸線A到彈性件1212的距離d3大于距離d2且小于距離Cl1。在某些實(shí)施例中，距離d3可小于距離d2 (例如，當(dāng)環(huán)形板(未示出)固定到彈性件1212時(shí))。從軸線A到電源接觸件1216的距離d4小于距離d3，以便于第二區(qū)域1292穿過(guò)彈性件1212并與電源接觸件1216的相應(yīng)表面1294直接接觸和電連通。
[0175]在某些實(shí)施例中，電極1204不移動(dòng)穿過(guò)肩部，例如，當(dāng)部分1260和槽1284A和1284B不對(duì)準(zhǔn)時(shí)。在這種構(gòu)造中，部分1260與肩部1272接觸，這阻止部分1260穿過(guò)其中。在某些實(shí)施例中，電極1204可以可靠地設(shè)置在焊炬內(nèi)。例如，部分1260可整個(gè)穿過(guò)肩部1272與彈性件1212接觸(例如，通過(guò)第一區(qū)域1290)。部分1260壓縮彈性件1212。彈性件1212朝向遠(yuǎn)端1224推壓電極1204。在部分1260圍繞軸線A角位移時(shí)，肩部1272的近表面(未示出)阻止電極1204的遠(yuǎn)向移動(dòng)。部分1260和肩部1272的近表面之間的相互作用防止彈性件1212使電極1204從中空本體1208和/或焊炬中彈出。
[0176]在某些實(shí)施例中，部分1260具有圍繞主線A定中心的圓形構(gòu)造。在這些實(shí)施例中，部分1260包括與彈性件1212直接接觸和電連通的第一區(qū)域1290 (例如，圓形構(gòu)造的環(huán)形外周界)和與電源接觸件1216電連通和直接接觸的第二區(qū)域1292 (例如，設(shè)置在環(huán)形外周界內(nèi)的區(qū)域)。如上所述，第一區(qū)域1290和第二區(qū)域1292可以共面(例如，相同表面的部分)或不共面(例如，不同表面的部分)。在替代性實(shí)施例中，第一區(qū)域1290可以是沿電極1204的縱向軸線的長(zhǎng)度設(shè)置的分開的徑向延伸部分(未示出)，諸如徑向延伸穿過(guò)電極1204的銷。徑向延伸部分以與第一區(qū)域1290相同的方式起作用，通過(guò)提供用于將電極1204電聯(lián)接到彈性件1212的機(jī)構(gòu)來(lái)傳導(dǎo)引導(dǎo)電弧。在一實(shí)施例中，徑向延伸部是可穿過(guò)肩部1272的細(xì)長(zhǎng)肩部或銷，同時(shí)仍使彈性件1212能夠保持在中空本體1208內(nèi)。在這種實(shí)施例中，肩部1272設(shè)置成朝向電極的遠(yuǎn)端沿著在中空本體1208的軸向長(zhǎng)度更向下。
[0177]圖13A是用在接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極1300的立體圖。電極1300類似于圖12A中所示的電極1204。電極包括遠(yuǎn)端1304和第二端1308。第二端1308包括沿軸線A軸向延伸的延伸部分1312。延伸部分1312限定三個(gè)部分1316AU316B和1316C(也稱為“翼片”)，三個(gè)部分都遠(yuǎn)離軸線A延伸。三個(gè)部分1316AU316B和1316C中的每一個(gè)限定第一長(zhǎng)度I1和比第一長(zhǎng)度I1長(zhǎng)的第二長(zhǎng)度12。在某些實(shí)施例中，三個(gè)部分1316AU316B和1316C中的每一個(gè)的第一長(zhǎng)度I1和第二長(zhǎng)度I2的值相同。三個(gè)部分1316AU316B和1316C中的每一個(gè)的第一長(zhǎng)度I1和第二長(zhǎng)度I2的值也可以不同。不出長(zhǎng)度I1和I2方向彼此垂直。在某些實(shí)施例中，長(zhǎng)度^和I2在其它構(gòu)造中可定向成例如徑向遠(yuǎn)離軸線A分別朝向點(diǎn)1320A和1320B。也可能有長(zhǎng)度I1和I2的其它方向。
[0178]如圖所示，三個(gè)部分1316AU316B和1316C中的每一個(gè)以等角間距構(gòu)造(例如部分1316A、1316B和1316C中每一個(gè)之間的角度Θ約為120° )圍繞軸線A設(shè)置。但是，三個(gè)部分1316AU316B和1316C可設(shè)置成非等角間距的圍繞軸線A的其它角度構(gòu)造。
[0179]三個(gè)部分1316A、1316B和1316C中的每一個(gè)包括用于與彈性件(未示出)的相應(yīng)表面(未示出)電連通和/或直接接觸的相應(yīng)的第一區(qū)域1324AU324B和1324C。三個(gè)部分1316A、1316B和1316C中的每一個(gè)包括用于與電源接觸件(未不出)的相應(yīng)表面(未不出)電連通和/或直接接觸的 相應(yīng)的第二區(qū)域1328AU328B和1328C。
[0180]如圖所示,每個(gè)部分1316A、1316B和1316C的第一區(qū)域1324A、1324B和1324C示出為與相應(yīng)第二部分1328A、1328B和1328C共面。在某些實(shí)施例中，第一區(qū)域1324A、1324B和1324C不與相應(yīng)第二區(qū)域1328A、1328B和1328C不共面。在某些實(shí)施例中，第二區(qū)域1328A、1328B和1328C不與其它第二區(qū)域彼此共面。在某些實(shí)施例中，三個(gè)部分的子集(例如1316A和1316B)與彈性件電連通，而其它部分(例如1316C)不與彈性件電連通。不與彈性件電連通的部分(例如1316C)可提供對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)或增加的表面面積以改進(jìn)對(duì)電極的冷卻。在轉(zhuǎn)移電弧操作期間，部分1316C仍可移動(dòng)到與電源接觸件直接接觸和電連通。在某些實(shí)施例中，第一區(qū)域1324A、1324B和1324C或第二區(qū)域1328A、1328B和1328C或兩者可與延伸部分1312重合。例如，通過(guò)與延伸部分1312電連通(例如，通過(guò)上述滑動(dòng)電接觸)，引導(dǎo)電流和/或轉(zhuǎn)移電弧電流可流過(guò)電源和電極1300之間。
[0181]圖13B是用于圖13A的電極1300的組件1340的正視圖。組件1340包括中空本體1344、彈性件1348和電源接觸件1352。該組件類似于圖12C中所示的組件1200。組件1340構(gòu)造成用于圖13A的電極1300。更具體地說(shuō)，中空本體1344包括具有第一部分1360和第二部分1364的肩部1356，兩部分協(xié)作以形成具有三個(gè)槽1368AU368B和1368C的成型開口。開口和三個(gè)槽1368A、1368B和1368C便于相應(yīng)部分1316A、1316B和1316C移動(dòng)穿過(guò)開口并與彈性件1348直接接觸和電連通。如上所述，示出槽1368AU368B和1368C的尺寸大約與部分1316A、1316B和1316C的尺寸相同；但是，槽1368A、1368B和1368C可比相應(yīng)部分1316AU316B和1316C大(例如，周向更大)。
[0182]圖14A-14B、15A-15B和16示出類似于上述實(shí)施例地操作的電極和組件的替代性實(shí)施例。
[0183]圖14A是用在接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極1400的立體圖。電極1400包括四個(gè)部分 1404A、1404B、1404C 和 1404D。
[0184]圖14B是用于圖14A的電極1400的組件1420的正視圖。組件1420包括中空本體1424，中空本體包括肩部1428，該肩部1428包括第一部分1432和第二部分1436，該兩部分限定具有四個(gè)槽1440A、1440B、1440C和1440D的成型開口，以便于四個(gè)相應(yīng)部分1404A、1404BU404C和1404D穿過(guò)成型開口并與彈性件1444和電源接觸件1448直接接觸和/或電連通。
[0185]圖15A是用在接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極1500的立體圖。電極1500包括五個(gè)部分 1504A、1504B、1504C、1504D 和 1504E。
[0186]圖15B是用于圖15A的電極1500的組件1520的正視圖。組件1520包括中空本體1524，中空本體包括肩部1528，肩部限定成型開口，以便于五個(gè)相應(yīng)部分1504AU504B、1504CU504D和1504E穿過(guò)成型開口并與彈性件1532和電源接觸件1536直接接觸和/或電連通。電極1500可以類似于上述用于圖12A的電極1204、圖13A的電極1300和圖14A的電極1400的方式使用。
[0187]等離子弧焊炬的工作電流的值可與特定電極所包括的部分的數(shù)量(例如，圖13A的三個(gè)部分1316A-1316C、圖14A的四個(gè)部分1404A-1404D、或圖15A的五個(gè)部分1504A-1504E)有關(guān)或相關(guān)。例如，，具有三個(gè)部分1316A-1316C的電極可用于在轉(zhuǎn)移電弧操作期間在約60安培下工作的焊炬。具有四個(gè)部分1404A-1404D的電極可用于在轉(zhuǎn)移電弧操作期間在約80安培下工作的焊炬。具有五個(gè)部分1504A-1504E的電極可用于在轉(zhuǎn)移電弧操作期間在約100安培下工作的焊炬。采用圖13A、14A和15A中所示的設(shè)計(jì)的電極可分別用于構(gòu)造有如圖13B、14B和15B所示成型開口的焊炬。在某些實(shí)施例中，電極可包括五個(gè)以上的部分。
[0188]通過(guò)將翼片的數(shù)量與焊炬工作電流相關(guān)聯(lián)，可確保使用用于焊炬的給定工作電流的正確電極。例如，在60安培焊炬的工作中，使用具有三個(gè)槽1368AU368B和1368C的中空本體1344會(huì)接納具有相應(yīng)數(shù)量部分(或“翼片”)，例如三個(gè)部分1316A-1316C的60安培的電極。另一方面，如果使用者試圖在構(gòu)造有三個(gè)槽1368AU368B和1368C的60安培焊炬中使用100安培電極，例如，具有五個(gè)部分1504A-1504E的電極1500，電極1500和中空本體1344會(huì)不相配。五個(gè)部分1504A-1504E被阻止穿過(guò)三個(gè)槽1368A — 1368C。通過(guò)采用這種系統(tǒng)，可對(duì)特定電極優(yōu)化特定焊炬。因此，在某些實(shí)施例中，防止使用者將具有五個(gè)翼片的電極(例如電極1500)用于未對(duì)該電極優(yōu)化的焊炬(例如，具有三個(gè)槽1368A-1368C的焊炬)。此外，阻止具有較少翼片(例如三個(gè)部分1316A-1316C)的電極(例如，電極1300)用于采用更多槽(例如中空本體1524的五個(gè)槽)的焊炬，這通過(guò)優(yōu)化流過(guò)電極的電流量來(lái)延長(zhǎng)電極的工作壽命。
[0189]圖16是用在接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極1600的立體圖。電極1600包括遠(yuǎn)端1604和第二端1608。第二端1608包括延伸部分1612，延伸部分1612限定具有直徑(I1的表面1616。兩個(gè)區(qū)域1620A和1602B沿軸線A從表面1616延伸。區(qū)域1620A和1620B各限定相應(yīng)端表面1624A和1624B。端表面1624A和1624B可用于與彈性件的相應(yīng)表面(例如，圖12C的彈性件1212的表面1297)直接接觸和電連通。用于引導(dǎo)電弧引發(fā)的電流通過(guò)表面1624A和1624B和區(qū)域1620A和1620B在彈性件(未示出)和電極1600之間流過(guò)。在引導(dǎo)電弧引發(fā)期間電極1600沿向近端的方向移動(dòng)(例如，遠(yuǎn)離遠(yuǎn)端1604)時(shí)，區(qū)域1620A和1620B壓縮彈性件。表面1616移動(dòng)到與電源接觸件(未示出)的相應(yīng)表面(未示出)，如圖12A的電源接觸件1216的表面1294直接接觸和電連通以進(jìn)行轉(zhuǎn)移電弧操作。
[0190]區(qū)域1620A和1620B還限定相應(yīng)延伸表面1628A和1628B。區(qū)域1620A和1620B可穿過(guò)圖12C的槽1284A和1284B (例如，由肩部1272的第一部分1276和第二部分1280限定的槽1284A和1284B)。延伸部分1628A和1628B可反作用于槽1284A和1284B以阻止或抵抗電極1600在焊炬中圍繞軸線A的角位移。如圖所示，區(qū)域1620A和1620B基本上平行于軸線A。也可使用區(qū)域1620A和1620B的其它構(gòu)造或?qū)?zhǔn)結(jié)構(gòu)。區(qū)域1620A和1620B中的每一個(gè)限定比直徑Cl1小的直徑d2。
[0191]在某些實(shí)施例中，第二延伸部(未示出)從表面1616延伸并限定第二表面(未示出)。第二表面可平行于表面1616。第二延伸部分可向遠(yuǎn)端延伸(例如，朝向遠(yuǎn)端1604)以在第二端1608內(nèi)限定相對(duì)于表面1616的空腔(未示出)。第二延伸部分可向近端延伸(例如遠(yuǎn)離遠(yuǎn)端1604)以限定圓柱形或底座狀部分(未示出)。在這些實(shí)施例中，第二表面可移動(dòng)到與電源接觸件的相應(yīng)表面直接接觸和電連通以進(jìn)行轉(zhuǎn)移電弧操作。
[0192]區(qū)域1620A和1620B彼此直徑相對(duì)設(shè)置并距離軸線A相等間距。在某些實(shí)施例中，電極1600包括兩個(gè)以上的區(qū)域1620A和1620B(例如，分別用于圖13B、14B和15B的組件1340、1420和1520的三個(gè)、四個(gè)或五個(gè)區(qū)域)。在某些實(shí)施例中，電極1600僅包括一個(gè)區(qū)域1620A或1620B。在這些實(shí)施例中，區(qū)域1620A或1620B可平行于軸線A或與其對(duì)準(zhǔn)。在這種實(shí)施例中，肩部(例如肩部1272)可限定具有基本上連續(xù)周界(例如，沒(méi)有槽1284)的開口。開口的直徑可小于彈性件的外徑并大于彈性件的內(nèi)徑以阻止彈性件從焊炬移除。區(qū)域1620A或1620B的直徑小于開口的直徑但大于彈性件的內(nèi)徑，以便于區(qū)域1620A或1620B和彈性件之間的接觸。
[0193]盡管參照特定的實(shí)施例具體示出和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解可對(duì)其進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)的各種改變而不背離所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍。例如，盡管示出某些表面是平面的，但也可使用可具有其它的、非平面的幾何形狀，諸如球形、半球形、圓錐形和/或圓柱形幾何形狀的表面而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于與電源電連通的接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極，所述電極能在所述焊炬的等離子腔內(nèi)相對(duì)噴嘴移動(dòng)，所述電極包括: 細(xì)長(zhǎng)電極本體，所述電極本體由導(dǎo)電材料制成，其限定縱向軸線；以及接觸元件，所述接觸元件與所述電極本體的的近端相鄰，并包括第一表面和第二表面，第一表面促進(jìn)與電源的電連通，而第二表面的特征在于，(i)所述焊炬以傳遞電弧模式運(yùn)行時(shí)促進(jìn)與所述電極本體物理接觸，以及(ii)在引導(dǎo)電弧起動(dòng)期間不與所述電極本體物理接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的電極，其特征在于，所述電極本體還包括反作用表面，所述反作用表面用于與彈性件物理接觸，所述反作用表面相對(duì)于所述電極本體的所述近端隔開設(shè)置。
3.如權(quán)利要求2所述的電極，其特征在于，所述反作用表面由與所述電極本體形成一體的徑向延伸的凸緣形成。
4.如權(quán)利要求1所述的電極，其特征在于，還包括彈性件，所述彈性件與所述電極本體或所述接觸元件的至少一個(gè)電連通。
5.如權(quán)利要求4所述的電極，其特征在于，所述彈性件與所述電極本體或所述接觸元件的至少一個(gè)一體形成。
6.如權(quán)利要求4所述的電極，其特征在于，所述彈性件由所述電極本體保持。
7.如權(quán)利要求4所述的電極，其特征在于，所述電極本體還包括與其一體形成的反作用表面，所述彈性件設(shè)置在所述反作用表面和所述接觸元件的第二表面之間。
8.如權(quán)利要求4所述的電極，其特征在于，所述彈性件構(gòu)造成在引導(dǎo)電弧操作期間使基本上所有的引導(dǎo)電弧電流在所述電源和所述電極本體之間通過(guò)。`
9.如權(quán)利要求4所述的電極，其特征在于，，所述彈性件包括彈簧或金屬絲中的至少一個(gè)。
10.如權(quán)利要求4所述的電極，其特征在于，所述彈性體是不導(dǎo)電的。
11.如權(quán)利要求4所述的電極，其特征在于，還包括導(dǎo)電元件，所述導(dǎo)電元件被構(gòu)造成在引導(dǎo)電弧操作期間使基本上所有的引導(dǎo)電弧電流在所述電源和所述電極本體之間通過(guò)。
12.如權(quán)利要求1所述電極，其特征在于，所述接觸元件的至少一部分滑動(dòng)接合所述電極本體。
13.如權(quán)利要求12所述的電極，其特征在于，當(dāng)所述接觸元件滑動(dòng)接合所述電極本體時(shí)，所接觸元件的一部分促使引導(dǎo)電弧電流在所述接觸元件和所述電極本體之間通過(guò)。
14.如權(quán)利要求1所述的電極，其特征在于，所述接觸元件由所述電極本體保持。
15.如權(quán)利要求1所述的電極，其特征在于，所述接觸元件還包括限定對(duì)齊表面的連接構(gòu)件，所述對(duì)齊表面用于限制所述電極本體的徑向運(yùn)動(dòng)。
16.如權(quán)利要求15所述的電極，其特征在于，所述連接構(gòu)件與所述接觸元件一體形成。
17.如權(quán)利要求1所述的電極，其特征在于，所述電極本體還包括與所述電極本體的遠(yuǎn)離工件的近端相鄰設(shè)置的容器，所述容器被構(gòu)造成阻止所述接觸元件脫開。
18.一種用于與電源電連通的接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的接觸元件，所述接觸元件滑動(dòng)地安裝在所述焊炬的焊炬本體內(nèi)，并與焊炬本體內(nèi)設(shè)置的電極的近端相鄰，所述接觸元件包括:第一表面，所述第一表面用于促進(jìn)與所述電源的電連通；以及 第二表面，所述第二表面的特征在于，(i)當(dāng)所述焊炬以傳遞電弧模式運(yùn)行時(shí)促進(jìn)與所述電極的近端物理接觸，以及(ii)在引導(dǎo)電弧起動(dòng)期間不與所述電極物理接觸。
19.如權(quán)利要求18所述的接觸元件，其特征在于，還包括從所述第二表面延伸的連接構(gòu)件以可滑動(dòng)地與所述電極本體配合。
20.如權(quán)利要求19所述的接觸元件，其特征在于，所述連接構(gòu)件與所述第二表面形成一體。
21.如權(quán)利要求19所述的接觸元件，其特征在于，所述連接構(gòu)件還包括第三表面，所述第三表面構(gòu)造成在所述焊炬以傳遞電弧模式運(yùn)行時(shí)使傳遞電弧電流的一部分基本上通過(guò)所述電源和所述電極本體之間。
22.如權(quán)利要求18所述的接觸元件，其特征在于，還包括相鄰所述電極本體的近端的彈性件，所述彈性件用于在所述電極本體和所述接觸元件之間施加分離力。
23.如權(quán)利要求22所述的接觸元件，其特征在于，還包括用于圍繞所述電極本體的近端的一部分的容器部分。
24.如權(quán)利要求23所述的接觸元件，其特征在于，所述彈性件可設(shè)置在所述容器部分內(nèi)。
25.如權(quán)利要求18所述的接觸元件，其特征在于，所述第一表面或所述第二表面的中的至少一個(gè)限定環(huán)形表面。
26.如權(quán)利要求18所述的接觸元件，其特征在于，還包括第三表面，所述第三表面用于與所述電源電連通并用于在所述焊炬以傳遞電弧模式運(yùn)行時(shí)使傳遞電弧電流的一部分通過(guò)所述電源和所述電極本體之間。
27.如權(quán)利要求18所述的接觸元件，其特征在于，還包括限定軸線的對(duì)準(zhǔn)部分，所述對(duì)準(zhǔn)部分與所述電極本體的近端間隔開設(shè)置并構(gòu)造成限制所述電極本體的徑向移動(dòng)。
28.如權(quán)利要求18所述的接觸元件，其特征在于，還包括渦流環(huán)部分，用于以下功能中的至少一種:賦予流動(dòng)通過(guò)所述等離子弧焊炬的氣體以徑向運(yùn)動(dòng)、限制所述電極本體相對(duì)于所述焊炬的運(yùn)動(dòng)、將所述電極本體與所述焊炬的噴嘴電絕緣、將所述氣體引導(dǎo)到所述電極本體上的多個(gè)翼片、或其任何組合。
29.如權(quán)利要求28所述的接觸元件，其特征在于，其特征在于，所述接觸元件與所述渦流環(huán)部分制形成一體。
30.一種用于與電源電連通的接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極，所述電極能在所述焊炬的等離子腔內(nèi)相對(duì)噴嘴移動(dòng)，所述電極包括: 細(xì)長(zhǎng)電極本體，所述電極本體由導(dǎo)電材料制成，其限定縱向軸線； 接觸元件，所述接觸元件包括第一表面和第二表面，所述第一表面促進(jìn)與電源的電連通，而第二表面的特征在于當(dāng)所述焊炬以傳遞電弧模式運(yùn)行時(shí)促進(jìn)與所述電極本體物理接觸；以及 彈性件，所述彈性件與所述電極本體的近端相鄰，并且所述彈性件在所述接觸元件和所述電極本體之間施加分離力。
31.如權(quán)利要求30所述的電極，其特征在于，還包括導(dǎo)電件，所述導(dǎo)電件用于使基本上所有的引導(dǎo)電弧電流通向所述電極本體。
32.—種接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬，包括: 電源，所述電源用于向所述焊炬提供電流； 等離子腔，所述等離子腔由所述噴嘴和導(dǎo)電電極本體限定，并且所述導(dǎo)電電極本體滑動(dòng)安裝在焊炬內(nèi)且限定縱向軸線； 電源接觸件，所述電源接觸件設(shè)置在相對(duì)于所述等離子腔的靜止設(shè)置位置上，所述電源接觸件與所述電源電連通； 接觸元件，所述接觸元件包括第一表面和第二表面，第一表面與所述電源接觸件物理接觸，而第二表面的特征在于，(i)所述焊炬以傳遞電弧模式運(yùn)行時(shí)與所述電極本體物理接觸，以及(ii)在引導(dǎo)電弧起動(dòng)期間不與所述電極本體物理接觸；以及 彈性件，所述彈性件相鄰所述電極本體的近端，并且在所述接觸元件和所述電極本體之間施加分離力。
33.如權(quán)利要求32所述的等離子弧焊炬，其特征在于，所述電極本體適于當(dāng)焊炬在傳遞電弧模式運(yùn)行時(shí)克服所述彈性件的所述分離力并觸碰所述接觸元件的所述第二表面。
34.如權(quán)利要求32所述的等離子弧焊炬，其特征在于，還包括渦流環(huán)，所述渦流環(huán)向流過(guò)所述焊炬的氣體施加徑向運(yùn)動(dòng)。
35.如權(quán)利要求32所述的等離子弧焊炬，其特征在于，還包括屏蔽件，所述屏蔽件限定與所述噴嘴的出口孔相鄰設(shè)置的出口端口，所述屏蔽件安裝在保持帽上，所述保持帽由所述等離子弧焊炬的焊炬本體支承。
【文檔編號(hào)】B23K10/00GK103763846SQ201410052104
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2007年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2006年2月17日
【發(fā)明者】J·馬瑟, S·T·艾克霍夫, J·羅伯特 申請(qǐng)人:海別得公司