專利名稱：用于等離子弧焊炬的耗材部件的制作方法
用于等離子弧焊炬的耗材部件
背景技術(shù)：
等離子弧焊炬廣泛用于金屬材料的切割、焊接和熱處理。等離子弧焊炬通 常包括其中安裝有電極的陰極塊、焊炬安裝在焊炬本體內(nèi)具有中心出口孔的噴 嘴、電連接件、用于冷卻流體和弧控制流體的通道、控制形成在電極和噴嘴之 間的等離子腔內(nèi)流體流動(dòng)模式的渦流環(huán)、以及電源。維持等離子弧使電極、噴 嘴、渦流環(huán)和屏蔽件磨損而需要定期更換；因此，這些部件稱為"耗材"。
存在無需工具就能夠更換耗材部件的氣體冷卻等離子弧切割焊炬。但是， 這些氣體冷卻焊炬通常使用相同的流體(例如空氣)來支持切割過程并冷卻焊 炬。因?yàn)樵谶@種焊炬中僅使用一種氣體，所以就不需要在不同的焊炬部件之間 隔離不同的氣體(通過使用密封件、o形環(huán)等)。由于部件的大致較松的對準(zhǔn)， 氣體冷卻焊炬通常易于拆卸。
相比較而言，液體冷卻焊炬需要將焊炬部件之間的不同流體/氣體隔開的 緊密封。盡管這些密封有效地控制不同焊炬部件之間的流體/氣體流動(dòng)，但它們 還會(huì)緊緊地將焊炬部件保持在一起。于是，液體冷卻等離子切割焊炬通常需要 專門設(shè)計(jì)的工具來安裝和拆除各可消耗部件。例如，需要專門設(shè)計(jì)的工具來安 裝和拆除電極，同時(shí)需要另一種專門設(shè)計(jì)的工具來安裝和拆除噴嘴等。
發(fā)明內(nèi)容
由于各種因素促進(jìn)了對這些專門設(shè)計(jì)的工具的需要。一個(gè)因素包括耗材部 件的大小。例如，許多耗材部件具有小于1英寸(2.54cm)大小的外徑，用手 難以產(chǎn)生足夠的扭矩來安裝和拆除耗材部件。另一因素包括部件和焊炬本體的 配合直徑之間需要小間隙的耗材部件的精確對準(zhǔn)。例如，具有緊徑向間隙的部 件設(shè)計(jì)通常不能與焊炬本體自由匹配。又一因素包括在包含和分開液體冷卻劑 和處理氣體的耗材部件設(shè)計(jì)中包含諸如O形環(huán)密封件之類的密封件。安裝或拆除具有0形環(huán)密封件的耗材部件需要有一個(gè)分力來克服密封表面上0形環(huán)的摩 擦阻力。
這些專門設(shè)計(jì)的工具增加了系統(tǒng)的成本并使系統(tǒng)的使用變得復(fù)雜。此外， 必須對耗材部件增加一些結(jié)構(gòu)以與工具接口，增加了部件的總成本。
因此，需要在等離子弧焊炬內(nèi)提供低成本、易于制造和易于更換的耗材部 件，其中可精密控制等離子弧焊炬內(nèi)耗材部件的對準(zhǔn)和同心度。
用于等離子弧焊炬的部件包括本體部分、本體部分上的錐形表面以及本體 部分上的軸向設(shè)置表面，錐形表面包括可壓縮件，可壓縮件提供相對于本體部 分的脫開力，軸向設(shè)置表面用于聯(lián)接到焊炬的相鄰結(jié)構(gòu)上的匹配表面。該部件 可以是噴嘴和/或電極。等離子弧焊炬可以是液體或氣體冷卻的。
可壓縮件可使焊炬的本體部分與中心軸線徑向?qū)?zhǔn)。可壓縮件可提供本體 部分和焊炬之間的密封。可壓縮件可以是個(gè)O形環(huán)。
在一實(shí)施例中，本體部分上的錐形表面可具有相對于焊炬的相應(yīng)錐形表面
的0.00001英寸(0.000254mm)至零以上的一個(gè)值范圍內(nèi)的間隙。在另一實(shí)施 例中，錐形表面可在圍繞本體部分的位置被觸及到。錐形表面可包括用于接納 可壓縮件的結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)可以是由本體部分限定的凹槽。
軸向設(shè)置的表面可電聯(lián)接到匹配表面。軸向設(shè)置的表面可在相對于焊炬的 相鄰結(jié)構(gòu)的軸向位置與本體部分軸向?qū)?zhǔn)。
在另一實(shí)施例中，無需工具的等離子弧焊炬包括焊炬本體、聯(lián)接到焊炬本 體的電極、聯(lián)接到焊炬本體的噴嘴以及聯(lián)接到焊炬本體的保持帽，噴嘴具有包 括可壓縮件的錐形表面和軸向設(shè)置的表面，可壓縮件提供相對于焊炬本體的相 鄰錐形表面的脫開力，軸向設(shè)置表面用于聯(lián)接焊炬本體的相鄰結(jié)構(gòu)上的匹配表 面，保持帽提供用于將噴嘴聯(lián)接到焊炬本體的配合力。電極還可包括錐形表面 和軸向設(shè)置的表面，錐形表面包括可壓縮件，該可壓縮件用于提供相對于焊炬 本體的相鄰錐形表面的脫開力，軸向設(shè)置表面用于聯(lián)接焊炬本體的相鄰結(jié)構(gòu)上 的匹配表面。
無需工具的等離子弧焊炬還可包括設(shè)置在電極和噴嘴之間的彈簧件，用于 提供電極和焊炬本體之間的聯(lián)接力。無需工具的等離子弧焊炬還可包括渦流
7環(huán)，渦流環(huán)包括可壓縮件，該可壓縮件用于提供相對于焊炬本體的錐形表面的 脫開力。彈簧件可與渦流環(huán)為一體。
可壓縮件可將電極、噴嘴和渦流環(huán)中的至少一個(gè)與焊炬的中心軸線對準(zhǔn)。 電極和渦流環(huán)可固定地聯(lián)接到焊炬本體。電極和噴嘴可分別電聯(lián)接到焊炬本體 的陰極和陽極。屏蔽件可手工擰緊到焊炬本體上。
在另一實(shí)施例中，等離子弧焊炬部件可包括本體部分、本體部分上的錐形 表面以及本體部分上的軸向設(shè)置表面和匹配表面，錐形表面尺寸設(shè)置成接納可 壓縮件，該可壓縮件提供相對于本體部分的脫開力，軸向設(shè)置表面用于使本體 相對于焊炬的相鄰結(jié)構(gòu)在軸向位置對準(zhǔn)，且匹配表面用于將部件電聯(lián)接到焊炬 的相鄰結(jié)構(gòu)上。
在另一實(shí)施例中，等離子弧焊炬部件可包括本體部分，其具有軸向長度 和徑向?qū)挾?；軸向止擋件，用于使本體部分沿軸向長度方向?qū)?zhǔn)；以及本體部 分上的錐形表面，該表面的尺寸設(shè)置成與可壓縮件配合，其中當(dāng)部件組裝時(shí)， 可壓縮件形成具有軸向和徑向的力，其中徑向的力使部件徑向?qū)?zhǔn)，且軸向的 力沿拆解方向偏置部件。
在另一實(shí)施例中，等離子弧焊炬部件可包括第一部件；軸向止擋件，用于 使所述第一部件相對于第二部件沿軸向剛性對準(zhǔn)，以及徑向止擋件，用于使第 一部件相對于第二部件沿徑向?qū)?zhǔn)并用于沿軸向偏置第一部件。第一部件可以 是等離子弧焊炬本體。
一種用于對準(zhǔn)等離子弧焊炬組件中第一部件的方法，第一部件具有軸向止 擋件和用于與可壓縮件配合的錐形表面，該方法包括可滑動(dòng)地使第一部件 的軸向止擋件與等離子弧焊炬組件的第二部件配合以使第二部件沿軸向定位； 以及使可壓縮件偏置抵靠第一部件的錐形表面以使第一部件與第二部件徑向 對準(zhǔn)。
在另一實(shí)施例中， 一種等離子弧焊炬部件的組件可包括第一部件，具 有軸向設(shè)置的表面和錐形表面；第二部件，具有軸向設(shè)置的表面，其中第一 部件和第二部件通過其相應(yīng)軸向設(shè)置的表面軸向?qū)?zhǔn)；以及壓縮件，該壓縮 件使第一部件和第二部件徑向?qū)?zhǔn)，壓縮件與錐形表面配合成沿拆解方向偏置第一部件和第二部件。
裝置的優(yōu)點(diǎn)包括無需工具就可方便更換的高度精度的耗材部件，致使總體 系統(tǒng)成本的降低和系統(tǒng)易于使用。
從以下本發(fā)明的較佳實(shí)施例的更特定說明書中，本發(fā)明的前述和其它目 的、特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)顯現(xiàn)出來，如附圖所示在附圖中相同的標(biāo)號指不同圖中的相 同部件。這些圖不一定按比例繪制，而重點(diǎn)放在示出本發(fā)明的原理上。
圖1示出等離子弧焊炬系統(tǒng)；
圖2示出簡單示意形式的等離子弧焊炬；
圖3A示出無需工具的等離子弧焊炬的簡單示意圖3B是圖3A的示意圖的分解圖4是無需工具的等離子弧焊炬的示意圖；以及
圖5是圖4的無需工具的等離子弧焊炬的另一實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出標(biāo)示焊炬系統(tǒng)的各種模式的等離子弧焊炬系統(tǒng)100，包括手工切 割和機(jī)械切割系統(tǒng)。電源110提供一定范圍內(nèi)(例如從約20至40安培)的連 續(xù)可變電流輸出。根據(jù)焊炬系統(tǒng)、工件的厚度和所要求的切割速度，該范圍可 以更高或更低?？勺冸娫?10允許給定厚度的金屬的切割速度能有較寬范圍的 變化。
構(gòu)造成用于手工切割的焊炬本體120通過引線122連接到電源110。電源 IIO封裝在殼體112內(nèi)。引線122通過消除應(yīng)力系統(tǒng)124連接到電源110。引 線122給焊炬本體120提供來自氣體源(未示出)的等離子氣體和來自電源110 的電能以點(diǎn)燃和維持等離子弧。在一實(shí)施例中，空氣用作等離子氣體，而其它 氣體可用來改進(jìn)諸如不銹鋼和鋁之類的金屬上的切割質(zhì)量。夾持件130通過工 件引線132連接到工件250 (圖2)以提供電源110所產(chǎn)生的電流的返回路徑。
圖2示出圖1的簡化示意形式的等離子弧焊炬本體，表示各種模式焊炬中的任何一種。焊炬本體120通常是具有出口孔200的圓柱形，以允許在焊炬本 體120和工件250之間形成等離子弧240，即電離氣體噴射。焊炬用于以傳導(dǎo) 弧模式刺穿和切割，諸如低碳鋼之類的金屬或其它導(dǎo)電材料。焊炬用諸如氧氣 或空氣之類的活性氣體，或者諸如氮?dú)饣驓鍤庵惖姆腔钚詺怏w作為等離子氣 體來進(jìn)行操作以形成傳導(dǎo)等離子弧。
焊炬本體120在其下端支承具有插入件212的電極210和與電極210間隔 開的噴嘴220。噴嘴220具有限定出口孔200的中心孔。渦流環(huán)230安裝到焊 炬本體120。在一實(shí)施例中，渦流環(huán)230具有一組徑向偏移(或錐形)的氣體 分布孔232，其賦予等離子氣體流的切向速度分量而使氣體渦流。該渦流形成 限制弧并穩(wěn)定該弧在插入件上的位置的漩渦。
參照圖3A-5，無需工具就可完成某些焊炬部件的組裝和拆解。例如，具
有通常內(nèi)藏的螺紋以與相鄰部件配合的焊炬部件可用通過以下更詳細(xì)描述的 結(jié)構(gòu)而與其它等離子弧焊炬部件可滑動(dòng)配合的部件來代替。
圖3A和3B示出無需工具的等離子弧焊炬300的可滑動(dòng)噴嘴的簡單示意 圖和分解圖?？苫瑒?dòng)噴嘴370通過使用保持帽302而保持在組裝位置，保持帽 302在附連時(shí)將可滑動(dòng)噴嘴保持到焊炬本體300的陽極塊308。相反，當(dāng)保持 帽302拆除時(shí)，無需任何工具就可拆除可滑動(dòng)噴嘴370。
此外，如圖4所示的焊炬組件可形成在可使多個(gè)焊炬部件可滑動(dòng)地附連到 焊炬本體的位置，使得這些部件通過保持帽302聯(lián)接到焊炬。同樣， 一旦拆除 保持帽302，無需任何工具就可拆除可滑動(dòng)部件。由于這些部件能夠可滑動(dòng)地 組裝，所以不需要在這些部件上包括螺紋以將它們組裝到焊炬本體。因此，既 可降低組裝時(shí)間又可降低制造成本。
如圖3A和3B所示，焊炬本體的至少兩個(gè)焊炬部件可滑動(dòng)地聯(lián)接在一起， 從而在組裝構(gòu)造中，兩個(gè)焊炬部件(例如陽極308和噴嘴370)既可沿縱向方 向又可沿徑向方向?qū)?zhǔn)。兩焊炬部件308、 370還沿拆解方向偏置。通過多個(gè) 實(shí)施例和構(gòu)造(包括以下緊接著描述的構(gòu)造)可實(shí)現(xiàn)對準(zhǔn)和偏置的組合。
如圖所示，第一焊炬部件308和第二悍炬部件370通過主基準(zhǔn)面和副基準(zhǔn) 面對準(zhǔn)，使可壓縮件376設(shè)置在兩部件308、 370之間。主基準(zhǔn)面是第一部件308內(nèi)的軸向止擋件318，使得當(dāng)組裝時(shí)，第一部件308的主基準(zhǔn)面毗鄰第二 部件370內(nèi)的相應(yīng)結(jié)構(gòu)或軸向止擋件378。軸向止擋件可以是第一部件308上 的唇或邊緣，其與第二部件370上的類似唇或邊緣配合以形成兩部件沿縱向軸 線的相對關(guān)系。軸向止擋件可以是諸如由金屬對金屬接觸形成的堅(jiān)硬或剛性軸 向止擋件。
可通過第一部件308內(nèi)的錐形表面314形成副基準(zhǔn)面，錐形表面314通過 可壓縮件376使第一部件308和第二部件370徑向?qū)?zhǔn)。在一實(shí)施例中，可壓 縮件376位于第一部件308的錐形表面314上，且組裝時(shí)壓縮在第一部件308 和第二部件370之間。在壓縮件376壓縮期間，形成具有軸向分量A和徑向分 量B的壓縮矢量。
徑向分量B用于使第一部件308和第二部件370徑向?qū)?zhǔn)。軸向分量A 用于使第一部件308和第二部件沿拆解方向偏置，使得在拆解焊炬本體300時(shí) 兩部件308、 370可自由脫開。可壓縮件的壓縮還可用作第一部件308和第二 部件370之間的流體密封。由于副基準(zhǔn)面位于可壓縮件的接觸位置，所以副基 準(zhǔn)面可以是柔性的。還應(yīng)當(dāng)注意，副基準(zhǔn)面可仍然允許在第一部件308和第二 部件370之間的單個(gè)位置處接觸并還執(zhí)行對準(zhǔn)和偏置功能。通過使用兩基準(zhǔn)面， 第一部件308和第二部件370就能以易于脫開和組裝的方式對準(zhǔn)。
圖4示出圖1和2所示液體或氣體冷卻型等離子弧焊炬的下部本體部分、 或"作業(yè)端"400的實(shí)施例。作業(yè)端400具有中心設(shè)置的縱向軸線302并包括陰 極塊304、焊炬絕緣體306以及陽極塊308，各塊體具有相應(yīng)的錐形對準(zhǔn)表面 310、 312、 314。陰極塊304和陽極塊308包括相應(yīng)的軸向止擋件316、 318。 在某些實(shí)施例中，陰極塊304和陽極塊308的錐形對準(zhǔn)表面308、 314可包括 用于保護(hù)耗材部件在安裝過程中免受損害的相應(yīng)引入結(jié)構(gòu)322、 326。此外，引 入線322、 326通過增加軸向力并降低部件上的阻力而有利于部件的排出。作 業(yè)端400還包括徑向定中心的耗材部件(電極330、渦流環(huán)350、噴嘴370和 屏蔽件390)。在某些實(shí)施例中，各錐形對準(zhǔn)表面308、 312、 314還可包括可 壓縮件(未示出)以提供焊炬和耗材部件之間的密封、徑向?qū)?zhǔn)力和軸向脫開 力。在某些實(shí)施例中，焊炬是液體或氣體冷卻的。
11電極330包括用于與等離子弧焊炬的作業(yè)端400的第一錐形對準(zhǔn)表面310 對準(zhǔn)的錐形表面332。錐形表面322包括結(jié)構(gòu)(例如凹槽)334以接納可壓縮 件336或尺寸設(shè)置成接納可壓縮件336。諸如0形環(huán)之類的可壓縮件336提供 以下功能1)電極330和等離子腔之間的密封以容納和分離處理氣體和焊炬 冷卻劑；2)形成用于電極330沿徑向柔性對準(zhǔn)的徑向?qū)?zhǔn)力的徑向止擋件； 以及3)作業(yè)端400和電極330之間的軸向脫開力以沿拆解方向偏置電極330。 在某些實(shí)施例中，錐形表面332具有小于約0.5英寸(1.27cm)的軸向延伸， 且在某些實(shí)施例中小于約0.25英寸(0.635cm)。電極330還包括使電極330 與陰極塊304的軸向止擋件316對準(zhǔn)的軸向止擋件338。在某些實(shí)施例中，軸 向止擋件316、 338剛性聯(lián)接。此外，軸向?qū)S向止擋件316、 338能夠傳導(dǎo)運(yùn) 行焊炬所需要的電流和熱能。應(yīng)當(dāng)理解，可以本領(lǐng)域己知的其它方式來實(shí)現(xiàn)電 極330到陰極塊304的電聯(lián)接。
在安裝過程中，當(dāng)電極330安裝到等離子弧焊炬的作業(yè)端400內(nèi)時(shí)，錐形 表面332被第一錐形對準(zhǔn)表面310引導(dǎo)直到可壓縮件336擱置抵靠第一錐形對 準(zhǔn)表面310。第一錐形對準(zhǔn)表面310上的引入結(jié)構(gòu)322防止可壓縮件或0形環(huán) 336受到損壞。如圖所示，在一實(shí)施例中，在錐形表面332和第一錐形對準(zhǔn)表 面310之間提供0.002英寸的標(biāo)稱間隙以防止安裝過程中粘結(jié)。
在某些實(shí)施例中，渦流環(huán)350可設(shè)置在電極330和噴嘴370之間。渦流環(huán) 350控制電極330和噴嘴370之間等離子腔前部上的流體流動(dòng)模式。渦流環(huán)350 包括至少一個(gè)結(jié)構(gòu)(例如凹槽)354以接納或尺寸設(shè)置成接納用于與等離子弧 焊炬的作業(yè)端400的第二錐形對準(zhǔn)表面312對準(zhǔn)的相應(yīng)可壓縮件356。諸如O 形環(huán)之類的可壓縮件356提供以下功能1)渦流環(huán)350和等離子腔之間的密 封以容納和分離處理氣體和焊炬冷卻劑；2)形成用于渦流環(huán)350沿徑向柔性 對準(zhǔn)的徑向?qū)?zhǔn)力的徑向止擋件350;以及3)作業(yè)端400和渦流環(huán)350之間 的軸向脫開力以沿拆解方向偏置渦流環(huán)350。在某些實(shí)施例中，彈簧件358設(shè) 置在電極330和渦流環(huán)350之間以在安裝過程中提供電極330和陰極塊304之 間的配合力。應(yīng)當(dāng)理解，彈簧件358可設(shè)置在渦流環(huán)350和噴嘴370之間，與 渦流環(huán)350形成一體，或者，形成為將可提供電極330到陰極塊304的配合力的任何構(gòu)造。
在安裝過程中，當(dāng)渦流環(huán)350安裝到等離子弧焊炬的作業(yè)端400內(nèi)時(shí)，可 壓縮件356擱置抵靠第二錐形對準(zhǔn)表面312。應(yīng)當(dāng)理解，可在安裝渦流環(huán)350 或更換渦流環(huán)350之前或之后安裝非一體式彈簧件358。
噴嘴370包括用于與等離子弧焊炬的作業(yè)端400的第三錐形對準(zhǔn)表面314 對準(zhǔn)的錐形表面372。錐形表面372包括結(jié)構(gòu)(例如凹槽)374或尺寸設(shè)置成 接納可壓縮件356。諸如0形環(huán)之類的可壓縮件376提供以下功能1)噴嘴 370和等離子腔之間的密封以容納和分離處理氣體和焊炬冷卻劑；2)形成用于 噴嘴370沿徑向柔性對準(zhǔn)的徑向?qū)?zhǔn)力的徑向止擋件；以及3)作業(yè)端400和 噴嘴370之間的軸向脫開力以沿拆解方向偏置噴嘴370。在某些實(shí)施例中，錐 形表面372具有小于約0.5英寸(1.27cm)的軸向延伸。噴嘴370還包括使噴 嘴370與陽極塊308的軸向止擋件318對準(zhǔn)的軸向止擋件378。在某些實(shí)施例 中，軸向止擋件318、 378剛性聯(lián)接。此外，軸向?qū)S向止擋件318、 378能夠 傳導(dǎo)運(yùn)行焊炬所需要的電流和熱能。應(yīng)當(dāng)理解，可以本領(lǐng)域己知的其它方式來 實(shí)現(xiàn)噴嘴370到陽極塊308的電聯(lián)接。
在安裝過程中，當(dāng)噴嘴370安裝到等離子弧焊炬的作業(yè)端400內(nèi)時(shí)，錐形 表面372被第三錐形對準(zhǔn)表面314引導(dǎo)直到可壓縮件376擱置抵靠第三錐形對 準(zhǔn)表面314。第三錐形對準(zhǔn)表面314上的引入結(jié)構(gòu)326防止可壓縮件或0形環(huán) 376受到損壞。如圖所示，在一實(shí)施例中，在錐形表面372和第三錐形對準(zhǔn)表 面314之間提供0.002英寸的標(biāo)稱間隙以防止安裝過程中粘結(jié)。
可采用手抒螺紋保持帽302來將耗材部件聯(lián)接到焊炬本體。保持帽302 使力放置到噴嘴370、渦流環(huán)350和電極330上(通過彈簧件358)，使這些 部件的縱向軸線與焊炬軸線302對準(zhǔn)。該力還用焊炬的作業(yè)端400的相應(yīng)互補(bǔ) 部件(諸如陰極塊304、焊炬絕緣體306和陽極塊308)來安置這些部件。
屏蔽件390通常是焊炬的作業(yè)端400的最外部部件。在某些實(shí)施例中，屏 蔽件390可螺紋附連到焊炬作業(yè)端400或以壓接構(gòu)造附連。在其它實(shí)施例中， 屏蔽件390可通過保持帽392連接到焊炬本體。在這些實(shí)施例中，屏蔽件390 可同樣包括用于與相鄰部件對準(zhǔn)的錐形表面372。錐形表面372可包括結(jié)構(gòu)(例如凹槽)374以接納可壓縮件356。在某些實(shí)施例中，屏蔽件390可用作保持 帽，由此提供必要的力來安置耗材部件。
在焊炬操作過程中，電極330、渦流環(huán)350、噴嘴370和屏蔽件390經(jīng)受 苛刻的條件，包括高溫和其它物理應(yīng)力。因此，這些部件經(jīng)過一段時(shí)間就退化 并最終必須進(jìn)行更換，通常在現(xiàn)場更換?，F(xiàn)有技術(shù)需要使用專用工具來卸除這 些部件。在以上實(shí)施例中，保持帽302僅需要用手卸除，由此能夠在可壓縮件 上施加壓縮力的軸向分量以輔助從焊炬排出這些部件。
圖4示出包括無需工具焊炬部件和常規(guī)焊炬部件的實(shí)施例。即，某些部件 可以是常規(guī)類型的螺紋耗材，而有些部件可以是如上所述可滑動(dòng)的。這能夠降 低部件的成本，這些部件比其它部件更易于更換。S卩，最靠近等離子弧的耗材 部件更易于磨損且在較遠(yuǎn)離等離子弧的部件之前就需要進(jìn)行更換。例如，電極 330和噴嘴370更易于在屏蔽件390之前磨損，且屏蔽件390更易于在渦流環(huán) 350等之前磨損。
在該實(shí)施例中，電極330螺紋附連到陰極塊304，不需要彈簧件358 (圖 3)。渦流環(huán)350、噴嘴370和屏蔽件390各聯(lián)接到如上所述等離子弧焊炬的"作 業(yè)端，'400。
電極330包括螺紋表面339和諸如唇部的可變形表面。螺紋表面339與陰 極塊302的協(xié)配螺紋319配合。在焊炬運(yùn)行期間，通過將電極330螺紋附連到 陰極塊304，電極304與焊炬軸線302軸向?qū)?zhǔn)并與噴嘴350適當(dāng)間隔開。螺 紋表面339與協(xié)配螺紋319的配合還用作電連接件以在陰極塊304和電極330 之間傳導(dǎo)所需要的電流。
在某些實(shí)施例中，渦流環(huán)350還可包括與焊炬絕緣體306上協(xié)配螺紋表面 配合的螺紋表面。但是， 一般而言，渦流環(huán)350僅通過保持帽就可被捕獲在焊 炬的作業(yè)端400內(nèi)。在任一構(gòu)造中，要求渦流環(huán)350圍繞電極330定中心以提 供同心均勻環(huán)形等離子腔從而提供其中均勻的氣流并便于焊炬操作。
圖3和4示出作為線性錐形表面的各錐形表面，但是應(yīng)當(dāng)理解各錐形表面 可以是任何數(shù)量的形狀，包括曲線表面和弧面。 一般而言，"錐形"表面的形狀 可理解為的任何形狀，只要該形狀使得兩焊炬部件組裝時(shí)，在與可壓縮件接觸位置表面的切線沿相對于焊炬軸線的拆解方向錐形即可。
從上文可以理解，作業(yè)端提供簡單且有效的方式來確保等離子弧焊炬的作 業(yè)端內(nèi)耗材部件的適當(dāng)對準(zhǔn)。大大消除了在苛刻現(xiàn)場條件下運(yùn)行時(shí)確保嚴(yán)格對 準(zhǔn)的問題以及當(dāng)部件受損不能使用需要更換部件的問題。這就避免了由于不正 確對準(zhǔn)的裝置所引起的、影響到工件的不可接受的生產(chǎn)誤差。
盡管本發(fā)明具體示出和描述了較佳實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理 解可對其進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)的各種改變而不背離所附權(quán)利要求書包含的本發(fā)明 的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于離子弧焊炬的部件，包括本體部分；所述本體部分上的錐形表面，所述錐形表面包括可壓縮件，所述可壓縮件提供相對于所述本體部分的脫開力；以及所述本體部分上軸向設(shè)置的表面，所述表面用于聯(lián)接到所述焊炬的相鄰結(jié)構(gòu)上的匹配表面。
2. 如權(quán)利要求1所述的部件，其特征在于，所述部件是噴嘴、屏蔽件、 渦流環(huán)、電極或等離子弧焊炬本體的一部分中的一個(gè)。
3. 如權(quán)利要求1所述的部件，其特征在于，所述可壓縮件將所述本體部 件和所述焊炬的中心軸線徑向?qū)?zhǔn)。
4. 如權(quán)利要求1所述的部件，其特征在于，所述本體部分上的所述錐形 表面具有相對于所述焊炬的相應(yīng)錐形表面的范圍在0.00001至0.002英寸(0.000254至0.0508mm)的間隙。
5. 如權(quán)利要求1所述的部件，其特征在于，所述可壓縮件提供所述本體 部件和所述焊炬之間的密封。
6. 如權(quán)利要求l所述的部件，其特征在于，所述可壓縮件是O形環(huán)。
7. 如權(quán)利要求1所述的部件，其特征在于，所述錐形表面包括用于接納 所述可壓縮件的結(jié)構(gòu)。
8. 如權(quán)利要求7所述的部件，其特征在于，所述錐形表面上的結(jié)構(gòu)是由 所述本體部分限定的凹槽。
9. 如權(quán)利要求1所述的部件，其特征在于，所述軸向設(shè)置的表面和所述 焊炬的所述相鄰結(jié)構(gòu)上的所述匹配表面電聯(lián)接。
10. 如權(quán)利要求l所述的部件，其特征在于，所述軸向設(shè)置的表面將所述 本體部分相對于所述焊炬的所述相鄰結(jié)構(gòu)軸向?qū)?zhǔn)在軸向位置。
11. 一種等離子弧焊炬，包括 本體部分；電極，所述電極聯(lián)接到所述輝炬本體；噴嘴，所述噴嘴聯(lián)接到所述焊炬本體，所述噴嘴包括錐形表面，所述錐形表面包括可壓縮件，所述可壓縮件提供相對于所 述焊炬本體的相鄰錐形表面的脫開力；以及軸向設(shè)置的表面，所述表面用于聯(lián)接到所述焊炬本體內(nèi)相鄰表面上的 匹配表面；以及保持帽，所述保持帽聯(lián)接到所述焊炬本體，所述保持帽提供用于將所述噴 嘴聯(lián)接到焊炬本體的配合力。
12. 如權(quán)利要求ll所述的等離子弧焊炬，其特征在于，電極還包括 錐形表面，所述錐形表面包括可壓縮件，所述可壓縮件提供相對于所述焊炬本體的相鄰錐形表面的脫開力；以及軸向設(shè)置的表面，所述表面用于聯(lián)接到所述焊炬本體的相鄰結(jié)構(gòu)上的匹配 表面。
13. 如權(quán)利要求12所述的等離子弧焊炬，其特征在于，還包括設(shè)置在所述電極和所述噴嘴之間的彈簧件，用于在組裝時(shí)將所述電極安置到所述焊炬本 體。
14. 如權(quán)利要求13所述的等離子弧焊炬，其特征在于，還包括設(shè)置在所述電極和所述噴嘴之間的渦流環(huán)，所述渦流環(huán)包括可壓縮件以提供相對于所述 焊炬本體的相鄰錐形表面的脫開力。
15. 如權(quán)利要求14所述的等離子弧焊炬，其特征在于，所述彈簧件與所 述渦流環(huán)制成一體。
16. 如權(quán)利要求11所述的等離子弧焊炬，其特征在于，所述錐形表面具 有相對于所述焊炬的錐形表面的范圍在0.00001至0.002英寸(0.000254至 0.0508mm)的間隙。
17. 如權(quán)利要求11所述的等離子弧焊炬，其特征在于，所述焊炬的所述 錐形表面包括用于保護(hù)所述可壓縮件在安裝時(shí)免受損壞的引入結(jié)構(gòu)。
18. 如權(quán)利要求11所述的等離子弧悍炬，其特征在于，所述可壓縮件使 所述電極、所述噴嘴和所述渦流環(huán)中的至少一個(gè)與所述焊炬的中心軸線對準(zhǔn)。
19. 如權(quán)利要求11所述的等離子弧焊炬，其特征在于，所述可壓縮件是O形環(huán)。
20. 如權(quán)利要求11所述的等離子弧焊炬，其特征在于，所述電極固定地 聯(lián)接到所述焊炬本體。
21. 如權(quán)利要求11所述的等離子弧焊炬，其特征在于，所述渦流環(huán)固定 地聯(lián)接到所述焊炬本體。
22. 如權(quán)利要求11所述的等離子弧焊炬，其特征在于，所述電極電聯(lián)接 到所述焊炬本體的陰極，且所述噴嘴電聯(lián)接到所述焊炬本體的陽極。
23. 如權(quán)利要求11所述的等離子弧焊炬，其特征在于，所述焊炬是液體 或氣體冷卻的。
24. —種用于離子弧焊炬的部件，包括用于提供相對于所述部件和所述等離子弧焊炬的脫開力的裝置；以及 用于與所述部件和所述等離子弧焊炬的相應(yīng)匹配表面配合的裝置。
25. —種等離子弧焊炬部件，包括-本體部分；所述本體部分上的錐形表面，所述錐形表面尺寸設(shè)置成接納可壓縮件，所 述可壓縮件提供相對于所述本體部分的脫開力；所述本體部分上軸向設(shè)置的表面，所述表面用于將所述本體相對于所述焊 炬的相鄰結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)在軸向位置；以及匹配表面，所述匹配表面用于與所述焊炬的所述相鄰結(jié)構(gòu)上的部件電聯(lián)接。
26. —種等離子弧焊炬部件，包括本體部分，所述本體部分具有軸向長度和徑向?qū)挾?；軸向止擋件，所述軸向止擋件用于沿所述軸向長度方向?qū)?zhǔn)所述本體部 分；以及所述本體部分上的錐形表面，所述錐形表面尺寸設(shè)置成與可壓縮件配合， 其中當(dāng)組裝所述部件時(shí)，所述可壓縮件形成具有軸向和徑向的力，其中所述徑 向方向的力使所述部件徑向?qū)?zhǔn)，且所述軸向方向的力沿拆解方向偏置所述部件。
27. —種等離子弧焊炬部件，包括 本體；軸向止擋件，所述軸向止擋件限定用于使所述本體沿軸向相對于相鄰結(jié)構(gòu)剛性對準(zhǔn)的主基準(zhǔn)面；以及徑向止擋件，所述徑向止擋件限定用于使所述本體沿徑向相對于相鄰結(jié)構(gòu) 剛性對準(zhǔn)并沿軸向偏置所述本體的副基準(zhǔn)面。
28. 如權(quán)利要求27所述的部件，其特征在于，所述部件是等離子弧焊炬 本體。
29. —種用于對準(zhǔn)等離子弧焊炬組件中的第一部件的方法，所述第一部件 具有軸向止擋件和用于與可壓縮件配合的錐形表面，所述方法包括可滑動(dòng)地使所述第一部件的所述軸向止擋件與所述等離子弧焊炬組件的 第二部件配合以使所述第二部件相對于所述第一部件沿軸向定位；以及使所述可壓縮件偏置抵靠所述第一部件的所述錐形表面以使所述第一部 件與所述第二部件徑向?qū)?zhǔn)。
30. —種等離子弧焊炬部件的組件，所述組件包括 第一部件，所述第一部件具有軸向設(shè)置的表面和錐形表面；第二部件，所述第二部件具有軸向設(shè)置的表面，其中所述第一部件和所述 第二部件通過其相應(yīng)軸向設(shè)置的表面軸向?qū)?zhǔn)；以及壓縮件，所述壓縮件使所述第一部件和所述第二部件徑向?qū)?zhǔn)，所述壓縮 件與所述錐形表面配合成沿拆解方向偏置所述第一部件和所述第二部件。
31. —種用于使離子弧焊炬的第一部件與等離子弧焊炬組件的第二部件對準(zhǔn)的方法，在所述兩部件之間設(shè)有可壓縮件，所述方法包括 通過剛性主基準(zhǔn)面使所述第一部件與所述第二部件軸向?qū)?zhǔn)； 通過柔性副基準(zhǔn)面使所述第一部件與所述第二部件徑向?qū)?zhǔn)，從而使所述可壓縮件將所述第一部件和所述第二部件徑向?qū)?zhǔn)，且所述可壓縮件沿拆解方向軸向偏置所述可壓縮件。
全文摘要
用于等離子弧焊炬的部件包括本體部分、本體部分上的錐形表面以及本體部分上的軸向設(shè)置表面，錐形表面包括可壓縮件，可壓縮件提供相對于本體部分的脫開力，軸向設(shè)置表面用于聯(lián)接到焊炬的相鄰結(jié)構(gòu)上的匹配表面。該部件可以是噴嘴和/或電極。
文檔編號H05H1/34GK101543139SQ200880000188
公開日2009年9月23日 申請日期2008年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月23日
發(fā)明者A·D·布蘭特, B·R·巴勒特, J·W·林賽, S·M·利伯德, 正 端 申請人:海別得公司