專利名稱：接觸起動(dòng)的等離子體焊炬的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及一等離子體弧焊炬，更確切地說(shuō)，涉及一接觸起動(dòng)的等離子體弧焊炬。
等離子體弧焊炬，也稱之為焊炬，通常用來(lái)切割、焊接和噴焊金屬工件。這種焊炬一般通過(guò)將一由電離氣體粒子組成的等離子體引向工件而進(jìn)行操作。一般來(lái)說(shuō)，在通過(guò)焊炬噴嘴的小孔離開(kāi)焊炬之前，待電離的加壓氣體被引導(dǎo)通過(guò)焊炬以流動(dòng)通過(guò)一電極。電極具有一對(duì)應(yīng)的負(fù)電勢(shì)，且作為一陰極操作。臨近在焊炬前端的電極端的焊炬噴嘴組成一對(duì)應(yīng)的正電勢(shì)陽(yáng)極。當(dāng)一足夠高的電壓施加到焊炬時(shí)，橫跨電極和焊炬噴嘴之間的間隙形成一電弧，由此，加熱了氣體并致使其電離。在間隙內(nèi)電離的氣體被吹出焊炬外，且呈現(xiàn)為從噴嘴向外延伸的火焰。當(dāng)焊炬頭或前端放置在工件附近時(shí)，因?yàn)楣ぜ?duì)負(fù)電勢(shì)的阻抗通常小于焊炬噴嘴對(duì)負(fù)電勢(shì)的阻抗，所以電弧在電極和工件之間轉(zhuǎn)移。在這種“轉(zhuǎn)移電弧”的過(guò)程中，工件用作為陽(yáng)極。
等離子體弧焊炬可分為“無(wú)接觸起動(dòng)”和“接觸起動(dòng)”。在無(wú)接觸起動(dòng)焊炬中，噴嘴和電極通常在焊炬頭內(nèi)保持一固定的實(shí)體隔離。一般來(lái)說(shuō)，將一高電壓高頻率信號(hào)施加到電極(相對(duì)于噴嘴)，以在電極和噴嘴之間建立一導(dǎo)向電弧。如上所述，當(dāng)焊炬頭朝向工件移動(dòng)時(shí)，電弧轉(zhuǎn)移到工件上。相比之下，在傳統(tǒng)的接觸起動(dòng)焊炬中，噴嘴和/或電極一般在電極底部形成彼此的電氣接觸。例如，一彈簧或其它機(jī)械裝置沿縱向偏壓噴嘴和/或電極，這樣，噴嘴和電極被偏壓至電氣接觸，以在電源的正極側(cè)和負(fù)極側(cè)之間提供一導(dǎo)電路徑。當(dāng)操作者擠壓焊炬扳機(jī)時(shí)一電壓施加到電極上，且加壓氣體流動(dòng)通過(guò)焊炬至焊炬噴嘴的出口孔。氣體使噴嘴和/或電極克服偏壓和實(shí)體的隔離。當(dāng)噴嘴和電極隔開(kāi)時(shí)，其間建立的一導(dǎo)向電弧被氣體吹向噴嘴的出口孔。
與上述的傳統(tǒng)的接觸起動(dòng)等離子體弧焊炬相關(guān)的的一個(gè)缺點(diǎn)在于電極、噴嘴或兩者的反復(fù)的軸向移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電極和噴嘴之間的軸向不對(duì)準(zhǔn)。再者，通過(guò)在電極底部建立電極和噴嘴之間的引導(dǎo)電弧，會(huì)對(duì)臨近噴嘴的中心出口孔的噴嘴造成損壞。電極和噴嘴的軸向不對(duì)準(zhǔn)以及任何對(duì)噴嘴的損壞會(huì)降低焊炬性能和/或切割質(zhì)量。因此，需要頻繁地更換噴嘴。對(duì)于噴嘴可移動(dòng)以建立與電極的電氣接觸的傳統(tǒng)的接觸起動(dòng)焊炬，噴嘴在焊炬的開(kāi)/關(guān)模式中處于不同的縱向位置，使操作者對(duì)控制相對(duì)于被切割工件的噴嘴的相對(duì)位置感到麻煩。因?yàn)閲娮煲坏┰O(shè)定向下靠上工件時(shí)會(huì)有不理想的移動(dòng)而接觸電極，所以，在切割過(guò)程中，也難于進(jìn)行工件的拖拉切割，其中，噴嘴被設(shè)定向下靠向工件。
發(fā)明概要本發(fā)明的若干目標(biāo)和特點(diǎn)在于提供一種接觸起動(dòng)的等離子體弧焊炬以及操作這種減少焊炬噴嘴更換頻率的焊炬的方法；提供這種減少電極和噴嘴之間的軸向不對(duì)準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)的一種焊炬和方法；提供這種減少臨近噴嘴的中心出口孔的噴嘴損壞的風(fēng)險(xiǎn)的焊炬；以及，提供這種不需電極和/或噴嘴軸向移動(dòng)以產(chǎn)生一導(dǎo)向電弧的焊炬和方法。
一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬包括一適于與電源的負(fù)極側(cè)電氣連通的陰極體以及一適于與電源的正極側(cè)電氣連通的陽(yáng)極體。主要?dú)怏w流動(dòng)路徑引導(dǎo)工作氣體從工作氣體源通過(guò)焊炬。焊炬的一導(dǎo)電元件由一針導(dǎo)電材料構(gòu)成，并與陰極體和陽(yáng)極體沒(méi)有固定連接。焊炬可在閑置模式(idle mode)和導(dǎo)向模式(pilotmode)之間操作，在閑置模式中，導(dǎo)電元件在陰極體和陽(yáng)極體之間提供一導(dǎo)電路徑，在導(dǎo)向模式中，在導(dǎo)電元件和陰極體及陽(yáng)極體中至少一個(gè)之間形成的導(dǎo)向電弧，適于通過(guò)以電離等離子體的形式從焊炬排出在主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)的工作氣體，以起動(dòng)焊炬的操作。
本發(fā)明的另一實(shí)施例涉及這樣一種類型的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，它具有用來(lái)引導(dǎo)工作氣體通過(guò)焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，由此，工作氣體以電離等離子體的形式從焊炬排出。該實(shí)施例的焊炬一般包括一具有一沿縱向延伸的側(cè)表面和一底表面的電極。一噴嘴以隔開(kāi)的關(guān)系環(huán)繞電極，以便至少部分地限定焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，以用來(lái)引導(dǎo)工作氣體沿下游方向通過(guò)焊炬。噴嘴具有一中心出口孔，其與用于從焊炬排出工作氣體的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑流體連通。電極的底表面與噴嘴的中心出口孔保持縱向相對(duì)的關(guān)系。對(duì)立的接觸表面被設(shè)置在焊炬內(nèi)，其中至少一接觸表面相對(duì)于另一接觸表面可移動(dòng)。焊炬在閑置模式和導(dǎo)向模式之間操作，其中，在閑置模式中接觸表面相對(duì)彼此定位以提供其間的導(dǎo)電路徑，在導(dǎo)向模式中接觸表面是彼此隔開(kāi)關(guān)系，由此，在接觸表面之間形成導(dǎo)向電弧。接觸表面設(shè)置在焊炬內(nèi)的電極底表面的上游，由此，導(dǎo)向電弧一般形成在電極底表面上游的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)，且被主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)的工作氣體朝向噴嘴的中心出口孔吹動(dòng)，以從噴嘴排出電離的等離子體形式的工作氣體。
本發(fā)明的一導(dǎo)電元件適于在以下類型的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬內(nèi)使用，該類焊炬具有一與電源的負(fù)極側(cè)電氣連通的電極；以及，一以隔開(kāi)關(guān)系環(huán)繞電極的噴嘴，以至少部分地限定焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，噴嘴與電源的正極側(cè)電氣連通，且具有一與主要?dú)怏w流動(dòng)路徑流體連通的中心出口孔，以從噴嘴排出電離的等離子體形式的工作氣體。導(dǎo)電元件一般包括通常為導(dǎo)電材料構(gòu)成的杯形體。導(dǎo)電元件適于在第一位置和第二位置之間相對(duì)于電極和焊炬運(yùn)動(dòng)，第一位置對(duì)應(yīng)于焊炬的閑置模式，其中，導(dǎo)電元件在電源的正極側(cè)和電源負(fù)極側(cè)之間提供一導(dǎo)電路徑，而第二位置與導(dǎo)電元件的第一位置隔開(kāi)。導(dǎo)電元件的第二位置對(duì)應(yīng)于焊炬的導(dǎo)向模式，由此，導(dǎo)電元件朝向其第二位置的移動(dòng)形成了基本上在主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)的、能起動(dòng)焊炬操作的導(dǎo)向電弧，以便從焊炬排出電離的等離子體形式的工作氣體。
本發(fā)明的一電極適于在以下類型的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬內(nèi)使用，該類焊炬具有一用來(lái)引導(dǎo)工作氣體沿下游方向通過(guò)焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑；一以間隔開(kāi)的關(guān)系環(huán)繞電極的噴嘴以至少部分地限定焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑一在焊炬內(nèi)用來(lái)形成在焊炬主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)的導(dǎo)向電弧的接觸表面以及，一在噴嘴內(nèi)與主要?dú)怏w流動(dòng)路徑連通、用來(lái)從噴嘴排出電離的等離子體形式的工作氣體的中心出口孔。電極一般包括一具有一縱向延伸側(cè)表面的大致的圓柱形體。電極的底表面一般沿徑向相對(duì)于沿縱向延伸的側(cè)表面定位，以沿縱向相對(duì)于噴嘴的中心出口孔對(duì)立地定位。接觸表面設(shè)置在電極的底表面上方，并與接觸表面接合，所述噴嘴一般呈杯形，并具有適于與主要?dú)怏w流動(dòng)路徑流體連通的中心出口孔，以便從噴嘴排出電離的等離子體形式的工作氣體，噴嘴還具有一頂表面和一從頂表面向上延伸的、用來(lái)在焊炬內(nèi)沿徑向定位噴嘴的環(huán)形突出。
本發(fā)明的噴嘴適于在以下類型的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬內(nèi)使用，該類焊炬具有用來(lái)引導(dǎo)工作氣體通過(guò)焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，由此，工作氣體以電離的等離子體形式從焊炬內(nèi)排出。噴嘴一般呈杯形并具有一中心出口孔，它適于與用來(lái)從噴嘴排出電離的等離子體形式的工作氣體的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑流體連通。噴嘴還具有一頂表面和一從頂表面向上延伸的、用來(lái)在焊炬內(nèi)沿徑向定位噴嘴的環(huán)形突出。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明的噴嘴適于在以下類型的等離子體焊炬內(nèi)使用，該類焊炬具有用來(lái)引導(dǎo)工作氣體通過(guò)焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，由此，工作氣體以電離的等離子體形式從焊炬內(nèi)排出，以及用來(lái)引導(dǎo)氣體通過(guò)焊炬的次要?dú)怏w流動(dòng)路徑，由此，工作氣體以除電離的等離子體之外的形式從焊炬內(nèi)排出。噴嘴一般呈杯形并具有一中心出口孔，它適于與用來(lái)從噴嘴排出電離的等離子體形式的工作氣體的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑流體連通。噴嘴還具有至少一個(gè)適于與次要?dú)怏w流動(dòng)路徑流體連通、用來(lái)測(cè)量通過(guò)次要?dú)怏w流動(dòng)路徑的氣體流量的測(cè)量孔。
本發(fā)明的一接觸組件適于在以下類型的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬內(nèi)使用，該類焊炬具有一用來(lái)引導(dǎo)工作氣體通過(guò)焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑；一電氣連通電源負(fù)極側(cè)的電極以及，一以隔開(kāi)的關(guān)系環(huán)繞電極的噴嘴，以至少部分地限定焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑。該接觸組件一般包括一由導(dǎo)電材料構(gòu)成的導(dǎo)電元件以及一與加壓氣體源流體連通以接收氣體至封閉內(nèi)的一環(huán)繞導(dǎo)電元件的封閉部分。該導(dǎo)電元件設(shè)置為至少部分地在該封閉部分內(nèi)，并相對(duì)于封閉部分、響應(yīng)于被接收在封閉部分內(nèi)的加壓氣體的電極和噴嘴可移動(dòng)，由此，導(dǎo)電元件的移動(dòng)在焊炬內(nèi)形成導(dǎo)向電弧。
本發(fā)明的一電極組件適于在以下類型的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬內(nèi)使用，該類焊炬具有一適于與電源的負(fù)極側(cè)電氣連通的陰極體以及一適于與電源的正極側(cè)電氣連通的陽(yáng)極體。該電極組件一般包括一在焊炬內(nèi)沿縱向延伸且限定至少部分的焊炬的陰極體的電極。一絕緣套筒繞至少一部分的電極，且其由非導(dǎo)電材料構(gòu)成，以絕緣至少一部分電極與焊炬的陽(yáng)極體的電氣連通。
本發(fā)明的一方法在以下類型的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬內(nèi)使用，該類焊炬具有一與電源的負(fù)極側(cè)電氣連通的陰極體以及一與電源的正極側(cè)電氣連通的陽(yáng)極體，該陽(yáng)極體相對(duì)于陰極體定位，以至少部分地限定焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，且焊炬具有一與主要?dú)怏w流動(dòng)路徑流體連通、用來(lái)從焊炬排出電離的等離子體形式的工作氣體的中心出口孔。該方法一般包括使電流沿導(dǎo)電路徑流動(dòng)的動(dòng)作，所述導(dǎo)電路徑包括陽(yáng)極體、陰極體以及在對(duì)應(yīng)于焊炬閑置模式的導(dǎo)電元件的第一位置時(shí)電氣地橋接陰極體和陽(yáng)極體的導(dǎo)電元件。工作氣體從工作氣體源被引導(dǎo)通過(guò)焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑。實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電元件相對(duì)于陰極體和陽(yáng)極體朝向?qū)?yīng)于焊炬的導(dǎo)向模式的第二位置的移動(dòng)，由此，當(dāng)導(dǎo)電元件朝向其第二位置移動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)電元件與所述陰極體和所述陽(yáng)極體中至少一個(gè)之間形成導(dǎo)向電弧。然后，該導(dǎo)向電弧通過(guò)主要?dú)怏w流動(dòng)路徑被吹向焊炬的中心出口孔，這樣，工作氣體以電離的等離子體形式從焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑排出。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明的一方法包括起動(dòng)以下類型的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，該類焊炬具有一定位在焊炬的縱軸線上與電源的負(fù)極側(cè)電氣連通的電極以及一沿縱向延伸的側(cè)表面和底表面。該方法一般包括為總的在主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)并在電極的底表面的上游的焊炬的相對(duì)的諸接觸表面彼此相對(duì)定位，以提供一導(dǎo)電路徑通過(guò)接觸表面。接著，對(duì)這些接觸表面彼此相對(duì)重新定位，以在電極的底表面上游的焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)，在其間形成導(dǎo)向電弧。來(lái)自工作氣體源的工作氣體引導(dǎo)流過(guò)焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，以將在主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)的下游的導(dǎo)向電弧吹向陽(yáng)極體的中心出口孔。
此外，本發(fā)明的防護(hù)杯適于在以下類型的等離子體焊炬內(nèi)使用，該類焊炬具有用來(lái)引導(dǎo)工作氣體通過(guò)焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，由此，工作氣體以電離的等離子體形式從焊炬排出以及，用來(lái)引導(dǎo)氣體通過(guò)焊炬的次要?dú)怏w流動(dòng)路徑，由此，氣體以除電離的等離子體之外的形式從焊炬排出，在次要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)該焊炬具有至少一個(gè)測(cè)量孔，用來(lái)測(cè)量通過(guò)次要?dú)怏w流動(dòng)路徑的氣體流量。該防護(hù)杯一般呈杯形，并適于至少部分地限定次要?dú)怏w流動(dòng)路徑。該防護(hù)杯還適于限定與次要?dú)怏w流動(dòng)路徑流體連通的、用于進(jìn)一步從焊炬排出在次要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)的氣體的一第三氣體流動(dòng)路徑。該防護(hù)杯在第三氣體流動(dòng)路徑內(nèi)具有至少一測(cè)量孔，用來(lái)測(cè)量通過(guò)第三氣體流動(dòng)路徑的氣體流量。
其他的目標(biāo)和特征，部分將不喻自明，部分將在下文中加以指明。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬的局部截面圖；圖2是沿圖1中的″2-2″線所在的平面截取的部分截面圖，所示的導(dǎo)電元件處于一對(duì)應(yīng)于焊炬的閑置模式的提升位置；
圖2A是沿圖2的″A-A″線的平面截取的截面圖；圖2B是沿圖2的″B-B″線所在的平面截取的截面圖；圖3是圖2的截面圖，示出導(dǎo)電元件處于一對(duì)應(yīng)于焊炬的導(dǎo)向模式的下降位置；圖3A是沿圖3的″A-A″線所在的平面截取的截面圖；圖3B是圖3的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬的局部放大圖；圖4是本發(fā)明的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬的第二實(shí)施例的焊炬頭的一部分的截面圖，所示的導(dǎo)電元件處于一對(duì)應(yīng)于焊炬的閑置模式的提升位置；圖5是圖4的截面圖，示出導(dǎo)電元件處于一對(duì)應(yīng)于焊炬的導(dǎo)向模式的下降位置；圖6是本發(fā)明的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬的第三實(shí)施例的焊炬頭的一部分的截面圖，所示的導(dǎo)電元件處于一對(duì)應(yīng)于焊炬的閑置模式的下降位置；圖7是圖6的截面圖，示出導(dǎo)電元件處于一對(duì)應(yīng)于焊炬的導(dǎo)向模式的提升位置；圖8是本發(fā)明的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬的第四實(shí)施例的焊炬頭的一部分的截面圖，所示的導(dǎo)電元件處于一對(duì)應(yīng)于焊炬的閑置模式的提升位置；圖9是圖8的截面圖，示出導(dǎo)電元件處于一對(duì)應(yīng)于焊炬的導(dǎo)向模式的提升位置；圖10是本發(fā)明的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬的第五實(shí)施例的焊炬頭的一部分的截面圖，所示的導(dǎo)電元件處于一對(duì)應(yīng)于焊炬的閑置模式的下降位置；圖11是圖10的截面圖，示出導(dǎo)電元件處于一對(duì)應(yīng)于焊炬的導(dǎo)向模式的提升位置；以及圖12是本發(fā)明的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬的第六實(shí)施例的焊炬頭的一部分的截面圖，所示的導(dǎo)電元件處于一對(duì)應(yīng)于焊炬的閑置模式的提升位置。
在諸附圖中，對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)指示對(duì)應(yīng)的部件。
最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述參照諸附圖，尤其是圖1，本發(fā)明的等離子弧焊炬的一部分一般地以標(biāo)號(hào)″21″表示。該焊炬21包括一焊炬頭23，它具有一固定在焊炬體27內(nèi)的總的以標(biāo)號(hào)″25″標(biāo)注的陰極、一電氣連接到該陰極上的總的以標(biāo)號(hào)″29″標(biāo)注的電極。，多個(gè)其由諸如聚酰胺或聚酰亞胺之類的合適的電氣絕緣材料構(gòu)成的環(huán)形的絕緣件31包圍陰極25的上部和下部，以便將陰極與包圍陰極的大致呈管形的陽(yáng)極33電氣地絕緣。陽(yáng)極33與電源(未示出)的正極側(cè)電氣連通，例如，通過(guò)電纜35。陰極25電氣連接于電源的負(fù)極側(cè)。陽(yáng)極33具有一用來(lái)接納諸如氧氣或空氣的主要工作氣體到焊炬頭23的進(jìn)口端口37。具體來(lái)說(shuō)，陽(yáng)極33的主要?dú)怏w進(jìn)口端口37是流體連通的，例如，通過(guò)纜索35與工作氣體源(未示出)流體流通，以便接受工作氣體進(jìn)入到由陽(yáng)極和陰極25之間的空間形成的環(huán)形通道39內(nèi)。一中心孔(未示出)在陰極25的下連接端41內(nèi)沿縱向延伸。狹槽43在陰極25的下連接端41內(nèi)沿縱向延伸，以在陰極孔和陽(yáng)極通道39之間提供流體連通，由此，允許在陽(yáng)極通道內(nèi)的工作氣體通過(guò)陰極孔向下流入到焊炬頭23。
仍參照?qǐng)D1，電極29具有一上連接端45，它用來(lái)圍繞焊炬頭23的中心縱軸線X，以同軸的關(guān)系將電極連接到陰極25的連接端41。其結(jié)果，電極29電氣連接于陰極，因此，與電源的負(fù)極側(cè)電氣連通。電極29和陰極25廣義地定義為焊炬21的陰極體，它與電源的負(fù)極側(cè)電氣連通。在所示的實(shí)施例中，陰極25和電極29的連接端41、45構(gòu)造成互相同軸地可伸縮的連接，這種連接方式示于和描述于共有的美國(guó)專利.6,163,008中，本文援引該文以供參考。為了建立這種連接，陰極連接端41和電極連接端45分別形成有相對(duì)的掣子47和49。當(dāng)電極29的連接端45連接到電極25以顯示電極背離陰極的軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些掣子47和49互相一體地形成。然而，應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，電極29也可以其它傳統(tǒng)方式，例如，通過(guò)螺紋連接連接到陰極25上。
一中心孔(未示出)在電極29的上連接端45內(nèi)沿縱向延伸，并與陰極連接端41的中心孔流體連通，這樣，在陰極中心孔內(nèi)的工作氣體向下被導(dǎo)向通過(guò)電極的中心孔。電極29的中心孔從電極的頂向下延伸，以與氣體分配孔51配準(zhǔn)，諸分配孔51從中心孔向外沿徑向延伸，以便從電極排出工作氣體。一具有嚙合的或呈臺(tái)階的直徑的環(huán)形軸環(huán)53從在氣體分配孔51上方的電極29的上連接端45向外沿徑向延伸。軸環(huán)53的臺(tái)階形的直徑形成一環(huán)形突緣55，以便將電極29沿縱向定位在焊炬頭23內(nèi)(將在下文中描述)。
參照?qǐng)D2，電極29具有一圓柱形中間部分57，它在中心孔和氣體分配孔51下面沿縱向延伸，并具有一基本上放大的外直徑。隨著電極從中間部分57的底部向下朝電極的下端59延伸，以在電極上形成一錐形接觸表面61，電極29的外直徑逐漸減小。電極29的下端59包括一底表面63和一側(cè)表面65，所述底表面63相對(duì)于焊炬21的中心縱軸線X大致沿徑向定向，所述側(cè)表面65從底表面向上大致沿縱向延伸到電極的錐形接觸表明61。所示實(shí)施例的電極29由銅構(gòu)成，并具有一固定在電極的底表面63內(nèi)的凹陷67內(nèi)的插入部66的放射性材料(例如，鉿)。
一大致杯形的金屬嘴71，一般也稱之為一噴嘴，設(shè)置在焊炬頭23上，焊炬以徑向和縱向間隔的關(guān)系包圍電極29的下端59，以形成一在噴嘴和電極之間的主要?dú)怏w通道73(另外可稱之為弧腔室或等離子腔室)。噴嘴71的中心出口孔75與主要?dú)怏w通道73連通，以便從焊炬21中排出工作氣體，并將氣體向下引向工件。隨著噴嘴向上朝噴嘴的上端77延伸以形成一與屏蔽杯81接合的錐形下接觸表面79(將在下文中討論)，噴嘴71的外直徑就增加，以便將噴嘴固定在焊炬頭23內(nèi)。一環(huán)形突出部83從噴嘴71的頂部向上延伸，并基本上中心地定位在其上，這樣，噴嘴的頂形成一設(shè)置在環(huán)形突出部的沿徑向向外的面向上的環(huán)形臺(tái)肩85以及一設(shè)置在突出部沿徑向向內(nèi)的面向上的接觸表面87。環(huán)形突出部83的一內(nèi)表面88(圖3B)向上傾斜，并從面向上的接觸表面87沿徑向向外至環(huán)形突出部的頂。
特別地參照?qǐng)D2和3，本發(fā)明的一接觸組件以標(biāo)號(hào)″101″表示，并在焊炬21的停止模式(圖2)和引導(dǎo)模式(圖3)之間操作。在焊炬的停止模式中，接觸組件101、噴嘴71和電極29相對(duì)地定位成接觸組件在電源的正極側(cè)和電源的負(fù)極側(cè)之間提供一導(dǎo)電的路徑，而沒(méi)有以離子化的等離子體的形式從焊炬中排出工作氣體。在焊炬21的引導(dǎo)模式中，接觸組件101、噴嘴71以及電極29相對(duì)地定位成一引導(dǎo)弧形成在焊炬頭23上，并適于起始焊炬的操作，以從焊炬排出呈離子化的等離子體形式的工作氣體。所示實(shí)施例的接觸組件101包括一管形殼103，它具有一基本上圓柱形側(cè)壁105以及一從側(cè)壁的底部沿徑向向內(nèi)延伸的環(huán)形底壁107。管形殼103的底壁107具有一中心開(kāi)口109，用來(lái)接納通過(guò)其間的電極29和從噴嘴71延伸的環(huán)形突出部83，由此，管形殼的底壁坐落在由噴嘴71形成的外環(huán)形臺(tái)肩85上，而環(huán)形突出部沿徑向和縱向相對(duì)于接觸組件定位在焊炬頭23的噴嘴，并電氣連接于噴嘴和管形殼。
所示實(shí)施例的管形殼103由導(dǎo)電金屬，較佳地由黃銅構(gòu)成，其尺寸做成足以在焊炬頭23內(nèi)向上延伸，這樣，當(dāng)管形殼的底壁107坐落在噴嘴71上，以便電氣連接管形殼和陽(yáng)極時(shí)，管形殼的側(cè)壁105接觸于陽(yáng)極33的底部。其結(jié)果，陽(yáng)極33、噴嘴71以及管形殼103與電源的正極側(cè)電氣連通，并一起廣義地限定焊炬的陽(yáng)極體。在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，可以構(gòu)思接觸組件101的管形殼103可與噴嘴71一體地形成。
一內(nèi)臺(tái)肩111形成在管形殼103的側(cè)壁105上，略在其上端的下面，以便將接觸組件的一帽113坐落在管形殼內(nèi)。如所示實(shí)施例所示，組件帽113呈環(huán)形，并具有一中心開(kāi)口115，以便接納通過(guò)其間的電極29。組件帽113具有一在開(kāi)口115內(nèi)的嚙合的，或呈臺(tái)階的內(nèi)直徑，以便形成一臺(tái)階117，其尺寸與從電極29沿徑向向外延伸的環(huán)形軸環(huán)53的臺(tái)階的外直徑相一致。由軸環(huán)53形成的環(huán)形突緣55的尺寸適于坐落在帽113的中心開(kāi)口115內(nèi)的臺(tái)階117上，以便相對(duì)于接觸組件101和噴嘴71沿縱向?qū)㈦姌O29定位在焊炬頭23內(nèi)。軸環(huán)還以與接觸組件和在焊炬21的中心縱軸線X上的噴嘴保持同軸關(guān)系沿徑向定位電極。管形接觸組件殼103和組件帽113一起廣義地構(gòu)成由用來(lái)將工作氣體容納在接觸組件內(nèi)的接觸組件定義的一個(gè)封閉部分。
一由非導(dǎo)電材料構(gòu)成的絕緣套筒119以緊密接觸的方式包圍電極29的放大的中間部分57，以便將電極的中間部分與包圍接觸組件殼103內(nèi)的電極的導(dǎo)電元件121之間的電氣連通進(jìn)行電氣絕緣。沿直徑上相對(duì)的諸接片123(圖1，2A)從絕緣套筒119的頂部向上延伸并接觸電極29的環(huán)形軸環(huán)53的底部，以便沿縱向?qū)⑻淄捕ㄎ辉陔姌O上?；⌒伍_(kāi)口125(圖2A)沿周緣方向在接片123之間延伸，與電極29的氣體分配孔51配準(zhǔn)，以便允許從電極通過(guò)氣體分配孔排出的氣體向外流動(dòng)通過(guò)絕緣套筒，到達(dá)由接觸組件殼103和組件帽113(圖3)形成的一封閉部分內(nèi)的上氣體腔室127(廣義地說(shuō)，一高壓氣體腔室)。絕緣套筒119較佳地固定到電極29上，例如，通過(guò)壓配入電極上，這樣，電極和絕緣套筒一起廣義地限定為一可安裝在焊炬內(nèi)成為一單元的、或從焊炬內(nèi)可拆除的電極組件。
導(dǎo)電元件121通常呈杯形，并設(shè)置在管形殼103內(nèi)。所示實(shí)施例的導(dǎo)電元件121具有一中心通道129，用來(lái)接納通過(guò)其間的電極29，使導(dǎo)電元件的內(nèi)表面以緊密間隔的關(guān)系包圍絕緣套筒119，且使導(dǎo)電元件的外表面與管形殼103的內(nèi)表面保持緊密間隔的關(guān)系。導(dǎo)電元件121不與電極29和陰極25(即陰極體)和陽(yáng)極33以及接觸組件殼103和噴嘴71(即陽(yáng)極體)固定連接。這里所用的術(shù)語(yǔ)“不固定連接”是指可實(shí)現(xiàn)至少沿一個(gè)方向，諸如，沿軸向和/或徑向的、在導(dǎo)電元件和陰極體和陽(yáng)極體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。例如，圖示的導(dǎo)電元件在由殼和組件帽113限定的封閉部分內(nèi)可沿焊炬頭23的中心縱軸線X沿軸向自由運(yùn)動(dòng)。具體來(lái)說(shuō)，相對(duì)于電極29、絕緣套筒119、管形殼103以及介于對(duì)應(yīng)于焊炬21的停止模式的第一、提升的位置(圖2)和對(duì)應(yīng)于焊炬的導(dǎo)向模式的第二、下降的位置(圖3)之間的噴嘴71，導(dǎo)電元件121可沿軸向移動(dòng)。然而，應(yīng)該理解的是導(dǎo)電元件121可相對(duì)于陰極體和陽(yáng)極體沿徑向自由移動(dòng)。還應(yīng)該理解的是導(dǎo)電元件121可在焊炬內(nèi)是固定的，且陰極體、陽(yáng)極體，或兩者均可相對(duì)于導(dǎo)電元件沿軸向和/或徑向自由移動(dòng)。
導(dǎo)電元件121的內(nèi)表面隨著導(dǎo)電元件向下延伸到元件的下端131而向里成錐度，以形成導(dǎo)電元件的上接觸表面133。該上接觸表面133成錐形的角度通常對(duì)應(yīng)于電極29的錐形接觸表面61，并與其保持沿軸向相對(duì)的關(guān)系設(shè)置(例如，面對(duì)面)。導(dǎo)電元件121的底部形成一大致沿徑向定向的下接觸表面135，它以與從環(huán)形突出部83向里沿徑向延伸的噴嘴71的上接觸表面87保持沿軸向相對(duì)的關(guān)系(例如，面對(duì)面)進(jìn)行設(shè)置。如圖3B所示，導(dǎo)電元件的外表面的一部分136從接觸表面135基本上向上沿徑向向外地成錐形，且其徑向尺寸適合于能被盡可能靠近環(huán)形突出部83的內(nèi)表面而不接觸環(huán)形突出部，這樣，當(dāng)導(dǎo)電元件位于其下方位置時(shí)導(dǎo)電元件121的下接觸表面135將接觸噴嘴71的上接觸表面87。例如，所示實(shí)施例的導(dǎo)電元件121與導(dǎo)電元件的下方位置處的環(huán)形突出部83的內(nèi)表面間隔約0.0043英寸。
導(dǎo)電元件121還包括一上端137，它與接觸組件殼103的側(cè)壁105的內(nèi)表面保持緊密地沿徑向間隔開(kāi)的關(guān)系，并在封閉的上氣體腔室127的下方，以在導(dǎo)電元件和殼之間形成一相對(duì)窄(例如，0.005英寸)的環(huán)形通道139。導(dǎo)電元件121的下端131的外直徑基本上小于上端137的外直徑，以與殼103一起形成封閉的下氣體腔室141(廣義上講，一低壓氣體腔室)，它通過(guò)在導(dǎo)電元件和殼側(cè)壁105之間形成的窄通道139與上氣體腔室127流體連通。
一盤簧151(廣義上講，一偏壓元件)設(shè)置在接觸組件101的下氣體腔室141內(nèi)，它與導(dǎo)電元件121的外表面和管形殼側(cè)壁105的內(nèi)表面保持沿徑向間隔開(kāi)的關(guān)系。彈簧151坐落在接觸組件殼103的底壁107上，其軸向尺寸適于接觸導(dǎo)電元件121的上端137的底表面153。所示實(shí)施例的盤簧151由導(dǎo)電材料構(gòu)成，這樣，彈簧的一端(其上端)連接于導(dǎo)電元件121，而其相對(duì)端(下端)連接于接觸組件殼103。其結(jié)果，導(dǎo)電元件121仍保持與接觸組件殼103電氣連通，因此，隨著導(dǎo)電元件在其提升和下降位置之間移動(dòng)，它與電源的正極側(cè)連通。應(yīng)該理解的是在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，彈簧151可電氣連接于噴嘴71，只要導(dǎo)電元件仍保持與電源正極側(cè)的電氣連通。彈簧151較佳地在導(dǎo)電元件121的提升和下降位置保持壓縮的狀態(tài)，以便在接觸組件殼103與導(dǎo)電元件之間保持電氣連通，并朝對(duì)應(yīng)于焊炬21的停止模式的提升位置(圖2)連續(xù)地偏壓導(dǎo)電元件。
當(dāng)導(dǎo)電元件121位于其提升位置時(shí)，其上接觸表面133接合電極29的接觸表面61，以在導(dǎo)電元件與電極之間提供電氣連通，由此，在陰極體與陽(yáng)極體之間，即在電源的正極側(cè)與電源的負(fù)極側(cè)之間完成一導(dǎo)電路徑。導(dǎo)電元件121的下接觸表面135與在導(dǎo)電元件121的提升位置上的噴嘴71的上接觸表面87沿縱向間隔開(kāi)。
在對(duì)應(yīng)于焊炬的導(dǎo)向模式的導(dǎo)電元件121的下降位置(圖3和3B)中，導(dǎo)電元件的上接觸表面133向下背離電極29的下接觸表面61定位。具體來(lái)說(shuō)，導(dǎo)電元件121的上接觸表面133定位在離電極29的下接觸表面61一距離處，其近似等于主要?dú)怏w通道73的寬度。例如，在所示的實(shí)施例中，主要?dú)怏w通道具有約0.044英寸的寬度，導(dǎo)電元件12 1的接觸表面133定位在離電極29的下接觸表面61的距離約為0.040-0.045英寸。
如圖3B所示，導(dǎo)電元件121的下接觸表面135坐落在導(dǎo)電元件下降位置的噴嘴71的上接觸表面87上，這樣，導(dǎo)電元件和噴嘴組合形成主要?dú)怏w通道73的一部分。從下接觸表面135延伸的導(dǎo)電元件121的外表面的部分136與從噴嘴延伸的環(huán)形突出部83的內(nèi)表面88保持緊密間隔的關(guān)系，以便在其間提供足夠的間隙，從而允許導(dǎo)電元件的下接觸表面135坐落在噴嘴的上接觸表面87上。然而，導(dǎo)電元件121和環(huán)形突出部83的內(nèi)表面88之間的間隔是足以靠近的，以約束通過(guò)其間的氣體的流動(dòng)(例如，其間的間隔是約0.0043英寸，它是主要?dú)怏w通道73的寬度的十分之一)，由此，抑制向下流動(dòng)通過(guò)主要?dú)怏w通道73的工作氣體反向流入到噴嘴與導(dǎo)電元件之間的下氣體腔室141。環(huán)形突出部83的內(nèi)表面88還抑制導(dǎo)電元件沿徑向運(yùn)動(dòng)，由此，保持導(dǎo)電元件與焊炬21的沿縱軸線X同軸的關(guān)系。然而，應(yīng)該理解的是由于噴嘴71已經(jīng)電氣連接于接觸組件殼103，所以，導(dǎo)電元件121的下接觸表面135不需直接坐落在噴嘴的上接觸表面87上，以便保持在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。還應(yīng)該理解的是在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，環(huán)形突出部83的內(nèi)表面88可從噴嘴71的上接觸表面87垂直向上延伸。
氣體入口孔155(圖3A)在導(dǎo)電元件121的上接觸表面133的上方延伸通過(guò)該導(dǎo)電元件121，以提供接觸組件101的下氣體腔室141與部分由導(dǎo)電元件和電極29、部分由噴嘴形成的主要?dú)怏w通道73之間的流體連通。所示實(shí)施例的氣體入口孔155大致沿切向延伸通過(guò)導(dǎo)電元件121，使形成工作氣體的漩渦作用流入和向下流動(dòng)通過(guò)主要?dú)怏w通道73?；蛘撸瑲怏w入口孔155可沿徑向延伸通過(guò)導(dǎo)電元件121。
回頭參照?qǐng)D1，噴嘴71、電極29以及接觸組件101(例如，殼103和絕緣套筒119)的非移動(dòng)元件在焊炬21操作的過(guò)程中通過(guò)屏蔽杯81沿軸向互相固定地定位。屏蔽杯81由諸如玻璃纖維的非導(dǎo)電絕熱材料構(gòu)成，并具有一內(nèi)螺紋，用來(lái)螺紋嚙合在固定在焊炬體27內(nèi)的陽(yáng)極33上的對(duì)應(yīng)的外螺紋。在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，屏蔽或者可包括一金屬插入件682(如圖8和圖12的實(shí)施例中所示)，它具有一用來(lái)螺紋嚙合陽(yáng)極33的內(nèi)螺紋。屏蔽杯81的下端161具有一中心開(kāi)口163，其尺寸允許噴嘴71通過(guò)其間，屏蔽帽從在中心開(kāi)口內(nèi)的噴嘴沿徑向間隔開(kāi)，以形成焊炬21的環(huán)形的第二出口。隨著屏蔽杯從中心開(kāi)口163向上延伸以形成以某一大致與噴嘴71的錐形的下接觸表面79對(duì)應(yīng)的角度成錐形的接觸表面1 65，噴嘴并與其保持軸向相對(duì)(例如，面對(duì)面)的關(guān)系，屏蔽杯81的下端161的內(nèi)直徑就逐漸地增加。
當(dāng)屏蔽杯81安裝在焊炬21上時(shí)屏蔽杯81的接觸表面165接觸于噴嘴71的下接觸表面79，以便沿軸向?qū)娮煲约敖佑|組件101和電極29固定在焊炬頭23內(nèi)。屏蔽杯81從接觸表面165向上延伸，以與噴嘴71的外表面保持沿徑向間隔開(kāi)的關(guān)系，從而形成第二氣體腔室166。槽167(圖1)形成在噴嘴71的下接觸表面79內(nèi)，以提供在第二氣體腔室166與屏蔽杯81的中心開(kāi)口163之間的流體連通。開(kāi)口169(圖2，2B)設(shè)置在接觸組件101的關(guān)系殼103內(nèi)，它與接觸組件的下氣體腔室141流體連通，以將下氣體腔室內(nèi)的工作氣體的一部分離散到第二氣體腔室166中，以便從焊炬21通過(guò)屏蔽杯81的中心開(kāi)口163排出。
屏蔽杯81、噴嘴71、接觸組件101以及電極29均為焊炬21的消耗部件，原因在于這些部件的有效工作壽命通常顯著小于焊炬本身的使用壽命，這樣，就要求定期地更換。
在根據(jù)本發(fā)明一用于操作一接觸起始等離子弧焊炬的方法的操作中，焊炬21最初處在其停止的模式中(圖2)，沒(méi)有電流或氣體流入焊炬頭。導(dǎo)電元件121被盤簧151偏壓朝向其對(duì)應(yīng)于焊炬的停止模式的提升位置，使導(dǎo)電元件121的上接觸表面133接合于面向下的電極29的接觸表面61，以在電源的正極與負(fù)極側(cè)之間提供導(dǎo)電路徑。當(dāng)要求進(jìn)行焊炬21的操作時(shí)，電流和工作氣體被引入到焊炬21中。具體來(lái)說(shuō)，正電勢(shì)從電源通過(guò)電纜35引導(dǎo)到陽(yáng)極33，并流動(dòng)通過(guò)電路后回到電源的負(fù)極側(cè)，所述電路包括接觸組件殼103、盤簧151、導(dǎo)電元件121、電極29和陰極25。
工作氣體從工作氣體源引導(dǎo)到焊炬21中，并流動(dòng)通過(guò)主要?dú)怏w流道，它包括陽(yáng)極入口端37、陽(yáng)極通道39、陰極孔、電極孔、電極29的氣體分配孔51、接觸組件101的上氣體腔室127、導(dǎo)電元件121和殼103的內(nèi)表面、接觸組件的下氣體腔室141、導(dǎo)電元件的氣體入口孔155、主要?dú)怏w通道73和噴嘴71的中心出口孔75。下氣體腔室141內(nèi)的工作氣體的一部分被導(dǎo)向流動(dòng)通過(guò)第二氣體流道，它包括接觸組件殼103內(nèi)的開(kāi)口169、二次氣體腔室165以及在噴嘴71的下接觸表面79內(nèi)的槽167，以便從焊炬21通過(guò)屏蔽杯81的中心開(kāi)口163排出。
從上氣體腔室127流到下氣體腔室141的工作氣體流受到在導(dǎo)電元件121與接觸組件殼103的內(nèi)表面之間形成的窄通道139的約束。這致使在上氣體腔室127內(nèi)的氣體壓力增加，并以活塞的形式作用在導(dǎo)電元件121的上端137，以使導(dǎo)電元件抵抗彈簧151的偏壓而朝向下氣體腔室141移動(dòng)，即朝向?qū)?yīng)于焊炬21的導(dǎo)向模式的導(dǎo)電元件的下降位置移動(dòng)(圖3)。作為一舉例，所示實(shí)施例的上(高壓)氣體腔室151和下(低壓)氣體腔室141之間的壓差約為1.7磅/平方英寸。當(dāng)導(dǎo)電元件121朝其下降位置移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電元件121的上接觸表面133背離電極29的接觸表面61向下移動(dòng)，以大致上增加其間的間隔。一引導(dǎo)弧形成在導(dǎo)電元件121的上接觸表面133和電極接觸表面61之間，通常在由導(dǎo)電元件和電極接觸表面形成的主要?dú)怏w通道73的部分(例如，主要?dú)怏w流道)內(nèi)，并暴露在通過(guò)主要?dú)怏w通道的工作氣體的較大的氣流中。因此，導(dǎo)向弧適于被工作氣體吹動(dòng)而流過(guò)主要?dú)怏w通道73，向下通過(guò)朝噴嘴71的中心出口孔75的主要?dú)怏w通道，以便通過(guò)從噴嘴排出呈離子化的等離子體的工作氣體來(lái)起動(dòng)焊炬的操作。
在所示和描述的接觸起始焊炬的若干個(gè)實(shí)施例中，包括圖1-3的第一實(shí)施例的焊炬21，導(dǎo)電元件121圖示和描述為在焊炬停止模式中的接合電極(例如，陽(yáng)極體)，以在陽(yáng)極體和陰極體之間提供導(dǎo)電路徑。然而，應(yīng)該理解的是，導(dǎo)電元件121不需要接合焊炬在停止模式中的陽(yáng)極體或陰極體，只要導(dǎo)電元件定位在足夠靠近陰極體和陽(yáng)極體中至少一個(gè)，以便在電源的正極和負(fù)極側(cè)之間提供一導(dǎo)電路徑。在這樣的實(shí)例中，一弧可形成在導(dǎo)電元件121和焊炬在停止模式中的陽(yáng)極體或陰極體之間，但這樣的弧不被認(rèn)為是一在本文中被普遍理解和使用的術(shù)語(yǔ)所述的引導(dǎo)弧，因?yàn)樗贿m于通過(guò)從焊炬中排出以離子化的等離子體形式的工作氣體來(lái)起動(dòng)焊炬的操作。
相反，在導(dǎo)電元件與焊炬在停止模式中的陽(yáng)極體或陰極體之間的任何間距，比起焊炬的引導(dǎo)模式中的間距相對(duì)較小，這樣，在導(dǎo)電元件121和陽(yáng)極體或陰極體之間的氣體流動(dòng)顯著地受到約束，因此，不能吹動(dòng)在焊炬停止模式中在其間形成的任何弧向下朝噴嘴的出口孔，以從焊炬中排出呈離子化的等離子體形式的工作氣體。因此，本文所參照的在導(dǎo)電元件朝對(duì)應(yīng)于焊炬的引導(dǎo)模式的第二位置運(yùn)動(dòng)時(shí)形成在焊炬中的引導(dǎo)弧，是指這樣在導(dǎo)電元件和陰極體和陽(yáng)極體之間形成的弧當(dāng)導(dǎo)電元件離陰極體和/或陽(yáng)極體足夠間隔時(shí)，致使其間形成的弧可被吹動(dòng)通過(guò)主要?dú)怏w流道到達(dá)噴嘴的出口孔，以起動(dòng)焊炬的操作，由此，工作氣體以離子化的等離子體的形式從焊炬中排出。
在工件上執(zhí)行切割和焊接操作的本發(fā)明的等離子弧焊炬21的其它的操作是眾所周知的，因此在本文中將不作詳細(xì)的介紹。
如圖中所示和文中所述，當(dāng)焊炬21在其閑置模式與導(dǎo)向模式之間操作時(shí)導(dǎo)電元件121通過(guò)盤簧151和接觸組件殼103與電源的正極側(cè)保持電氣連通。然而。應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，當(dāng)焊炬21在其閑置模式和導(dǎo)向模式之間操作時(shí)，導(dǎo)電元件121可代之以與電源的負(fù)極側(cè)保持電氣連通。例如，導(dǎo)電元件121可電氣連接到電極或陰極上(例如，陰極體)，這樣，在對(duì)應(yīng)于焊炬21的閑置模式的導(dǎo)電元件的第一位置中導(dǎo)電元件與管形殼103或噴嘴71保持電氣連通，以在電源的正極與負(fù)極側(cè)之間提供一導(dǎo)電路徑。在對(duì)應(yīng)于焊炬21的導(dǎo)向模式的導(dǎo)電元件121的第二位置中，導(dǎo)電元件與電源的負(fù)極側(cè)保持電氣連通，并遠(yuǎn)離管形殼103或噴嘴71移動(dòng)，以在導(dǎo)電元件與在焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑中的管形殼或噴嘴之間形成導(dǎo)向弧。
此外，當(dāng)導(dǎo)電元件121在其提升位置與下降位置之間移動(dòng)時(shí)，電極29和噴嘴71顯示為固定在焊炬21內(nèi)，并且互相保持固定的關(guān)系。然而，電極29噴嘴71或兩者可互相移動(dòng)，并仍保持在本發(fā)明的范圍內(nèi)，導(dǎo)電元件121可以固定或不固定，以阻止在焊炬內(nèi)的移動(dòng)，只要導(dǎo)電元件與電極和噴嘴至少在一個(gè)方向上不保持固定的連接，以使導(dǎo)電元件相對(duì)于電極和噴嘴在焊炬21的閑置模式和導(dǎo)向模式中呈現(xiàn)不同的位置。
再者，盡管導(dǎo)電元件121例如通過(guò)加壓氣體(例如，流動(dòng)通過(guò)主要?dú)怏w流道的工作氣體)產(chǎn)生的力，在其提升與下降位置之間氣動(dòng)地移動(dòng)，但應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，導(dǎo)電元件可在其提升與下降位置之間被機(jī)械地驅(qū)動(dòng)。
圖4和5示出本發(fā)明的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬221的第二實(shí)施例的一部分，其與第一實(shí)施例(圖1-3)的部分基本上類似，它包括一與電源的負(fù)極側(cè)電氣連通的電極229、一與電源的正極側(cè)電氣連通的噴嘴271、一可在焊炬和屏蔽杯(未示出，但類似于圖1的屏蔽杯81)的閑置模式與導(dǎo)向模式之間操作的接觸組件301。該第二實(shí)施例的接觸組件301的導(dǎo)電元件321大致上呈杯形，并具有一接納通過(guò)其間的電極229的中心通道329。導(dǎo)電元件321的內(nèi)直徑通常為臺(tái)階形或嚙合的，以形成一導(dǎo)電元件的上接觸表面333、一中間臺(tái)肩343和一上臺(tái)肩345，所述中間臺(tái)肩343用來(lái)將一氣體分配器267坐落在導(dǎo)電元件的中央通道329內(nèi)。內(nèi)直徑沿著上接觸表面333增加，以使接觸表面呈錐形，錐度角通常對(duì)應(yīng)于電極229的錐形接觸表面261的錐度角。氣體分配器267大致呈環(huán)形，并坐落在導(dǎo)電元件321的中間臺(tái)肩343上，與電極229的中間部分257的至少一部分保持靠近的間隔關(guān)系。氣體分配器267由非導(dǎo)電材料構(gòu)成，以便電氣地絕緣電極229的中間部分257，防止與導(dǎo)電元件321電氣接觸。由此可見(jiàn)，氣體分配器267從廣義上可定義為類似于第一實(shí)施例的絕緣套筒119的一絕緣套筒。所示實(shí)施例的氣體分配器267例如采用壓配或粘結(jié)方法連接于導(dǎo)電元件321，這樣，氣體分配器和導(dǎo)電元件可作為一單一單元安裝在焊炬內(nèi)或從中移去。
電極229的中間部分257具有一臺(tái)階形的外直徑，這樣，中間部分的外表面的一部分在氣體分配器267向內(nèi)沿徑向隔開(kāi)，以便在電極接觸面261的上游形成一氣體入口347。氣體分配器267具有多個(gè)通過(guò)其間延伸的入口孔269，并基本上沿軸向位于導(dǎo)電元件321的上臺(tái)肩345的上方，以便在接觸組件301的上氣體腔室327與氣體入口347之間提供流體連通，從而引導(dǎo)上氣體腔室內(nèi)的氣體進(jìn)入到氣體入口。所示實(shí)施例的諸入口孔269基本上沿切向延伸通過(guò)氣體分配器267，用以形成一流入到氣體入口中并通過(guò)主要?dú)怏w通道273的工作氣體的漩渦作用。然而，應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，入口孔269可沿徑向延伸通過(guò)氣體分配器267。
如同第一實(shí)施例，該第二實(shí)施例的導(dǎo)電元件321能在焊炬221的中心縱軸線X上，相對(duì)于電極229、接觸組件殼303和噴嘴271在一第一位置和一第二位置之間作軸向運(yùn)動(dòng)，所述第一位置是對(duì)應(yīng)于焊炬閑置模式的提升位置，而第二位置是對(duì)應(yīng)于焊炬導(dǎo)向模式的下降位置。由導(dǎo)電元件321將其支承在焊炬221內(nèi)的氣體分配器267，連同導(dǎo)電元件一起移動(dòng)。該第二實(shí)施例的一偏壓件由一環(huán)形扭曲的盤簧351形成，它坐落在接觸組件殼303的沿徑向向內(nèi)延伸的底壁307上，并與殼側(cè)壁305接觸。彈簧351還接觸導(dǎo)電元件321錐形外表面349，以偏壓導(dǎo)電元件朝其對(duì)應(yīng)于焊炬閑置模式的提升位置，并提供導(dǎo)電元件與接觸組件殼303，即電源的正極側(cè)之間的電氣連通。
在導(dǎo)電元件321的提升位置(圖4)，導(dǎo)電元件的上接觸表面333接合于電極229的面向下的接觸表面261，以在導(dǎo)電元件與電極之間提供電氣連通，由此，在接觸組件殼303與電極之間，即在電源的正極側(cè)與電源的負(fù)極側(cè)之間完成一導(dǎo)電路徑。然而，應(yīng)該理解的是，在其提升位置導(dǎo)電元件321不需要接合于電極229的接觸表面261，只要其定位在足夠靠近電極的接觸表面，以在電源的正極與負(fù)極側(cè)之間提供一導(dǎo)電路徑。導(dǎo)電元件321的下接觸表面335在導(dǎo)電元件的提升位置時(shí)，沿縱向與噴嘴271的上接觸表面287隔開(kāi)。氣體分配器267的諸入口孔269與氣體入口347沿徑向未配準(zhǔn)，所述氣體入口347由氣體分配器和電極229的中間部分257的間隔部分形成，以此阻止在接觸組件301的上氣體腔室327內(nèi)的工作氣體流入氣體入口。
在導(dǎo)電元件321的下降位置(圖5)，導(dǎo)電元件321的上接觸表面333定位在向下離開(kāi)電極229的接觸表面261(例如，一大于導(dǎo)電元件的上接觸表面與在導(dǎo)電元件提升位置的電極接觸表面之間的距離的距離)。氣體入口347與形成在電極229與噴嘴271之間的氣體通道273流體連通，當(dāng)導(dǎo)電元件處于其下降位置時(shí)氣體入口還形成焊炬221的主要?dú)怏w流道。氣體分配器267的諸入口孔269與氣體入口347沿徑向配準(zhǔn)，以引導(dǎo)接觸組件301的上氣體腔室327內(nèi)的工作氣體流入氣體入口，并向下通過(guò)氣體通道273流入噴嘴271的中心出口孔275。
該第二實(shí)施例的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬221的電氣操作基本上類似于第一實(shí)施例的操作，這里不再作進(jìn)一步的描述。為了開(kāi)始焊炬的操作，工作氣體被引入到焊炬，并導(dǎo)向流入接觸組件301的上氣體腔室327。由于氣體分配器267的入口孔269未與氣體入口347配準(zhǔn)，所以，在上氣體腔室327與下氣體腔室341之間的狹窄通道339限制工作氣體流到下氣體腔室。在上氣體腔室327內(nèi)的氣體壓力增加，并向下作用在氣體分配器267和導(dǎo)電元件321上，以抵抗彈簧351的偏壓推動(dòng)導(dǎo)電元件向下移動(dòng)朝向?qū)щ娫南陆滴恢?圖5)。由于導(dǎo)電元件321的上接觸表面333移動(dòng)離開(kāi)電極229的接觸表面261，所以，在其間形成一導(dǎo)向弧。此外，當(dāng)導(dǎo)電元件朝向其下降位置移動(dòng)時(shí)氣體分配器267的入口孔269向下移動(dòng)，與氣體入口347沿徑向配準(zhǔn)。其結(jié)果，在接觸組件301的上氣體腔室327內(nèi)的工作氣體被引導(dǎo)通過(guò)氣體分配器267內(nèi)的入口孔269而進(jìn)入氣體入口347。然后，工作氣體進(jìn)一步向下引導(dǎo)通過(guò)氣體通道273，吹動(dòng)形成在導(dǎo)電元件321與電極229之間的導(dǎo)向弧，向下通過(guò)氣體通道朝向噴嘴271的中心出口孔275，以起動(dòng)焊炬的操作，由此，工作氣體以離子化的等離子體形式從焊炬221中排出。工作氣體流動(dòng)通過(guò)第二實(shí)施例的焊炬221的二次氣體流道，與第一實(shí)施例情況相同，這里不再進(jìn)一步地描述。
圖6和7示出本發(fā)明的第三實(shí)施例的一接觸起動(dòng)的等離子體焊炬421的一接觸組件501，其中，接觸組件的導(dǎo)電元件521在電氣上是中性的，即導(dǎo)電元件521與任何帶電勢(shì)的結(jié)構(gòu)，例如陰極、電極429、噴嘴471或接觸組件殼503不保持電氣連接。
在該第三實(shí)施例中，接觸組件501的環(huán)形帽513與管形殼503一體形成，并與大致在電極的氣體分配孔451下方的電極429保持緊密地沿徑向隔開(kāi)的關(guān)系。接觸組件殼503坐落在噴嘴471的一沿徑向向外延伸的上表面489上。電極429的中間部分457在殼503內(nèi)顯著地變窄，由此，電極的窄的中間部分和下端459形成一臺(tái)眉，它形成電極的沿徑向定向的接觸表面461。電極429和噴嘴471以互相大致固定的關(guān)系固定在焊炬421內(nèi)，使電極的接觸表面461和噴嘴的上表面489保持徑向共面。接觸組件殼503具有一設(shè)置在其側(cè)壁505上、靠近側(cè)壁下端的入口孔557和一也設(shè)置在側(cè)壁上、大致靠近側(cè)壁上端的出口孔559。
一由電氣上非導(dǎo)電的材料構(gòu)成的環(huán)形支承板571設(shè)置在接觸組件殼503內(nèi)，并具有一中心開(kāi)孔573，電極429的窄的中間部分457通過(guò)該開(kāi)孔延伸。導(dǎo)電元件521也呈環(huán)形，并由諸如黃銅之類的導(dǎo)電材料構(gòu)成。導(dǎo)電元件521固定在支承板571的底側(cè)，例如，粘結(jié)在其上，并從其上垂掛下來(lái)，以便使導(dǎo)電元件與支承板連同運(yùn)動(dòng)。該第三實(shí)施例的導(dǎo)電元件521在焊炬421的中心縱軸線X上，相對(duì)于電極429、噴嘴471以及第一與第二位置之間的接觸組件殼503作軸向移動(dòng)，所述第一位置是對(duì)應(yīng)于焊炬閑置模式的下降位置(圖6)，而第二位置是對(duì)應(yīng)于焊炬導(dǎo)向模式的提升位置(圖7)。導(dǎo)電元件521的環(huán)形寬度基本上大于形成在噴嘴471與電極429之間的氣體通道473的寬度，這樣，在導(dǎo)電元件的下降位置(圖6)導(dǎo)電元件與電極和噴嘴電氣連通，以在電極與噴嘴之間，即在電源的正極和負(fù)極側(cè)之間提供一導(dǎo)電路徑。應(yīng)該理解的是在其下降位置導(dǎo)電元件521不需要接合于電極429的接觸表面461和噴嘴471的上表面489，只要它定位得足夠靠近電極和噴嘴，以在電源的正極和負(fù)極側(cè)之間提供一導(dǎo)電路徑即可。
在其提升位置(圖7)，導(dǎo)電元件521向上定位離開(kāi)噴嘴471和電極429(即，一大于在導(dǎo)電元件下降位置的導(dǎo)電元件及電極與噴嘴之間的距離的距離)，這樣，一適于起動(dòng)焊炬操作的導(dǎo)向弧形成在噴嘴與導(dǎo)電元件之間，而另一適于起動(dòng)焊炬操作的導(dǎo)向弧形成在電極與導(dǎo)電元件之間。該第三實(shí)施例包括一盤簧551，它坐落在支承板571的頂部上，并向上延伸與接觸組件帽513接觸。彈簧551尺寸較佳地保持在壓縮狀態(tài)，以便連續(xù)地偏壓導(dǎo)電元件521朝向其對(duì)應(yīng)于焊炬閑置模式的下降位置。由于該第三實(shí)施例的導(dǎo)電元件521在電氣上是中性的，所以，彈簧551可由非導(dǎo)電材料構(gòu)成。
在所示實(shí)施例中，導(dǎo)電元件521的軸向尺寸應(yīng)做成在導(dǎo)電元件的下降位置(圖6)支承板571沿軸向設(shè)置在殼503的側(cè)壁505內(nèi)的入口孔557的上方，以將由殼503和組件帽513形成的封閉部劃分為一在板下方的高壓氣體的下腔室575以及一在板上方的低壓氣體的上腔室577。支承板571在殼503的側(cè)壁505的向里沿徑向地間隔，以在封閉部的上和下氣體腔室577、575之間形成一狹窄(例如，0.005英寸)通道539，以在其間提供流體的連通。這樣，在主要?dú)怏w流道中的工作氣體通過(guò)入口孔557進(jìn)入封閉部?jī)?nèi)的下氣體腔室575。狹窄通道539限制氣體流入上氣體腔室577。
其結(jié)果，在下氣體腔室575內(nèi)的壓力增加，并作用在導(dǎo)電元件521和支承板571上，以抵抗彈簧551的偏壓推動(dòng)支承板和導(dǎo)電元件向上朝向?qū)?yīng)于焊炬導(dǎo)向模式的導(dǎo)電元件的提升位置。在導(dǎo)電元件521的提升和下降位置時(shí)，支承板571沿軸向均定位在殼503的側(cè)壁505的出口孔559的下方。應(yīng)該理解的是可略去狹窄通道539，這樣，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下高壓氣體腔室575和低壓氣體腔室577互相不流體連通。
在操作中，流動(dòng)通過(guò)封閉的工作氣體在導(dǎo)電元件521與噴嘴471和電極429之間流動(dòng)，向下通過(guò)主要?dú)怏w通道473，吹動(dòng)形成在導(dǎo)電元件與噴嘴之間以及導(dǎo)電元件與電極之間的導(dǎo)向弧，向下通過(guò)主要?dú)怏w通道，這樣，導(dǎo)向弧并入到一向下吹動(dòng)、朝向噴嘴的中心出口孔的單一的弧，以起動(dòng)焊炬的操作，由此，主要工作氣體以離子化的等離子體從焊炬中排出。
圖8和9示出本發(fā)明的一接觸起動(dòng)的等離子體焊炬621的第四實(shí)施例的一接觸組件701，它與第一實(shí)施例的接觸組件基本上類似，它包括一與電源的負(fù)極側(cè)電氣連通的電極629、一與電源的正極側(cè)電氣連通的噴嘴671一可在焊炬的閑置模式和導(dǎo)向模式之間操作的接觸組件701以及圖1的屏蔽杯681。該第四實(shí)施例的屏蔽杯681具有一由金屬構(gòu)成的插入件682，它具有用來(lái)與陽(yáng)極螺紋嚙合的螺紋，以將屏蔽杯固定在焊炬體上。該第四實(shí)施例的接觸組件殼703的側(cè)壁705和底壁707顯示為與噴嘴671一體地形成。偏壓件是盤簧751，其尺寸做成與導(dǎo)電元件721的外表面和從噴嘴671向上延伸的環(huán)形突出部保持沿徑向緊密的接觸關(guān)系(例如，摩擦嚙合)，這樣，噴嘴、彈簧和導(dǎo)電元件互相保持在組件內(nèi)，以便在焊炬621內(nèi)作為單一單元安裝和拆除。
該第四實(shí)施例的接觸起動(dòng)等離子體焊炬621的其它結(jié)構(gòu)和操作基本上與第一實(shí)施例相同，因此，本文將不再作進(jìn)一步的描述。
圖10和11示出本發(fā)明的第五實(shí)施例的一接觸起動(dòng)的等離子體焊炬821的一接觸組件901，其中，環(huán)形帽913和接觸組件殼903與電極829一體形成，以使帽和殼在廣義上限定陰極體的部分。噴嘴871通過(guò)連接在屏蔽杯(未示出，但類似于圖12所示的插入件1081)上的導(dǎo)電插入件(未示出，但類似于圖12所示的插入件1082)與電源的正極側(cè)電氣連通。接觸組件殼903通常坐落在噴嘴871的沿徑向向外延伸的上表面889上，將環(huán)形絕緣墊990放置在殼與噴嘴之間，以便電氣地絕緣殼和噴嘴。電極829和噴嘴871互相以大致固定的關(guān)系固定在焊炬821內(nèi)。接觸組件殼903具有一設(shè)置在其側(cè)壁905上并靠近側(cè)壁的下端的入口孔957以及一也設(shè)置在側(cè)壁上大致地靠近側(cè)壁上端的出口孔959。
一由導(dǎo)電材料構(gòu)成的環(huán)形支承板971設(shè)置在接觸組件殼903內(nèi)，并具有一電極829延伸通過(guò)其中的中心開(kāi)孔973。導(dǎo)電元件921也是環(huán)形的并由導(dǎo)電材料構(gòu)成。導(dǎo)電元件921連接在支承板971的底側(cè)，例如，粘結(jié)在其上，并從其上垂掛下來(lái)，以便使導(dǎo)電元件與支承板連同運(yùn)動(dòng)。該第五實(shí)施例的導(dǎo)電元件921在焊炬821的中心縱軸線X上，相對(duì)于電極829、噴嘴871以及第一與第二位置之間的接觸組件殼903作軸向移動(dòng)，所述第一位置是對(duì)應(yīng)于焊炬閑置模式的下降位置(圖10)，而第二位置是對(duì)應(yīng)于焊炬的導(dǎo)向模式的提升位置(圖11)。在導(dǎo)電元件921的下降位置上，導(dǎo)電元件與噴嘴871的上表面889電氣連通，以在電極與噴嘴之間，即在電源的正極和負(fù)極側(cè)之間提供一導(dǎo)電路徑。應(yīng)該理解的是在其下降位置導(dǎo)電元件921不需要接合于噴嘴871的上表面889，只要其定位得足夠靠近噴嘴，以在電源的正極與負(fù)極側(cè)之間提供一導(dǎo)電路徑即可。
在其提升位置(圖11)，導(dǎo)電元件921向上定位離開(kāi)噴嘴871(即，一大于在導(dǎo)電元件下降位置的導(dǎo)電元件及電極與噴嘴之間的距離的距離)，這樣，一形成在噴嘴與導(dǎo)電元件之間的導(dǎo)向弧適于朝噴嘴的中心出口孔向下吹，以起動(dòng)焊炬操作，由此，在主要?dú)怏w流道內(nèi)的工作氣體以離子化的等離子體形式從焊炬中排出。該第五實(shí)施例的偏壓件包括一盤簧951，它坐落在支承板971的頂部上，并向上延伸與接觸組件帽913(即，陰極體)接觸。彈簧951由一導(dǎo)電材料構(gòu)成，以便在接觸組件帽913與環(huán)形板971之間提供電氣連通，且其尺寸較佳地保持在壓縮狀態(tài)，以便連續(xù)地偏壓導(dǎo)電元件921朝其對(duì)應(yīng)于焊炬閑置模式的下降位置。
該第五實(shí)施例的其它的結(jié)構(gòu)和操作基本上與圖6和7的第三實(shí)施例相同，因此，本文將不再作進(jìn)一步的描述。
圖12示出本發(fā)明的一接觸起動(dòng)的等離子體焊炬1021的第六實(shí)施例的一接觸組件1101，它與第一實(shí)施例的接觸組件基本上類似，它包括一與電源的負(fù)極側(cè)電氣連通的電極1029、一與電源的正極側(cè)電氣連通的噴嘴1071、一可在焊炬的閑置模式和導(dǎo)向模式之間操作的接觸組件1101以及屏蔽杯1081。該第六實(shí)施例的屏蔽杯1081具有一連接到其內(nèi)表面上并由導(dǎo)電材料構(gòu)成的插入件1082，該插入件1082具有用來(lái)與陽(yáng)極(未示出，但與圖1的陽(yáng)極33類似)螺紋嚙合的螺紋，以將屏蔽杯固定在焊炬體上，并提供插入件與陽(yáng)極的電氣連接(即，提供插入件與電源的正極側(cè)之間的電氣連通)。插入件1082具有一通常形成在其下端的環(huán)形臺(tái)肩1091，噴嘴1071的上端1077坐落在該下端上。插入件1082另外由噴嘴1071的上端1077向外沿徑向隔開(kāi)，以形成次要?dú)怏w腔室1166。插入件1082還以沿徑向間隔的關(guān)系包圍接觸組件殼1103，以形成與次要?dú)怏w腔室1166流體連通的排出通道1181，以便引導(dǎo)待從焊炬1021中排出的次要?dú)怏w腔室內(nèi)的一部分氣體不通過(guò)屏蔽杯1081的中心開(kāi)孔1163。屏蔽杯1081的內(nèi)表面的上部從插入件1082沿徑向向外隔開(kāi)，以形成一排出通道1185，用來(lái)通過(guò)屏蔽杯的頂部從排出通道1183將氣體排出焊炬1021外。測(cè)量孔1187沿徑向向外延伸通過(guò)插入件1082，以在排出通道1183與排出通道1185之間提供流體連通。
該第六實(shí)施例的噴嘴1071類似于第一實(shí)施例的噴嘴，一環(huán)形突出部1083從噴嘴的頂部延伸，并大致中心地定位在其上，以形成一由環(huán)形突出部向外沿徑向設(shè)置的面向上的環(huán)形臺(tái)肩1085以及一由突出部向內(nèi)沿徑向設(shè)置的面向上的接觸表面1087。接觸組件殼903的底壁905坐落在由突出部1083向外沿徑向延伸的環(huán)形臺(tái)肩1085上。一環(huán)形槽1093形成在噴嘴1071的上端1077的周緣內(nèi)，并且由環(huán)形臺(tái)肩1085沿徑向向外，這樣，噴嘴與接觸組件殼1103的底壁1107沿軸向隔開(kāi)。三個(gè)測(cè)量孔(其中一個(gè)示于圖12中)沿軸向延伸通過(guò)通常在環(huán)形槽1093的噴嘴1071的上端1077，并與次要?dú)怏w腔室1166流體連通。在噴嘴1071內(nèi)的測(cè)量孔1095也與屏蔽杯1081的中心開(kāi)孔1163流體連通，以便從焊炬1021排出在次要?dú)怏w腔室1166內(nèi)的氣體。
噴嘴1071的孔1095與屏蔽杯插入件1082的測(cè)量孔1187之間的尺寸較佳地適于根據(jù)焊炬操作的電流來(lái)測(cè)量從次要?dú)怏w腔室1166流出的氣體流速。換句話說(shuō)，測(cè)量孔1095、1187相互之間的尺寸做成在次要?dú)怏w腔室1166內(nèi)的氣體的預(yù)定部分通過(guò)屏蔽杯1081的中心開(kāi)孔1163從焊炬1021排出，而在次要?dú)怏w腔室內(nèi)的其余的氣體從屏蔽杯的頂部排出。
作為舉例，對(duì)于在80安培(amps)下操作的焊炬來(lái)說(shuō)，噴嘴1071的中心出口孔1075具有約0.052英寸的直徑，噴嘴具有三個(gè)測(cè)量孔1095，各具有約0.052英寸的直徑，且屏蔽杯插入件1082具有四個(gè)測(cè)量孔1187，各具有約0.043英寸的直徑。作為另一實(shí)例，對(duì)于在55安培(amps)下操作的焊炬來(lái)說(shuō)，噴嘴1071的中心出口孔1075具有約0.045英寸的直徑，噴嘴具有三個(gè)測(cè)量孔1095，各具有約0.043英寸的直徑，且屏蔽杯插入件1082具有四個(gè)測(cè)量孔1187，各具有約0.043英寸的直徑。作為還有的一實(shí)例，對(duì)于在40安培(amps)下操作的焊炬來(lái)說(shuō)，噴嘴1071的中心出口孔1075具有約0.031英寸的直徑，噴嘴具有三個(gè)測(cè)量孔1095，各具有約0.040英寸的直徑，且屏蔽杯插入件1082具有兩個(gè)測(cè)量孔1187，各具有約0.043英寸的直徑。
施加到焊炬上的工作氣體的壓力大約在60-70磅/平方英寸范圍內(nèi)。例如，對(duì)于在80安培下操作的焊炬來(lái)說(shuō)，施加到焊炬上的工作氣體的壓力大約為70磅/平方英寸，而對(duì)于在約55安培和40安培下操作的焊炬來(lái)說(shuō)，施加到焊炬上的工作氣體的壓力大約為65磅/平方英寸。從噴嘴1071的中心出口孔1075排出的工作氣體的流速較佳地大約在50-150標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí)(scfh)范圍內(nèi)，流速隨焊炬操作的電流水平而增加。例如，對(duì)于在大約40安培、55安培和80安培下操作的焊炬來(lái)說(shuō)，從噴嘴1071的中心出口孔1075排出的工作氣體的流速分別大約為50標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí)、80標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí)和110scf。從屏蔽杯1081的中心開(kāi)孔1163排出的工作氣體的流速較佳地大約在50-300標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí)范圍內(nèi)，流速隨焊炬操作的電流水平而增加。例如，對(duì)于在大約40安培、55安培和80安培下操作的焊炬來(lái)說(shuō)，從屏蔽杯1081的中心開(kāi)孔1163排出的工作氣體的流速分別大約為125標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí)、200標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí)和290標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí)。從屏蔽杯1081通過(guò)屏蔽杯插入件1082的測(cè)量孔1187排出的工作氣體的流速較佳地大約在50-150標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí)范圍內(nèi)。
由此可見(jiàn)，該第六實(shí)施例的陰極體廣義上由陰極(未示出，但類似于圖1的陰極25)和電極1029加以限定，而陽(yáng)極體廣義上由陽(yáng)極、屏蔽杯插入件1082、接觸組件殼1103和噴嘴1071加以限定。換言之，噴嘴1071在插入件1082與接觸組件殼1103之間提供電氣連通。應(yīng)該理解的是在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，接觸組件殼1103可另外由非導(dǎo)電材料構(gòu)成。例如，盤簧1151可代替接觸組件殼1103坐落在噴嘴1071上，以使彈簧通過(guò)陽(yáng)極、屏蔽杯插入件1082和噴嘴，與電源正極電氣連通。也可構(gòu)思接觸組件殼1 103和插入件1082一體形成，這樣，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，殼由插入件形成且連接到屏蔽杯1081上，使可作為單一的單元從焊炬1021上拆卸和安裝。
該第六實(shí)施例的接觸起動(dòng)等離子體焊炬1021的其它的結(jié)構(gòu)和操作基本上與第一實(shí)施例相同，因此，除了通過(guò)次要?dú)怏w流道的氣體流動(dòng)之外，本文將不再作進(jìn)一步的描述。接觸組件1101的下氣體腔室1141內(nèi)的工作氣體被引導(dǎo)流過(guò)次要?dú)怏w流道，以便通過(guò)屏蔽杯1081的中心開(kāi)孔1163從焊炬1021中排出，所述次要?dú)怏w流道包括在接觸組件殼1103內(nèi)的開(kāi)孔1169、次要?dú)怏w腔室1166以及在噴嘴1071的上端1077內(nèi)的測(cè)量孔1095。此外，在次要?dú)怏w腔室1166內(nèi)的一部分氣體被引導(dǎo)流動(dòng)通過(guò)一第三氣體流道，以便通過(guò)屏蔽杯的頂部從焊炬中排出，所述第三氣體流道包括形成在插入件1082與接觸組件殼1103之間的排出通道1183、在插入件內(nèi)的測(cè)量孔1187以及形成在插入件與屏蔽杯1081之間的排出通道1185。提供這樣的第三流道，使在焊炬內(nèi)接收的工作氣體的氣壓增加，以便用來(lái)抵抗彈簧1151的偏壓移動(dòng)導(dǎo)電元件1121，而對(duì)流動(dòng)通過(guò)噴嘴1071的中心出口開(kāi)孔1075和屏蔽杯1081的中心開(kāi)孔1163的所要求的氣體沒(méi)有負(fù)面的響。
應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，具有測(cè)量孔1095的噴嘴1071和具有帶有測(cè)量孔1187的插入件1082的屏蔽杯1081可被用于除接觸起動(dòng)的等離子體焊炬之外的等離子體焊炬中，例如，任何具有主要?dú)怏w流道和次要?dú)怏w流道的等離子體焊炬。
鑒于以上所述，可見(jiàn)本發(fā)明的若干個(gè)目的已經(jīng)達(dá)到，且獲得其它的具有優(yōu)點(diǎn)的諸多結(jié)果。
當(dāng)引入本發(fā)明或其優(yōu)選實(shí)施例的諸元件時(shí)，文中的冠詞“一個(gè)”、“這”和“所述”用來(lái)指明存在有一個(gè)或多個(gè)元件。術(shù)語(yǔ)“包含”、“包括”和“具有”用來(lái)包含和意指除了所列元件之外存在有另外的元件。
由于在不脫離本發(fā)明范圍的前提下對(duì)上述的結(jié)構(gòu)可作出各種變化，所以，所有包含在上述描述中或示于附圖中的內(nèi)容應(yīng)被理解為是說(shuō)明性的，而沒(méi)有任何限制的含義。
權(quán)利要求
1.一種接觸起動(dòng)的等離子體焊炬包括一適于與電源的負(fù)極側(cè)電氣連通的陰極體；一適于與電源的正極側(cè)電氣連通的陽(yáng)極體；一主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，它從工作氣體源引導(dǎo)工作氣體通過(guò)焊炬；以及一導(dǎo)電元件，它由一導(dǎo)電材料構(gòu)成，并與陰極體和陽(yáng)極體沒(méi)有固定連接；該焊炬可在閑置模式和導(dǎo)向模式之間操作，在閑置模式中導(dǎo)電元件在陰極體與陽(yáng)極體之間提供一導(dǎo)電路徑，在導(dǎo)向模式中在導(dǎo)電元件與陰極體及陽(yáng)極體中至少一個(gè)之間形成的導(dǎo)向電弧適于通過(guò)以離子化的等離子體形式從焊炬中排出主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)的工作氣體，來(lái)起動(dòng)焊炬的操作。
2.如權(quán)利要求1所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，導(dǎo)電元件形成焊炬導(dǎo)向模式中的主要?dú)怏w流道的一部分，形成在導(dǎo)電元件和所述電極體及所述陽(yáng)極體之間的導(dǎo)向弧通常在由導(dǎo)電元件形成的所述主要?dú)怏w流道的部分內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，導(dǎo)電元件在第一位置與第二位置之間相對(duì)于陰極體和陽(yáng)極體運(yùn)動(dòng)，第一位置對(duì)應(yīng)于焊炬的閑置模式，而第二位置對(duì)應(yīng)于焊炬的導(dǎo)向模式，導(dǎo)電元件第二位置與導(dǎo)電元件的第一位置隔開(kāi)，導(dǎo)電元件朝其第二位置的移動(dòng)致使一導(dǎo)向電弧形成在導(dǎo)電元件與所述陰極體及所述陽(yáng)極體中至少一個(gè)之間。
4.如權(quán)利要求3所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，當(dāng)導(dǎo)電元件在其第一與第二位置之間移動(dòng)時(shí)陰極體和陽(yáng)極體以互相固定的關(guān)系保持在一起。
5.如權(quán)利要求3所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，還包括一偏壓件，它用來(lái)偏壓導(dǎo)電元件朝其對(duì)應(yīng)于焊炬閑置模式的第一位置。
6.如權(quán)利要求5所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，偏壓件由導(dǎo)電材料構(gòu)成，當(dāng)導(dǎo)電元件在其第一與第二位置之間移動(dòng)時(shí)所述偏壓件與導(dǎo)電元件電氣連通。
7.如權(quán)利要求6所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，偏壓件與陽(yáng)極體電氣連通，當(dāng)導(dǎo)電元件在其第一與第二位置之間移動(dòng)時(shí)在導(dǎo)電元件與電源的正極側(cè)之間提供電氣上的連通。
8.如權(quán)利要求6所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，偏壓件與陰極體電氣連通，當(dāng)導(dǎo)電元件在其第一與第二位置之間移動(dòng)時(shí)在導(dǎo)電元件與電源的負(fù)極側(cè)之間提供電氣連通。
9.如權(quán)利要求5所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，導(dǎo)電元件通過(guò)焊炬內(nèi)的加壓氣體抵抗偏壓件的偏壓，相對(duì)于陰極體和陽(yáng)極體朝導(dǎo)電元件的第二位置移動(dòng)。
10.如權(quán)利要求9所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，焊炬內(nèi)的加壓氣體是流動(dòng)通過(guò)焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑的工作氣體。
11.如權(quán)利要求3所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，在對(duì)應(yīng)于焊炬的閑置模式的導(dǎo)電元件的第一位置導(dǎo)電元件接合于陰極體和陽(yáng)極體中的至少一個(gè)，在對(duì)應(yīng)于焊炬的導(dǎo)向模式的導(dǎo)電元件的第二位置導(dǎo)電元件與陰極體和陽(yáng)極體中的至少一個(gè)間隔開(kāi)，導(dǎo)電元件朝其第二位置的運(yùn)動(dòng)致使一導(dǎo)向電弧形成在導(dǎo)電元件與陰極體和陽(yáng)極體中的至少一個(gè)之間。
12.如權(quán)利要求3所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，陰極體包括一電極，陽(yáng)極體以與它間隔的關(guān)系包圍該電極，以部分地限定焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，以便引導(dǎo)工作氣體沿下游方向通過(guò)焊炬，所述陽(yáng)極體具有一與主要?dú)怏w流動(dòng)路徑流體連通的中心出口孔，用以從焊炬中排出工作氣體。
13.如權(quán)利要求12所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，導(dǎo)電元件相對(duì)于電極沿縱向可移動(dòng)。
14.如權(quán)利要求13所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，導(dǎo)電元件以在焊炬的中心縱軸線上與電極同軸的關(guān)系包圍電極，導(dǎo)電元件在其第一與第二位置之間相對(duì)于電極在焊炬的中心縱軸線上沿縱向可移動(dòng)。
15.如權(quán)利要求12所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，電極具有一縱向延伸的側(cè)表面和底表面，它們相對(duì)于電極的縱向側(cè)表面大致沿徑向定向，底表面與陽(yáng)極體的中心出口開(kāi)孔保持大致的沿縱向相對(duì)關(guān)系，導(dǎo)電元件相對(duì)于電極的底表面定位，這樣，形成在導(dǎo)電元件與電極及陽(yáng)極體中至少一個(gè)之間的導(dǎo)向電弧形成在離電極底表面的上游的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)，由此，導(dǎo)向電弧被工作氣體向下吹動(dòng)通過(guò)主要?dú)怏w流動(dòng)路徑朝向陽(yáng)極體的中心出口孔，以便從焊炬以電離的等離子體形式排出工作氣體。
16.如權(quán)利要求12所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，陽(yáng)極體包括一以間隔的關(guān)系包圍電極噴嘴以至少部分地限定焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑的噴嘴，該噴嘴具有一噴嘴限定陽(yáng)極體的中心出口孔的中心出口孔，導(dǎo)電元件朝向其對(duì)應(yīng)于焊炬的導(dǎo)向模式的第二位置的運(yùn)動(dòng)致使一導(dǎo)向電弧形成在導(dǎo)電元件與電極和在主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)的噴嘴兩者中的至少一個(gè)之間，以便由在主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)的工作氣體吹動(dòng)而朝向噴嘴的中心出口開(kāi)孔。
17.如權(quán)利要求16所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，當(dāng)導(dǎo)電元件在其第一與第二位置之間移動(dòng)時(shí)電極和噴嘴以彼此固定的關(guān)系固定在焊炬內(nèi)。
18.如權(quán)利要求16所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，陽(yáng)極體還包括一接觸組件，它具有包圍導(dǎo)電元件的管形殼并由導(dǎo)電材料構(gòu)成，噴嘴電氣連接于接觸組件殼。
19.如權(quán)利要求18所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，接觸組件殼與噴嘴一體形成。
20.如權(quán)利要求18所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，接觸組件殼與電極一體形成。
21.如權(quán)利要求18所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，還包括一偏壓件，它布置成用來(lái)偏壓導(dǎo)電元件朝向其對(duì)應(yīng)于焊炬閑置模式的第一位置。
22.如權(quán)利要求21所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，偏壓件由導(dǎo)電材料構(gòu)成，當(dāng)導(dǎo)電元件在其第一與第二位置之間移動(dòng)時(shí)所述偏壓件與導(dǎo)電元件電氣連通，偏壓件還與接觸組件殼電氣連通，這樣，當(dāng)導(dǎo)電元件在其第一與第二位置之間移動(dòng)時(shí)導(dǎo)電元件保持與電源的正極側(cè)電氣連通。
23.如權(quán)利要求21所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，導(dǎo)電元件和偏壓件互相保持成一組件，以便作為一單一的單元安裝在焊炬內(nèi)和從焊炬中拆卸。
24.如權(quán)利要求18所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，接觸組件還包括包圍電極的一封閉部分，以在該封閉部分里容納氣體，導(dǎo)電元件設(shè)置在該封閉部分內(nèi)，這樣，在封閉部分內(nèi)的氣體推壓導(dǎo)電元件朝向其對(duì)應(yīng)于焊炬導(dǎo)向模式的第二位置。
25.如權(quán)利要求24所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，封閉部分具有一用來(lái)接收氣體到封閉部分內(nèi)的高壓氣體腔室；一低壓的氣體腔室；以及，一狹窄的通道，該通道在高壓氣體腔室與低壓氣體腔室之間提供流體的連通，以便引導(dǎo)在高壓氣體腔室內(nèi)的氣體通過(guò)狹窄通道流到低壓氣體腔室，導(dǎo)電元件定位在該封閉部分內(nèi)，這樣，在焊炬的導(dǎo)向模式中高壓氣體腔室內(nèi)的氣體推壓導(dǎo)電元件朝向低壓氣體腔室，以移動(dòng)導(dǎo)電元件朝向其第二位置。
26.如權(quán)利要求25所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，封閉部分至少部分地由接觸組件殼限定。
27.如權(quán)利要求25所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，高壓氣體腔室、狹窄通道和低壓氣體腔室還限定焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，由此，容納在封閉部分內(nèi)的氣體是引導(dǎo)通過(guò)主要?dú)怏w流動(dòng)路徑的工作氣體。
28.如權(quán)利要求27所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，導(dǎo)電元件具有延伸通過(guò)其的諸孔，這些孔與接觸組件的下氣體腔室流體連通，以進(jìn)一步限定焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，諸孔設(shè)置在導(dǎo)向電弧的上游，當(dāng)導(dǎo)電元件朝向其第二位置移動(dòng)時(shí)所述導(dǎo)向電弧形成在導(dǎo)電元件與所述電極和噴嘴中的至少一個(gè)之間，由此，沿下游流動(dòng)通過(guò)主要?dú)怏w流動(dòng)路徑的工作氣體吹動(dòng)導(dǎo)向電弧沿下游朝向噴嘴的中心出口開(kāi)孔。
29.如權(quán)利要求3所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，在對(duì)應(yīng)于焊炬的閑置模式的導(dǎo)電元件的第一位置導(dǎo)電元件同時(shí)接合于陰極體和陽(yáng)極體，在對(duì)應(yīng)于焊炬的導(dǎo)向模式的導(dǎo)電元件的第二位置導(dǎo)電元件與陰極體和陽(yáng)極體隔開(kāi)，導(dǎo)電元件朝向其第二位置的運(yùn)動(dòng)致使一第一導(dǎo)向電弧形成在導(dǎo)電元件與在主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)的陰極體之間，并使一第二導(dǎo)向電弧形成在導(dǎo)電元件與在主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)的陽(yáng)極體之間，由此，主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)的工作氣體吹動(dòng)第一和第二導(dǎo)向電弧通過(guò)主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，這樣，兩個(gè)電弧合并而形成一單一的導(dǎo)向電弧，以沿下游引導(dǎo)通過(guò)主要?dú)怏w流動(dòng)路徑。
30.如權(quán)利要求29所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，陰極體包括一電極，陽(yáng)極體包括一以隔開(kāi)的關(guān)系包圍電極的噴嘴，以至少部分限定焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，噴嘴具有一與主要?dú)怏w流動(dòng)路徑流體連通，用以從焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑排出工作氣體的中心出口孔。
31.如權(quán)利要求29所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，還包括一偏壓件，它偏壓導(dǎo)電元件朝向其對(duì)應(yīng)于焊炬的閑置模式的第一位置，其中，導(dǎo)電元件與陰極體和陽(yáng)極體接合。
32.如權(quán)利要求31所述的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，其特征在于，借助于流動(dòng)通過(guò)焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑的工作氣體抵抗偏壓件的偏壓，導(dǎo)電元件朝向其對(duì)應(yīng)于焊炬的導(dǎo)向模式的第二位置相對(duì)于陰極體和陽(yáng)極體可移動(dòng)。
33.一種類型的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬，該類等離子體焊炬具有用來(lái)引導(dǎo)工作氣體通過(guò)焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，由此，工作氣體以電離的等離子體的形式從焊炬排出，所述焊炬包括一具有一沿縱向延伸的側(cè)表面和一底表面的電極；一噴嘴，該噴嘴以隔開(kāi)的關(guān)系環(huán)繞電極，以便至少部分地限定焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，以用來(lái)引導(dǎo)工作氣體沿下游方向通過(guò)焊炬，該噴嘴具有一中心出口孔，該中心出口孔與用于從焊炬排出工作氣體的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑流體連通，電極的底表面與噴嘴的中心出口孔保持沿縱向相對(duì)的關(guān)系；以及焊炬內(nèi)的對(duì)立的諸接觸表面，其中至少一接觸表面相對(duì)于另一接觸表面可移動(dòng)；該焊炬在閑置模式與導(dǎo)向模式之間操作，其中，在閑置模式中諸接觸表面彼此定位以提供其間的導(dǎo)電路徑，在導(dǎo)向模式中諸接觸表面是彼此隔開(kāi)關(guān)系，由此，一導(dǎo)向電弧在諸接觸表面之間形成；諸接觸表面設(shè)置在焊炬內(nèi)的電極底表面的上游，由此，導(dǎo)向電弧一般形成在電極底表面上游的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)，且被主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)的工作氣體朝向噴嘴的中心出口孔吹動(dòng)，以從噴嘴排出電離的等離子體形式的工作氣體。
34.一種導(dǎo)電元件，用于以下類型的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬內(nèi)，該類焊炬具有一與電源的負(fù)極側(cè)電氣連通的電極以及一以隔開(kāi)關(guān)系環(huán)繞電極噴嘴以至少部分地限定焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑的噴嘴，該噴嘴與電源的正極側(cè)電氣連通，且具有一與主要?dú)怏w流動(dòng)路徑流體連通以從噴嘴排出電離的等離子體形式的工作氣體的中心出口孔，所述導(dǎo)電元件包括一由導(dǎo)電材料構(gòu)成的大致的杯形體，所述導(dǎo)電元件適于在第一位置與第二位置之間相對(duì)于電極和焊炬運(yùn)動(dòng)，第一位置對(duì)應(yīng)于焊炬的閑置模式，其中，導(dǎo)電元件在電源的正極側(cè)與電源負(fù)極側(cè)之間提供一導(dǎo)電路徑，而第二位置與導(dǎo)電元件的第一位置隔開(kāi)，導(dǎo)電元件的第二位置對(duì)應(yīng)于焊炬的導(dǎo)向模式，由此，導(dǎo)電元件朝向其第二位置的移動(dòng)形成基本上在主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)的能起動(dòng)焊炬操作的導(dǎo)向電弧，以便從焊炬排出電離的等離子體形式的工作氣體。
35.如權(quán)利要求34所述的導(dǎo)電元件，其特征在于，還包括一適于接合于導(dǎo)電元件的第一位置的電極的接觸表面，當(dāng)導(dǎo)電元件朝向其第二位置移動(dòng)以在電極與導(dǎo)電元件的接觸表面之間形成導(dǎo)向電弧時(shí)接觸表面還適于與電極保持間隔的關(guān)系。
36.如權(quán)利要求34所述的導(dǎo)電元件，其特征在于，還包括至少一個(gè)延伸通過(guò)其的孔，所述至少一個(gè)孔部分地限定主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，該主要?dú)怏w流動(dòng)路徑用來(lái)引導(dǎo)工作氣體在噴嘴與電極之間沿下游朝噴嘴的中心出口孔流動(dòng)。
37.如權(quán)利要求34所述的導(dǎo)電元件，其特征在于，它與一絕緣套筒組合，該套筒由非導(dǎo)電材料構(gòu)成并適于插入在導(dǎo)電元件的至少一部分與電極之間，以將導(dǎo)電元件的所述至少一部分與電極電氣地絕緣。
38.如權(quán)利要求37所述的導(dǎo)電元件和絕緣套筒的組合，其特征在于，絕緣套筒連接到導(dǎo)電元件上，這樣，導(dǎo)電元件和絕緣套筒作為一單一的單元安裝在焊炬內(nèi)和從焊炬中拆卸。
39.如權(quán)利要求37所述的導(dǎo)電元件和絕緣套筒的組合，其特征在于，絕緣套筒是一具有至少一個(gè)延伸通過(guò)其的孔的氣體分配器，所述至少一個(gè)孔部分地限定主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，該主要?dú)怏w流動(dòng)路徑用來(lái)引導(dǎo)工作氣體在噴嘴與電極之間沿下游朝噴嘴的中心出口孔流動(dòng)。
40.一種電極，用于以下類型的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬內(nèi)，該類焊炬具有一用來(lái)引導(dǎo)工作氣體沿下游方向通過(guò)焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑；一噴嘴，該噴嘴以隔開(kāi)的關(guān)系環(huán)繞電極噴嘴，以至少部分地限定焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑；一在焊炬內(nèi)的接觸表面，用來(lái)形成一在焊炬主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)的導(dǎo)向電??；以及，一中心出口孔，該孔在噴嘴內(nèi)與主要?dú)怏w流動(dòng)路徑連通、用來(lái)從噴嘴排出電離的等離子體形式的工作氣體，該電極包括一大致的圓柱形體，它具有一沿縱向延伸的側(cè)表面、一相對(duì)于噴嘴的中心出口孔沿縱向相對(duì)定位的底表面以及一設(shè)置在電極的底表面上方的接觸表面，該電極的接觸表面相對(duì)于焊炬的所述接觸表面可進(jìn)行定位，以提供通過(guò)其間的導(dǎo)電路徑，以便用來(lái)在電極接觸表面與焊炬接觸表面之間形成一導(dǎo)向電弧，所述焊炬接觸表面在電極底表面的上游的焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)。
41.如權(quán)利要求40所述的電極，其特征在于，電極包括一下端，它包括電極的底表面以及一設(shè)置在下端上方的中間部分，該中間部分具有的外直徑大于電極下端的直徑，接觸表面在中間部分與電極下端的中間。
42.如權(quán)利要求41所述的電極，其特征在于，接觸表面向里朝電極的下端成錐形。
43.如權(quán)利要求40所述的電極，其特征在于，還包括一環(huán)形軸環(huán)，它從電極沿徑向向外延伸，以便將電極沿軸向定位在焊炬內(nèi)。
44.如權(quán)利要求43所述的電極，其特征在于，所述環(huán)形軸環(huán)還適于將電極沿徑向定位在焊炬內(nèi)。
45.一種在以下類型的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬內(nèi)使用的噴嘴，該類焊炬具有用來(lái)引導(dǎo)工作氣體通過(guò)焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，由此，工作氣體以電離的等離子體形式從焊炬內(nèi)排出，所述噴嘴大致呈杯形并具有一中心出口孔，其適于與用來(lái)從噴嘴排出電離的等離子體形式的工作氣體的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑流體連通，噴嘴還具有一頂表面和一從頂表面向上延伸的用來(lái)在焊炬內(nèi)沿徑向定位噴嘴的環(huán)形突出部。
46.如權(quán)利要求45所述的噴嘴，其特征在于，頂表面的一部分還從環(huán)形突出部沿徑向向外延伸，以將噴嘴沿軸向定位在焊炬內(nèi)。
47.如權(quán)利要求46所述的噴嘴，其特征在于，從環(huán)形突出部沿徑向向外延伸的噴嘴的頂表面的部分具有至少一個(gè)測(cè)量孔，它從中沿軸向延伸通過(guò)，以測(cè)量焊炬內(nèi)的氣體流。
48.如權(quán)利要求45所述的噴嘴，其特征在于，該焊炬是具有能在焊炬內(nèi)沿軸向運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)電元件的這一類焊炬，它用來(lái)在焊炬內(nèi)形成一導(dǎo)向電弧，在導(dǎo)電元件在焊炬內(nèi)作軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)噴嘴的環(huán)形突出部阻止導(dǎo)電元件作徑向運(yùn)動(dòng)，環(huán)形突出部還阻止焊炬內(nèi)的工作氣體在導(dǎo)電元件與噴嘴之間流動(dòng)。
49.如權(quán)利要求48所述的噴嘴，其特征在于，還包括一接觸表面，它被導(dǎo)電元件接合以限制焊炬內(nèi)的導(dǎo)電元件的軸向運(yùn)動(dòng)，該接觸表面由從環(huán)形突出部向里沿徑向延伸的噴嘴的頂表面的一部分限定。
50.一種在以下類型的等離子體焊炬內(nèi)使用的噴嘴，該類焊炬具有一用來(lái)引導(dǎo)工作氣體通過(guò)焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，由此，工作氣體以電離的等離子體形式從焊炬內(nèi)排出；以及，一用來(lái)引導(dǎo)氣體通過(guò)焊炬的次要?dú)怏w流動(dòng)路徑，由此，工作氣體以除電離的等離子體之外的形式從焊炬內(nèi)排出，所述噴嘴一般呈杯形并具有一中心出口孔，該孔適于與用來(lái)從噴嘴排出電離的等離子體形式的工作氣體的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑流體連通，噴嘴還具有至少一個(gè)適于與次要?dú)怏w流動(dòng)路徑流體連通、用來(lái)測(cè)量通過(guò)次要?dú)怏w流動(dòng)路徑的氣體流量的測(cè)量孔。
51.一種在以下類型的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬內(nèi)使用的接觸組件，該類焊炬具有一用來(lái)引導(dǎo)工作氣體通過(guò)焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑；一電氣連通電源負(fù)極側(cè)的電極；以及，一以隔開(kāi)的關(guān)系環(huán)繞電極，以至少部分地限定焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑的噴嘴，該噴嘴與電源的正極側(cè)電氣地連通并具有一與主要?dú)怏w流動(dòng)路徑流體連通以便以電離的等離子體形式從焊炬內(nèi)排出工作氣體的中心出口孔，所述接觸組件包括一由導(dǎo)電材料構(gòu)成的導(dǎo)電元件；一封閉部分，它環(huán)繞導(dǎo)電元件并與加壓氣體源流體連通以將氣體接收至該封閉部分內(nèi)，該導(dǎo)電元件設(shè)置為至少部分地在封閉部分內(nèi)，并相對(duì)于封閉部分響應(yīng)于接收在封閉部分內(nèi)的加壓氣體的電極和噴嘴可移動(dòng)，由此，導(dǎo)電元件的移動(dòng)在焊炬內(nèi)形成導(dǎo)向電弧。
52.如權(quán)利要求5 1所述的接觸組件，其特征在于，封閉部分具有一高壓氣體腔室、一低壓氣體腔室和一在高壓氣體腔室與低壓氣體腔室之間提供流體連通的狹窄的通道，高壓氣體腔室與加壓氣體源流體連通，這樣，加壓氣體被接收在高壓氣體腔室內(nèi)，并流動(dòng)通過(guò)狹窄通道到低壓氣體腔室，導(dǎo)電元件定位在封閉部分內(nèi)以使高壓腔室內(nèi)的氣體推壓導(dǎo)電元件朝低壓氣體腔室移動(dòng)，由此，朝低壓氣體腔室的導(dǎo)電元件的運(yùn)動(dòng)適于在焊炬內(nèi)形成一導(dǎo)向電弧。
53.如權(quán)利要求51所述的接觸組件，其特征在于，還包括一在封閉部分內(nèi)的偏壓件，它用來(lái)沿一方向偏壓導(dǎo)電元件，所述方向與導(dǎo)電元件移動(dòng)而形成導(dǎo)向電弧的方向相對(duì)。
54.如權(quán)利要求51所述的接觸組件，其特征在于，封閉部分至少部分地由一包圍導(dǎo)電元件的管形殼限定，該殼適于與電源的正極側(cè)電氣連通。
55.如權(quán)利要求54所述的接觸組件，其特征在于，接觸組件殼與噴嘴一體形成。
56.如權(quán)利要求54所述的接觸組件，其特征在于，接觸組件殼與電極一體形成。
57.一種在以下類型的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬內(nèi)使用的電極組件，該類焊炬具有一適于與電源的負(fù)極側(cè)電氣連通的陰極體以及一適于與電源的正極側(cè)電氣連通的陽(yáng)極體，該電極組件包括一電極，該電極在焊炬內(nèi)沿縱向延伸并限定至少部分的焊炬的陰極體；以及一絕緣套筒，該套筒圍繞至少一部分的電極并由非導(dǎo)電材料構(gòu)成，以絕緣至少一部分電極與焊炬的陽(yáng)極體的電氣連通。
58.一種起動(dòng)一以下類型的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬用的方法，該類焊炬具有一與電源的負(fù)極側(cè)電氣連通的陰極體；以及，一與電源的正極側(cè)電氣連通的陽(yáng)極體，陽(yáng)極體相對(duì)于陰極體定位以至少部分地限定焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，并且，焊該炬具有一與主要?dú)怏w流動(dòng)路徑流體連通、用來(lái)從焊炬排出電離的等離子體形式的工作氣體的中心出口孔，該方法包括以下諸動(dòng)作使電流沿導(dǎo)電路徑流動(dòng)，所述導(dǎo)電路徑包括陽(yáng)極體、陰極體以及在對(duì)應(yīng)于焊炬閑置模式的導(dǎo)電元件的第一位置時(shí)電氣橋接于陰極體和陽(yáng)極體的導(dǎo)電元件；從工作氣體源將工作氣體引導(dǎo)通過(guò)焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑；實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電元件相對(duì)于陰極體和陽(yáng)極體朝對(duì)應(yīng)于焊炬的導(dǎo)向模式的第二位置的移動(dòng)，由此，當(dāng)導(dǎo)電元件朝其第二位置移動(dòng)時(shí)導(dǎo)向電弧在導(dǎo)電元件與所述陰極體和所述陽(yáng)極體中的至少一個(gè)之間形成；以及吹動(dòng)導(dǎo)向電弧通過(guò)主要?dú)怏w流動(dòng)路徑朝向焊炬的中心出口孔，這樣，工作氣體以電離的等離子體形式從焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑排出。
59.如權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，導(dǎo)向電弧形成在焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)，由此，流過(guò)焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑的工作氣體吹動(dòng)導(dǎo)向電弧，使之通過(guò)主要?dú)怏w流動(dòng)路徑朝向焊炬的中心出口孔。
60.如權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于，執(zhí)行實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電元件相對(duì)于陰極體和陽(yáng)極體的移動(dòng)的動(dòng)作，同時(shí)，固定陰極體和陽(yáng)極體在彼此固定的位置上。
61.如權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，由沿下游通過(guò)主要?dú)怏w流動(dòng)路徑的工作氣體流產(chǎn)生的一力，來(lái)完成實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電元件相對(duì)于陰極體和陽(yáng)極體朝向?qū)щ娫牡诙恢玫囊苿?dòng)的動(dòng)作。
62.一種起動(dòng)以下類型的接觸起動(dòng)的等離子體焊炬用的方法，該類焊炬具有一定位在焊炬的縱軸線上與電源的負(fù)極側(cè)電氣連通的電極，該電極具有一沿縱向延伸的側(cè)表面和底表面；以及，一與電源正極側(cè)電氣地連通的陽(yáng)極體，該陽(yáng)極體以間隔的關(guān)系包圍電極，以至少部分地限定用來(lái)引導(dǎo)工作氣體通過(guò)焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，該陽(yáng)極體具有一與主要?dú)怏w流動(dòng)路徑流體連通以便從焊炬中排出工作氣體的中心出口孔，該陽(yáng)極相對(duì)于電極布置以使中心出口孔與電極的底表面保持沿縱向相對(duì)的關(guān)系，所述方法包括如下動(dòng)作將大致在電極的底表面上游的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)的焊炬的相對(duì)的諸接觸表面彼此定位，以提供一導(dǎo)電路徑通過(guò)這些接觸表面；諸接觸表面相對(duì)彼此重新定位，以在電極的底表面上游的焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)在諸接觸表面間形成導(dǎo)向電??；以及引導(dǎo)來(lái)自工作氣體源的工作氣體流過(guò)焊炬的主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，以將在主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)的下游的導(dǎo)向電弧吹向陽(yáng)極體的中心出口孔。
63.如權(quán)利要求62所述的方法，其特征在于，諸接觸表面之一由設(shè)置在焊炬內(nèi)的導(dǎo)電元件限定，并由導(dǎo)電材料構(gòu)成，該接觸表面中的另一個(gè)由電極和陽(yáng)極體中的至少一個(gè)限定，將彼此相對(duì)的接觸表面定位的動(dòng)作包括將焊炬內(nèi)的導(dǎo)電元件定位在相對(duì)于電極和陽(yáng)極體的第一位置以在電極和陽(yáng)極體之間提供一導(dǎo)電的路徑；以及，諸接觸表面相對(duì)彼此重新定位的動(dòng)作包括實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電元件相對(duì)于電極和陽(yáng)極體朝與第一位置隔開(kāi)的第二位置的移動(dòng)，由此，當(dāng)導(dǎo)電元件朝其第二位置移動(dòng)時(shí)導(dǎo)向電弧形成在導(dǎo)電元件和所述電極及通常在主要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)的所述陽(yáng)極體中至少一個(gè)之間。
64.如權(quán)利要求63所述的方法，其特征在于，由沿下游通過(guò)主要?dú)怏w流動(dòng)路徑的工作氣體流產(chǎn)生的一力，來(lái)完成實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電元件相對(duì)于陰極體和陽(yáng)極體朝其第二位置移動(dòng)的動(dòng)作。
65.一種在以下類型的等離子體焊炬內(nèi)使用的防護(hù)杯，該類焊炬具有一主要?dú)怏w流動(dòng)路徑，用來(lái)引導(dǎo)工作氣體通過(guò)焊炬，從而工作氣體以電離的等離子體形式從焊炬排出；以及，一次要?dú)怏w流動(dòng)路徑，用來(lái)引導(dǎo)氣體通過(guò)焊炬，從而氣體以除電離的等離子體之外的形式從焊炬排出，在次要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)焊炬具有至少一個(gè)測(cè)量孔，用來(lái)測(cè)量通過(guò)次要?dú)怏w流動(dòng)路徑的氣體流量；該防護(hù)杯大致呈杯形，并構(gòu)造成至少部分地限定次要?dú)怏w流動(dòng)路徑，所述防護(hù)杯還構(gòu)造成限定與次要?dú)怏w流動(dòng)路徑流體連通、用于進(jìn)一步從焊炬排出在次要?dú)怏w流動(dòng)路徑內(nèi)的氣體的一第三氣體流動(dòng)路徑，防護(hù)杯在所述第三氣體流動(dòng)路徑內(nèi)具有至少一測(cè)量孔，以用來(lái)測(cè)量通過(guò)第三氣體流動(dòng)路徑的氣體流量。
全文摘要
一種接觸起動(dòng)的等離子體焊炬和起動(dòng)該焊炬的方法，該焊炬包括一帶負(fù)電荷的陰極體和一帶正電荷的陽(yáng)極體。焊炬內(nèi)的一導(dǎo)電元件由導(dǎo)電材料構(gòu)成，并與陰極體和陽(yáng)極體不保持固定連接。焊炬可在一閑置模式和一導(dǎo)向模式之間操作，在閑置模式中導(dǎo)電元件在陰極體與陽(yáng)極體之間提供一導(dǎo)電路徑，在導(dǎo)向模式中一導(dǎo)向電弧形成在導(dǎo)電元件和陰極體與陽(yáng)極體中至少一個(gè)之間。導(dǎo)向電弧由流動(dòng)通過(guò)焊炬的工作氣體吹動(dòng)朝向焊炬的出口孔，由此，工作氣體以電離的等離子體的形式從焊炬中排出。
文檔編號(hào)F23D1/00GK1500024SQ02807848
公開(kāi)日2004年5月26日 申請(qǐng)日期2002年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月27日
發(fā)明者J·P·瓊斯, R·W·休伊特, K·D·霍納-理查森, D·A·斯莫爾, J P 瓊斯, 休伊特, 斯莫爾, 霍納-理查森 申請(qǐng)人:熱動(dòng)力股份有限公司