緣，該入口邊緣定位成將護(hù)罩氣體導(dǎo)向到該混合室中。在一些情況下，流特征還限定了重組合區(qū)域，該重組合區(qū)域在噴口和混合室之間。
[0051]在一些實(shí)施例中，流特征限定了重組合區(qū)域，該重組合區(qū)域在一組護(hù)罩通風(fēng)端口和噴口之間。
[0052]在一些實(shí)施例中，流特征可包括突出部和凹部，該突出部和凹部協(xié)同以逆轉(zhuǎn)流方向。在一些情況下，該突出部相鄰于該凹部。在一些實(shí)施例中，流特征包括突出部，以使得該突出部為環(huán)繞著內(nèi)部護(hù)罩流表面的圓周延伸的凸棱。在一些實(shí)施例中，流特征包括凹部，以使得該凹部為環(huán)繞著內(nèi)部護(hù)罩流表面的圓周延伸的凹槽。在一些情況下，流特征包括突出部，以使得該突出部在凹槽和噴口之間。該流特征可設(shè)置于護(hù)罩主體的錐形部分上。該流特征可設(shè)置于護(hù)罩主體的遠(yuǎn)端的端面上。該流特征可包括突出部，以使得該突出部設(shè)置在內(nèi)部護(hù)罩流表面上的某個(gè)位置，在將護(hù)罩附接至等離子弧焊炬時(shí)，該位置對應(yīng)于相鄰焊炬噴嘴的互補(bǔ)特征。例如，噴嘴的互補(bǔ)特征可為凸棱。
[0053]在一些實(shí)施例中，在組裝時(shí)，噴嘴的突出部和互補(bǔ)特征的橫截面均可平行于等離子弧焊炬的焊炬主體的縱向軸。在一些實(shí)施例中，噴嘴的突出部和互補(bǔ)特征形成曲折的流路徑。
[0054]在一些方面，空氣冷卻等離子弧焊炬的噴嘴可包括主體，該主體具有近端和遠(yuǎn)端，該近端被構(gòu)造成與該等離子弧焊炬的焊炬主體相配合；孔口，該孔口形成于該主體的該遠(yuǎn)端內(nèi)；和該噴嘴的外部，該噴嘴的外部包括噴嘴流表面，該噴嘴流表面形成護(hù)罩氣體流通道的一部分，該護(hù)罩氣體流通道沿著該外部噴嘴流表面在流動方向上將護(hù)罩氣體流從近端引導(dǎo)至該主體的遠(yuǎn)端處的孔口，該噴嘴外部還具有設(shè)置于該外部噴嘴流表面上的流特征，該流特征在近端和孔口之間圍繞著該主體的外部而周向地形成，該流特征被構(gòu)造成逆轉(zhuǎn)該護(hù)罩氣體流通道內(nèi)的護(hù)罩氣體流的流方向。
[0055]實(shí)施例可包括下述特征中的一個(gè)或多個(gè)。
[0056]在一些實(shí)施例中，噴嘴包括該噴嘴主體的外部噴嘴流表面上的特征，該特征被構(gòu)造成，通過接收大體在噴嘴主體的縱向軸的方向上并且沿著該主體長度以高速率流動的護(hù)罩氣體流的至少一部分而增加該主體的冷卻，該特征的沖擊表面被構(gòu)造成在相對于該沖擊表面的大體垂直方向上接收該冷卻氣體流的至少一部分并且重新引導(dǎo)該冷卻氣體流來促進(jìn)冷卻和均一的護(hù)罩流。
[0057]在一些實(shí)施例中，外部噴嘴流表面包括混合室，該混合室在相鄰于沖擊特征的護(hù)罩氣體流通道的一部分處圍繞著該主體而周向地形成。
[0058]在一些實(shí)施例中，流特征可包括突出部和凹部，該突出部和凹部協(xié)同以逆轉(zhuǎn)流方向。在一些情況下，該突出部相鄰于該凹部。在一些實(shí)施例中，流特征包括突出部，以使得該突出部為環(huán)繞著外部噴嘴流表面的圓周延伸的凸棱。
[0059]在一些實(shí)施例中，流特征可包括凹部，以使得該凹部為環(huán)繞著外部噴嘴流表面的圓周延伸的凹槽。在一些實(shí)施例中，流特征可包括突出部，以使得該突出部在凹部和孔口之間。該流特征可設(shè)置于護(hù)罩主體的錐形部分上。該流特征可設(shè)置于護(hù)罩主體的遠(yuǎn)端的端面上。在一些實(shí)施例中，該流特征可包括突出部，以使得該突出部設(shè)置在外部噴嘴流表面上的某個(gè)位置，在將噴嘴安裝至等離子弧焊炬時(shí)，該位置對應(yīng)于相鄰焊炬護(hù)罩的互補(bǔ)特征。在一些情況下，護(hù)罩的互補(bǔ)特征可為凸棱。
[0060]在一些方面，空氣冷卻等離子弧焊炬系統(tǒng)的耗材組可包括具有護(hù)罩主體的護(hù)罩，該護(hù)罩主體具有近端和遠(yuǎn)端，該近端被構(gòu)造成與該等離子弧焊炬的焊炬主體相配合；噴口，該噴口形成于該主體的該遠(yuǎn)端內(nèi)；和該護(hù)罩的內(nèi)部，該護(hù)罩的內(nèi)部具有形成護(hù)罩氣體流通道的一部分的護(hù)罩流表面，該護(hù)罩氣體流通道沿著該內(nèi)部護(hù)罩流表面在流動方向上將護(hù)罩氣體流從近端引導(dǎo)至該主體的遠(yuǎn)端處的噴口，該護(hù)罩的內(nèi)部還具有設(shè)置于該內(nèi)部護(hù)罩流表面上的流特征，該流特征在近端和噴口之間圍繞著該主體的內(nèi)部而周向地形成，該流特征被構(gòu)造成逆轉(zhuǎn)該護(hù)罩氣體流通道內(nèi)的護(hù)罩氣體流的流方向；和噴嘴，該噴嘴由導(dǎo)電材料制成，該噴嘴包括噴嘴主體，該噴嘴主體具有限定出縱向軸的第一端和第二端；增壓腔區(qū)域，該增壓腔區(qū)域大體上形成于該主體內(nèi)，該增壓腔區(qū)域從噴嘴主體的第一端延伸并被構(gòu)造成接收等離子氣體流，該增壓腔區(qū)域流體地連接至噴口 ；和該噴嘴主體的外表面上的特征，該特征被構(gòu)造成通過接收大體在沿著該噴嘴主體長度的縱向軸的方向上以高速率流動的冷卻氣體流而增加噴嘴冷卻效果，該特征的沖擊表面被構(gòu)造成在相對于該沖擊表面的大體垂直方向上接收該冷卻氣體流的至少一部分并且重新引導(dǎo)該冷卻氣體流來促進(jìn)冷卻和均一的護(hù)罩流，以使得至少一部分的冷卻氣體流在該孔口處從沖擊表面排出焊炬。
[0061]實(shí)施例可包括下述特征中的一個(gè)或多個(gè)。
[0062]在一些實(shí)施例中，內(nèi)部護(hù)罩流表面還可包括混合室，該混合室在相鄰于沖擊特征的護(hù)罩氣體流通道的一部分處圍繞著護(hù)罩主體而周向地形成。
[0063]在一些方面，用于冷卻風(fēng)冷等離子弧焊炬的噴嘴的方法可包括:以大體垂直的角度將護(hù)罩氣體供應(yīng)至噴嘴的外部特征；將護(hù)罩氣體從該噴嘴的外部特征重新引導(dǎo)至相鄰于該特征的混合室；和使該護(hù)罩氣體沿著護(hù)罩氣體流通道從該混合室流動至該護(hù)罩的噴口，該噴嘴的外部表面至少部分地限定該護(hù)罩氣體流通道。
[0064]實(shí)施例可包括下述特征中的一個(gè)或多個(gè)。
[0065]在一些實(shí)施例中，該方法還可包括:使護(hù)罩氣體從混合室流動穿過設(shè)置于噴嘴和護(hù)罩之間的重組合區(qū)域以在噴口處產(chǎn)生大體上均勻的護(hù)罩氣體流，該重組合區(qū)域包括至少一個(gè)流重新引導(dǎo)構(gòu)件。在一些情況下，重組合區(qū)域可在混合室的下游并且可包括該護(hù)罩的內(nèi)表面上的擋板和噴嘴的外表面上的擋板。在一些情況下，在將護(hù)罩和噴嘴組裝至焊炬時(shí)，該護(hù)罩擋板和該噴嘴擋板彼此相鄰。
[0066]在一些實(shí)施例中，至少一部分的混合室可設(shè)置于噴嘴的外表面上。在一些實(shí)施例中，至少一部分的混合室可設(shè)置于相鄰護(hù)罩的內(nèi)表面上。在一些實(shí)施例中，至少一部分的混合室可設(shè)置于噴嘴的外表面上，并且至少一部分的混合室可設(shè)置于相鄰護(hù)罩的內(nèi)表面上。
[0067]在一些方面，用于將均勻護(hù)罩氣體流提供至氣冷等離子弧焊炬的方法可包括:將護(hù)罩氣體供應(yīng)至由噴嘴的外表面和護(hù)罩的內(nèi)表面限定的護(hù)罩氣體流通道；使該護(hù)罩氣體沿著護(hù)罩氣體流通道流動；利用重組合區(qū)域逆轉(zhuǎn)該護(hù)罩氣體沿著該護(hù)罩氣體流通道的流動，該重組合區(qū)域包括至少一個(gè)流逆轉(zhuǎn)構(gòu)件；和使該護(hù)罩氣體從混合區(qū)域流動至該護(hù)罩的噴口，從而在噴口處產(chǎn)生大體上均勻的護(hù)罩氣體流。
[0068]本文所描述的實(shí)施例可具有下述優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)。
[0069]在一些方面，相比于不具有類似氣體通道的其它耗材部件，如本文所描述的具有形成于內(nèi)(例如，內(nèi)部)壁和外(例如，外部)壁之間的氣體冷卻通道的耗材部件(例如，噴嘴)可具有更大的冷卻能力。導(dǎo)致冷卻能力的增加，部分地因?yàn)樵趪娮靸?nèi)形成額外冷卻氣體接觸表面積，熱量通過該冷卻氣體接觸表面積可傳遞并且可由冷卻氣體帶走。增加的冷卻能力可導(dǎo)致更佳的切割性能，例如，有助于形成更穩(wěn)定的等離子弧和更長的可用耗材壽命。更長的可用耗材壽命可導(dǎo)致較少的耗材更換需求，這可導(dǎo)致成本降低和系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間減少。
[0070]另外，在噴嘴的外壁內(nèi)形成氣體冷卻通道可使得氣體冷卻通道與等離子氣體流路徑更佳地分離(例如，隔離)，這可導(dǎo)致冷卻能力的增加而基本上不會干擾等離子氣體的輸送和/或控制。
[0071]此外，具有一個(gè)或多個(gè)水平(S卩，大體上垂直于噴嘴的縱向軸)入口和一個(gè)或多個(gè)垂直(即，大體上縱向)出口的氣體冷卻通道可有助于提供氣體流對噴嘴的不同表面的沖擊，該垂直出口從該水平入口周向地偏離。沖擊流可有助于形成額外增加冷卻的紊流。
[0072]在一些方面，本文中所描述的具有沿其外表面布置的特征的噴嘴可具有相對于一些其它常規(guī)噴嘴的增加的噴嘴冷卻能力，該特征限定了接收冷卻氣體流(例如，高速冷卻氣體流)的沖擊表面。如本文所討論，沖擊表面可相對于噴嘴的一個(gè)或多個(gè)其它外表面成角度，使得冷卻氣體流大體上垂直于沖擊表面接觸(即，沖擊)該沖擊表面，這可導(dǎo)致冷卻能力的增加。例如，如本文所討論，成角度的沖擊表面其通常形成的角度設(shè)置為大體上垂直于成角度的冷卻氣體流通道，該冷卻氣體流通道提供冷卻氣體流并限定于噴嘴護(hù)帽內(nèi)。
[0073]另外，混合通道內(nèi)帶角度的沖擊表面的布置可有助于產(chǎn)生高氣體流混合速率，例如，部分地因?yàn)樵摎怏w流對該沖擊表面的大體上垂直沖擊，這相對于無此類特征的一些其它常規(guī)噴嘴可增加冷卻能力。在一些情況下，該特征和沖擊表面有助于在混合通道內(nèi)形成紊流，該紊流進(jìn)一步協(xié)助冷卻。此外，在一些情況下，混合通道可有助于環(huán)繞著該噴嘴混合和分布(例如，均勻地分布)該冷卻護(hù)罩氣體流，以使得該氣體流可更均勻地輸送。更均勻輸送的護(hù)罩氣體可形成更穩(wěn)定的等離子弧，這可導(dǎo)致切割速度和一致性的改善。
[0074]在一些方面，替代地或額外地，噴嘴的特征可結(jié)合形成于其它耗材部件(諸如護(hù)罩)上的對應(yīng)特征(例如，凹槽或凸緣)起作用以改變(例如，干擾、擾亂，和/或部分地阻塞、重新引導(dǎo)或重新分布)噴嘴和護(hù)罩之間流動的護(hù)罩氣體流。例如，如本文所討論，一些噴嘴可包括凹部，護(hù)罩的凸緣在使用過程中可部分地設(shè)置于該凹部中。設(shè)置于凹部中的凸緣的結(jié)構(gòu)可促使流動護(hù)罩氣體被暫時(shí)地重新引導(dǎo)至(例如，引導(dǎo)遠(yuǎn)離并然后引導(dǎo)回)焊炬的遠(yuǎn)端。此類重新引導(dǎo)可有助于環(huán)繞著護(hù)罩噴口環(huán)形地混合和分布該護(hù)罩氣體流，以使得排出焊炬的護(hù)罩氣體的分布相比于在一些其它常規(guī)焊炬系統(tǒng)中可更均勻地分布。通過減少或限制不一致，而改變環(huán)繞著等離子弧的氣體流，更均勻地分布的護(hù)罩氣體可用于幫助形成更穩(wěn)定的等離子弧。類似地，本文所描述的其它特征，諸如由噴嘴和/或護(hù)罩的特征表面所形成的互補(bǔ)混合通道(下文參考圖3所討論)，也可有助于接收從多個(gè)離散通道輸送的氣體流，并且環(huán)繞著該噴嘴周向地分布該氣體流以幫助形成更均勻地分布的氣體流和更一致的等離子弧。
[0075]在一些方面，本文所描述的噴嘴相對于不具有此類修改特征的一些其它常規(guī)噴嘴可產(chǎn)生更大的冷卻效果，其中本文所描述的噴嘴被設(shè)計(jì)、按比例縮放和構(gòu)造為更短的(即，縱向更短的近端高度)、更寬的(即，具有更厚的噴嘴頂端(例如，更寬的或更大的端面)和/或更厚的增壓腔側(cè)壁)，和/或具有更長的穿孔(即，更厚的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域)。在一些情況下，預(yù)期的是，這些比例導(dǎo)致噴嘴在遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域具有集中的頂端質(zhì)量增加(例如，相對于噴嘴的其余部分增加頂端質(zhì)量與體積之比)，這可導(dǎo)致冷卻能力的增加。特別地，位于噴嘴的遠(yuǎn)側(cè)頂端處的材料質(zhì)量和體積的增加，特別地環(huán)繞著噴口的徑向定位的材料增加可提供更大的熱傳遞路徑，噴嘴內(nèi)的熱量通過該熱傳遞路徑可向外行進(jìn)并在近端離開焊炬頂端。
[0076]附圖簡沐
[0077]圖1為等離子弧焊炬實(shí)例的橫截面視圖，其界定有不同氣體流通道用于將護(hù)罩或冷卻氣體輸送至焊炬頂端。
[0078]圖2為等離子弧焊炬噴嘴實(shí)例的剖面圖，該噴嘴包括界定于內(nèi)壁和外壁之間的氣體通道以用于環(huán)繞著該噴嘴的主體周向地引導(dǎo)氣體流。
[0079]圖3為等離子弧焊炬的橫截面視圖，該等離子弧焊炬具有由沿其噴嘴和護(hù)罩形成的特征和元件所限定的噴嘴冷卻系統(tǒng)和流分布系統(tǒng)。
[0080]圖4為圖3的噴嘴冷卻系統(tǒng)的放大橫截面視圖，不出了噴嘴內(nèi)或環(huán)繞著噴嘴的冷卻氣體流實(shí)例。
[0081]圖5為圖3的流分布系統(tǒng)的放大橫截面視圖，示出了沿噴嘴和護(hù)罩形成的特征，用于圍繞著該噴嘴環(huán)形地重新引導(dǎo)和大體上均勻地分布護(hù)罩氣體流。
[0082]圖5A為流分布系統(tǒng)另一個(gè)實(shí)例的放大橫截面視圖，示出了沿噴嘴和護(hù)罩形成的特征，用于圍繞著該噴嘴環(huán)形地重新引導(dǎo)和大體上均勻地分布護(hù)罩氣體流。
[0083]圖6為等離子弧焊炬的噴嘴實(shí)例的橫截面視圖，該噴嘴具有更寬的端面和遠(yuǎn)端區(qū)域，用于分布熱量和增加噴嘴冷卻。
[0084]圖7為模擬氣體流模型，描繪了進(jìn)入和離開圖2的氣體通道的氣體流。
【具體實(shí)施方式】
[0085]圖1示出了實(shí)例等離子焊炬50，等離子焊炬50可與本文所描述的等離子弧焊炬冷卻系統(tǒng)、裝置和方法的各個(gè)方面和實(shí)施例一起使用。參考圖1，等離子焊炬50可包括電極60、噴嘴100和護(hù)罩150。焊炬50可與電源(未示出)電連通(例如，利用載流電纜(未示出))，并且從電源接收電流。從電源接收的電流通過電流路徑轉(zhuǎn)移至朝向噴嘴100的電極
60 ο
[0086]在使用過程中，將氣體(例如，等離子氣體)引導(dǎo)至限定于電極60和噴嘴100之間的等離子增壓腔80。該等離子氣體可在等離子增壓腔80內(nèi)被加速(例如，可將該等離子氣體進(jìn)行加熱，隨著形成等離子，這減少了氣體的密度，增加了其體積和速率)，以經(jīng)由在電極60和噴嘴100之間形成的等離子弧產(chǎn)生等離子流。
[0087]實(shí)驗(yàn)研宄表明，使用過程中的噴嘴溫度(例如，和噴嘴可保持冷卻的程度)對電極壽命可具有顯著影響。特別地，由于在高電流的空氣冷卻等離子弧切割中較高的操作溫度可顯著地增加材料磨損和腐蝕，其電極和噴嘴壽命可能比低電流的空氣冷卻等離子弧切割系統(tǒng)低。因此，加大冷卻可為延伸或延長電極和/或風(fēng)冷噴嘴的可用壽命的一種有用技術(shù)。冷卻可通過將氣體(例如，空氣、氮?dú)饣蜓鯕?引導(dǎo)穿過電極和/或噴嘴表面來實(shí)現(xiàn)。穿過這些元件(例如，電極或噴嘴)的氣體流可沿著內(nèi)表面和/或外表面引導(dǎo)。在一些情況下，等離子弧焊炬可為空氣冷卻焊炬，該空氣冷卻焊炬通過將一種或多種高速冷卻氣體流(例如，約20標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí)(scfh)至約250scfh下的空氣)引導(dǎo)穿過界定于焊炬頂端內(nèi)的各種通道而被冷卻。
[0088]本文中描述的一些實(shí)施例可增加(例如，顯著地增強(qiáng))焊炬耗材，諸如焊炬噴嘴的冷卻(即，甚至不使用冷卻液體)，從而改善使用壽命。在一些實(shí)施例中，噴嘴冷卻可通過采用護(hù)罩流并允許護(hù)罩流直接地流向噴嘴的一個(gè)或多個(gè)表面來實(shí)現(xiàn)。例如，在一些實(shí)施例中，護(hù)罩流可經(jīng)引導(dǎo)使得其沖擊(例如，垂直地流向)噴嘴表面。
[0089]在一些方面，該焊炬內(nèi)使用的某些耗材部件(例如，噴嘴)可包括各種特征或元件中的一個(gè)或多個(gè)，諸如冷卻流通道，以有助于增加噴嘴的冷卻能力并因此增加其性能和可用壽命。
[0090]例如，參考圖2，在一些方面，噴嘴200可形成主體202。在一些實(shí)施例中