，主體202由金屬材料制成，諸如銅。如所示，主體202可為大致圓柱形的中空主體的形式，該主體具有限定有縱向軸208的第一端204和第二端206。該中空主體限定了中空增壓腔區(qū)域201，中空增壓腔區(qū)域201被構造成接收和容納電極并將等離子氣體引導至電極和噴嘴之間。第一端204通常形成為和被構造成配合焊炬的一個或多個特征或元件。例如，在一些實施例中，噴嘴可經(jīng)構造以配合布置于該焊炬內(nèi)的渦流環(huán)或護帽。該圓柱形主體還包括整體環(huán)形地形成的圓柱形壁(例如，增壓腔側壁)210，圓柱形壁210從限定于第二端206的基礎結構(例如，增壓腔底板)212向上延伸。第二端206通常限定大致圓柱形穿孔(例如，流管道)214，圓柱形穿孔214形成為大體上軸向地穿過增壓腔底板。在使用過程中，等離子氣體穿過穿孔214并通過噴口 215離開噴嘴。噴嘴噴口 215沿著沿第二端206形成的噴嘴端面限定于穿孔214的遠端處。
[0091]關于冷卻以及流分布，氣體通道(例如，冷卻氣體流通道)216可形成于該主體的一部分(諸如增壓腔側壁)內(nèi)的第一端204處，特別地形成于內(nèi)壁218和外壁220之間，以環(huán)繞這該圓柱形主體引導氣體流。例如，氣體通道216可為設置于內(nèi)壁218和外壁220之間的大致環(huán)形(例如，圓形)通道，以圍繞著該主體的至少一部分周向地引導該氣體流。如上文所討論，在一些情況下，內(nèi)壁218和/或外壁220可被構造成，與設置于該焊炬內(nèi)的其他部件，諸如渦流環(huán)，接合和配合，以適當?shù)囟ㄎ缓桶惭b噴嘴或將氣體流引導至流通道或引導至流通道內(nèi)。因此，在一些情況下，渦流環(huán)可被構造成連同內(nèi)壁和外壁一起形成氣體通道216的一部分(例如，上部)，尤其形成圍繞著該噴嘴的流導管。
[0092]噴嘴壁相對于該焊炬內(nèi)的其它部件的構造有助于使該流動通道與該焊炬內(nèi)的一些其它氣體通道相分離并密封。例如，噴嘴被構造成將流通道內(nèi)流動的護罩/冷卻氣體與增壓腔區(qū)域內(nèi)流動的等離子氣體相隔離。然而，等離子氣體和護罩/冷卻氣體通常在它們排出該焊炬時(即，在該噴嘴的噴口處)組合在一起。
[0093]噴嘴200包括流體地連接至氣體通道216的一個或多個入口通路222和一個或多個出口通路224，以將氣體提供至該氣體通道或和從該氣體通道提供氣體。入口通路和出口通路可為被構造成包含氣體和將氣體輸送至該氣體通道或從該氣體通道輸送氣體的各種結構上合適的特征的任意形式。例如，通路可為噴嘴主體之中或之上的孔、通道、管、導管、管道或類似特征。如下文所討論，通路也可包括沿著噴嘴的不同表面形成的一個或多個端口(例如，開口)，氣體通過該端口可進入和退出噴嘴主體以輸送至該氣體通道或從該氣體通道輸送氣體。
[0094]入口通路通常大體上垂直于氣體流通道的至少一個表面而形成，以使得從該入口通路排出進入流通道的氣體沖擊該通道內(nèi)的噴嘴表面以在該流通道內(nèi)產(chǎn)生紊流。此類沖擊和其中產(chǎn)生的紊流預期用于增加噴嘴冷卻性能。為實現(xiàn)入口通路相對于流通道的這種布置，可能有許多不同構造。例如，如所示，入口通路222可形成為穿過外壁220，并且在安裝于焊炬中時可流體連通該焊炬的護罩氣體供應。如所示，入口通路222可水平地布置(即，相對于焊炬水平地，該焊炬定位成使得其縱向軸為垂直的)，以使得進入該流通道的氣體可撞擊該流通道的相對表面上的內(nèi)壁(即，內(nèi)壁218的外表面)。在一些實例中，術語相對表面是指該流通道中，相對于該流通道的中央?yún)^(qū)域從入口通路橫越的區(qū)域。在一些實施例中，入口通路222可在噴嘴中徑向地布置(即，朝向其中央縱向軸208向內(nèi)延伸)。
[0095]在圖2所示的實施例中，噴嘴可包括多個入口通路222，例如，三個入口通路222。如所示，在一些實施例中，入口通路222可環(huán)繞著氣體通道216大體上均勻地布置(例如，均勻地分離)。例如，在包括三個入口通路時，它們可彼此分離約120°。在一些情況下，入口通路222的更均勻分布可形成進入氣體通道216的更均勻的冷卻氣體流。
[0096]在一些實施例中，一個或多個入口通路包括沿著該主體的徑向表面限定的入口端口，該入口端口將入口通路暴露于該噴嘴周圍的環(huán)境。在使用過程中，氣體(例如，護罩氣體或冷卻氣體)可通過該入口端口進入入口通道并行進至氣體通道。例如，如所示，入口端口 223可為沿著噴嘴的外壁220的外表面限定的孔的形式。
[0097]出口通路224通常形成為至少部分地通過增壓腔側壁210，以將氣體流輸送遠離氣體通道。在一些情況下，出口通路224穿過增壓腔側壁210的布置也可有助于通過在該增壓腔側壁內(nèi)產(chǎn)生額外的熱傳遞表面積而冷卻側壁。如所示，出口通路224可縱向地形成(例如，至少大體上對齊(例如，大致平行于)縱向軸208)。
[0098]出口通路通常也大體上垂直于噴嘴(或另一個耗材部件)的至少一個外表面形成，以使得從該出口通路排出的氣體沖擊外部噴嘴表面以進一步冷卻該噴嘴。在一些實施例中，出口通路224可形成于(例如，縱向地形成于)增壓腔側壁210內(nèi)，以使得其靠近沿著噴嘴的外表面限定的凹部或凸緣，來自流通道的氣體可接觸(例如，沖擊)該凹部或凸緣以更好地冷卻。例如，如所示，出口通路224可垂直地(例如，大體上縱向地)布置，以使得退出該流通道的氣體可碰撞噴嘴的外表面(例如，流沖擊表面)252。即，在一些實施例中，出口通路224可大體上平行于縱向軸布置(例如，縱向取向的)。
[0099]在圖2所示的實施例中，噴嘴通常包括多個出口通路224，例如，三個出口通路。如所示，在一些實施例中，出口通路224可環(huán)繞氣體通道216大體上均勻地布置。例如，在包括三個出口通路時，它們可彼此分離約120°。在一些情況下，出口通路224的更均勻分布可形成來自氣體通道216的更均勻的氣體流。這可通過利用額外出口通路，例如四個(或更多個)出口通路彼此以90°取向來實現(xiàn)。
[0100]在一些實施例中，出口通路包括出口端口，該出口端口通過噴嘴的第二端(例如，遠端)206和入口端口之間的該主體的徑向和/或軸向表面形成，其中入口端口將入口通道連接至該噴嘴周圍的環(huán)境并且該出口端口類似地將出口通道連接至該噴嘴周圍的環(huán)境。例如，氣體可從氣體通道216流入形成于增壓腔側壁內(nèi)的出口通路224和通過限定于該增壓腔側壁的外表面內(nèi)的出口端口 225流出該增壓腔側壁。
[0101]在一些實施例中，入口通路222和出口通路224環(huán)繞著流通道而彼此偏離(例如，徑向地偏離)。例如，入口通路和出口通路可彼此大體上均勻地周向地偏離。即，在一些情況下，出口通路224中的一個或多個可布置(例如，等間距地)于入口通路22中的兩個之間(例如，在具有三個入口通路和三個出口通路的實施例中，間隔為60° )。簡要地參考圖7，圖7示出了穿過入口通路222、氣體通道216至出口通路224的模擬氣體流，此類布置可增加流體和噴嘴之間的暴露，并且通過提供更長的距離有助于增加氣體通道216內(nèi)的流體混合，該距離為氣體通常在入口通路和相鄰出口通路之間的氣體通道內(nèi)行進的距離。至少部分地基于該增加的混合，該流可經(jīng)引導使得流通道內(nèi)的氣體可環(huán)繞著該主體而周向地流動。在一些情況下，該流可以完全環(huán)繞著該流通道(例如，至少360°環(huán)繞)的方式周向地引導。還如圖7中所示，穿過入口通路222和出口通路224的流速通常高于別處環(huán)繞著氣體通道216的氣體流。另外，隨著空氣排出入口通路222并沖擊氣體通道216的內(nèi)表面，穿過入口通路222所增加的流速可有助于產(chǎn)生紊亂氣體流和冷卻效果。
[0102]在一些實施例中，冷卻氣體通路(例如，入口通路222和主要出口通路224)的尺寸和構造為允許噴嘴在等離子弧焊炬中以至少75安培(例如，至少100安培)的電流操作。此外，在一些實施例中，冷卻氣體通路經(jīng)調(diào)整和構造以允許噴嘴在大于150安培/英寸(例如，大于170安培/英寸)的電流對噴嘴主體長度的比率操作。
[0103]該電流可有助于以更快的切割速度切割材料。例如，在一些情況下，焊炬可以大于100英寸/分鐘(ipm)的切割速度切割半英寸的低碳鋼。
[0104]雖然入口通路和出口通路已經(jīng)大體上描述為多個離散圓孔，但是其它構造是可能的。例如，在一些實施例中，噴嘴可包括僅一個入口通路和一個出口通路以將氣體輸送至流通道或從該流通道輸送氣體。替代地，在一些情況下，入口通路和/或出口通路可為環(huán)繞著噴嘴主體形成的一個或多個大致環(huán)形(例如，部分或完全環(huán)形)開口的形式。
[0105]焊炬系統(tǒng)可額外地或替代地包括布置于該焊炬內(nèi)的一個或多個區(qū)域處的其它類型的耗材冷卻系統(tǒng)，諸如噴嘴冷卻系統(tǒng)或噴嘴和護罩冷卻系統(tǒng)。例如，耗材冷卻系統(tǒng)可包括形成于一個或多個耗材(例如，噴嘴、護罩和/或噴嘴或護罩的護帽)之中或之上的特征，用于接收和引導氣體流(例如，高速冷卻氣體流)以增加該焊炬的耗材和切割性能中的一個或多個的冷卻效果。
[0106]例如，參考圖3，在一些方面，焊炬300可包括噴嘴冷卻系統(tǒng)310和/或噴嘴及護罩冷卻系統(tǒng)320，其可各自單獨地或彼此組合地實施以冷卻焊炬的部件。
[0107]在一些實施例中，為增加焊炬300的氣體冷卻性能，噴嘴冷卻系統(tǒng)310可包括焊炬護帽330，焊炬護帽330具有被構造成將冷卻氣體流朝向噴嘴350的氣體接收表面引導的特征。特別地，護帽330通常由整體上圓柱形主體332形成，圓柱形主體332具有固定凸緣334以將噴嘴350保持在該焊炬內(nèi)。在通常相對于凸緣334的端部，護帽330通常包括連接區(qū)域(例如，螺紋連接)335以將護帽330 (和因此也將噴嘴350)固定至焊炬主體。
[0108]如下文詳細地討論，固定凸緣334限定了允許氣體流動穿過護帽并流動至噴嘴350進行冷卻的一個或多個氣孔或開口(例如，氣體供應端口)336。如所示，氣體供應端口336通常相對于護帽和焊炬縱向布置。另外，氣體供應端口 336位于固定凸緣334內(nèi)，通常大體上垂直于噴嘴350的氣體接收表面(例如，沖擊表面)352。例如，在一些實施例中，氣體供應端口 336相對于縱向軸成角度(例如，朝向噴嘴或縱向軸向內(nèi)布置或引導)以將冷卻氣體流引導至沖擊表面352。
[0109]護帽通常包括環(huán)繞著固定凸緣334布置的多個供應端口 336(例如，在圖3所示的實例中為十個)。在一些實施例中，供應端口 336可環(huán)繞著固定凸緣334大致均勻地布置以將氣體大致均勻地輸送至噴嘴。例如，當包括十個供應端口時，它們可彼此分離約36°。在一些情況下，供應端口 336的更均勻分布可從護罩氣體供應產(chǎn)生更均勻的氣體流。
[0110]如上文所提及，噴嘴350包括沿其外表面限定的外特征(例如，凹部)354以接收和重新引導冷卻氣體流(例如，從護帽330接收的高速氣體流)來增加冷卻能力。例如，如所示，特征354可限定冷卻氣體接收表面(例如，沖擊表面)352，冷卻氣體接收表面352定位成大致垂直于各個氣體供應端口 336的縱向軸。如上文所討論，沖擊表面352相對于氣體供應端口 336的大致垂直定位通過產(chǎn)生紊亂氣體流有助于至少部分地增加冷卻能力。在一些情況下，朝向沖擊表面352穿過供應端口 336的氣體流以約200scfh (例如，約66986英尺/分鐘的速度)被輸送。
[0111]雖然沖擊表面352已描述并示出為限定于凹部內(nèi)的表面的形式，但是其它構造是可能的。例如，在一些實施例中，噴嘴可限定從其外表面(例如，沿著凸緣)延伸而不是沿著噴嘴主體形成于凹部內(nèi)的沖擊表面。此外，在一些情況下，沖擊表面可為噴嘴的外表面，該外表面具有與噴嘴的外表面的其余部分大致類似的形狀和外形。即，在一些情況下，噴嘴可被構造成沿其外表面接收冷卻流，而無需具有接收該冷卻氣體流的額外的實質性修改的特征(例如，沖擊表面352、特征354，等等)。
[0112]雖然噴嘴350的某些特征或方面已相對于圖3中的實例進行描述，但應注意，與上文所描述的冷卻系統(tǒng)不一致的或受到冷卻系統(tǒng)影響的噴嘴350的一些其它特征可大致類似于上文所描述的噴嘴200的那些。
[0113]替代地或結合噴嘴冷卻系統(tǒng)310，焊炬還可包括噴嘴護罩冷卻系統(tǒng)320，以有助于冷卻設置在焊炬300的頂端處的護罩380來保護噴嘴免受從工件噴射的熔融材料(例如，濺出物)損傷。例如，在一些實施例中，噴嘴護罩冷卻系統(tǒng)320包括限定于護罩360和/或噴嘴350內(nèi)的凹部或輪廓(例如，混合通道)322，凹部或輪廓322用于在護罩360和噴嘴350之間引導和循環(huán)冷卻氣體流。如所示，混合通道322可靠近地限定于噴嘴冷卻系統(tǒng)310的一個或多個部件內(nèi)(例如，特征354或沖擊表面352附近)。在一些情況下，混合通道322成形為具有大致彎曲輪廓(例如，球根輪廓)以促進其內(nèi)的循環(huán)流。
[0114]在此類構造中，在使用過程中，冷卻氣體流可偏轉遠離噴嘴350，例如部分地因為沖擊表面352的角形布置，并偏轉進入待循環(huán)的混合通道322中。如上所述，通過氣體所產(chǎn)生的紊亂混合流從沖擊表面352 (或護罩的噴嘴的其它流偏轉表面)偏轉入混合通道中可增加噴嘴護罩冷卻系統(tǒng)320和/或噴嘴冷卻系統(tǒng)310的冷卻能力。
[0115]混合通道322通常沿著護罩360的表面限定的邊緣(例如，入口邊緣(例如，尖銳入口邊緣))324部分地形成，以捕獲例如來自沖擊表面352的冷卻氣體流并將其重新引導至混合通道322中進行循環(huán)和冷卻。邊緣324通常形成為捕獲和重新引導朝向焊炬頂端流入混合通道322中的冷卻氣體流。例如，邊緣324可包括尖銳邊緣(例如，由互相定位成銳角的兩個表面限定)，該尖銳邊緣遠離焊炬頂端指向以攔截冷卻氣體流。
[0116]替代地或額外地，在一些實施例中，混合通道322可由沿著噴嘴350的表面限定的邊緣(例如，入口邊緣(例如，尖銳的入口邊緣))324A( S卩，沖擊表面352和從該沖擊表面352延伸垂直(縱向)表面之間的邊緣)部分地形成，以從供應端口 336捕獲冷卻氣體流并將其朝向混合通道322向外重新引導。
[0117]混合通道322，并且在一些情況下還有混合通道邊緣324，通常圍繞著噴嘴至少部分地延伸。在一些情況下，混合通道322和邊緣324限定于護罩的內(nèi)表面內(nèi)并且完全環(huán)繞著護罩360的內(nèi)表面延伸。在一些情況下，混合邊緣324A限定于噴嘴35