用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極及使用該電極的接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的制作方法
【專利摘要】提供了一種用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的部件。所述部件包括中空本體，所述中空本體界定出具有縱向軸線的通道。所述通道能夠沿所述縱向軸線可滑動(dòng)地容納電極本體。所述部件包括設(shè)于所述中空本體內(nèi)的接觸元件，并且包括第一表面和第二表面。當(dāng)以轉(zhuǎn)移電弧模式操作所述等離子弧焊炬時(shí)，所述第一表面適于促進(jìn)與電源的電連通，并且所述第二表面適于與所述電極本體的表面形成物理接觸。此外，當(dāng)以引導(dǎo)電弧模式操作所述焊炬時(shí)，所述第二表面與所述電極本體的表面之間不形成物理接觸。
【專利說明】用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極及使用該電極的接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬
[0001]相關(guān)串請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)為申請(qǐng)于2007年2月20日并且要求申請(qǐng)于2006年2月17日的第60/774，451號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)權(quán)益的第11/709,315號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)的部分接續(xù)案，本申請(qǐng)的 申請(qǐng)人:同時(shí)享有上述兩份申請(qǐng)，并且提供整體引用的方式將其合并在此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明主要涉及等離子弧焊炬，尤其是應(yīng)用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極和焊炬。

【背景技術(shù)】
[0004]被稱為工件的金屬材料的切割和標(biāo)記中，廣泛使用等離子弧焊炬和激光器之類的材料處理裝置。等離子弧焊炬通常包括焊炬本體，安裝在本體內(nèi)的電極，具有中心排出孔的噴嘴，電連接件，用于冷卻和弧控制流體的通路，用以對(duì)流體流動(dòng)模式進(jìn)行控制的渦流環(huán)，以及電源。焊炬內(nèi)使用的氣體可以是惰性氣體(例如氬氣或氮?dú)?，或活性氣體(例如氧氣或空氣)。焊炬產(chǎn)生等離子弧，而等離子弧是高溫且高動(dòng)量的等離子氣體的收縮離子化射流。
[0005]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物理接觸和電連通來產(chǎn)生其間的電流通路。電極和噴嘴可配合以在焊炬本體內(nèi)產(chǎn)生等離子腔。將電流提供至電極和噴嘴，并且將氣體引入等離子腔。增大氣體壓力直到該壓力足以使得電極和噴嘴分離。該分離使得在等離子腔內(nèi)電極和噴嘴之間形成電弧。該電弧使得引入的氣體離子化，從而產(chǎn)生可轉(zhuǎn)移到工件以進(jìn)行材料處理的等離子射流。在某些應(yīng)用中，電源適于在電弧產(chǎn)生過程中提供稱為引導(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。
[0006]有多種能夠產(chǎn)生電弧的構(gòu)造。例如，電極可在焊炬本體內(nèi)沿離開靜止噴嘴的方向移動(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沿離開工件的方向移動(dòng)。在另一構(gòu)造中，噴嘴可沿離開相對(duì)靜止的電極的方向移動(dòng)。這種構(gòu)造稱為“前流(blow-forward) ”接觸啟動(dòng)方法，因?yàn)闅鈮菏沟脟娮煅爻蚬ぜ姆较蛞苿?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)。
[0007]材料處理裝置的某些部件在使用一段時(shí)間后會(huì)損壞。在所述材料處理裝置為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)焊炬的過程中，各種消耗部件變得不對(duì)齊，由此縮短了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，更換消耗部件會(huì)造成停機(jī)并降低生產(chǎn)率。
[0008]在接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的倒流方法中，電極沿離開噴嘴的方向移動(dòng)以引發(fā)電極和噴嘴之間的引導(dǎo)電弧。電極的近端(例如，遠(yuǎn)離工件的一端)與形成為一部分焊炬本體的電源接觸件接合。電極沿離開噴嘴方向的移動(dòng)還會(huì)使得電源接觸件移動(dòng)。焊炬的反復(fù)使用會(huì)導(dǎo)致電源接觸件和電極發(fā)生磨損。等離子弧焊炬操作中，更換電極是例行操作，并且例行進(jìn)行該處理。然而，更換電源接觸件包括拆卸焊炬本體并且耗時(shí)久，成本高，因?yàn)殡娫唇佑|件并未設(shè)計(jì)成消耗部件。某些倒流焊炬涉及相對(duì)于相對(duì)靜止的焊炬本體移動(dòng)電源接觸件。此類電源接觸件的移動(dòng)和焊炬的有效性會(huì)受到將電源接觸件連接到電源之電纜的強(qiáng)度或剛度的影響。
[0009]例如，圖1是已知的接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的剖視圖。系統(tǒng)100包括電源(未示出)，其與通過載流電纜104與向焊炬112提供電流的電源接觸件108電連通。焊炬112包括與電源接觸件108電絕緣并圍繞電源接觸件108設(shè)置的陰極塊116。電源接觸件108接靠導(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。在引發(fā)用于處理工件(未示出)的電弧之前，通過彈簧推壓電極124以使之與噴嘴136接觸。
[0010]在電纜104到電源接觸件108，電極124，和噴嘴136之間形成電流通路。電流可沿該電流通路通過。電極124與噴嘴136配合以形成等離子腔140的一部分?？蓪⒌入x子氣體供應(yīng)到等離子腔140來增加等離子腔140內(nèi)的壓力并克服由彈簧128提供的力。這一壓力迫使電極124和電源接觸件108沿離開噴嘴136的方向移動(dòng)。隨著電極124和噴嘴136之間的間隙144增大，電極124(例如陰極)和噴嘴136(例如陽極)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引發(fā)以用于處理工件。
[0011]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)，電源接觸件108也需要移動(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的撓性降低。電纜104的撓性降低會(huì)降低焊炬112的通用性和操控性。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的移動(dòng)過程中(例如，在引導(dǎo)電弧引發(fā)過程中)對(duì)電源接觸件108進(jìn)行定位和導(dǎo)向。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]業(yè)界需要一種優(yōu)化焊炬操作而不提早出現(xiàn)故障的用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極。此外，需要一種采用本發(fā)明的概念來盡可能延長(zhǎng)現(xiàn)有焊炬設(shè)計(jì)的部件壽命的接觸啟動(dòng)式焊炬。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的為提供一種更持久的電極以及在等離子弧焊炬中與電極一起使用的部件。另一目的為提供一種構(gòu)造，其可減少焊炬的未設(shè)計(jì)成消耗件之部件的磨損。再一目的為提供焊炬操作過程中(例如，引導(dǎo)電弧和轉(zhuǎn)移電弧模式)相對(duì)于焊炬部件的對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。
[0013]一方面，提供了一種用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的部件。所述部件包括中空本體，所述中空本體界定出具有縱向軸線的通道。所述通道能夠沿所述縱向軸線可滑動(dòng)地容納電極本體。所述部件還包括所述中空本體內(nèi)的接觸元件。所述接觸元件包括第一表面和第二表面。當(dāng)以轉(zhuǎn)移電弧模式操作所述等離子弧焊炬時(shí)，所述第一表面促進(jìn)與電源的電連通，并且所述第二表面能夠與所述電極本體的表面形成物理接觸。所述第二表面的特征在于，當(dāng)以引導(dǎo)電弧模式操作所述焊炬時(shí)，所述第二表面與所述電極本體的表面之間不形成物理接觸。
[0014]一些實(shí)施例中，所述部件包括渦流環(huán)部分，所述渦流環(huán)部分界定出外部部分，內(nèi)部部分，和從所述外部部分通過至所述內(nèi)部部分的一或多個(gè)孔，以使得流體進(jìn)行渦流運(yùn)動(dòng)。所述渦流環(huán)部分與所述中空本體一體形成。一些實(shí)施例中，所述中空本體包括渦流環(huán)部分。
[0015]一些實(shí)施例中，所述部件包括彈性元件，當(dāng)所述電極本體插入所述通道時(shí)，所述彈性元件接觸所述電極本體。所述彈性元件構(gòu)造為向所述電極本體施加分離力。一些實(shí)施例中，所述彈性元件通過徑向過盈配合固定至所述通道。所述彈性元件連接至所述接觸元件。一些實(shí)施例中，所述部件包括電源接觸件，其與所述電源和所述接觸元件的第一表面電連通。
[0016]一些實(shí)施例中，所述接觸元件固定不動(dòng)。一些實(shí)施例中，所述通道包括用于限制所述接觸元件的縱向移動(dòng)的肩部。一些實(shí)施例中，所述通道的內(nèi)表面包括絕緣材料。
[0017]另一方面，提供了一種操作接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的方法。所述方法包括沿縱向軸線將電極本體可滑動(dòng)地容納在通道中。所述通道由所述等離子弧焊炬的部件的中空本體界定出。所述方法包括當(dāng)以轉(zhuǎn)移電弧模式操作所述等離子弧焊炬時(shí)，促進(jìn)I)電源與設(shè)于所述通道中的接觸元件的第一表面之間的電連通，和2)所述接觸元件的第二表面與所述電極本體的表面之間的物理接觸。所述方法還包括當(dāng)以引導(dǎo)電弧模式操作所述焊炬時(shí)，保持所述接觸元件的第二表面與所述電極本體的表面之間不形成物理接觸。
[0018]一些實(shí)施例中，所述方法包括使得流體從所述部件的外表面通過一或多個(gè)孔至所述部件的內(nèi)表面而使得所述流體進(jìn)行渦流運(yùn)動(dòng)。一些實(shí)施例中，所述方法通過設(shè)于所述接觸元件的第二表面與所述電極本體的表面之間的彈性元件向所述電極本體施加分離力。一些實(shí)施例中，所述方法包括將所述彈性元件連接至所述接觸元件。一些實(shí)施例中，在所述通道內(nèi)限制所述接觸元件的縱向移動(dòng)。
[0019]一些實(shí)施例中，所述方法包括使得所述通道的內(nèi)表面絕緣。一些實(shí)施例中，所述方法包括促進(jìn)電源接觸件與所述接觸元件的第一表面的電連通。所述電源接觸件與所述電源電連通。
[0020]另一方面，提供了一種用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的部件。所述部件包括中空本體，所述中空本體界定出具有縱向軸線的通道。所述通道能夠沿所述縱向軸向可滑動(dòng)地容納電極本體。所述部件包括設(shè)置于所述中空本體內(nèi)的第一接觸元件。所述第一接觸元件包括第一接觸元件表面和第二接觸元件表面。所述第一接觸元件表面促進(jìn)與電源的電連通。所述部件還包括設(shè)于所述中空本體內(nèi)的附加接觸元件。所述附加接觸元件包括第一附加接觸元件表面和第二附加接觸元件表面。當(dāng)以轉(zhuǎn)移電弧模式操作所述等離子弧焊炬時(shí)，所述第一附加接觸元件表面與所述第二接觸元件表面形成物理接觸，所述第二附加接觸元件表面與所述電極本體的表面之間形成物理接觸。
[0021]一些實(shí)施例中，所述部件包括渦流環(huán)部分，其界定出外部部分，內(nèi)部部分，和從所述外部部分通過至所述內(nèi)部部分的一或多個(gè)孔，以使得流體進(jìn)行渦流運(yùn)動(dòng)。一些實(shí)施例中，所述渦流環(huán)部分與所述中空本體一體形成。
[0022]一些實(shí)施例中，所述部件包括設(shè)于所述通道中的所述第二接觸元件表面與所述第一附加接觸元件表面之間的彈性元件。所述彈性元件構(gòu)造為向所述附加接觸元件施加分離力。所述彈性元件通過徑向過盈配合固定至所述通道。一些實(shí)施例中，所述彈性元件連接至所述第一接觸元件或所述附加接觸元件中的至少一個(gè)。
[0023]一些實(shí)施例中，所述第一接觸元件固定不動(dòng)。所述附加接觸元件可相對(duì)于所述第一接觸元件平移。一些實(shí)施例中，所述通道的內(nèi)表面包括絕緣材料。
[0024]一些實(shí)施例中，所述部件還包括電源接觸件，其與所述電源和所述第一接觸元件的第一接觸元件表面電連通。
[0025]另一方面，提供了一種操作接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的方法，所述方法包括沿縱向軸線將電極本體可滑動(dòng)地容納在通道中。所述通道由所述等離子弧焊炬的部件的中空本體界定出。所述方法包括促進(jìn)電源與設(shè)于所述通道內(nèi)的第一接觸元件的第一接觸元件表面之間的電連通。所述方法包括當(dāng)以轉(zhuǎn)移電弧模式操作所述等離子弧焊炬時(shí)，促進(jìn)I)所述第一接觸元件的第二接觸元件表面與設(shè)于所述通道內(nèi)的附加接觸元件的第一附加接觸元件表面之間的物理接觸，和2)所述附加接觸元件的第二附加接觸元件表面與所述電極本體的表面之間的物理接觸。
[0026]一些實(shí)施例中，所述方法包括使得流體從所述部件的外表面通過一或多個(gè)孔至所述部件的內(nèi)表面而使得所述流體進(jìn)行渦流運(yùn)動(dòng)。一些實(shí)施例中，所述方法包括通過設(shè)于所述第二接觸元件表面與所述第一附加接觸元件表面之間的彈性元件向所述附加接觸元件施加分離力。
[0027]—些實(shí)施例中，所述方法包括將所述彈性元件附接至所述第一接觸元件或所附加接觸元件中的至少一個(gè)。一些實(shí)施例中，所述方法包括在所述轉(zhuǎn)移電弧模式過程中，使得所述附加接觸元件相對(duì)于所述第一接觸元件平移。一些實(shí)施例中，所述方法包括使得所述通道的內(nèi)表面絕緣。
[0028]一些實(shí)施例中，所述方法包括促進(jìn)電源接觸件與所述第一接觸元件的第一接觸元件表面的電連通。所述電源接觸件與所述電源電連通。
[0029]另一方面，提供了一種用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的組裝件。所述組裝件包括中空本體，所述中空本體界定出縱向軸線。所述中空本體能夠沿所述縱向軸線可滑動(dòng)地容納電極本體。所述組裝件包括設(shè)于所述中空本體內(nèi)的接觸元件。所述接觸元件包括第一表面和第二表面。當(dāng)所述電極本體插入所述中空本體時(shí)，所述第一表面能夠促進(jìn)與電源的電連通，并且所述第二表面能夠與所述電極本體的表面形成物理接觸。所述組裝件包括彈性元件，其連接至所述中空本體中的所述接觸元件。所述電極本體插入所述中空本體時(shí)，所述彈性元件與所述電極本體形成物理接觸并且向所述電極本體的表面施加分離力。
[0030]一些實(shí)施例中，當(dāng)以引導(dǎo)電弧模式操作焊炬時(shí)，所述彈性元件將大致所有的引導(dǎo)電弧電流傳遞至所述電極本體。一些實(shí)施例中，所述組裝件包括導(dǎo)電元件，當(dāng)以引導(dǎo)電弧模式操作焊炬時(shí)，所述導(dǎo)電元件將大致所有的引導(dǎo)電弧電流傳遞至所述電極本體。
[0031]一些實(shí)施例中，所述組裝件為所述等離子弧焊炬的消耗部件。一些實(shí)施例中，所述組裝件還包括噴嘴，屏蔽件，渦流環(huán)，或限位罩，或者它們的組合。
[0032]一些實(shí)施例中，所述彈性元件與所述接觸元件形成物理接觸。
[0033]另一方面，提供了一種用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極。所述電極包括由導(dǎo)電材料形成的細(xì)長(zhǎng)電極本體。所述電極本體界定出縱向軸線。所述電極還包括接觸元件，所述接觸元件包括第一表面和第二表面。當(dāng)以轉(zhuǎn)移電弧模式操作所述焊炬時(shí)，所述第一表面促進(jìn)與電源的電連通，并且所述第二表面能夠與所述電極本體的表面形成物理接觸。所述電極包括設(shè)于所述電極本體的近端和所述接觸元件之間的彈性元件，所述彈性元件向所述接觸元件的第二表面與所述電極的表面之間施加分離力所述電極還包括導(dǎo)電元件，其用于I)當(dāng)以引導(dǎo)電弧模式操作所述焊炬時(shí)，將至少大致所有的引導(dǎo)電弧電流傳遞至所述電極本體，或者2)當(dāng)以轉(zhuǎn)移電弧模式操作所述焊炬時(shí)，將至少大致所有的轉(zhuǎn)移電弧電流傳遞至所述電極本體，或者I)和2)的組合。
[0034]一些實(shí)施例中，所述電極包括設(shè)于所述彈性元件和所述電極本體之間或者設(shè)于所述接觸元件和所述彈性元件之間，或者設(shè)于這兩個(gè)位置的絕緣材料，以防止所述彈性元件將所述弓I導(dǎo)電弧電流或所述轉(zhuǎn)移電弧電流中的至少一個(gè)轉(zhuǎn)移至所述電極本體。一些實(shí)施例中，所述彈性元件由非導(dǎo)電材料制成。
[0035]一些實(shí)施例中，所述導(dǎo)電元件為與所述接觸元件和所述電極本體電連通的電線。一些實(shí)施例中，所述導(dǎo)電元件為至少部分嵌入所述電極本體的探針。一些實(shí)施例中，所述探針適于保持與所述接觸元件的物理接觸。一些實(shí)施例中，所述導(dǎo)電元件為連接至所述電極本體的至少一部分并且與所述接觸元件形成物理接觸的第二彈性元件。一些實(shí)施例中，所述導(dǎo)電元件構(gòu)造為傳遞大致所有的所述弓I導(dǎo)電弧電流和轉(zhuǎn)移電弧電流。
[0036]一些實(shí)施例中，所述電極包括設(shè)于所述接觸元件的第二表面與所述電極本體的表面之間的絕緣材料，以防止所述轉(zhuǎn)移電弧電流在所述轉(zhuǎn)移電弧模式過程中從所述接觸元件傳遞至所述電極本體。
[0037]另一方面，提供了一種用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極。該電極與電源形成電連通。所述電極包括由導(dǎo)電材料形成的細(xì)長(zhǎng)電極本體。所述電極本體界定出縱向軸線。所述電極包括靠近所述電極本體的近端的彈性元件。所述彈性元件能夠I)當(dāng)以引導(dǎo)電弧模式操作所述焊炬時(shí)，將至少大致所有的引導(dǎo)電弧電流傳遞至所述電極本體，或者2)當(dāng)以轉(zhuǎn)移電弧模式操作所述焊炬時(shí)，將至少大致所有的轉(zhuǎn)移電弧電流傳遞至所述電極本體。
[0038]另一方面，提供了一種操作接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的方法。所述方法包括設(shè)置用于所述等離子弧焊炬的電極。所述電極包括界定出縱向軸線的電極本體。所述電極本體包括靠近彈性元件的近端。所述方法包括在所述焊炬的引導(dǎo)電弧操作過程中，通過所述彈性元件將至少大致所有的由電源生成的引導(dǎo)電弧電流傳遞至所述電極本體。所述方法還包括在所述焊炬的轉(zhuǎn)移電弧操作過程中，通過所述彈性元件將至少大致所有的由所述電源生成的轉(zhuǎn)移電弧電流傳遞至所述電極本體。
[0039]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)。參照以下說明書和附圖可更完全地理解這些和其它特征，附圖是說明性的且不必按比例繪制。
[0040]應(yīng)理解，可以多種方式組合本發(fā)明的多個(gè)方面和實(shí)施例。根據(jù)本說明書的教導(dǎo)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可容易地判定如何組合多個(gè)這些實(shí)施例。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1為現(xiàn)有接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的剖視圖；
[0042]圖2A為本發(fā)明實(shí)施例包括的電極本體，導(dǎo)電彈性元件，及電源接觸件的分解圖；
[0043]圖2B示出了引導(dǎo)電弧操作之前采用圖2A所示部件的示意性接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的剖視圖；
[0044]圖2C示出了轉(zhuǎn)移電弧模式中圖2B的等離子弧焊炬的剖視圖；
[0045]圖3A示出了用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的示意性電極實(shí)施例的剖視圖；
[0046]圖3B詳細(xì)示出了電極實(shí)施例組裝之前圖3A所示的電極部件；
[0047]圖4A示出了引導(dǎo)電弧操作之前的狀態(tài)下包括所示部件的示意性接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的剖視圖；
[0048]圖4B示出了在轉(zhuǎn)移電弧模式過程中的狀態(tài)下包括所示部件的圖4A的等離子弧焊炬的剖視圖；
[0049]圖5A示出了包括設(shè)于電極本體插孔內(nèi)的接觸元件和彈性導(dǎo)電件的示意性電極的首丨J視圖;
[0050]圖5B示出設(shè)為轉(zhuǎn)移電弧模式的圖5A所示的電極；
[0051]圖6A示出了包括設(shè)于電極本體近端的接觸元件和彈性導(dǎo)電件的示意性電極的剖視圖；
[0052]圖6B示出設(shè)為轉(zhuǎn)移電弧模式的圖6A所示的電極；
[0053]圖7A為示出體現(xiàn)本發(fā)明原理的示意性接觸元件，彈性件，及電源接觸件的局部分解圖；
[0054]圖7B示出了設(shè)于等離子弧焊炬操作中的圖7A所示的部件；
[0055]圖8A示出了安裝到等離子弧焊炬內(nèi)之前的電極本體，彈性導(dǎo)電件，和接觸元件的另一實(shí)施例的剖視圖。
[0056]圖8B示出轉(zhuǎn)移電弧模式過程中圖8A所示部件的形態(tài)；
[0057]圖9示出實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的電極的另一實(shí)施例的剖視圖；
[0058]圖1OA為示意性接觸元件和彈性導(dǎo)電件的立體圖；
[0059]圖1OB為在引導(dǎo)電弧操作過程中采用圖1OA的部件的等離子弧焊炬的一部分的剖視圖；
[0060]圖1lA示出了用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的示意性接觸元件；
[0061]圖1lB示出了圖1lA所示接觸元件繞豎直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)90°。
[0062]圖12示出了用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極的實(shí)施例；
[0063]圖13示出了用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極的實(shí)施例；
[0064]圖14示出了用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極的另一實(shí)施例；
[0065]圖15A為用于接觸啟動(dòng)是等離子弧焊炬的組裝件的局部立體剖視圖；
[0066]圖15B為圖15A所示組裝件的立體分解圖；
[0067]圖15C為圖15A所示組裝件的一部分的正視圖；
[0068]圖16A為用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極的立體圖；
[0069]圖16B為與圖16A的電極一起使用的組裝件的正視圖；
[0070]圖17A為用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極的立體圖；
[0071]圖17B為與圖17A的電極一起使用的組裝件的正視圖；
[0072]圖18A為用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極的立體圖；
[0073]圖18B為與圖18A的電極一起使用的組裝件的正視圖；
[0074]圖19為用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極的立體圖；
[0075]圖20A示出了用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的組裝件的實(shí)施例；
[0076]圖20B示出了圖20A所示組裝件的分解立體圖；
[0077]圖21A示出了用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬組裝件的另一實(shí)施例；
[0078]圖21B示出了圖21A所示組裝件的分解立體圖。

【具體實(shí)施方式】
[0079]圖2A是本發(fā)明實(shí)施例的電極本體，彈性元件，和電源接觸件的分解圖。系統(tǒng)200包括電極本體202，彈性元件204，以及電源接觸件206 (也稱為電源連接件)。電源接觸件206例如通過電源電纜(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提供電流，以用于操作類似于圖1所示焊炬112的等離子弧焊炬。電極本體202包括反作用表面208，該反作用表面構(gòu)造成與彈性元件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界定出從縱向軸線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。
[0080]電極本體202包括設(shè)置為與彈性元件204電連通的反作用表面208。反作用表面208設(shè)置為與電極本體202的近端210間隔開。一些實(shí)施例中，反作用表面208界定出從縱向軸線A徑向延伸的凸緣。一些實(shí)施例中，反作用表面208與電極本體202 —體形成。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。
[0081]電極本體202的近端210設(shè)于與遠(yuǎn)端212相對(duì)的位置。所示實(shí)施例中，遠(yuǎn)端212的直徑大于近端210的直徑，從而使彈性元件204在安裝到焊炬內(nèi)時(shí)圍繞近端210。換言之，近端210的直徑小于彈性元件204的內(nèi)徑。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。
[0082]電源接觸件206包括反作用于彈性元件204的表面214。彈性元件204反作用于相對(duì)靜止的表面214以及相對(duì)可移動(dòng)的電極本體202的反作用表面208，從而在引導(dǎo)電弧操作過程中以離開電源接觸件206的方向推壓電極本體。電極本體202界定出接觸表面216，該接觸表面設(shè)置為與電源接觸件206的相應(yīng)表面218物理接觸且電連通。在引導(dǎo)電弧的后部分操作過程和轉(zhuǎn)移電弧模式過程中，接觸表面216與相應(yīng)表面218接靠。電源接觸件206的靠近表面218并延伸到表面214的部分220界定出使得彈性元件204圍繞該部分220的直徑。
[0083]一些實(shí)施例中，電源接觸件206制成為圖1所示電源接觸件108的一部分(例如，通過將電源接觸件108加工成包括電源接觸件206的特征)。通過此類實(shí)施例，使用者能在圖1所示的現(xiàn)有焊炬系統(tǒng)112中采用參照?qǐng)D2A所述的概念。一些實(shí)施例中，可通過在電源接觸件108上加工出凹槽并且利用夾件或限位環(huán)(未示出)相對(duì)于焊炬112固定電源接觸件108，而將電源接觸件108設(shè)置在圖1所示的倒流位置。由此，電源接觸件108在引導(dǎo)電弧操作過程中和轉(zhuǎn)移電弧操作過程中都相對(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)行修改而在圖1的焊炬系統(tǒng)112中使用本文所述的任何實(shí)施例。
[0084]相對(duì)靜止的電源接觸件108對(duì)電源電纜的撓性要求較低。適于用作引導(dǎo)電弧電流的示意性電流為約10至約31安培。轉(zhuǎn)移電弧操作過程中的電流可高達(dá)約200安培。然而，大于200安培的電流也落入本發(fā)明的范圍內(nèi)，例如400安培。一些實(shí)施例中，電源接觸件108由碲銅，黃銅，銅，或其他在引導(dǎo)電弧操作和轉(zhuǎn)移電弧操作過程中適于電流通過的材料。
[0085]一般而言，引導(dǎo)電弧操作是指在向電極本體202提供電流與將等離子弧轉(zhuǎn)移到工件之間的持續(xù)時(shí)間。更具體地說，引導(dǎo)電弧操作可包括引導(dǎo)電弧的引發(fā)以及引導(dǎo)電弧引發(fā)之后在將電弧轉(zhuǎn)移到工件之前的一些持續(xù)時(shí)間。某些焊炬設(shè)計(jì)包括安全機(jī)構(gòu)，從而無論等離子弧是否已轉(zhuǎn)移到工件，在預(yù)定時(shí)間量之后終止弓I導(dǎo)電弧操作。此類機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為，通過不根據(jù)特定應(yīng)用(例如，處理工件)而限制焊炬操作的時(shí)間來延長(zhǎng)焊炬部件的工作壽命并提高安全性。
[0086]一些實(shí)施例中，彈性元件204固定到電極本體202或電源接觸件206。其它實(shí)施例中，彈性元件204固定到電極本體202和電源接觸件206兩者。例如，彈性元件204可通過焊接，軟焊，結(jié)合或以其它方式固定到電極本體202或電源接觸件206。一些實(shí)施例中，彈性元件204通過徑向過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的外徑可比彈性元件204的內(nèi)徑稍大。一些實(shí)施例中，電極本體202的近端208包括延伸部分(未示出)，所述延伸部分的內(nèi)徑小于彈性元件204的內(nèi)徑。所述延伸部分可與電極本體202 —體形成或以其它方式固定到電極本體202。此種構(gòu)造使圖1所示的電極本體124可例如用于圖2B所示焊炬240內(nèi)。
[0087]一些實(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。一些實(shí)施例中，電極本體202可包括徑向延伸的肩部(未示出)，所述肩部的直徑大于彈性元件204的內(nèi)徑，由此，使得彈性元件204朝向電極本體202的遠(yuǎn)端212前進(jìn)通過(例如，越過)徑向延伸肩部而可阻止彈性元件204沿軸向朝向近端210的方向與電極本體202脫離。
[0088]一些實(shí)施例中，所述肩部的遠(yuǎn)端面(未示出)為電極本體202的反作用表面。可相對(duì)于電源接觸件206使用類似的徑向過盈配合。例如，彈性元件204可沿離開電極本體202的方向軸向前進(jìn)而越過電源接觸件的表面214，使得表面214的與部分220相反的面222阻止彈性元件204與電源接觸件脫離。一些實(shí)施例中，彈性元件204是導(dǎo)電的并且面222與彈性元件204之間的界面形成來自電源接觸件206的電流通路。
[0089]一些實(shí)施例中，彈性元件204設(shè)為與電極本體202的遠(yuǎn)端212而不是近端210間隔開。遠(yuǎn)端212通常包括鉿之類的發(fā)射件(未示出)，以更有效地生成等離子弧和處理工件。一些實(shí)施例中，彈性元件204與電極本體202或電源接觸件206 —體形成。例如，彈性元件204可由與電極本體202相同的材料制成。在其它實(shí)施例中，彈性元件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)從電極本體202脫離。
[0090]圖2B示出采用圖2A所示部件和概念的示意性接觸啟動(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包括安裝在焊炬本體242內(nèi)的如圖2A所示的電極本體202，彈性元件204，及電源接觸件206。噴嘴244和渦流環(huán)246也安裝到焊炬本體242。電源接觸件206的位置設(shè)置為相對(duì)于可移動(dòng)電極本體202相對(duì)靜止。電源接觸件206的位置設(shè)為與電極本體202的遠(yuǎn)端212相反(例如，在焊炬240的后端)。電極本體202的遠(yuǎn)端212包括與噴嘴244的排出孔250大致對(duì)齊的發(fā)射件248。一些實(shí)施例中，發(fā)射件248和排出孔250大致以縱向軸線A為中心。渦流環(huán)246的位置設(shè)為部分限制電極本體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之間形成相對(duì)較小的間隙。
[0091]彈性元件204反作用于電極本體202的反作用表面208并且反作用于電源接觸件206的表面214以推壓電極本體202從而使之接靠噴嘴244。氣體流入電極本體202和噴嘴244之間形成的等離子腔254，并且引導(dǎo)電流從電源(未示出)流至電源接觸件206。
[0092]在等離子腔254內(nèi)形成氣體壓力直到該壓力足以克服由彈性元件204提供的力。氣體壓力使得電極本體202沿離開噴嘴244的方向移動(dòng)并且移動(dòng)至與電源接觸件206接靠。電極本體202大致沿縱向軸線A移動(dòng)。由于電極本體202通過氣體壓力而沿離開噴嘴244的方向移動(dòng)，從而在等離子腔254內(nèi)產(chǎn)生或引發(fā)電弧。電弧使得等離子腔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噴出并轉(zhuǎn)移到工件(未示出)。
[0093]一些實(shí)施例中，彈性元件204可導(dǎo)電，并且構(gòu)造或設(shè)計(jì)為大致傳遞電源接觸件206和電極本體202之間的所有引導(dǎo)電流。彈性元件204可由這樣的材料制成，即，其同時(shí)促進(jìn)承載與引發(fā)引導(dǎo)電弧相關(guān)的電流或負(fù)載，并且消散與該電流相關(guān)的熱量以防止彈性導(dǎo)電元件在引導(dǎo)電弧操作過程中熔化。一些實(shí)施例中，可例如根據(jù)材料的額定電流來選擇彈性元件204的材料。一些實(shí)施例中，彈性元件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，彈性元件206機(jī)械性質(zhì)促進(jìn)電極本體的移動(dòng)以接觸啟動(dòng)等離子弧焊炬。一些實(shí)施例中，彈性元件有助于將電極本體與焊炬對(duì)齊。
[0094]彈性元件204可以是這樣的導(dǎo)電彈簧，即，其能夠在長(zhǎng)達(dá)約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。一些實(shí)施例中，彈性元件204由inconel? X-750的合金制成。一些實(shí)施例中，彈性元件204由不銹鋼制成。例如，彈性元件204可由17/4沉淀硬化(precipitat1n hardening)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。一些實(shí)施例中，彈性元件204由直徑約0.762mm(約0.03英寸)的金屬絲制成并界定出約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。一些實(shí)施例中，彈性元件204涂敷或鍍有銀或銀合金以降低電阻和/或改進(jìn)或提供電導(dǎo)。
[0095]盡管本文示出為螺旋壓縮彈簧，彈性元件204也可例如包括波形彈簧墊圈，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公司的第5，994，663號(hào)美國(guó)專利中對(duì)這些類型的彈簧進(jìn)行了說明，通過引用將其內(nèi)容合并入本文。其它彈簧構(gòu)造也落入本發(fā)明的范圍。
[0096]一些實(shí)施例中，彈性元件204為設(shè)于電極本體202的近端210的金屬絲，且第二彈性元件(未示出)設(shè)于電極本體202的遠(yuǎn)端212。第二彈性元件在引導(dǎo)電弧操作過程中朝向遠(yuǎn)端204推壓電極本體，且在焊炬操作過程中(例如，在引導(dǎo)電弧操作過程中和在工件處理過程中)限制電極本體202的徑向運(yùn)動(dòng)。由此，第二彈性元件在焊炬操作過程中使得電極本體202對(duì)齊。
[0097]一些實(shí)施例中，彈性元件204僅在電源接觸件206和電極本體202之間傳導(dǎo)最小的引導(dǎo)電弧電流或者不傳導(dǎo)。例如，彈性元件204可由不具導(dǎo)電性或較低導(dǎo)電性的材料制成。或者，彈性元件204可涂有絕緣材料以防止傳導(dǎo)電流。一些實(shí)施例中，可采用一或多個(gè)導(dǎo)電元件在電源接觸件206和電極本體202之間傳導(dǎo)引導(dǎo)電弧電流。例如，可使用電線將引導(dǎo)電弧電流從電源接觸件206傳遞至電極本體202。
[0098]圖2C示出轉(zhuǎn)移電弧模式過程中圖2B所示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以大致平面物理接觸的方式接合以建立電連通(例如，電流通過接觸表面216和相應(yīng)表面218的界面在電極本體202和電源接觸件206之間傳送)。當(dāng)電極本體202的接觸表面216接靠電源接觸件206的相應(yīng)表面218時(shí)，形成至少一部分電流直接在電源接觸件206和電極本體202之間傳送的電流通路。當(dāng)電弧轉(zhuǎn)移至工件之后，向焊炬240供給切割電流(例如，在轉(zhuǎn)移電弧模式過程中)。
[0099]一些實(shí)施例中，彈性元件204導(dǎo)電。彈性元件204構(gòu)造為在引導(dǎo)電弧操作過程中在電源接觸件206和電極本體202之間傳遞電流，但在轉(zhuǎn)移電弧模式過程中不承載主要電流量。更具體地說，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通過彈性元件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)。即，當(dāng)電極本體202處于倒流狀態(tài)(例如，電極本體202的表面216與電源接觸件206的表面218形成物理接觸和電連通)，基本上所有的用以維持等離子電弧的電流(處于轉(zhuǎn)移電弧模式)都直接在表面216和表面218之間傳遞。圖2A，2B，和2C中所示的設(shè)計(jì)由此將雙重功能(即，朝向噴嘴244推壓電極本體202以及提供電源接觸件206和電極本體202之間的電流通路)結(jié)合為單個(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)。
[0100]一些實(shí)施例中，彈性元件204在轉(zhuǎn)移電弧模式中承載至少一部分的電流。例如，彈性元件204可承載實(shí)質(zhì)量的轉(zhuǎn)移電弧電流，由此，當(dāng)電源接觸件206和電極本體202這兩個(gè)部件在轉(zhuǎn)移電弧模式過程中形成接觸時(shí)而使得無電流或僅有較小電流從電源接觸件206傳遞至電極本體202。例如，可通過在電極本體202的表面216上及/或在電源接觸件206的表面218上設(shè)置絕緣材料而達(dá)成。此外，彈性元件204可設(shè)為適當(dāng)?shù)某叽缁蛞云渌绞綐?gòu)造，以承載轉(zhuǎn)移電弧電流。
[0101]彈性元件204為導(dǎo)電絲或金屬條，用于在引導(dǎo)電弧操作和/或轉(zhuǎn)移電弧操作過程中在電源接觸件206和電極本體202之間傳遞電流。一些實(shí)施例中，彈性元件204是導(dǎo)電套管，其與電源接觸件206和電極本體202電連通以在其間傳遞電流。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。一些實(shí)施例中，例如彈簧之類的第二彈性元件(未示出)可與彈性元件204—起使用，從而提供將電極本體202朝向噴嘴244推壓的機(jī)械功能。
[0102]一些實(shí)施例中，彈性元件204不導(dǎo)電并且主要用于提供朝向噴嘴244推壓電極本體202的分離力。使用至少一個(gè)導(dǎo)電元件(例如，非彈性線)來從電源接觸件206向電極本體202供給用于引導(dǎo)電弧操作及/或轉(zhuǎn)移電弧操作的電流。若導(dǎo)電元件傳遞主要的引導(dǎo)電弧電流，則該部件在一實(shí)施例中能夠在長(zhǎng)達(dá)約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。若所述導(dǎo)電元件用作引導(dǎo)電弧模式和轉(zhuǎn)移電弧模式這兩個(gè)模式過程中的主要電流通路，則該部件在一實(shí)施例中可在轉(zhuǎn)移電弧操作過程中傳導(dǎo)高達(dá)約200安培的電流而不改變其性能。
[0103]一些實(shí)施例中，電源接觸件206和彈性元件204都安裝至焊炬本體242，并且相對(duì)于可移動(dòng)電極本體202相對(duì)固定。例如，當(dāng)噴嘴244離開焊炬本體242時(shí)，彈性元件204將電極本體202推壓出焊炬本體242 (例如，電極本體被彈出)。這一實(shí)施例中，電極本體202系焊炬240的消耗部件。其它實(shí)施例中，電極本體202和彈性元件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。
[0104]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的磨損。在等離子弧焊炬操作和工件處理過程中，電極本體302的遠(yuǎn)端304的位置設(shè)為靠近工件(未示出)，而近端308的位置則設(shè)為遠(yuǎn)離工件。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)。
[0105]電極300包括導(dǎo)電彈性元件310 (這里也稱為彈性導(dǎo)電元件310)。彈性導(dǎo)電元件310構(gòu)造成在引導(dǎo)電弧操作過程中在電源(未示出)和電極本體302之間傳遞基本上所有的引導(dǎo)電弧電流。彈性導(dǎo)電元件310示出為螺旋彈簧，其與設(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)接合。凸緣312可以是用于彈性導(dǎo)電元件310的反作用表面。彈性導(dǎo)電元件310和電極本體302的凸緣312之間的物理接觸形成電流通路。
[0106]一些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電元件310固定到凸緣312(例如，通過軟焊或焊接)使得彈性導(dǎo)電元件310由電極本體302保持。彈性導(dǎo)電元件310可通過徑向過盈配合或其它類型的摩擦配合來保持。一些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電元件310與電極本體302 —體形成(例如，電極本體302和彈性導(dǎo)電元件310由同一件材料制成)。彈性導(dǎo)電元件310可相對(duì)于電極本體302固定以在處理或維護(hù)操作過程中防止彈性導(dǎo)電元件310與電極本體302脫離。
[0107]如圖所示，電極本體302包括與電極本體302 —體形成的一組翼片314。翼片314增加電極本體302的表面面積并用作導(dǎo)熱表面以在焊炬操作過程中冷卻電極本體302。所述多個(gè)翼片314還形成一種類型的密封件，其使得引入等離子腔(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朝向近端308沿軸線A縱向移動(dòng)。如上所述，當(dāng)引導(dǎo)電弧電流在彈性導(dǎo)電元件310和電極本體302之間傳遞時(shí)，電極本體302的朝向近端308的移動(dòng)引發(fā)引導(dǎo)電弧。
[0108]所述多個(gè)翼片314的布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公司的第4，902, 871號(hào)美國(guó)專利中對(duì)示意性性翼片314進(jìn)行了說明，通過引用將其內(nèi)容合并入本文。所述多個(gè)翼片314示出為從縱向軸線A徑向延伸。所述多個(gè)翼片314也可能是其它構(gòu)造，例如沿軸線A縱向延伸，如在亦轉(zhuǎn)讓給新罕布什爾州漢諾威的Hypertherm公司的第6，403, 915號(hào)美國(guó)專利中所述,通過引用將其內(nèi)容合并入本文。電極300的某些實(shí)施例不包括翼片314，并且氣壓在電極本體302的不同表面施加力以在引發(fā)引導(dǎo)電弧過程中移動(dòng)電極本體。
[0109]電極300包括接觸元件316，所述接觸元件包括第一表面318和第二表面320。第一表面318構(gòu)造為與電源(未不出)電連通。例如，第一表面318可接靠電源接觸件的相應(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)移電弧模式過程中與電極本體302的相應(yīng)接觸表面322電連通。一些實(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保持與電源接觸件物理配合或接觸)。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。
[0110]如圖所示，彈性導(dǎo)電元件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接合。其它用于提供從接觸元件316經(jīng)由彈性導(dǎo)電元件310到電極本體302的電流通路的構(gòu)造也落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。一些實(shí)施例中，第二導(dǎo)電元件(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)電元件310相比具有較低的電阻和/或較高的電導(dǎo)率。此類實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電元件310沿離開接觸元件316的方向推壓電極本體(例如，執(zhí)行機(jī)械功能)，但不承載主要的引導(dǎo)電流量。一些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電元件310固定到接觸元件316 (例如，通過焊接或軟焊)或與接觸元件316 —體形成。一些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電兀件310可設(shè)于接觸兀件316的第二表面320和電極本體的相應(yīng)接觸表面322之間。一些實(shí)施例中，接觸元件316的第一表面318與彈性導(dǎo)電元件310接合。
[0111]所示的電極本體302包括插口 324，其設(shè)于電極本體302近端308并與電極本體302的遠(yuǎn)端304處的孔306分離(例如，孔306和插口 324都不是通孔)。一些實(shí)施例中，插口 324大致與軸線A對(duì)齊并且界定出內(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。一些實(shí)施例中，連接構(gòu)件328可滑動(dòng)地與電極本體302接合。例如，連接構(gòu)件328包括大致與縱向軸線A同軸的對(duì)齊部分330。對(duì)齊部分330能夠可滑動(dòng)地與插口 324的內(nèi)表面326接合。一些實(shí)施例中，對(duì)齊部分330和內(nèi)表面326之間的接合配合限制電極本體302或接觸元件316在焊炬內(nèi)的徑向運(yùn)動(dòng)。
[0112]插口 324可構(gòu)造為阻止接觸元件316與電極本體302脫離。電極本體302包括設(shè)于插口 324近端的限制表面332，用于反作用于接觸元件316的一部分從而阻止脫離。一些實(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)R部分330 (例如，通過徑向過盈配合)。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)置在插口 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以大致平面的方式與電極本體302的接觸表面322物理接觸。
[0113]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改進(jìn)電源和電極本體302之間的電流流動(dòng)(例如通過降低接觸元件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)電元件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)電元件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，連接構(gòu)件328或?qū)R部分330可制成相對(duì)緊的公差，該公差足以形成電流通過例如插口 324傳遞至電極本體302的低電阻通路。需要相對(duì)緊的公差來防止在連接構(gòu)件328或?qū)R部分330和插口 324之間空間內(nèi)弧的離子化或弧的形成。
[0114]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)電元件310,以及接觸元件316未形成一體組裝件。更具體地說，接觸元件316 (例如，連接構(gòu)件128和對(duì)齊部分130)可與彈性導(dǎo)電元件310和電極本體302(例如插口 324)自由脫離。在某些實(shí)施例中，連接構(gòu)件328和對(duì)齊部分330的長(zhǎng)度不超過插口 324的深度，從而使接觸元件未“觸底”于插口 324的底部表面334。
[0115]電極本體302的近端308可界定出與插口 324相鄰的唇部336，該唇部沿縱向軸線A軸向延伸。唇部336可與電極本體302由同一件材料制成。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脫離)。例如，連接構(gòu)件328和對(duì)齊部分330可設(shè)置在插口 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物理接觸時(shí)，接觸元件316的第二表面320與唇部336配合。
[0116]第二表面320與唇部336之間的配合使唇部336變形進(jìn)入相鄰插口 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)的物理接觸。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)。在型鍛過程中，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，允許接觸元件316脫離電極本體302)之前可承受約356N的力(例如，約80磅的力)。
[0117]在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電元件310在唇部336變形之前設(shè)置在電極本體302 (例如，與凸緣312物理接觸)和接觸元件316 (例如，與第二表面320物理接觸)之間。彈性導(dǎo)電元件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脫離。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)并可包裝成整體組裝件。
[0118]一些實(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圍繞插口 324的周界軸向延伸時(shí))。在其它實(shí)施例中，沿插口 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)R部分330可自由插入插口 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可通過建立限制表面332和連接構(gòu)件或?qū)R部分330之間的干涉而阻止接觸元件316脫離。
[0119]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包括界定出氣體入口 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406物理接觸和電連通。彈性導(dǎo)電元件310推壓電極本體302遠(yuǎn)離電源接觸件406并與噴嘴408形成物理接觸和電連通。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包括排出孔412，排出孔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的排出孔412相鄰的排出端口420。排放端口 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還包括界定出一個(gè)或多個(gè)端口 424的渦流環(huán)422,所述一或多個(gè)端口使氣體(未示出)能夠流入或流出等離子腔410。
[0120]引導(dǎo)電弧操作開始于引導(dǎo)電弧的引發(fā)。引導(dǎo)電流在電源和電源接觸件406之間傳遞。電源接觸件406將引導(dǎo)電流橫穿電源接觸件406和接觸元件316的第一表面318之間的界面?zhèn)鬟f至接觸元件316。引導(dǎo)電流在接觸元件316(例如第二表面320)和彈性導(dǎo)電元件310之間傳遞。然后電流在彈性導(dǎo)電元件310和電極本體302以及噴嘴408之間傳遞。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，或其它適于在引導(dǎo)電弧操作和轉(zhuǎn)移電弧操作過程中傳遞電流的材料制成。
[0121]在引導(dǎo)電弧操作過程中，氣體通過由焊炬本體402界定出的入口 404進(jìn)入焊炬400。沿由焊炬本體402界定出的通道426導(dǎo)向氣體。渦流環(huán)422界定出使氣體能夠從通道426傳遞至由渦流環(huán)422的外部和部分418界定出的空間430的一個(gè)或多個(gè)氣道428。氣體流動(dòng)通過端口 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)電元件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，通過在引導(dǎo)電弧操作過程中和轉(zhuǎn)移電弧模式過程中都限制電極本體302的徑向運(yùn)動(dòng)，接觸元件316與電極本體302對(duì)齊。由于電極本體302遠(yuǎn)離噴嘴408移動(dòng)，在電極本體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。
[0122]圖4B示出引導(dǎo)電弧引發(fā)之后包括說明性部件的圖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物理接觸和電連通，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)電元件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)電弧操作過程中)承載電流。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電元件310僅在引導(dǎo)電弧引發(fā)過程中承載電流。
[0123]一般而言，通過將焊炬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)過程中轉(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公司的第6，133，543號(hào)美國(guó)專利中進(jìn)行了描述，通過引用將其內(nèi)容合并在此。
[0124]切割電流例如可為約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。其它實(shí)施例中，轉(zhuǎn)移電弧模式是指電弧轉(zhuǎn)移到工件。
[0125]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，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物理接觸和電連通。在某些實(shí)施例中，接觸元件316通過例如摩擦配合相對(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)過程中電極本體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。
[0126]一些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電元件310構(gòu)造為在引導(dǎo)電弧操作和轉(zhuǎn)移電弧操作過程中都傳遞大致所有的電流。在轉(zhuǎn)移電弧操作中，電源將電流傳遞至電源接觸件406。此后，電源接觸件406將電流傳遞至接觸元件316，而接觸元件316將電流傳遞至彈性導(dǎo)電元件310，而彈性導(dǎo)電元件310將電流傳遞至電極本體302和噴嘴408。在“倒流”形構(gòu)造中，可采用合適的機(jī)構(gòu)來防止電極本體302和接觸元件316之間的直接電流傳遞。一些實(shí)施例中，電極本體302的接觸表面322及/或接觸元件316的第二表面320可涂有絕緣材料以防止在轉(zhuǎn)移電弧模式中當(dāng)電極本體302和接觸元件316形成接觸時(shí)電流在兩者之間的傳遞。一些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)移電弧模式中，電極本體的接觸表面322和接觸元件316的第二表面320之間保持物理間隙，以防止電流轉(zhuǎn)移。例如，可通過確保彈性導(dǎo)電元件310沿縱向軸線足夠長(zhǎng)及/或電極本體302沿縱向長(zhǎng)度足夠短，而使得電極本體的接觸表面322和接觸元件316的第二表面320在“倒流”構(gòu)造下無法形成物理接觸來實(shí)現(xiàn)。一般地，在引導(dǎo)電弧操作和轉(zhuǎn)移電弧操作中，彈性導(dǎo)電體310都可在接觸元件316和電極本體302之間形成具有最小電阻的電流路徑。一些示意性實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電元件310能夠傳導(dǎo)高達(dá)200安培的電流。
[0127]圖5A示出包括設(shè)置在電極本體的插口內(nèi)的接觸元件和彈性導(dǎo)電元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界定出遠(yuǎn)端504和沿縱向軸線A相反設(shè)置的近端506。遠(yuǎn)端504界定出用于接納發(fā)射件510的孔508。電極本體502的近端506界定出圍繞縱向軸線A定中心呈圓柱形構(gòu)造中的插口 512。在某些實(shí)施例中，可使用用于插口 512的非圓柱形構(gòu)造。插口 512通過電極本體502與孔508分離(例如，電極本體502不具有通孔)。插口 512界定出設(shè)置在插口 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/或物理接觸。插口 512還界定出第二接觸表面516。
[0128]電極500包括設(shè)置在插口 512內(nèi)的接觸元件518和彈性導(dǎo)電元件520。接觸元件518界定出第一表面522和第二表面524。第二表面524構(gòu)造成反作用于彈性導(dǎo)電兀件520和插口 512的第二接觸表面516。彈性導(dǎo)電元件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推壓到接靠噴嘴(未示出)。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電兀件520可反作用于插口 512內(nèi)的第三表面(未不出)。
[0129]接觸元件518界定出設(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)齊部分526以通過反作用于電源接觸件來限制電極本體502的徑向運(yùn)動(dòng)。通過直徑比接觸元件518的直徑小的錐形部分528，相對(duì)于插口 512保持接觸元件518和彈性導(dǎo)電元件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)電元件520從電極本體502 (例如插口 512)脫離的限制表面。例如，錐形部分528和接觸元件518的組合通過徑向過盈配合阻止彈性導(dǎo)電元件520從電極本體502脫離。在某些實(shí)施例中，錐形表面528界定出環(huán)形構(gòu)造。在某些實(shí)施例中，插口 512不包括錐形部分528，且不相對(duì)于插口 512對(duì)接觸元件518和彈性導(dǎo)電元件520進(jìn)行限位。
[0130]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界定出軸向延伸部分542，軸向延伸部分542構(gòu)造成與插口 512和電極500的接觸元件相互作用。軸向延伸部分542界定出用于分別與電極本體502的第一接觸表面514(例如由插口 512所界定出)和接觸元件518的第一表面522電連通和/或物理接觸的第一相應(yīng)表面544和第二相應(yīng)表面546。電源接觸件540還界定出座部分548，其構(gòu)造為對(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)。
[0131]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/或物理接觸，以形成在焊炬操作過程中相對(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)離插口 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。
[0132]在引導(dǎo)電弧操作過程中，引導(dǎo)電流通過電源(未示出)和電源接觸件540之間。引導(dǎo)電流從電源接觸件540傳遞至接觸元件518，并從接觸元件518通過彈性導(dǎo)電元件520到達(dá)電極本體502，使得彈性導(dǎo)電元件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形成接觸，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形成接觸?；旧纤械那懈铍娏鲝碾娫唇佑|件540通過接觸元件516傳遞至電極本體502和直接傳遞至電極本體。在轉(zhuǎn)移電弧操作過程中，彈性導(dǎo)電元件520不承載主要電流量。
[0133]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)移電弧操作過程中基本上將所有的電流傳遞至電極本體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)之間物理接觸相關(guān)的機(jī)械負(fù)載來減少磨損。減少磨損可延長(zhǎng)電極500的壽命。
[0134]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)電元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界定出遠(yuǎn)端604和沿縱向軸線A相反設(shè)置的近端606。遠(yuǎn)端604界定出用于接納發(fā)射件610的孔608。電極600包括接觸元件612和彈性導(dǎo)電元件614。接觸元件612界定出第一接觸表面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/或物理接觸(見圖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/或物理接觸。電極本體602的近端606界定出與電源接觸件電連通和/或物理接觸的接觸表面622。電極本體602界定出反作用表面624，用于反作用于彈性導(dǎo)電元件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界定出第一限制表面626，該限制表面(例如通過徑向過盈配合)阻止接觸元件612與彈性導(dǎo)電元件614脫離。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)電元件614可相對(duì)于電極本體602脫離。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電元件614固定到電極本體602或電源接觸件612或兩者。
[0135]接觸元件614界定出環(huán)形構(gòu)造并包括限制電極本體602徑向運(yùn)動(dòng)的對(duì)齊部分628。例如，對(duì)齊部分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)齊部分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)齊部分628配合，而沒有顯著的徑向搖動(dòng)。
[0136]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界定出開口 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定中心的插口部分644鄰接。插口部分644界定出第一接觸表面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/或物理接觸，第二接觸表面648用于與電極本體602的接觸表面622電連通和/或物理接觸。插口部分644的尺寸設(shè)置成除電極本體602的近端606的一部分之外還接納接觸元件612和彈性導(dǎo)電元件614。在某些實(shí)施例中，插口部分644的尺寸設(shè)置成僅接納電極本體602的近端 606 ο
[0137]安裝過程中，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/或物理接觸，以形成在焊炬操作過程中相對(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。
[0138]在引導(dǎo)電弧操作過程中，引導(dǎo)電流通過電源(未示出)和電源接觸件640之間。引導(dǎo)電流從電源接觸件640傳遞至接觸元件612，并從接觸元件612通過彈性導(dǎo)電元件614到達(dá)電極本體602，使得彈性導(dǎo)電元件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/或物理接觸，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/或物理接觸。基本上所有的切割電流從電源接觸件640通過接觸元件612傳遞至電極本體602和直接傳遞至電極本體602。在轉(zhuǎn)移電弧操作過程中，彈性導(dǎo)電元件614不承載主要電流量。
[0139]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)移電弧操作過程中基本上將所有的電流通到電極本體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)造通過降低電源接觸件640與接觸元件612和電極本體602中的每一個(gè)之間物理接觸相關(guān)的機(jī)械負(fù)載來減少磨損。減少磨損可延長(zhǎng)電極600的壽命。
[0140]圖7A示出體現(xiàn)本發(fā)明的原理的示例性接觸元件，彈性元件，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)齊的電源接觸件702，接觸元件704以及彈性元件706。電源接觸件702界定出與空腔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。第二彈性元件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的充分摩擦來阻止部分712和接觸元件704與電源接觸件702脫離(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，第二彈性元件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，第二彈性元件714鍍有導(dǎo)電金屬，例如金，銀，鎳，或錫。在某些實(shí)施例中，第二彈性元件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電源接觸件702和接觸元件704之間。彈性元件706可在引導(dǎo)電弧引發(fā)過程中使引導(dǎo)電流在電源和電極本體之間傳遞。
[0141]電源接觸件702界定出鄰接孔708的表面716，以將電流傳遞至接觸元件704的第一相應(yīng)表面718，第一表面718與延伸部分712鄰接。接觸元件704還包括用于反作用于第一彈性元件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且直徑比彈性元件706的內(nèi)徑小，使得彈性元件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界定出周界表面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。彈性元件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)移電弧操作過程中，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。
[0142]在某些實(shí)施例中，部件728與彈性元件706形成一體并由與彈性元件706相同的材料制成。在某些實(shí)施例中，部件728是與彈性元件706分開的部件和/或由與彈性元件706不同的材料制成并固定到彈性元件706。部件728示出為聯(lián)接到彈性元件706的環(huán)形墊圈。也可使用部件728的其它構(gòu)造，例如圍繞彈性元件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元件706，使得電極本體和部件728可基本上相對(duì)于電源接觸件702一起移動(dòng)。更具體地，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)。
[0143]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)移電弧操作過程中，部件728的第二表面與接觸元件704的端表面726物理接觸，且部件728的第一表面與電極本體物理接觸，以提供從電源通過電源接觸件702和接觸元件704到達(dá)電極本體的電流通路。
[0144]在某些實(shí)施例中，彈性元件706是不導(dǎo)電的，且導(dǎo)電元件(未示出)在引導(dǎo)電弧操作過程中提供到部件728的電流通路。導(dǎo)電元件可以是設(shè)置成例如通過軟焊，焊接或其它在接觸元件704或電源接觸件702和導(dǎo)電元件之間建立電接觸的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。
[0145]在轉(zhuǎn)移電弧操作過程中，轉(zhuǎn)移電弧電流可經(jīng)由物理接觸(例如，通過周界表面724，端表面726，或兩者)在接觸元件704和電極本體之間傳遞。這種構(gòu)造可使用具有相對(duì)低額定電流的導(dǎo)電元件來將引導(dǎo)電流傳遞至電極本體，這允許使用相對(duì)小的導(dǎo)電元件。較小的導(dǎo)電元件有利于減少導(dǎo)電元件和焊炬系統(tǒng)的移動(dòng)部分(例如，彈性元件706和電極本體)之間的物理干涉?；旧纤械墓ぷ麟娏?例如，引導(dǎo)電流和轉(zhuǎn)移電弧電流)通過部件728傳遞至電極本體。
[0146]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)，且第二彈性元件714反作用于空腔710的內(nèi)表面(未示出)以使用摩擦來阻止接觸元件704脫離。接觸元件704的第一相應(yīng)表面718抵靠在與空腔710鄰接的表面716上或與之物理接觸，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或彈性元件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(physical interface)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。通過用兩件式電源連接件700來代替單體電源接觸件108和通過更換陰極塊116以方便電源連接件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可如上所述地通過夾件或銷相對(duì)于電極本體相對(duì)靜止地固定。
[0147]圖8A示出安裝到等離子弧焊炬之前電極本體，彈性導(dǎo)電元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)齊的電極本體802，接觸元件804和彈性導(dǎo)電元件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界定出第一表面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(例如通過彈性導(dǎo)電元件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脫離。肩部810的第二表面814構(gòu)造成與彈性導(dǎo)電元件806的表面818配合以形成反作用界面。
[0148]接觸元件804界定出第一表面820和第二表面822。第一表面820設(shè)計(jì)或構(gòu)造成抵靠在電源接觸件(未示出)的相應(yīng)表面(未示出)上或與該表面相配以建立物理接觸和電連通。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界定出的表面826。在某些實(shí)施例中，彈性導(dǎo)電元件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界定出插口 828。插口 828的尺寸設(shè)置成使彈性導(dǎo)電元件806能夠圍繞電極本體802的一部分830設(shè)置并設(shè)置在接觸元件的插口 828內(nèi)。
[0149]在某些實(shí)施例中，在引導(dǎo)電弧操作過程中，接觸元件804的第一表面820與電源接觸件電連通(和/或物理接觸)。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)電元件806和第二表面822之間的界面在接觸元件804和彈性導(dǎo)電元件806之間傳遞。彈性導(dǎo)電元件806提供用于使電流通過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之間的界面處通過電極本體802和彈性導(dǎo)電元件806之間。一般而言，當(dāng)電極800安裝于等離子弧焊炬時(shí)，插口 828，彈性導(dǎo)電元件806和/或表面812配合以限制電極本體802的徑向運(yùn)動(dòng)。
[0150]圖SB示出轉(zhuǎn)移電弧模式過程中圖8A的部件的構(gòu)造。在引導(dǎo)電弧模式過程中，氣體壓力反作用于電極本體802，以克服彈性導(dǎo)電元件806沿軸向遠(yuǎn)離近端808的推壓作用來移動(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界定出遠(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。
[0151]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)齊的電極本體902，接觸元件904，和彈性導(dǎo)電元件906。電極本體902界定出徑向延伸表面908，該延伸表面可反作用于彈性導(dǎo)電元件906的表面910以阻止彈性導(dǎo)電元件906與電極本體902脫離(例如夾住)。彈性導(dǎo)電元件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上以形成徑向過盈配合。也可使用其它類型的配合來阻止彈性導(dǎo)電元件06與電極本體902脫離。
[0152]接觸兀件904界定出插口 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/或物理接觸，第二表面用于與電極本體902的相應(yīng)表面918電連通和/或物理接觸。插口 912的尺寸可設(shè)置成使插口的內(nèi)徑稍小于彈性導(dǎo)電元件906的外徑。接觸元件904和插口 912可按壓在或壓迫在彈性導(dǎo)電元件906上以建立彈性導(dǎo)電元件906的一部分和插口 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)來將接觸元件904固定到彈性導(dǎo)電元件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)，插口 912與彈性導(dǎo)電元件906配合以徑向限制電極本體902。
[0153]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)電元件的立體圖。系統(tǒng)1000包括接觸元件1002和設(shè)置在接觸元件1002的插口 1006內(nèi)的彈性導(dǎo)電元件1004。接觸元件1002包括界定出一個(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使得氣體以渦流運(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)電元件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)電元件1004與接觸元件1002 —體形成。
[0154]圖1OB示出在引導(dǎo)電弧操作過程中采用圖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)齊的接觸元件1002，彈性導(dǎo)電元件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配合來界定出氣體通道1030?？扇缫陨蠀⒄?qǐng)D2A所討論的那樣供應(yīng)氣體以產(chǎn)生等離子弧并用于工件處理。通過圍繞電極本體1022朝向電源接觸件1024流動(dòng)(例如通過由翼片1032引導(dǎo)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。
[0155]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通過過盈配合相對(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，凸緣反作用于或抵靠于焊炬1020的其它部件。
[0156]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)加工或制造過程中由與渦流環(huán)1038相同的材料制成。彈性元件1004可通過例如徑向過盈配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，彈性元件1004未固定到接觸元件1002或渦流環(huán)1038。
[0157]電極本體1022可朝向電源接觸件1024移動(dòng)(例如通過氣體壓力)，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物理接觸。與焊炬1020的轉(zhuǎn)移電弧操作相關(guān)的電流通過電極本體1022和接觸元件1002之間。
[0158]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，通過與電源接觸件的相應(yīng)表面(未示出)的物理接觸可建立電連通。第二表面1104構(gòu)造成與電極本體(未示出)，彈性導(dǎo)電元件或兩者電連通。例如,可通過第二表面1104與電極本體的相應(yīng)表面之間的物理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之間的物理接觸和電極本體和第二表面之間的物理接觸建立電流流過電源接觸件(例如，電源)和電極本體之間的路徑。
[0159]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界定出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超過延伸部分1106的直徑，且限制部分1108的厚度t小于該直徑。
[0160]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)的插口內(nèi)。與插口相鄰的開口尺寸設(shè)置成使限制部分1108和延伸部分1106能夠進(jìn)入插口。然而，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反作用于插口的一部分以阻止接觸元件與電極本體脫離。接觸元件1100可以其它方式(例如通過螺紋或通過過盈配合)固定到電極本體。
[0161 ] 本發(fā)明的一些實(shí)施例中，彈性元件在接觸元件與電極本體之間具有最小的電流或者不具有電流傳導(dǎo)。彈性元件主要提供朝向噴嘴推壓電極本體的機(jī)械功能。例如，圖12示出了包括此類彈性元件的電極實(shí)施例的剖視圖。電極1700包括電極本體1702，其界定出沿縱向軸線A相對(duì)設(shè)置的遠(yuǎn)端1704和近端1708。電極本體1702的近端1708界定出繞縱向軸線A定中心的插口 1724。
[0162]電極1700包括接觸元件1716，其具有與電源(未示出)電連通的第一表面1718，適于與電極本體1724的接觸表面1722接觸的第二表面1720，及從第二表面1720延伸入插口 1724的連接件1728。連接件1728構(gòu)造為可滑動(dòng)地與電極本體1702接合。例如，連接件1728包括與縱向軸線A大致同軸的對(duì)齊部1730。一些實(shí)施例中，電極本體1702包括設(shè)于插口 1724近端的限制件1732，用于反作用于接觸元件1716的連接件1728或?qū)R部1730，從而防止接觸元件1716的脫離。
[0163]電極1700包括彈性元件1710和電線或?qū)щ姉l之類的導(dǎo)電元件1712，導(dǎo)電元件1712將電極本體1702電連接至接觸元件1716或電源(未示出)。彈性元件1710的功能為大致類似于參考圖3A和3B描述的導(dǎo)電彈性元件312的分離功能。然而，彈性元件1719設(shè)計(jì)為在接觸元件1716和電極本體1702之間傳遞最小電流或不傳遞電流。
[0164]然而，一些實(shí)施例中，彈性元件1710由碲銅，銀，銀銅合金或其它合金之類的導(dǎo)電材料制成。由此，可在彈性元件1710和電極本體1702表面之間彈性元件1710與接觸元件1716形成接觸的地方設(shè)置絕緣材料1706。所述絕緣材料適于基本上防止電流從彈性元件1710傳遞至電極本體1702。一些實(shí)施例中，絕緣材料(未示出)可插入彈性元件1710和接觸元件1715的表面之間彈性元件1710與接觸元件1716形成接觸的地方。所述絕緣材料適于基本上防止電流在接觸元件1716和彈性元件1710之間傳遞。一些實(shí)施例中，彈性元件1710由介電材料之類的絕緣或低導(dǎo)電性的材料制成。
[0165]導(dǎo)電元件1712可設(shè)計(jì)為在引導(dǎo)電弧操作過程中傳遞大致所有的引導(dǎo)電弧電流，或者在轉(zhuǎn)移電弧操作過程中傳遞大致所有的電流，或者它們的組合。一些實(shí)施例中，導(dǎo)電元件1712傳遞大致所有的引導(dǎo)電弧電流。更具體地，在引導(dǎo)電弧操作過程中，引導(dǎo)電流在電源和接觸元件1716之間傳遞通過導(dǎo)電元件1712至電極本體1702，由此，導(dǎo)電元件1712承載大致所有的引導(dǎo)電弧電流。
[0166]—些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)移電弧模式中，導(dǎo)電兀件1712在電源和電極本體1702之間傳遞大致所有的切割電流，例如，根據(jù)焊炬系統(tǒng)的設(shè)定可高達(dá)20，50，或100安培。由此，由于電極本體1702以離開噴嘴(未示出)的方向移動(dòng)以生成電弧，可采用防止電流在接觸元件1716的第二表面1720和電極本體1702的接觸表面1712之間直接傳遞的機(jī)構(gòu)。例如，可在接觸元件1716的第二表面1720和電極本體的接觸表面1722之間插入絕緣材料(未示出)，以基本上防止電流傳遞。由此，在轉(zhuǎn)移電弧操作中，導(dǎo)電元件1712提供接觸元件1716和電極本體1702之間的最小電阻及/或最大電導(dǎo)率的路徑。
[0167]其他實(shí)施例中，在轉(zhuǎn)移電弧操作過程中，導(dǎo)電元件1712不傳遞電流或僅傳遞最小電流?；蛘?，隨著電極本體1702的接觸表面1722與接觸元件1716的第二表面形成物理接觸，由此形成的界面提供從電源到電極本體1702之間傳遞在轉(zhuǎn)移電弧模式過程中大致所有電流的直接電路徑。具體地，所述界面提供接觸元件1716和電極本體1702之間的最小電阻及/或最大電導(dǎo)率的路徑。
[0168]一些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)移電弧操作過程中，電流通過導(dǎo)電元件1712和當(dāng)接觸元件1716的第二表面1720觸碰到電極本體1702的接觸表面1722時(shí)形成的物理界面這兩者在接觸元件1716和電極本體1702之間傳遞。多個(gè)電流路徑可通過減小與物理接觸相關(guān)的機(jī)械負(fù)載而減少電極本體1702和接觸元件1716的物理磨損，由此延長(zhǎng)電極1700的壽命。
[0169]圖13示出了電極1800的另一實(shí)施例，其包括構(gòu)造為將最小電流或沒有電流傳遞至電極本體1802的彈性元件1810。彈性元件1810的功能為大致類似于參考圖3A和3B描述的導(dǎo)電彈性元件312的推壓功能。上文已根據(jù)圖12描述了防止彈性元件1810進(jìn)行電流傳導(dǎo)的多種機(jī)構(gòu)。
[0170]電極1800包括電極本體1802，其界定出沿縱向軸線A相對(duì)設(shè)置的遠(yuǎn)端1804和近端1808。電極本體1802的近端1808界定出繞縱向軸線A為中心的插口 1824。電極1800還包括接觸兀件1816,其具有與電源(未不出)電連通的第一表面1818,適于與電極本體1802的接觸表面1822物理接觸的第二表面1820，及從第二表面1820延伸入插口 1824的連接件1827。連接件1827構(gòu)造為可滑動(dòng)地與電極本體1802接合。例如，連接件1827包括與縱向軸線A大致同軸的對(duì)齊部1830。一些實(shí)施例中，電極本體1802包括設(shè)于插口 1824近端的限制部1832，以反作用于連接件1827或接觸元件1816的對(duì)齊部1830，從而防止接觸元件1816的脫離。一些實(shí)施例中，對(duì)齊部1830界定出開口 1834，其構(gòu)造為容納部分嵌入電極本體1802的探針1828的第一部分1831。如圖所示，開口 1834大致繞縱向軸線A為中心。
[0171]探針1828包括延伸進(jìn)入插口 1824的第一部分1831和嵌入電極本體1802的第二部分1832。第一部分1831可制成在開口 1834內(nèi)具有相對(duì)緊的公差并且與開口 1834的內(nèi)表面的至少一部分保持恒定的接觸。轉(zhuǎn)移電弧操作過程中，隨著電極本體1802在氣體壓力下沿離開噴嘴的方向移動(dòng)，探針1828的第一部分1831進(jìn)一步前進(jìn)進(jìn)入開口 1834，直至第一部分1831的表面1838接觸開口 1834的第一表面1836及/或第二部分1832的表面1842接觸開口 1834的第二表面1840。
[0172]探針1828可為由銅合金制成的導(dǎo)電探針及/或例如，金，銀，鎳，或錫之類的金屬材料電鍍的導(dǎo)電探針。一些實(shí)施例中，探針1828構(gòu)造為傳導(dǎo)大致所有的引導(dǎo)電弧電流。例如，引導(dǎo)電弧操作過程中，引導(dǎo)電弧電流從電源(未示出)傳遞至接觸元件1816并且從接觸元件1816傳遞至導(dǎo)電探針1828的第一部分，其構(gòu)成引導(dǎo)電弧電流在過程中傳遞的低電阻路徑。此后，探針1828將引導(dǎo)電弧電流傳遞至電極本體1802。
[0173]一些實(shí)施例中，在轉(zhuǎn)移電弧模式中，由探針1828在電源和電極本體1802之間傳遞基本上所有的切割電流。更具體地的，在轉(zhuǎn)移電弧模式中，第一部分1831的表面1838與開口 1834的第一表面1836之間的接觸及/或第二部分1832的表面1842與開口 1834的第二表面1840之間的接觸提供接觸元件1816和電極本體1802之間的最小電阻路徑。一些實(shí)施例中，由于電極本體1802在轉(zhuǎn)移電弧操作過程中沿離開噴嘴(未示出)的方向移動(dòng)，可使用與參考圖12描述的設(shè)計(jì)類似的機(jī)構(gòu)來防止電流在接觸元件1816的第二表面1820與電極本體1802的接觸表面1812之間直接傳遞。
[0174]一些實(shí)施例中，在轉(zhuǎn)移電弧操作過程中，電流通過探針1828和當(dāng)接觸元件1816的第二表面1820觸碰到電極本體1802的接觸表面1822時(shí)形成的電流路徑這兩者在接觸元件1816和電極本體1802之間傳遞。多個(gè)電流路徑可通過減小與物理接觸相關(guān)的機(jī)械負(fù)載而減少電極本體1802和接觸元件1816的物理磨損，由此延長(zhǎng)電極1800的壽命。
[0175]圖14示出了電極1900的再一實(shí)施例，包括構(gòu)造為將最小電流或沒有電流傳遞至電極本體1902的彈性元件1910。彈性元件1910的功能為大致類似于參考圖3A和3B描述的導(dǎo)電彈性元件312的推壓功能。上文已根據(jù)圖12描述了防止彈性元件1910進(jìn)行電流傳導(dǎo)的多種機(jī)構(gòu)。
[0176]電極1900包括電極本體1902，其界定出沿縱向軸線A相對(duì)設(shè)置的遠(yuǎn)端1904和近端1908。電極本體1902的近端1908界定出繞縱向軸線A為中心的插口 1924。電極1900還包括接觸元件1916，其具有與電源(未示出)電連通的第一表面1918，構(gòu)造為與電極本體1902的接觸表面1922物理接觸的第二表面1920，及從第二表面1920延伸入插口 1924的連接件1928。連接件1928構(gòu)造為可滑動(dòng)地與電極本體1902接合。例如，連接件1928包括與縱向軸線A大致同軸的對(duì)齊部1930。一些實(shí)施例中，電極本體1902包括設(shè)于插口 1924近端的限制部1932，以反作用于連接件1927或接觸元件1916的對(duì)齊部1930，從而防止接觸元件1916的脫離。
[0177]電極本體1902包括部分1924，其軸向延伸進(jìn)入插口 1924并且界定出小于第二彈性元件1940的內(nèi)徑的較小直徑，從而使得第二彈性元件1940圍繞部分1942。第二彈性元件1940構(gòu)造為反作用于接觸元件1916的對(duì)齊部1930的表面1944以提供分離力。轉(zhuǎn)移電弧操作過程中，氣體壓力將電極本體1902(未示出)推離噴嘴并且克服彈性元件1910和第二彈性元件1940的分離力，以朝向近側(cè)端1908軸向移動(dòng)電極本體1902直至對(duì)齊部分1930的表面1944與部分1942的對(duì)應(yīng)表面1946形成物理接觸。
[0178]第二彈性元件1940例如可為由鈹銅制成的導(dǎo)電元件。其他導(dǎo)電金屬也落入本發(fā)明的范圍。一些實(shí)施例中，在引導(dǎo)電弧的引發(fā)過程中，第二彈性元件1940構(gòu)造為在接觸元件1916和電極本體1902之間傳遞大致所有的引導(dǎo)電弧電路。在一些實(shí)施例中，在轉(zhuǎn)移電弧操作中，電流通過第二彈性元件1940和當(dāng)對(duì)齊部分1930的表面1944接觸到部分1942的對(duì)應(yīng)表面1946時(shí)形成的電流路徑這兩者在在接觸元件1916和電極本體1902之間傳遞。此外，由于電極本體1902沿離開噴嘴(未示出)的方向移動(dòng)以生成電弧，可使用與參考圖12描述的設(shè)計(jì)類似的機(jī)構(gòu)來防止電流在接觸元件1916的第二表面1920與電極本體1902的接觸表面1922之間直接傳遞。
[0179]如圖12-14所示，彈性元件可為非導(dǎo)電性，并且構(gòu)造為主要促進(jìn)電極本體移動(dòng)以進(jìn)行等離子弧焊炬的接觸啟動(dòng)?；蛘?，在轉(zhuǎn)移電弧操作過程中，可采用一或多個(gè)導(dǎo)電元件以在引導(dǎo)電弧操作過程中將引導(dǎo)電弧電流從電源傳遞至電極本體，或者以在轉(zhuǎn)移電弧操作過程中將切割電流從電源傳遞至電極本體，或者它們的組合。例如，圖12所示的導(dǎo)電元件1712，圖13所示的探針1828，或圖14所示的第二彈性元件1940可設(shè)為適當(dāng)?shù)某叽绮⑶以O(shè)計(jì)為傳導(dǎo)一種或兩者用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電流。閱讀完本發(fā)明之后，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理解并且清楚可以多種組合的方式使用這些設(shè)計(jì)。
[0180]圖15A為是用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的組裝件1200的局部立體剖視圖。組裝件1200包括電極1204，中空本體1208，彈性元件1212，及電源接觸件1216。電極1204包括電極本體1220，電極本體1220包括容納發(fā)射件的遠(yuǎn)端1224。電極1204還包括其位置遠(yuǎn)離遠(yuǎn)端1224的端部1232。相對(duì)于遠(yuǎn)端1224確定端部1232的位置(例如，靠近電極本體1220)。電極本體1220包括一組螺旋形溝槽1236以對(duì)氣流進(jìn)行導(dǎo)向或者方便組裝件1200的冷卻。當(dāng)組裝件1200安裝在焊炬(未示出)時(shí)，電極1204可沿軸線A移動(dòng)，從而例如可滑動(dòng)地與中空本體1208的內(nèi)表面1240接合。中空本體1208包括前部分1244和后部分1248。一實(shí)施例中，前部分1244包括一或多個(gè)從外表面1256到內(nèi)表面1240的孔1252。孔1252可使得流經(jīng)組裝件1200的氣體相對(duì)于軸線A進(jìn)行渦流運(yùn)動(dòng)。具有此類用以生成渦流氣流的孔1252的中空本體1208通常稱為渦流環(huán)。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，渦流環(huán)系中空本體1208的簡(jiǎn)單變化并且本文所述的系統(tǒng)可在中空本體1208中或渦流環(huán)構(gòu)造中起作用。還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，中空本體可為焊炬一體形成的一部分。
[0181]電極1204的端部1232包括沿軸線A軸向延伸的部分1260。部分1260包括沿第一方向(例如，徑向離開軸線A的方向)的第一長(zhǎng)度1264(或距離)和沿第二方向(例如，徑向離開軸線A并且垂直于第一方向)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)置的肩部1272(例如，界定在內(nèi)表面1240上)。肩部1272也可成為輪廓部(contour)，臺(tái)階部，或凸緣，并且可相對(duì)于內(nèi)表面1240具有多種幾何形狀(例如，半圓形，三角形，矩形，或不規(guī)則多邊形幾何形狀)。肩部1272界定出第一部分1276和第二部分1280。第一部分1276和第二部分1280相配合以形成電極1240的部分1260可在其中移動(dòng)的成型開口。更具體地，第二部分1280離開軸線A的距離足以使得第二長(zhǎng)度1268能夠在其間滑動(dòng)通過。第一部分1276與第二部分1280相配合以界定出具有槽1284的開口，槽1284的尺寸大于第一長(zhǎng)度1264并且足以使得第一長(zhǎng)度1264能夠在其間滑動(dòng)通過。電極120以在中空本體1208內(nèi)的方式安裝在焊炬中，以使得部分1260可沿軸線A軸向移動(dòng)并且往復(fù)穿過由第一部分1276和第二部分1280界定的出開口。
[0182]部分1260還包括表面1288，其包括用于與彈性元件1212電連通的第一區(qū)域1290和用于與電源接觸件1216電連通的第二區(qū)域1292，例如，通過電源接觸件1216的對(duì)應(yīng)表面1294的物理接觸。彈性元件1212朝向遠(yuǎn)端1224彈性推壓電極1204。通過當(dāng)安裝好時(shí)與遠(yuǎn)端1224物理接觸的噴嘴(未示出)阻止電極1204從焊炬中彈出。噴嘴固定至焊炬，從而使得部分1260(例如，通過第一區(qū)域1290)與彈性元件1212形成物理接觸。例如，安裝噴嘴可推壓部分1260使其穿過槽1284并且將第一區(qū)域1290的位置確定為與彈性元件1212形成物理接觸。當(dāng)噴嘴安裝好時(shí)，彈性元件1212受到壓縮。
[0183]彈性元件1212定位在肩部1272和電源接觸件1216的凸緣1296之間。彈性元件1212限位或卡合在中空本體1208(例如，通過肩部1272)和電源接觸件1216 (例如，通過凸緣1296)之間。肩部1272由此限制彈性元件1212并且促進(jìn)電極1204接觸彈性元件1212和電源接觸件1216。
[0184]電源接觸件1216與電源(未示出)電連通。引導(dǎo)電弧引發(fā)過程中，電源將引導(dǎo)電弧電流提供至電源接觸件1216，并且所述電流從凸緣1296經(jīng)由彈性元件1212流至電極1204的第一區(qū)域1290。引導(dǎo)電弧引發(fā)過程中，等離子氣體(未示出)繞電極流動(dòng)，并且所述等離子氣體增大電極1204上的流體壓力。所述壓力使得電極1204朝向電源接觸件1216軸向移動(dòng)并且形成物理接觸。電極1204和噴嘴的物理分離在形成于噴嘴和電極1204之間的等離子室(未示出)中生成引導(dǎo)電弧。壓力使得電極204與電源接觸件1216形成物理接觸并且電連通。當(dāng)電極1204與電源接觸件形成接觸時(shí)，部分1260設(shè)于槽1284之內(nèi)。
[0185]轉(zhuǎn)移電弧操作過程中，轉(zhuǎn)移電弧電流通過部分1260的表面1288的第二區(qū)域1292與電源接觸件1216的對(duì)應(yīng)表面1294之間的物理接觸從電源經(jīng)由電流接觸件1216流至電極1204。轉(zhuǎn)移電弧操作過程中，氣體壓力增大以形成用于處理工件(未示出)的等離子射流。
[0186]盡管組裝件1200圖示為第一區(qū)域1290與彈性元件1212形成直接的物理接觸，但其他構(gòu)造也是可用的。例如，彈性元件1212可包括例如環(huán)形墊圈板之類的分離接觸表面(未示出)，其固定至彈性元件1212以形成與電極1204的物理接觸和電連通。類似地，電源接觸件1216的對(duì)應(yīng)表面1294上可電鍍或涂覆有材料，由此使得電極1204與電鍍層或涂覆層接觸而不是電源接觸件1216本身接觸。此類構(gòu)造也落入本發(fā)明的范圍。
[0187]一些實(shí)施例中，中空本體1208的前部分1244和后部分1248 —體形成(例如，由相同的材料件制成)。一些實(shí)施例中，前部分1244和后部分1248由不同的材料形成，例如，前部分1244由絕緣材料制成，而后部分1248有導(dǎo)電材料制成。
[0188]一些實(shí)施例中，槽1284的尺寸大致大于第一長(zhǎng)度1264以促進(jìn)在中空本體1208內(nèi)繞軸線A對(duì)電極1204進(jìn)行一些角位移(例如，當(dāng)部分1260設(shè)于槽1284內(nèi)時(shí))。槽1284還可阻止電極1204繞軸線A角位移，例如，通過反作用于部分1260以防止角位移。一些實(shí)施例中，表面1288的第一區(qū)域1290和第二區(qū)域1292并非共平面或者不形成為同一表面的區(qū)域。例如，第一區(qū)域1290可沿軸向遠(yuǎn)離第二區(qū)域1292，以使得電極1204的部分1260包括軸向臺(tái)階部，凸緣，或肩部(未示出)。
[0189]圖15B為圖18A所示組裝件1200的立體分解圖，其中中空本體1208切去一部分。圖18B示出了在安裝到等離子弧焊炬(未示出)之前處于未裝配狀態(tài)的電極1204，中空本體1208，彈性元件1212，電源接觸件1216。裝配過程中，電極1204可滑動(dòng)地接合中空本體1208，由此電極1204無需螺紋即可附接至中空本體1208。圖中示出了彈性元件1212的表面1297。當(dāng)彈性元件1212位于焊炬內(nèi)時(shí)，表面1297與中空本體1208的肩部1272形成接觸。第一區(qū)域1290移動(dòng)穿過槽1284并且與彈性元件1212的表面1297的至少一部分形成物理接觸和電連通。
[0190]圖15C為圖18A所示組裝件1200的一部分的正視圖。圖15C示出了中空本體1208，電源接觸件1216，及彈性元件1212的表面1297。未示出電極1204，但參考圖18A描述的電極1204的多個(gè)部件。中空本體1208包括肩部1272。肩部1272界定出第一部分1276和第二部分1280，其相配合以形成電極1204的部分1260可在其中移動(dòng)的成型開口。如圖所示，第一部分1276和第二部分1280配合以形成所述開口中的槽1284A和1284B，當(dāng)電極1204安裝在焊炬中時(shí)，電極1204的部分1260可穿過其中(例如，通過往復(fù)滑動(dòng))。這一構(gòu)造中，中空本體1208的槽1284A和1284B具有與電極的部分1260互補(bǔ)的形狀。槽1284A和1284B形狀的互補(bǔ)性體現(xiàn)在其形狀設(shè)為可容納電極的部分1260。然而，槽1284A和1284B的形狀無需與電極的部分1260的形狀相匹配。相反，槽1284A和1284B的形狀僅需能夠通過電極的部分1260。
[0191]一些實(shí)施例中，第一部分1276和第二部分1280配合以形成具有一個(gè)槽1284A或1284B而非兩個(gè)槽的成型開口。各槽1284A和1284B由相互平行的兩個(gè)部分1285界定出。部分1285也可界定出其他幾何形狀或定向，例如，部分1285可沿徑向指向軸線A (例如，形成三角形槽)。部分1285也可為圓形，半圓形，或其他曲線形狀。一般地，部分1285可界定出任何允許電極的部分1260穿過肩部1272(例如，穿過由第一部分1276和第二部分1280界定出的開口)的幾何形狀。
[0192]軸線A到第二部分1280的距離(I1大于軸線A到第一部分1276的距離d2。軸線A到彈性元件1212的距離d3小于距離屯。一些實(shí)施例中，距離d3小于距離d2(例如，當(dāng)環(huán)狀板(未示出)固定至彈性元件1212時(shí))。軸線A到電源接觸件1216的距離d4小于距離d3，以促進(jìn)第二區(qū)域1292穿過彈性元件1212并且與電源接觸件1216的對(duì)應(yīng)表面1294形成物理接觸和電連通。
[0193]一些實(shí)施例中，電極1204不必穿過肩部，例如，當(dāng)部分1260和槽1284A和1284B未對(duì)齊時(shí)。這一構(gòu)造中，部分1260接觸肩部1272，肩部1272阻止部分1260穿過。一些實(shí)施例中，電極1204可固定位于焊炬內(nèi)。例如，部分1260可整個(gè)穿過肩部1272而與彈性元件1212形成接觸(例如，通過第一區(qū)域1290)。部分1260按壓彈性元件1212。彈性元件1212朝向遠(yuǎn)端1224推壓電極1204。當(dāng)部分1260繞軸線A角位移時(shí)，肩部1272的近側(cè)表面(未不出)阻止電極1204向遠(yuǎn)側(cè)移動(dòng)。部分1260與肩部1272的近側(cè)表面的相互作用防止彈性元件1212將電極1204從中空本體1208及/或焊炬中彈出。
[0194]一些實(shí)施例中，部分1260具有繞軸線A為中心的圓形構(gòu)造。此類實(shí)施例中，部分1260包括與彈性元件1212形成物理接觸和電連通的第一區(qū)域1290(例如，圓形構(gòu)造的環(huán)狀外周界)和與電源接觸件1216形成物理接觸和電連通的第二區(qū)域1292 (例如，設(shè)于環(huán)狀外周界內(nèi)的區(qū)域)。如前所述，第一區(qū)域1290和第二區(qū)域1292可為共平面(例如，同一表面的不同部分)或非共平面(例如，不同表面的不同部分)。代替實(shí)施例中，第一區(qū)域1290可為沿電極1204的縱向軸線A的長(zhǎng)度設(shè)置的獨(dú)立徑向延伸部分(未示出)，如徑向穿過電極1204的銷。徑向延伸部分的功能與第一區(qū)域1290相同，即，作為將電極1204電連接至彈性元件1212以傳導(dǎo)引導(dǎo)電弧的機(jī)構(gòu)。一實(shí)施例中，徑向延伸部分為這樣的細(xì)長(zhǎng)肩部或銷，即，其可穿過肩部1272仍然允許彈性元件1212保持在中空本體1208中。這一實(shí)施例中，肩部1272的位置沿朝向電極的遠(yuǎn)側(cè)端的方向位于中空本體1208的軸線長(zhǎng)度的更下方。
[0195]圖16A為用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極1300的立體圖。電極1300類似于圖18A所示的電極1204。所述電極包括遠(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界定出三個(gè)部分1316A，1316B，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1316A，1316B，和1316C中的每一個(gè)界定出第一長(zhǎng)度I1和比第一長(zhǎng)度11長(zhǎng)的第二長(zhǎng)度12。在某些實(shí)施例中，三個(gè)部分1316A，1316B,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1316A，1316B，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。示出長(zhǎng)度11和12方向彼此垂直。在某些實(shí)施例中，長(zhǎng)度I1和I1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。長(zhǎng)度I1和I2也可朝向其它方向。
[0196]如圖所示，三個(gè)部分1316A，1316B，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。然而，三個(gè)部分1316A，1316B，和1316C可圍繞軸線A設(shè)置成非等角間距的其它角度構(gòu)造。
[0197]三個(gè)部分1316A，1316B，和1316C中的每一個(gè)包括用于與彈性元件(未示出)的對(duì)應(yīng)表面(未示出)電連通和/或物理接觸的相應(yīng)的第一區(qū)域1324A，1324B，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(未示出)的對(duì)應(yīng)表面(未示出)電連通和/或物理接觸的相應(yīng)的第二區(qū)域1328A，1328B，和1328C。
[0198]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)與彈性元件電連通，而其它部分(例如，1316C)不與彈性元件電連通。不與彈性元件電連通的部分(例如，1316C)可提供對(duì)齊結(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)移電弧操作過程中，部分1316C仍可移動(dòng)到與電源接觸件物理接觸和電連通。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，通過與延伸部分1312電連通(例如，通過上述滑動(dòng)電接觸)，引導(dǎo)電流和/或轉(zhuǎn)移電弧電流可流過電源和電極1300之間。
[0199]圖16B是與圖16A的電極1300 —起使用的組裝件1340的正視圖。組裝件1340包括中空本體1344，彈性元件1348，和電源接觸件1352。該組裝件類似于圖15C所示的組裝件1200。組裝件1340構(gòu)造成用于圖13A的電極1300。更具體地說，中空本體1344包括肩部1356，其具有第一部分1360和第二部分1364，這兩部分配合以形成具有三個(gè)槽1368A，1368B，和1368C的成型開口。開口和三個(gè)槽1368A, 1368B,和1368C促進(jìn)相應(yīng)部分1316A,1316B，和1316C移動(dòng)穿過開口并與彈性元件1348形成物理接觸和電連通。如上所述，示出槽1368A，1368B，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1316A，316B，和1316C大(例如，沿周向更大)。
[0200]圖17A-17B，18A-18B，和19示出類似于上述實(shí)施例地操作的電極和組裝件的代替實(shí)施例。
[0201]圖17A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。
[0202]圖17B是與圖17A的電極1400 —起使用的組裝件1420的正視圖。組裝件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，該兩部分界定出具有四個(gè)槽1440A，1440B，1440C，和1440D的成型開口，以促進(jìn)四個(gè)相應(yīng)部分1404A，1404B, 1404C,和1404D穿過成型開口并與彈性元件1444和電源接觸件1448物理接觸和/或電連通。
[0203]圖18A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。
[0204]圖18B是用于圖18A的電極1500的組裝件1520的正視圖。組裝件1520包括中空本體1524，中空本體包括肩部1528，肩部界定出成型開口，以促進(jìn)五個(gè)相應(yīng)部分1504A，1504B, 1504C, 1504D,和1504E穿過成型開口并與彈性元件1532和電源接觸件1536物理接觸和/或電連通。電極1500可以類似于上述用于圖18A的電極1204，圖16A的電極1300，和圖17A的電極1400的方式使用。
[0205]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16A的三個(gè)部分1316A-1316C，圖17A的四個(gè)部分1404A-1404D，或圖18A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)移電弧操作過程中在約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)移電弧操作過程中在約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)移電弧操作過程中在約100安培下工作的焊炬。采用圖16A，17A，和18A中所示的設(shè)計(jì)的電極可分別用于構(gòu)造有如圖16B，17B，和18B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。
[0206]通過將翼片的數(shù)量與焊炬工作電流相關(guān)聯(lián)，可確保對(duì)于焊炬的給定工作電流使用正確的電極。例如，在60安培焊炬的工作中，使用具有三個(gè)槽1368A，1368B，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1368A，1368B，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被阻止穿過三個(gè)槽1368A-1368C。通過采用這種系統(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，這通過優(yōu)化流過電極的電流量來延長(zhǎng)電極的工作壽命。
[0207]圖19為是用在接觸啟動(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界定出具有直徑Cl1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各界定出相應(yīng)端表面1624A和1624B。端表面1624A和1624B可用于與彈性元件的相應(yīng)表面(例如，圖15C的彈性元件1212的表面1297)物理接觸和電連通。用于引導(dǎo)電弧引發(fā)的電流通過表面1624A和1624B和區(qū)域1620A和1620B在彈性元件(未示出)和電極1600之間流過。在引導(dǎo)電弧引發(fā)過程中電極1600沿朝向近端的方向移動(dòng)(例如，沿離開遠(yuǎn)端1604的方向)時(shí)，區(qū)域1620A和1620B壓縮彈性元件。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18A的電源接觸件1216的表面1294物理接觸和電連通以進(jìn)行轉(zhuǎn)移電弧操作。
[0208]區(qū)域1620A和1620B還界定出相應(yīng)延伸表面1628A和1628B。區(qū)域1620A和1620B可穿過圖15C的槽1284A和1284B (例如，由肩部1272的第一部分1276和第二部分1280界定出的槽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)R結(jié)構(gòu)。區(qū)域1620A和1620B中的每一個(gè)界定出比直徑Cl1小的直徑d2。
[0209]在某些實(shí)施例中，第二延伸部(未示出)從表面1616延伸并界定出第二表面(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)界定出相對(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，沿離開遠(yuǎn)端1604的方向)以界定出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)表面物理接觸和電連通以進(jìn)行轉(zhuǎn)移電弧操作。
[0210]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16B，17B，和18B的組裝件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)齊。在這種實(shí)施例中，肩部(例如，肩部1272)可界定出具有基本上連續(xù)周界(例如，沒有槽1284)的開口。開口的直徑可小于彈性元件的外徑并大于彈性元件的內(nèi)徑以阻止彈性元件從焊炬移除。區(qū)域1620A或1620B的直徑小于開口的直徑但大于彈性元件的內(nèi)徑，以促進(jìn)區(qū)域1620A或1620B和彈性元件之間的接觸。
[0211]圖20A示出了用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的組裝件2000的實(shí)施例。組裝件2000包括電極2004，中空本體2008，彈性元件2012，接觸元件2014及電源接觸件2016。電極2004包括電極本體2020，電極本體2020包括容納發(fā)射件2028的遠(yuǎn)端2024。電極本體2020包括一組螺旋形溝槽2036以對(duì)氣流進(jìn)行導(dǎo)向或者方便組裝件2000的冷卻。當(dāng)組裝件2000安裝在焊炬時(shí)，電極2004可沿軸線A移動(dòng)，從而例如可滑動(dòng)地與中空本體2008的內(nèi)表面2040接合。中空本體2008包括前部分2044和后部分2048。一實(shí)施例中，前部分2044包括渦流環(huán)，所述渦流環(huán)包括一或多個(gè)從外表面2056到內(nèi)表面2040的孔2052?？?052可使得流經(jīng)孔2052和組裝件2000的氣體相對(duì)于軸線A進(jìn)行渦流運(yùn)動(dòng)。渦流環(huán)可與中空本體2008 —體形成。中空本體也可是等離子弧焊炬的一體形成的一部分。一些實(shí)施例中，中空本體2008的內(nèi)表面2040由絕緣材料制成或者涂覆有絕緣材料。
[0212]如圖所示，中空本體2008包括相對(duì)于內(nèi)表面2040設(shè)置的肩部2072，以限制接觸元件2014在中空本體2008內(nèi)的徑向移動(dòng)。接觸元件2014包括與電源接觸件2016電連通的表面(未示出)。接觸元件2014還包括沿軸線A軸向延伸的部分2094。部分2094沿朝向遠(yuǎn)側(cè)的方向在肩部2072的下方延伸以促進(jìn)與電極本體2020的部分2060的電連通。具體地，部分2094界定出用于與彈性元件2012的近側(cè)表面(未示出)形成物理接觸的第一表面2096和用于與電極本體2020的部分2060的第二表面2062形成物理接觸的第二表面2098。除了第二表面2062，部分2060還包括用于與彈性元件2012的遠(yuǎn)側(cè)表面(未示出)形成物理接觸的第一表面2088。由此，將彈性元件2012限制在中空本體2008內(nèi)的接觸元件2014與電極2004之間。一些實(shí)施例中，彈性元件2012通過徑向過盈配合固定至中空本體2008。彈性元件2012構(gòu)造為向電極2004施加分離力并且朝向遠(yuǎn)側(cè)端2024推壓電極2004。通過噴嘴(未示出)防止電極2004從焊炬彈出。噴嘴固定至焊炬，從而使得部分2060與彈性元件2012形成物理接觸。例如，安裝噴嘴可將電極2004的表面2088的位置確定為與彈性元件2012的遠(yuǎn)側(cè)表面形成物理接觸，使得當(dāng)噴嘴安裝好時(shí)，彈性元件2012受到壓縮。
[0213]電源接觸件2016與電源(未示出)電連通。引導(dǎo)電弧引發(fā)過程中，電源將引導(dǎo)電弧電流提供至電源接觸件2016，并且然后所述電流傳遞至接觸元件2014。一些實(shí)施例中，彈性元件2012導(dǎo)電，由此引導(dǎo)電弧電流從接觸元件2014經(jīng)由彈性元件2012傳遞至電極2004的表面2088。其他實(shí)施例中，彈性元件2012不導(dǎo)電，由此可采用任何參考圖12-14所描述的裝置將引導(dǎo)電弧電流從接觸元件2014傳導(dǎo)至電極2004。引導(dǎo)電弧引發(fā)過程中，等離子氣體(未示出)繞電極流動(dòng)，并且所述等離子氣體增大電極2004上的流體壓力。所述壓力克服彈性元件2012施加的分離力而使得電極2004朝向電源接觸件2016軸向移動(dòng)。所形成的電極2004與噴嘴之間的物理分離在由噴嘴和電極2004界定出的等離子室(未示出)中生成引導(dǎo)電弧。更具體地，壓力移動(dòng)電極2004的第二表面2062并使之與接觸元件2014的第二表面2098形成物理接觸，以進(jìn)行轉(zhuǎn)移電弧操作。一些實(shí)施例中，接觸元件2014固定在中空本體2008內(nèi)。
[0214]轉(zhuǎn)移電弧操作過程中，轉(zhuǎn)移電弧電流從電源流至接觸元件2014。一些實(shí)施例中，電流通過部分2094的表面2098與部分2060的表面2062之間的物理接觸從接觸元件2014流至電極2004。其他實(shí)施例中，電流通過上文參考圖12-14描述的其他裝置從接觸元件2014流至電極2004。轉(zhuǎn)移電弧操作過程中，隨著電流增加，氣體壓力增大以形成用于處理工件(未示出)的切割電弧。
[0215]圖20B為圖20A所示組裝件2000的立體分解圖，其中中空本體2008切去一部分。圖20B示出了在安裝到等離子弧焊炬(未示出)之前處于未裝配狀態(tài)的電極2004，彈性元件2012，中空本體2008，接觸元件2014，和電源接觸件2016。裝配過程中，接觸元件2014軸向插入中空本體直至中空本體2008的肩部2072的近側(cè)表面限制接觸元件2014。彈性元件2012插入中空本體2008直至彈性元件2012的近側(cè)表面2099在中空本體2008內(nèi)與接觸元件2014的表面2096形成接觸。電極2004可滑動(dòng)地接合中空本體2008，由此電極2004無需螺紋即可組裝至中空本體2008。電極2004適于在中空本體內(nèi)與彈性元件2012的遠(yuǎn)側(cè)表面2097接觸。一些實(shí)施例中，裝配之前，彈性元件2012連接至接觸元件2014或者與其一體形成。一些實(shí)施例中，裝配之前，彈性元件2012與電極2004 —體形成或者連接至電極2004。
[0216]一些實(shí)施例中，中空本體2008，電源接觸件2016，彈性元件2012，及電極2004中的至少一個(gè)系等離子弧焊炬的消耗部件。其他實(shí)施例中，中空本體2008，電源接觸件2016，彈性元件2012，及接觸元件2014中的一或多個(gè)結(jié)合為等離子弧焊炬的單個(gè)消耗部件。
[0217]圖21A示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的組裝件2100的局部剖視立體圖。所示組裝件包括電極2104，中空本體2108，彈性元件2112，第一接觸元件2114，第二接觸元件2115，及電源接觸件2116。電極2104和中空本體2108分別與圖20A所示的電極2014和中空本體2008大致相同。第二接觸元件2115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。第二接觸元件2115可由與第一接觸元件2114相同或不同的材料制成。這一組裝件較佳，因?yàn)閷椥栽?112限制在該組裝件的具體區(qū)域內(nèi)同時(shí)彈性元件2112可按需推壓焊炬的多個(gè)部件以使其相互接觸或分離。
[0218]更具體地，中空本體2108包括第一肩部2172，其相對(duì)于中空本體2108的內(nèi)表面2140設(shè)置以限制第一接觸元件2114在中空本體2108內(nèi)的徑向移動(dòng)。中空本體2108還包括第二肩部2173，其相對(duì)于內(nèi)表面2140設(shè)置以限制第二接觸元件2115朝向遠(yuǎn)側(cè)端2124的徑向移動(dòng)。第一接觸兀件2114包括與電源接觸件2116電連通的表面(未不出)。第一接觸元件2114還包括沿軸線A軸向延伸的部分2194。部分2194沿遠(yuǎn)側(cè)方向2124在肩部2172的下方延伸。部分2194界定出用于與彈性元件2112的近側(cè)表面(未示出)形成物理接觸的第一表面2196和用于與第二接觸元件2114的第二表面2162形成物理接觸的第二表面2198。除了第二表面2198，第二接觸元件2115還包括用于與彈性元件2112的遠(yuǎn)側(cè)表面(未示出)形成物理接觸的第一表面2188。第二接觸元件2115還包括用于與電極2104的部分2160形成物理接觸并且電連通的與第一表面2188相對(duì)的第三表面(未示出)。由此，將彈性元件2112限制在中空本體2108內(nèi)的第一接觸元件2114與第二接觸元件2115之間。一些實(shí)施例中，彈性元件2112通過徑向過盈配合固定至電極本體2108。彈性元件2112構(gòu)造為向第二接觸元件2115施加分離力并且朝向遠(yuǎn)側(cè)方向推壓第二接觸元件2115，第二接觸元件2115向遠(yuǎn)側(cè)端2124推壓電極2114。通過肩部2173防止第二接觸元件2115從焊炬彈出并且通過噴嘴(未示出)防止電極2104從焊炬彈出。噴嘴固定至焊炬，從而使得電極2104的部分2160與第二接觸元件2115物理接觸，第二接觸元件2115接觸彈性元件2012。例如，安裝噴嘴可將部分2160定位成與第二彈性元件2115形成物理接觸，使得當(dāng)噴嘴安裝好時(shí)，彈性元件2112受到第二接觸元件2115的壓縮。
[0219]電源接觸件2116與電源(未示出)電連通。引導(dǎo)電弧引發(fā)過程中，電源將引導(dǎo)電弧電流提供至電源接觸件2116，并且所述電流傳遞至第一接觸元件2114。一些實(shí)施例中，彈性元件2112導(dǎo)電，由此引導(dǎo)電弧電流從第一接觸元件2114經(jīng)由彈性元件2112傳遞至第二接觸元件2115，而第二接觸元件2115將電流傳遞至電極2104。一些實(shí)施例中，可采用任何參考圖12-14所描述的裝置將引導(dǎo)電弧電流從第一接觸元件2114經(jīng)由第二接觸元件2115傳導(dǎo)至電極2104。引導(dǎo)電弧引發(fā)過程中，等離子氣體(未示出)繞電極流動(dòng)，并且所述等離子氣體增大電極2104上的流體壓力。所述壓力克服彈性元件2112施加的力而使得電極2104軸向向后移動(dòng)，由此使得第二接觸元件2115朝向第一接觸元件2114平移。所形成的電極2104與噴嘴之間的物理分離在形成于噴嘴和電極2104之間的等離子室(未示出)中生成引導(dǎo)電弧。更具體地，壓力移動(dòng)電極2104并使之與第二接觸元件2115形成物理接觸，而第二接觸元件2115由電極2104的部分2160推壓以與第一接觸元件2114形成物理接觸，從而進(jìn)行轉(zhuǎn)移電弧操作。一些實(shí)施例中，接觸元件2114固定在中空本體2108內(nèi)，并且第二接觸元件2115可在第一肩部2172和第二肩部2173之間相對(duì)于第一接觸元件2114平移。
[0220]轉(zhuǎn)移電弧操作過程中，轉(zhuǎn)移電弧電流從電源流至第一接觸元件2114。一些實(shí)施例中，電流通過第一接觸元件2114的表面2198接觸第二接觸元件2115的表面2162時(shí)生成的電流路徑從第一接觸元件2114流至第二接觸元件2115。此后，這一電流從第二接觸元件2115傳遞至電極2104。在一些實(shí)施例中，電流經(jīng)由上文參考圖12-14描述的其他裝置從接觸元件2014流至電極2004。轉(zhuǎn)移電弧操作過程中，氣體壓力增大以形成用于處理工件(未不出)的等尚子射流。
[0221]圖2IB為圖2IA所示組裝件2100的立體分解圖，其中中空本體2108切去一部分。圖21B示出了在安裝到接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬(未示出)之前處于未裝配狀態(tài)的電極2104，中空本體2008，第二接觸元件2115，彈性元件2112，第一接觸元件2114，和電源接觸件2016。一些實(shí)施例中，在安裝其他部件之前，將第二接觸元件2115和彈性元件2112預(yù)先安裝到中空本體2108中的第一肩部2172和第二肩部2173之間。
[0222]一些實(shí)施例中，中空本體2108，電源接觸件2116，第一接觸元件2114，第二接觸元件2115，彈性元件2112，及電極2104中的至少一個(gè)系等離子焊炬的消耗部件。其他實(shí)施例中，中空本體2108，電源接觸件2116，第一接觸元件2114，第二接觸元件2115，彈性元件2112中的一或多個(gè)結(jié)合為等離子弧焊炬的單個(gè)消耗部件。
[0223]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)利要求書界定出的本發(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脫離本發(fā)明的精神和范圍。
[0224]應(yīng)理解，可以多種方式組合本發(fā)明的多個(gè)方面和實(shí)施例。例如，圖21的方面可與圖3A的電極組合，而圖13的發(fā)明可與圖20A的組裝件組合。根據(jù)本說明書的教導(dǎo)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可容易地判斷如何組合這些實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的部件，所述部件包括: 中空本體，所述中空本體界定出具有縱向軸線的通道，所述通道能夠沿所述縱向軸線可滑動(dòng)地容納電極本體；及 接觸元件，其設(shè)于所述中空本體內(nèi)并且包括第一表面和第二表面，當(dāng)以轉(zhuǎn)移電弧模式操作所述等離子弧焊炬時(shí)，所述第一表面促進(jìn)與電源的電連通，并且所述第二表面與所述電極本體的表面形成物理接觸，其中所述第二表面的特征在于，當(dāng)以引導(dǎo)電弧模式操作所述焊炬時(shí)，所述第二表面與所述電極本體的表面不形成物理接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的部件，還包括渦流環(huán)部分，所述渦流環(huán)部分界定出外部部分、內(nèi)部部分、和從所述外部部分通過至所述內(nèi)部部分的一或多個(gè)孔，以使得流體形成渦流運(yùn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的部件，其中所述渦流環(huán)部分與所述中空本體一體形成。
4.如權(quán)利要求1所述的部件，其中所述中空本體包括渦流環(huán)部分。
5.如權(quán)利要求1所述的部件，還 包括彈性元件，當(dāng)所述電極本體插入所述通道時(shí)，所述彈性元件接觸所述電極本體，其中所述彈性元件構(gòu)造為向所述電極本體施加分離力。
6.如權(quán)利要求5所述的部件，其中所述彈性元件通過徑向過盈配合固定至所述通道。
7.如權(quán)利要求5所述的部件，其中所述彈性元件連接至所述接觸元件。
8.如權(quán)利要求1所述的部件，其中所述接觸元件固定不動(dòng)。
9.如權(quán)利要求1所述的部件，其中所述通道包括用于限制所述接觸元件的縱向移動(dòng)的肩部。
10.如權(quán)利要求1所述的部件，其中所述通道的內(nèi)表面包括絕緣材料。
11.如權(quán)利要求1所述的部件，還包括電源接觸件，其與所述電源和所述接觸元件的第一表面電連通。
12.—種操作接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的方法，所述方法包括: 沿縱向軸線將電極本體可滑動(dòng)地容納在通道中，所述通道由所述等離子弧焊炬的部件的中空本體界定出； 當(dāng)以轉(zhuǎn)移電弧模式操作所述等離子弧焊炬時(shí)，促進(jìn)I)電源與設(shè)于所述通道中的接觸元件的第一表面之間的電連通，和2)所述接觸元件的第二表面與所述電極本體的表面之間的物理接觸；并且 當(dāng)以引導(dǎo)電弧模式操作所述焊炬時(shí)，保持所述接觸元件的第二表面與所述電極本體的表面之間不形成物理接觸。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括:通過使流體從所述部件的外表面通過一或多個(gè)孔傳至所述部件的內(nèi)表面而使得流體形成渦流運(yùn)動(dòng)。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括:通過設(shè)于所述接觸元件的第二表面與所述電極本體的表面之間的彈性元件向所述電極本體施加分離力。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括:將所述彈性元件連接至所述接觸元件。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括:在所述通道內(nèi)限制所述接觸元件的縱向移動(dòng)。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括:使得所述通道的內(nèi)表面絕緣。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括:促進(jìn)電源接觸件與所述接觸元件的第一表面之間的電連通，其中所述電源接觸件與所述電源電連通。
19.一種用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的部件，所述部件包括:中空本體，所述中空本體界定出具有縱向軸線的通道，所述通道能夠沿所述縱向軸線可滑動(dòng)地容納電極本體；及 第一接觸元件，其設(shè)于所述中空本體內(nèi)并且包括第一接觸元件表面和第二接觸元件表面，所述第一接觸元件表面促進(jìn)與電源的電連通 '及 附加接觸元件，其設(shè)于所述中空本體內(nèi)并且包括第一附加接觸元件表面和第二附加接觸元件表面，當(dāng)以轉(zhuǎn)移電弧模式操作所述等離子弧焊炬時(shí)，所述第一附加接觸元件表面物理接觸所述第二接觸元件表面，所述第二附加接觸元件表面物理接觸所述電極本體的表面。
20.如權(quán)利要求19所述的部件，還包括渦流環(huán)部分，其界定出外部部分、內(nèi)部部分、和從所述外部部分通過至所述內(nèi)部部分的一或多個(gè)孔，以使得流體進(jìn)行渦流運(yùn)動(dòng)。
21.如權(quán)利要求21所述的部件，其中所述渦流環(huán)部分與所述中空本體一體形成。
22.如權(quán)利要求19所述的部件，還包括設(shè)于所述通道中的所述第二接觸元件表面與所述第一附加接觸元件表面之間的彈性元件，其中所述彈性元件構(gòu)造為向所述附加接觸元件施加分離力。
23.如權(quán)利要求22所述的部件，其中所述彈性元件通過徑向過盈配合固定至所述通道。
24.如權(quán)利要求22所述的部件，其中所述彈性元件連接至所述第一接觸元件或所述附加接觸元件中 的至少一個(gè)。
25.如權(quán)利要求19所述的部件，其中所述第一接觸元件固定不動(dòng)。
26.如權(quán)利要求19所述的部件，其中所述附加接觸元件可相對(duì)于所述第一接觸元件平移。
27.如權(quán)利要求19所述的部件，其中所述通道的內(nèi)表面包括絕緣材料。
28.如權(quán)利要求19所述的部件，還包括電源接觸件，其與所述電源和所述第一接觸元件的第一接觸元件表面電連通。
29.一種操作接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的方法，所述方法包括: 沿縱向軸線將電極本體可滑動(dòng)地容納在通道中，所述通道由所述等離子弧焊炬的部件的中空本體界定出； 促進(jìn)電源與設(shè)于所述通道內(nèi)的第一接觸元件的第一接觸元件表面之間的電連通；并且當(dāng)以轉(zhuǎn)移電弧模式操作所述等離子弧焊炬時(shí)，促進(jìn)I)所述第一接觸元件的第二接觸元件表面與設(shè)于所述通道內(nèi)的附加接觸元件的第一附加接觸元件表面之間的物理接觸，和2)所述附加接觸元件的第二附加接觸元件表面與所述電極本體的表面之間的物理接觸。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，還包括:通過使流體從所述部件的外表面通過一或多個(gè)孔傳至所述部件的內(nèi)表面而使得所述流體在所述部件內(nèi)形成渦流運(yùn)動(dòng)。
31.如權(quán)利要求29所述的方法，還包括:通過設(shè)于所述第二接觸元件表面與所述第一附加接觸元件表面之間的彈性元件向所述附加接觸元件施加分離力。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，還包括:將所述彈性元件附接至所述第一接觸元件或所述附加接觸元件中的至少一個(gè)。
33.如權(quán)利要求29所述的方法，還包括:在所述轉(zhuǎn)移電弧模式過程中，使得所述附加接觸元件相對(duì)于所述第一接觸元件平移。
34.如權(quán)利要求29所述的方法，還包括:使得所述通道的內(nèi)表面絕緣。
35.如權(quán)利要求29所述的方法，還包括:促進(jìn)電源接觸件與所述第一接觸元件的第一接觸元件表面之間的電連通，其中所述電源接觸件與所述電源電連通。
36.一種用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的組裝件，所述組裝件包括: 中空本體，所述中空本體界定出縱向軸線，所述中空本體能夠沿所述縱向軸線可滑動(dòng)地容納電極本體；及 接觸元件，其設(shè)于所述中空本體內(nèi)并且包括第一表面和第二表面，當(dāng)所述電極本體插入所述中空本體時(shí)，所述第一表面能夠促進(jìn)與電源的電連通，并且所述第二表面能夠物理接觸所述電極本體的表面；及 彈性元件，其連接 至所述中空本體中的所述接觸元件，當(dāng)所述電極本體插入所述中空本體時(shí)，所述連接元件物理接觸所述電極本體并且向所述電極本體的表面施加分離力。
37.如權(quán)利要求36所述的組裝件，其中，當(dāng)以引導(dǎo)電弧模式操作時(shí)，所述彈性元件將大致所有的引導(dǎo)電弧電流傳遞至所述電極本體。
38.如權(quán)利要求36所述的組裝件，還包括導(dǎo)電元件，當(dāng)以引導(dǎo)電弧模式操作焊炬時(shí)，所述導(dǎo)電元件將大致所有的引導(dǎo)電弧電流傳遞至所述電極本體。
39.如權(quán)利要求36所述的組裝件，其中所述組裝件為所述等離子弧焊炬的消耗部件。
40.如權(quán)利要求36所述的組裝件，其中所述組裝件還包括噴嘴、屏蔽件、渦流環(huán)、或限位罩、或者它們的組合。
41.如權(quán)利要求36所述的組裝件，其中所述彈性元件與所述接觸元件形成物理接觸。
42.一種用于接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的電極，所述電極包括: 由導(dǎo)電材料形成的細(xì)長(zhǎng)電極本體，所述電極本體界定出縱向軸線； 包括第一表面和第二表面的接觸元件，當(dāng)以轉(zhuǎn)移電弧模式操作所述焊炬時(shí)，所述第一表面促進(jìn)與電源的電連通，并且所述第二表面能夠物理接觸所述電極本體的表面； 設(shè)于所述電極本體的近端和所述接觸元件之間的彈性元件，所述彈性元件向所述接觸元件的第二表面與所述電極本體的表面之間施加分離力；及 導(dǎo)電元件，其用于I)當(dāng)以引導(dǎo)電弧模式操作所述焊炬時(shí)，將至少大致所有的引導(dǎo)電弧電流傳遞至所述電極本體，或者2)當(dāng)以轉(zhuǎn)移電弧模式操作所述焊炬時(shí)，將至少大致所有的轉(zhuǎn)移電弧電流傳遞至所述電極本體，或者I)和2)的組合。
43.如權(quán)利要求42所述的電極，還包括設(shè)于所述彈性元件和所述電極本體之間或者設(shè)于所述接觸元件和所述彈性元件之間，或者設(shè)于這兩個(gè)位置的絕緣材料，以防止所述彈性元件將所述引導(dǎo)電弧電流或轉(zhuǎn)移電弧電流中的至少一個(gè)傳遞給所述電極本體。
44.如權(quán)利要求42所述的電極，其中所述彈性元件由非導(dǎo)電材料制成。
45.如權(quán)利要求42所述的電極，其中所述導(dǎo)電元件為與所述接觸元件和所述電極本體電連通的電線。
46.如權(quán)利要求42所述的電極，其中所述導(dǎo)電元件為至少部分嵌入所述電極本體的探針，所述探針適于保持與所述接觸元件的物理接觸。
47.如權(quán)利要求42所述的電極，其中所述導(dǎo)電元件為連接至所述電極本體的至少一部分并且與所述接觸元件形成物理接觸的第二彈性元件。
48.如權(quán)利要求42所述的電極，其中所述導(dǎo)電元件構(gòu)造為傳遞大致所有的所述引導(dǎo)電弧電流和轉(zhuǎn)移電弧電流。
49.如權(quán)利要求42所述的電極，還包括設(shè)于所述接觸元件的第二表面與所述電極本體的表面之間的絕緣材料，以防止所述轉(zhuǎn)移電弧電流在所述轉(zhuǎn)移電弧模式過程中從所述接觸元件傳遞至所述電極本體。
50.一種用于使得接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬與電源形成電連通的電極，所述電極包括: 由導(dǎo)電材料形成的細(xì)長(zhǎng)電極本體，所述電極本體界定出縱向軸線；及靠近所述電極本體的近端的彈性元件，所述彈性元件能夠I)當(dāng)以引導(dǎo)電弧模式操作所述焊炬時(shí)，將至少大致所有的引導(dǎo)電弧電流傳遞至所述電極本體，和2)當(dāng)以轉(zhuǎn)移電弧模式操作所述焊炬時(shí)，將至少大致所有的轉(zhuǎn)移電弧電流傳遞至所述電極本體。
51.一種操作接觸啟動(dòng)式等離子弧焊炬的方法，所述方法包括: 設(shè)置用于所述等離子弧焊炬的電極，所述電極包括電極本體，所述電極本體界定出縱向軸線，所述電極本體包括靠近彈性元件的近端； 在所述焊炬的引導(dǎo)電弧操作過程中，通過所述彈性元件將至少大致所有的由電源生成的引導(dǎo)電弧電流傳遞至所述電極本體；并且 在所述焊炬的 轉(zhuǎn)移電弧操作過程中，通過所述彈性元件將至少大致所有的由所述電源生成的轉(zhuǎn)移電弧電流傳遞至所述電極本體。
【文檔編號(hào)】H05H1/34GK104081882SQ201280066360
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月6日
【發(fā)明者】約翰森·P·馬瑟, 尼古拉斯·A·桑德斯, 喬恩·W·琳賽, 彼得·特沃羅格, E·邁克爾·施普斯基, 段正, 大衛(wèi)·約翰森·庫(kù)克 申請(qǐng)人:海別得公司