等离子切割系统、起始所述系统中的等离子弧的方法，和用于操作等离子火炬系统的方法
【专利摘要】本申请涉及等离子切割系统、起始等离子切割系统中的等离子弧的方法，和用于操作等离子火炬系统的方法。在一些方面中，起始等离子切割系统中的等离子弧的方法可包含：提供等离子气体供应引线，其在电力供应与等离子弧切割火炬之间延伸，其中所述引线具有接近于所述电力供应的第一区段以及接近于所述火炬的第二区段，以及所述引线内在所述第一区段与所述第二区段之间的线内阀；选择性地闭合所述线内阀以在所述第一区段中捕获静态体积的气体；在所述第二区段中建立可衰减体积的气体；以及在所述可衰减体积的压力达到预定范围内的压力值时，起始所述等离子弧。
【专利说明】等离子切割系统、起始所述系统中的等离子弧的方法，和用于操作等离子火炬系统的方法
[0001]相关串请案
[0002]本申请案主张2012年10月19日申请的标题为“热火炬引线气体递送系统以及相关系统和装置(Thermal Torch Lead Gas Delivery Systems and Related Systems andDevices) ”的第61/716，065号美国临时专利申请案的权益，所述临时专利申请案的内容特此以全文引用的方式并入本文中。
【技术领域】
[0003]本发明大体上涉及热割火炬(例如，等离子弧火炬)，且更具体地说，涉及等离子弧火炬气体递送方法以及相关系统和装置。
【背景技术】
[0004]在一些常规等离子切割系统(例如，Hypertherm? Long Life?等离子弧切割系统)中，等离子弧通常在预流气流状态期间起始，且接着切换到切割流气流状态，以用于切割工件(例如，板状工件)。此过程通常因为用于恰当且可靠等离子引弧的气流条件通常不同于稳定状态切割条件期间所使用的气流条件而执行。通常使用相对位于较靠近所述火炬的阀组合件(例如，阀外组合件)来在引燃与稳定状态切割之间切换。举例来说，阀外组合件通常包含歧管和若干阀(例如，电磁阀)以控制到所述火炬的等离子气流和保护气流。对于等离子气流或保护气流，通常存在用于控制气流的两个阀。举例来说，一个阀可特定专用于预流气流，且另一阀可特定专用于切割流气流。
[0005]在一些其它等离子切割系统(例如，Hypertherm非长寿命等离子切割系统)中，大体上所有的气体控制功能(即，气体控制阀)均位于所述火炬所连接到的电力供应或气体控制台，其可位于距所述火炬20到150英尺远。
【发明内容】
[0006]在一些方面中，一种等离子切割系统可包含:电力供应；火炬；等离子气体供应引线，其从气体供应延伸到所述火炬，且包含接近于所述电力供应的第一区段以及接近于所述火炬的第二区段；以及线内阀，其定位于所述引线中在所述第一区段与所述第二区段之间，以及控制器，其可编程以控制所述线内阀的位置，使得所述线内阀可由所述控制器选择性地关闭，以(a)在所述第一区段中捕获静态体积的气体，且(b)在所述第二区段中建立可衰减体积的气体。
[0007]实施例可包含以下特征中的一者或一者以上。
[0008]所述控制器可经编程以在所述可衰减体积的压力达到预定范围(例如，在一些情况下，预定范围的下值可为大约9psi，且预定范围的上值可为大约50psi)内的压力值时，起始所述等离子弧。所述等离子切割系统还可包含所述等离子气体供应引线的所述第二区段中的压力传感器。所述第一区段和所述第二区段可为将导向气流和切割气流提供给所述等离子切割系统的软管的一部分。所述控制器可经编程以便以受控方式改变穿过所述等离子气体供应线到所述等离子弧火炬的所述气体的压力，以在所述弧起始之后建立用于切割的流动速率。在一些情况下，所述控制器可经编程以在瞬时第二压力达到预定压力等级时终止等离子弧。所述等离子切割系统还可包含用于通过多个等离子气体供应线和多个线内电磁阀将多个气体源连接到所述等离子弧火炬的构件。
[0009]在一些方面中，一种起始等离子切割系统中的等离子弧的方法可包含:提供等离子气体供应引线，其在电力供应与等离子弧切割火炬之间延伸，其中所述引线包含接近于所述电力供应的第一区段，以及接近于所述火炬的第二区段，以及所述引线内在所述第一区段与所述第二区段之间的线内阀；通过控制器(即，使用控制器)选择性地关闭所述线内阀，以在所述第一区段中捕获静态体积的气体；在所述第二区段中建立可衰减体积的气体；以及当所述可衰减体积的压力达到预定范围内的压力值时，起始所述等离子弧。
[0010]在一些实施例中，所述起始之后可接着将所述线内阀或供应阀中的一者改变到第一位置，借此调整气体到所述等离子弧切割火炬的流动；在所述第二区段中的瞬时压力增加到切割压力等级之后，在所述第二区段中建立切割压力；以及使等离子弧电流增加到预定电平。
[0011]在一些实施例中，所述第一区段和所述第二区段可为运载导向气流和切割气流的软管的一部分。
[0012]在一些实施例中，所述方法还可包含以受控方式改变穿过所述等离子气体供应引线到所述等离子弧切割火炬的所述气体的压力，以在所述弧起始之后建立用于等离子切割的气体流动速率。
[0013]在一些实施例中，所述方法还可包含通过多个等离子气体供应线将多个气体源连接到所述等离子弧切割火炬，每一等离子气体供应线具有线内电磁阀。
[0014]在一些实施例中，所述方法还可包含用数字信号处理器来控制所述线内阀，所述数字信号处理器将输出提供给所述线内阀，使得基于来自所述数字信号处理器的所述输出来控制所述线内阀。
[0015]在一些实施例中，线内阀的第一位置为打开，且线内阀的第二位置为关闭。且所述方法还可包含:测量所述第二区段中的所述压力达到所述等离子气体供应引线中的所述气体的第一已知长度和内径的设定值的一比例的第一时间；测量所述第二区段中的所述压力达到所述等离子气体供应引线的第二已知长度和内径的设定值的一比例的第二时间；以及基于所述第二时间与所述第一时间之间的差，计算所述等离子气体供应引线的长度，其中所述第二时间与所述第一时间之间的所述差和所述等离子气体供应引线的所述第二已知长度中的气体量与所述第一已知长度中的气体量之间的差成比例。
[0016]在一些实施例中，所述方法还可包含将所述线内阀改变到第一位置，借此增加所述气体到所述等离子弧切割火炬的流动，使得所述第二区段中的瞬时压力在穿过所述等离子弧切割火炬的等离子腔的压力耗散之前增加；以及当所述第二区段中的所述瞬时压力达到所述预定范围内的值时，引燃所述等离子弧切割火炬。
[0017]在一些方面中，一种用于操作等离子火炬系统的方法，其中所述等离子火炬系统包含通过引线耦合到火炬的等离子电力供应、位于所述引线中的线内阀，以及所述引线的位于所述线内阀与所述火炬之间的界定阀外软管区段的部分，所述方法可包含:通过所述引线将气体供应到所述火炬；选择性地关闭所述线内阀，以在所述阀外软管区段中建立可衰减体积的气体；以及当所述火炬处的所述气体的压力达到预定范围内的压力值时，通过以下步骤起始所述火炬中的等离子弧:使在所述线内阀与所述火炬之间捕获的气体的体积的压力能够耗散到所述压力值；或打开所述线内阀以释放上游调节器阀与所述线内阀之间诱捕的气体的体积，并且使所述阀外区段中的所述气体的压力能够增加到所述压力值。
[0018]在一些实施例中，所述方法还可包含关闭线内阀，以允许在所述阀外软管区段中捕获的气体的体积的压力以选定速率衰减，同时结合所述衰减压力斜降等离子弧电流。
[0019]在一些实施例中，所述方法还可包含以受控方式改变穿过所述等离子气体供应线到所述火炬的所述气体的压力，以在所述弧起始之后建立用于切割的气体流动速率。
[0020]在一些实施例中，所述起始还包含:将所述线内阀或供应阀中的一者改变到第一位置，借此调整所述气体到所述火炬的流动；在瞬时第二压力增加到切割压力等级时，建立切割压力；以及使弧电流增加到预定电平。在一些情况下，所述预定范围的下压力值可为约9psi,且所述预定范围的上压力值可为约50psi。
[0021 ] 在一些实施例中，所述方法还可包含通过多个等离子气体供应线将多个气体源连接到所述等离子弧火炬，每一等离子气体供应线具有专用线内电磁阀。
[0022]在一些实施例中，所述方法还可包含用数字信号处理器来控制所述线内阀，所述数字信号处理器将输出提供给所述线内阀，使得基于来自所述数字信号处理器的所述输出来控制所述线内阀。
[0023]在一些方面中，一种用于起始等离子弧火炬中的等离子弧的方法可包含:使等离子气体穿过等离子气体供应线以及所述等离子气体供应线内第一位置中的线内阀流动到所述等离子弧火炬，借此在所述等离子气体供应线的在所述线内阀与所述等离子弧火炬之间的区段中产生第一压力；将所述线内阀改变到第二位置，以调整所述等离子气体到所述等离子弧火炬的流动，并且在所述线内阀与所述等离子弧火炬之间的所述区段中产生随时间变化的第二压力；以及在所述变化的第二压力达到预定范围内的压力值时，起始等离子弧。
[0024]在一些实施例中，所述方法还可包含在所述弧起始之后，以受控方式将穿过所述等离子气体供应线到所述等离子弧火炬的所述等离子气体的所述压力增加到切割流量。
[0025]在一些实施例中，所述起始还可包含:使弧电流增加到预定电平；将所述线内阀改变到第一位置，借此调整所述等离子气体到所述等离子弧火炬的流动；以及在所述第二压力增加到稳定切割压力等级时，建立切割压力。在一些情况下，所述预定范围的下值为大约9psi,且所述预定范围的上值为大约50psi。
[0026]在一些实施例中，所述线内阀的所述第一位置为打开，且所述线内阀的所述第二位置为关闭，且所述方法还可包含:测量所述第二压力达到所述等离子气体供应引线的第一已知长度和内径的设定值的一比例的第一时间；测量所述第二压力达到所述等离子气体供应引线的第二已知长度和内径的设定值的一比例的第二时间；以及基于所述第二时间与所述第一时间之间的差，计算所述等离子气体供应引线的长度，其中所述第二时间与所述第一时间之间的所述差和所述等离子气体供应引线的所述第二已知长度中的气体量与所述第一已知长度中的气体量之间的差成比例。
[0027]在一些实施例中，所述方法还可包含通过多个等离子气体供应线将多个气体源连接到所述等离子弧火炬，每一等离子气体供应线具有专用线内电磁阀。
[0028]在一些实施例中，所述方法还可包含用数字信号处理器来控制所述线内阀，所述数字信号处理器将输出提供给所述线内阀，使得基于来自所述数字信号处理器的所述输出来控制所述线内阀。
[0029]在一些方面中，一种用于起始等离子火炬系统的方法，所述等离子火炬系统包含通过引线耦合到火炬的等离子电力供应、位于所述引线中的线内阀，以及所述引线的位于所述线内阀与所述火炬之间的界定阀外软管区段的部分，所述方法可包含:通过所述引线将气体供应到所述火炬；关闭所述线内阀，以在所述阀外软管区段中建立可衰减体积的气体；以及在所述线内阀关闭时，起始所述火炬中的等离子弧。
[0030]在一些实施例中，所述方法还可包含通过多个引线将多个气体源连接到所述火炬，每一弓I线具有线内电磁阀。
[0031]在一些实施例中，所述方法还可包含用数字信号处理器来控制所述线内阀，所述数字信号处理器将输出提供给所述线内阀，使得基于来自所述数字信号处理器的所述输出来控制所述线内阀。
[0032]在一些实施例中，所述起始还包含:将所述线内阀改变到第一位置，借此调整所述气体到所述火炬的流动；在所述阀外软管区段中的瞬时压力增加到切割压力等级时，建立切割压力；以及使弧电流增加到预定电平。
[0033]在一些实施例中，所述方法还可包含以受控方式改变穿过所述弓I线到所述火炬的所述气体的压力，以在所述弧起始之后建立用于切割的流动速率。
[0034]在一些实施例中，所述线内阀的第一位置为打开，且所述线内阀的第二位置为关闭，且所述方法还可包含:测量所述阀外软管区段中的压力达到所述引线的第一已知长度和内径的设定值的一比例的第一时间；测量所述阀外软管区段中的压力达到所述引线的第二已知长度和内径的设定值的一比例的第二时间；以及基于所述第二时间与所述第一时间之间的差，计算所述等离子气体供应引线的长度，其中所述第二时间与所述第一时间之间的所述差和所述等离子气体供应引线的所述第二已知长度中的气体量与所述第一已知长度中的气体量之间的差成比例。
[0035]实施例可包含以下优点中的一者或一者以上。
[0036]在一些方面中，与一些其它火炬系统,例如使大体上所有的气体控制阀位于其电力供应中的火炬系统中所观察到的延迟相比，本文所描述的热火炬引线气体递送系统可在从引弧有效地切换到切割时展现较少延迟。举例来说，在使全部气体控制阀位于其电力供应中的此些系统中，控制阀与火炬之间的火炬弓I线的大体积在气流改变(例如,从引弧气流改变为切割气流)时可导致火炬处的延迟(例如，显著延迟)。
[0037]在一些情况下，使用电力供应中的控制阀来有效地控制火炬引线内的气流可能因气体体积在具有不同引线长度的不同火炬之间变化的事实而复杂化。使全部气体控制阀位于其电力供应中的火炬系统中的气体压力的可变延迟可影响引弧和弧关断过程，这可导致过早的备件损坏以及不发火和启动不规则性的增加。当在引燃不发火之后尝试使火炬重新发火时，尤其当使用手持火炬时，变化气流中的延迟可为复杂的，因为在可尝试重新发火序列之前，通常必须首先放掉火炬中的压力。
[0038]通过如本文所述将线内阀布置在火炬引线内，这些延迟问题可受限(例如，在一些情况下，被防止)。举例来说，在一些情况下，将单个线内阀布置在火炬附近可减少在引燃与切割之间的转变期间必须从引线排出的气体的体积。阀与火炬之间的体积的减小可导致在引燃与切割之间有效转变所需的时间的延迟的减少。限制调整气体压力的延迟可导致比一些其它火炬系统可靠且容易操作的等离子弧火炬。
[0039]另外，通过减少引弧与切割之间的转变的延迟，本文所述的单阀气体递送系统可有助于提供对接近于火炬的气流的较好控制，且在弧起始和弧关断期间实现比一些其它火炬系统好的火炬内气体压力的变化(例如，气体压力的快速变化)。
[0040]在一些方面中，本文所述的气体递送系统可在火炬内需要比一些其它火炬系统(例如具有多个气体递送线的火炬系统)少的组件(例如，较少气体阀和/或气体递送线)。举例来说，本文所述的气体递送系统中的一些包含用于递送等离子气体和/或保护气体的一个线内阀(即，仅一个线内阀)，其通常集成为火炬引线的一部分。由于减少了对额外气体控制组件(例如，阀外组合件)的需要，因此本文所述的气体递送系统可有助于降低气体递送系统可用于其上的火炬系统的总成本。另外，通过减少火炬装置中所包含的气体递送阀和软管的数目，本文所述的气体递送系统可有助于减少系统安装时间，因为通常不需要安装额外阀外组合件并将其连接到电力供应。
[0041]在一些方面中，本文所述的气体供应系统可用以比用一些其它火炬系统容易地确定火炬气体引线的长度。另外，本文所述的热火炬引线气体递送系统可用以比一些其它火炬系统更容易地检测火炬气体引线内的气体泄漏。
[0042]另外，在一些方面中，本文所述的热火炬引线气体递送系统可比一些其它火炬系统更好地用于水下切割。举例来说，使用线内阀，火炬中可能存在的水可通过在起始弧以进行切割之前，使气体流经阀外软管和火炬来清除。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]图1是具有具用于调节到火炬的气流的线内气体阀的气体供应引线的示范性等离子弧火炬系统的侧视图。
[0044]图2是具有具线内阀的气体递送线的示范性等离子弧火炬系统的示意图。
[0045]图3是描述使用具有线内阀的引线的示范性等离子引弧序列的流程图。
[0046]图4A是示范性等离子引弧序列期间引线内的气体压力以及等离子弧电流的时序图。
[0047]图4B是示范性等离子引弧序列期间引线内的气体压力以及等离子弧电流的另一时序图。
[0048]图5是描述使用具有线内阀的引线的另一示范性等离子引弧序列的流程图。
[0049]图6是另一示范性等离子引弧序列期间引线内的气体压力以及等离子弧电流的时序图。
[0050]图7是描述使用具有线内阀的引线的另一示范性等离子引弧序列的流程图。
[0051]图8是描述使用具有线内阀的引线的另一示范性等离子引弧序列的流程图。
[0052]图9是示范性等离子灭弧序列期间引线内的气体压力以及等离子弧电流的时序图。
[0053]图10是示范性加压测试序列期间具有不同长度的火炬引线内的气体压力的时序图。
【具体实施方式】
[0054]在一些方面中，提供具有火炬的热火炬系统，所述火炬可通过具有线内阀的气体供应线连接到火炬控制单元，以选择性地调节火炬内的气体压力，从而得到比一些其它火炬系统控制起来可靠且容易的火炬系统。
[0055]参看图1，热火炬系统(例如等离子弧火炬系统)50可包含便携式(例如，手持式)等离子弧火炬100以及等离子弧切割控制系统(例如，火炬控制单元)200。等离子弧火炬100通过从火炬控制单元200的气体供应延伸到火炬100的通常柔性的气体供应引线150连接到火炬控制单元200。气体供应引线150用以将电流(例如，用以建立用于切割的等离子弧的电流)和气体(例如，等离子气体或保护气体)递送到火炬100以供使用。在一些实施例中，气体供应引线150将导向气流和切割气流两者提供给火炬100。
[0056]引线150包含:第一气体软管区段152 ;第二气体软管区段(例如阀外软管)154，其接近于火炬100 ;以及气体阀(例如，线内阀)156，其安置于第一气体软管区段152与阀外软管154之间，且流体连接第一气体软管区段152和阀外软管154。阀外软管154通常具有比第一气体软管区段152的长度153小的长度155。在一些实施例中，如本文所论述，通过将线内阀156定位在火炬100附近(例如，远离火炬约2英寸到约12英尺)以及在远离火炬100 —致的距离处(即，线内阀远离具有不同长度引线的相应火炬大体上相同距离)，第一气体软管区段152的长度153可在不同火炬(例如，具有不同引线长度的火炬)之间变化，而不显著影响火炬中的临界气体转变(例如，在引弧期间)的时序。举例来说，如下文所论述，当阀外软管154在多种具有不同总长度的不同引线(S卩，具有不同长度的不同第一气体软管区段)上是一个一致长度时，通常可使用相同的火炬控制单元和控制设定，而无需对等离子引弧序列进行实质改变。
[0057]阀外软管154和第一气体软管区段152可具有各种长度中的任一者。举例来说，在一些实施例中，阀外软管154的长度155通常小于6英尺。然而，第一气体软管区段152可基于用户的需要具有各种长度中的任一者。举例来说，在一些实施例中，第一气体软管区段152的长度153可为约I英尺到约100英尺(例如，约I英尺到约75英尺、约I英尺到约50英尺、约I英尺到约25英尺)。在所示实例中，第一气体软管区段152的长度153可为约20英尺到约150英尺。
[0058]引线150(即，第一气体软管区段152和阀外软管154)可由各种结构上和化学上合适的材料中的任一者形成。举例来说，可使用不同橡胶、塑料、金属编织物、复合材料，或这些材料的各种组合中的任一者。在所示实例中，第一气体软管区段152和阀外软管154由尼龙制成。
[0059]线内阀156经配置以用引线150来调节和控制流，例如以选择性地限制准许气体从第一气体软管区段152流入阀外软管154中(例如，在引弧或灭弧序列期间)。在一些情况下，线内阀156可将第一气体软管区段152密封于阀外软管154，以在第一气体软管区段152内形成封闭体积的气体。
[0060]线内阀156可包含适合限制引线150内的气流的各种类型的阀装置中的任一者。在一些实施例中，线内阀156可在第一打开位置与第二关闭位置之间转变，以打开和封闭第一气体软管区段152。或者或另外，在一些实施例中，线内阀156可成比例地打开和关闭以产生气体可穿过的各种不同大小的开口。在一些情况下，此些比例阀可提供较多灵活性，且增加引弧与稳定状态切割之间的转变时以及设定递送到火炬的气体压力时的控制。
[0061]此些合适阀装置的实例可包含球形阀、蝶形阀、球阀、闸阀、止回阀以及其它类型的阀装置。通常以电子方式来控制(例如，通过火炬控制单元200来控制)线内阀156，以调节穿过引线150的气流。举例来说，在图1所说明的实例中，线内阀156呈双向电磁阀的形式。
[0062]如图1中所示，在一些实施例中，将压力传感器158安置在线内阀156与火炬100之间的阀外软管154内(例如,接近火炬)。在一些情况下，一个或一个以上压力传感器的使用可允许较准确的向火炬100的压力递送，且还允许较好的检修技术。压力传感器158经配置以测量阀外软管154内的气体压力，且将气体压力数据发射到火炬控制单元200 (例如，发射到电力供应的控制器)。在一些实施例中，压力传感器另外或替代地安置在第一气体软管区段152中。
[0063]压力传感器158可包含各种类型的流体压力感测装置中的任一者，包含压阻应变计装置、电容性压力感测装置、电磁压力感测装置、压电压力感测装置、光学压力感测装置、电位计压力感测装置，或各种其它类型的压力感测装置。举例来说，压力传感器158可为来自美国SMC公司(印第安那州诺布尔斯维尔)的PSE540压力感测装置。
[0064]在使用期间，当等离子弧火炬100经由引线150电附接且流体附接到火炬控制单元200时，等离子弧火炬100可产生用于切割工件的等离子弧。等离子弧火炬100通常包含火炬主体105，其界定用于将等离子气体引向其中形成等离子弧的等离子腔的等离子气流路径。电极(未图示)安置在火炬主体105内，用于产生等离子弧。具有中央出口孔的喷嘴(未图示)相对于电极安置在火炬主体105的远端110处。等离子弧火炬100还包含保护物115，其相对于喷嘴的外表面安置在火炬主体105的远端110处，用于限制喷嘴和电极向熔化的工件材料(例如，溅泼)或其它碎屑的暴露。火炬100包含用于连接到引线150的连接件102。连接件102可为永久连接，或可替代地为临时可得到的连接件(例如，可释放的耦合件)。
[0065]便携式等离子弧火炬可为触发器激活的装置。就是说，火炬100响应于安置在火炬外壳125中的触发器120的操作者激活而产生等离子流。任选地，可替换安全部件130可安置为邻近于触发器120的前表面，以防止触发器120无意间启动等离子弧火炬。
[0066]等离子弧火炬100可例如经由连接件202 (其可包含例如电连接和气流线)在连接区域210处附接到火炬控制单元200。连接件102、202可为柔性的以允许手持式等离子弧火炬的容易可操作性。
[0067]火炬控制单元200包含外罩205，其可收纳电力供应、气体源(例如，气体压力调节器)206以及控制器204。控制器204可通常用以控制火炬系统50的操作，包含(例如)递送到火炬100的控制气流和电(例如，等离子弧电)。为了这样做，火炬控制单元200与火炬100的各种组件以及引线150通信(例如，有线、电或无线通信)。举例来说，控制器204可与线内阀156、安置在引线150内的一个或一个以上压力传感器158、火炬电极以及用以引燃等离子弧且操作火炬进行切割的其它组件通信。
[0068]为了选择性地调整阀外软管154内(以及火炬内)的气体压力，控制器204可为可编程的以控制线内阀156的位置，使得控制器204可将线内阀选择性地调整为一个或一个以上不同配置。举例来说，控制器204可将线内阀156移动到关闭位置，以捕获第一气体软管区段152中的静态体积的气体，且在阀外软管154中建立可衰减体积的气体。在一些实施例中，如下文所论述，控制器204经编程以在可衰减体积的压力达到预定范围内的压力值时，起始等离子弧。如下文进一步论述，控制器204经编程以用受控方式改变经由气体供应引线150递送到等离子弧火炬100的气体(例如，在火炬中)的压力以在弧起始之后建立用于切割的所要流速。
[0069]如下文进一步论述，或者或另外，本文所述的火炬系统50还可利用具有线内阀156的气体供应引线150来基于阀外软管152中的压力而熄灭等离子弧。在一些实施例中，控制器204经编程以在阀外软管中(即，以及火炬100中)的瞬时第二压力达到预定压力等级时，终止等离子弧。在一些情况下，控制器204为处理器(例如，数字信号处理器)。
[0070]火炬控制单元200可包含控制面板215，其包括用户激活的开关213和用户接口225，其可用以操作火炬系统50。控制面板215还可包含(例如)故障灯230 (例如，LED指示灯)、电流/压力选择按钮235、刻度盘240和/或切割类型旋钮245。尽管使用旋钮和按钮来展示控制面板215的某些特征，但可使用任何类型的机构，例如刻度盘、旋钮、按钮、滑动条、切换键、按键、触摸屏、开关或其任何组合。安置在控制面板215上的显示器可向用户提供关于便携式等离子弧切割系统200的信息，且可具有至少两种模式。操作模式可显示关于等离子弧切割系统200的操作数据，例如切割电流、气体压力、气流速率、切割类型或其任何组合。服务模式可显示关于等离子弧切割系统200的故障数据，例如故障代码。
[0071]虽然大体上将火炬系统50说明并描述为仅具有一个气体供应引线150，但其它配置是可能的。举例来说，在一些实施例中，火炬系统50包含用于将多个气体源连接到等离子弧火炬(例如通过多个等离子气体供应线和多个线内电磁阀)的装置。
[0072]虽然已大体参考手持型火炬描述了本文所述的系统和方法，但其它配置是可能的。举例来说，在一些实施例中，所述火炬系统包含其它类型的火炬系统，例如自动化、机械化火炬(例如，连接到门架装置的火炬)。
[0073]图2是热火炬系统(例如，等离子弧火炬系统50)的示范性硬件布局的示意图，其说明从气体源到等离子弧火炬的气流路径。参看图2，从气体源(例如，气缸或压缩器)208提供的例如等离子切割气体(例如，氧气、氮气或氧气、氮气的混合物，或其它气体)等气体由(例如，控制单元200内)气体控制台处的气体压力调节器(或比例阀)206在设定压力下调节。举例来说，气体压力调节器206可经配置以在范围从约50psi到约120psi(例如，约60psi到约80psi)的压力下将气体提供到引线150。
[0074]从气体压力调节器206，气体流经第一气体软管区段152，其可具有各种长度中的任一者(例如，约20英尺到约150英尺长)。如上文所论述，压力传感器158可布置在第一气体软管区段152内。在第一气体软管区段152的端部，气体流经线内阀156，其可呈电磁阀的形式(例如，可编程电控电磁阀)。如上文所论述，线内阀156可打开和关闭以限制或准许气体流入阀外软管154中。从线内阀156，气体流到阀外软管154，且随后流到火炬100 上。
[0075]当在使用期间关闭时，线内阀156在第一气体软管区段152内形成一体积(例如，静态体积)的气体。当线内阀156关闭时，封闭也可在阀外软管154内形成可衰减体积的气体。就是说，当线内阀156关闭时，气体停止流入阀外软管154中，使得当先前在阀外软管154内的气体流出(例如，穿过火炬100)时，气体的体积减小(衰减)，且阀外软管154内的气体压力也减小。
[0076]基于线内阀156的封闭与阀外软管154内(以及火炬100中)的气体的压力之间的此预期关系，可在使用期间选择性地打开和关闭线内阀，以便改变阀外软管154内的气体压力。改变阀外软管内的气体压力可以若干有益方式用于操作等离子弧火炬。
[0077]实例引弧方法
[0078]在一些方面中，本文所述的等离子弧火炬系统可用以执行若干等离子引弧序列。举例来说，在一些实施例中，可在等离子弧火炬在阀外软管内的启动期间，通过关闭线内阀以中断相对较高切割流压力来形成低预流气体压力条件，且当火炬中的压力衰减时，可起始弧。举例来说，(简要参看图1)当用户试图例如通过将火炬主体105的远端110定位成接近于待切割工件来操作等离子火炬100时，用户可接着按压触发器120以使用。被按压的触发器120可接着将信号发送到控制单元200 (例如，控制器204)以引燃等离子弧。一旦接收到此引燃信号，控制器204可操作火炬系统50 (例如，线内阀156和电极)，以执行本文所论述的各种等离子弧操作(例如，引燃)序列中的一者。
[0079]参看图3，在一个实例等离子引弧方法(300)中，首先提供(302)具有带线内阀(例如，线内阀156)的气体供应引线(例如引线150)的火炬系统。线内阀使第一气体软管区段(例如，第一气体软管区段152)与第二气体软管区段(例如，阀外软管154)分离。在一些实施例中，第一气体软管区段和第二气体软管区段是气体递送软管的组件，所述气体递送软管将导向气流和切割气流从等离子火炬控制单元携带到等离子火炬。
[0080]接下来，大体上在第一气体软管区段中捕获一体积的气体(304)。举例来说，在一些实施例中，线内阀关闭(例如，使用控制器)，其在第一气体软管区段内捕获静态体积的气体(例如，从气体调节器206流出的气体)。
[0081]接着在第二气体软管区段中建立可衰减体积的气体(306)。举例来说，在一些实施例中，当线内阀关闭时(例如，如上文相对于在第一气体软管区段中捕获静态体积的气体所论述)，气体停止流入第二气体软管区段中，这导致第二气体软管区段内的气体体积随着气体流入火炬中而衰减。随着第二气体软管区段内的气体的可衰减体积减少，第二气体软管区段内(且因此火炬中)的压力也大体上与所述体积成比例地减少。
[0082]接下来，可起始等离子弧(308)。举例来说，一旦第二气体软管区段内的气体的压力减少到预定压力范围内的压力值(例如，阈值压力值)，就可引燃等离子弧(例如，使用电力供应的控制器)。其中可引燃弧的气体压力的预定范围可基于正使用的火炬的类型和大小而变化。举例来说，在一些情况下，预定范围的下压力值为约9psi，且预定范围的上压力值为约50psi (例如，约9psi到约50psi)。然而，也可在其它压力下引燃等离子弧。
[0083]在一些实施例中，所述方法还包含以受控方式改变穿过所述等离子气体供应弓I线到所述等离子弧切割火炬的所述气体的压力，以在所述弧起始之后建立用于等离子切割的气流速度。举例来说，在引燃等离子弧之后，可打开线内阀，使得气体可从气体压力调节器流动、穿过第一气体软管区段、穿过第二气体软管区段，且流入火炬中用于等离子切割。在线内阀重新打开的情况下，流经火炬的气体的压力可增加到接近从压力调节器递送以用于切割的气体压力或处于所述气体压力的压力。然而，在一些情况下，火炬中的气体压力可例如因气体递送引线的长度而低于从压力调节器递送的气体压力。
[0084]在一些情况下，所述方法还包含经由多个等离子气体供应线将多个气体源连接到等离子弧切割火炬。每一等离子气体供应线可具有其自已的专用线内阀(例如，线内电磁阀)。使用多个气体供应线，可将多种气体选择性地递送到火炬以供使用。
[0085]在一些实施例中，所述方法还包含用处理器(例如，数字信号处理器)来控制所述线内阀，所述处理器将输出提供给所述线内阀，使得可基于来自所述数字信号处理器的所述输出来控制所述线内阀。
[0086]所述方法还可包含(例如，在弧起始之后)将线内阀或供应阀中的一者改变到第一位置(例如，打开位置)，借此调整到等离子弧切割火炬的气体流，在第二气体软管区段中的瞬时压力增加到切割压力等级之后在第二气体软管区段中建立切割压力，且使等离子弧电流增加到预定等级(例如，切割电流)。举例来说，在一些实施例中，在建立导向弧后，可即刻打开线内阀，以因增加引线(例如，阀外软管)中的气体压力而非常快速地将切割流气体压力提供到火炬。因此，可在小于所要切割电流的电流(例如，约20A到约50A)下引燃所述弧，而阀外软管中的压力小于所要切割压力(例如，约9psi到约50psi)。一旦弧被引燃，就可接着使压力和等离子弧电流增加到所要切割参数，例如约50A到约400A的切割电流以及约50psi到约IOOpsi的切割压力。
[0087]所述方法还可用以估计引线的长度。举例来说，在一些实施例中，线内阀的第一位置是打开位置，且线内阀的第二位置是关闭位置。在此些实施例中，所述方法可进一步包含测量所述第二区段中的所述压力达到具有第一已知长度和内径的等离子气体供应引线的设定值的一比例的第一时间。就是说，已知长度和内径可为所估计引线长度可与之进行比较的实例引线的长度和内径。所述方法接着包含测量所述第二区段中的所述压力达到为所述等离子气体供应引线的第二已知长度和内径的设定值的一比例的第二时间。使用测得的第一时间和测得的第二时间，可基于第二时间与第一时间之间的差估计(例如，计算)等离子气体供应引线的长度。举例来说，第二时间与第一时间之间的差通常与等离子气体供应引线的第二已知长度与第一`已知长度中的气体量之间的差成比例。
[0088]在一些实施例中，所述方法可进一步包含将所述线内阀改变到第一打开位置，借此增加到所述等离子弧切割火炬的所述气体的流，使得所述第二气体软管区段中的瞬时压力在穿过所述等离子弧切割火炬的等离子腔的压力耗散之前增加。随后，当所述第二区段中的瞬时压力达到所述预定范围内的压力值时，可引燃所述等离子弧切割火炬。举例来说，在一些实施例中，如果在火炬中的压力下降到过低(例如，低于预定压力范围)的值之前未建立导向弧(例如，弧不发火)，那么线内阀可重新打开(例如，快速地重新打开)以用气体重新填充阀外软管，且接着关闭以重复引燃方法。举例来说，图4B描绘说明此些示范性引弧序列的实例时序图。
[0089]引弧方法300还可包含如本文参考其它实例火炬操作方法和序列论述的额外步骤或特征中的一者或一者以上。
[0090]图4A是说明如相对于上文所论述的方法300所论述的示范性引弧序列的实例时序图。明确地说，图4A说明第一气体软管区段内的气体压力P1、阀外软管中的压力P2,以及弧电流I。如所描绘，在时间^处，气体控制台(例如，气体压力调节器)处的阀和线内阀两者均打开。在两个阀均打开的情况下，可在正从压力调节器释放的气体的压力下或接近所述压力，将气体递送到火炬。如所说明，在一些情况下，在两个阀均打开的情况下，阀外软管中的压力P2小于第一气体软管区段中的压力P1，例如因为贯穿气体递送引线的长度的头端损失。
[0091]在时间&处，线内阀关闭，且因此，阀外软管中的压力P2开始下降。因此，阀外软管中(以及等离子火炬中)的压力P2也开始下降。当阀外软管中的压力P2达到预定压力值(例如，阈值压力值)时，控制器(例如，经由引燃控制台)可尝试例如通过将电流施加到电极来引燃等离子火炬内的弧。在时间&处，可引燃弧(由电流I增加反映)，且线内阀再次打开以转变为切割参数。因为线内阀打开，阀外软管中(且因此还有火炬中)的气体压力P2快速增加，且大体上等于其在第一气体软管区段中的压力P1或接近所述压力P1的稳定状态压力值。另外，在线内阀打开之后，弧电流I也增加到预定设定操作值(例如，切割电流)。
[0092]在一些情况下，有可能在时间t3处，阀外压力过低而无法实现引弧，且弧不被引燃。因此，如果此情况发生，那么可再次打开线内阀，以增加阀外软管中的压力P2，且可重复上文所述的过程。举例来说，图4B中说明此重复过程，其中线内阀在tla、tlb、tlc, tld、tle、tlf处打开，且在t2a、t2b、t2。、t2d、t2e处关闭。在所示的实例中，弧在t3f处被成功起始之前，引弧失败了若干次。
[0093]以此方式引燃等离子弧的优点是可在不使用单独控制电路和额外气体软管(例如，仅专用于在引燃压力下递送气体的软管)的情况下提供阀外软管中减小的压力P2(其对引弧来说较理想)。另外，可实施这些方法，而没有在控制单元或气体控制台中进行压力或流量调整时由于阀外软管的相对较短的已知长度而可导致的较长且可变延迟。另外，通常可使从较低引燃压力到较高切割压力的转变比在远程气体控制台或电力供应中进行改变的情况快得多。
[0094]实例引弧方法
[0095]图5是说明另一示范性等离子弧火炬操作方法(500)的流程图。在一些实施例中，可使用等离子弧火炬系统(例如上文所述的等离子弧火炬系统50)来实施火炬操作方法(500)。
[0096]首先，经由气体供应引线(例如，引线150)将气体供应到等离子火炬(例如，火炬100) (502)。举例来说，气体供应引线可包含线内阀(例如，线内阀156)，其使第一气体软管区段(例如，第一气体软管区段152)与第二气体软管区段(例如，阀外软管154)分离。使用气体供应引线，气体(例如，切割气体)可从气体源(例如，经由控制单元200和气体调节器206)流动，且经过引线流到火炬。
[0097]接下来，可关闭所述线内阀，以在阀外软管中建立可衰减体积的气体(504)。在一些情况下，可用处理器(例如将输出提供给线内阀的数字信号处理器(例如，控制器204))来控制线内阀，使得基于来自数字信号处理器的输出来控制线内阀。一旦线内阀关闭，随后就可引燃等离子弧(506)。举例来说，一旦阀外软管中的压力下降到预定范围内的压力值，就可引燃等离子弧(508)，类似于上文所论述的方法300。
[0098]或者，在一些实施例中，可关闭线内阀，使得大体上所有等离子气体可逸出阀外软管。接着，一旦大体上所有气体均已逸出阀外软管，就可打开线内阀，以增加阀外软管内的压力，例如以增加到用于引弧的预定压力范围内的压力值(510)。简要参看图6，可通过使阀外软管内的压力P2选择性地增加到所要压力值来引燃所述弧。
[0099]在一些实施例中，起始等离子弧还包含将压力调节器中的线内阀或供应阀中的一者改变到第一位置(例如，打开位置)，借此调整气体向所述火炬的流动，在瞬时第二压力增加到切割压力等级时建立切割压力，且使弧电流增加到预定电平。
[0100]还可使用线内阀来调整在引弧之后递送到火炬的气体的压力。举例来说，在一些实施例中，所述方法进一步包含以受控方式改变穿过所述等离子气体供应线到所述火炬的所述气体的压力，以在所述弧起始之后建立用于切割的气体流速。
[0101]其中可引燃弧的气体压力的预定范围可基于正使用的火炬的类型和大小而变化。举例来说，在一些情况下，所述预定范围的下压力值为约9psi，且所述预定范围的上压力值为约50psi ο
[0102]在一些实施例中，所述方法还可包含通过各自具有专用线内电磁阀的多个等离子气体供应线将多个气体源连接到等离子弧火炬。使用多个气体供应线，可将多种气体选择性地递送到火炬以供使用。
[0103]引弧方法500还可包含如本文参考其它实例火炬操作方法和序列论述的额外步骤或特征中的一者或一者以上。
[0104]图6是说明如相对于上文所论述的方法500所论述的示范性引弧序列的时序图。明确地说，图6说明在根据方法500的引弧序列期间，第一气体软管区段内的气体压力Pp阀外软管中的压力P2，以及弧电流I。
[0105]如图6中所描绘，在时间tl处，气体控制台处的阀以及线内阀两者均关闭。因此，气体软管中诱捕的气体具有某一压力P1，且阀外软管中的气体匕大约为环境压力，因为线内阀限制来自气体控制台的气体进入阀外软管P2。在时间&处，打开线内阀，且气体开始从气体软管流入阀外软管中。因此，阀外软管中(且因此还有火炬中)的压力P2开始从大气压力增加。在较短的时间周期中，阀外软管中的压力P2达到最大值，且随着引线中所诱捕气体(即，经组合的气体软管与阀外软管中的气体)的总体积经由火炬流出而开始下降。当火炬中的压力下降到预定阈值时，引燃控制台尝试引弧。在&处，引燃所述弧，且气体控制台处的气体阀打开。
[0106]举例来说，在弧被引燃且气体控制台处的气体阀打开的情况下，可使弧电流增加到预定设定值，同时气体压力快速地增加到所要切割压力。可调整气体软管中的所诱捕压力的值P1以及气体控制台中的阀的打开的时序，以最优化用以增加火炬操作(例如，引弧可靠性)的所要压力时序曲线的时序。
[0107]其它实例引弧方法
[0108]图7是说明另一示范性等离子引弧方法(700)的流程图。在一些实施例中，可使用等离子弧火炬系统(例如上文所述的等离子弧火炬系统50)来实施引弧方法(700)。
[0109]首先，可使等离子气体经由具有配置在第一打开位置中的线内阀(例如线内阀156)的等离子气体供应线(例如，引线150)流到等离子弧火炬(例如，火炬100)，借此在等离子气体供应线的在线内阀与等离子弧火炬之间的区段(例如，阀外软管154)中产生第一压力(702)。举例来说，在线内阀打开的情况下，因为阀外软管正流体开放且连接到第一气体软管区段，因此阀外软管内的压力可处于或接近正从压力调节器排出到第一气体软管区段中的气体的相同压力。[0110]接下来，可将线内阀的配置改变到第二关闭位置，以调整等离子气体到等离子弧火炬的流动(704)。由于关闭线内阀，因此可在阀外软管内产生随时间变化的第二压力。举例来说，一旦线内阀关闭，由于阀外软管内的气体的体积减小，阀外软管内的压力就可随时间而降低。
[0111]当变化的第二压力达到预定范围内的预定压力值(例如，阈值压力值)时，可起始等离子弧(706)。举例来说，当第二压力达到预定范围(例如，约9psi到约50psi)内的所要压力值时，火炬系统控制器可将信号发送到电极以进行引燃(例如，将电流发送到电极)。
[0112]引弧方法700还可包含如本文参考其它实例火炬操作方法和序列论述的额外步骤或特征中的一者或一者以上。
[0113]图8是说明又一示范性等离子引弧方法(800)的流程图。在一些实施例中，可使用等离子弧火炬系统(例如上文所述的等离子弧火炬系统50)来实施引弧方法(800)。
[0114]首先，经由具有线内阀(例如，线内阀156)的气体递送引线(例如，引线150)将气体(例如，等离子/切割气体)供应到火炬(例如，火炬100) (802)。举例来说，可从火炬控制单元200的气体控制台(或气体压力调节器)206提供气体。
[0115]接下来，可在阀外软管(例如，阀外软管154)中建立可衰减体积的气体(804)。举例来说，线内阀可关闭以限制气体从第一气体软管区段152流入阀外软管154中。因此，随着气体从阀外软管流出且随后流入火炬(例如，火炬100)中且流出火炬，阀外软管中的气体的体积开始减小(衰减)。
[0116]可接着在线内阀关闭时起始等离子弧(806)。举例来说，一旦线内阀关闭且预期阀外软管内的压力下降到预定压力范围内的压力等级(例如，阈值压力)，就可起始弧。在一些实施例中，当第二压力达到预定范围(例如，约9psi到约50psi)内的所要压力值时，火炬系统控制器可将信号发送到电极以进行引燃(例如，将电流发送到电极)。
[0117]引弧方法800还可包含如本文参考其它实例火炬操作方法和序列论述的额外步骤或特征中的一者或一者以上。
[0118]在一些实施例中，一旦使用上述方法中的一者或一者以上起始弧，就可在弧的起始之后以受控方式将经由等离子气体供应线到等离子弧火炬的等离子气体的压力增加到切割流量。举例来说，在弧被起始的情况下，可打开线内阀(或其中线内阀在引燃期间打开的引燃方法中的保持打开(或进一步打开))，使得阀外软管内(且因此还有火炬中)的气体压力可增加(例如，增加到所要切割压力)。
[0119]在一些实施例中，所述方法还可包含使弧电流增加到预定电平，将线内阀改变到第一打开位置以调整等离子气体到等离子弧火炬的流动，且在第二压力(例如，阀外软管内的压力)增加到稳定切割压力等级时建立切割压力。
[0120]所述方法还可包含经由多个等离子气体供应线将多个气体源连接到等离子弧切割火炬，每一等离子气体供应线具有一线内电磁阀。使用多个气体供应线，可将多种气体选择性地递送到火炬以供使用。
[0121]在一些实施例中，所述方法还包含用处理器(例如，数字信号处理器)来控制所述线内阀，所述处理器将输出提供给所述线内阀，使得可基于来自所述数字信号处理器的所述输出来控制所述线内阀。
[0122]灭弧[0123]在一些实施例中，可减少阀外软管中的气体的压力和等离子弧电流以熄灭等离子弧火炬。举例来说，可关闭线内阀，以允许阀外软管中捕获的气体的体积的压力以所要速率减小(衰减)，同时还结合衰减压力而减小(例如，斜降(例如，以阶梯序列斜降))等离子弧电流。
[0124]图9是说明使用具有火炬(例如，火炬100)的等离子火炬系统(例如，火炬系统50)的示范性灭弧序列的时序图，所述火炬具有气体供应引线(例如，引线150)，其具有线内阀(例如，线内阀156)。明确地说，图9说明第一气体软管区段内的气体压力P1、阀外软管中的压力P2，以及弧电流I。
[0125]如所描绘，在使用(例如，切割操作)期间，阀外软管中的压力P2处于或接近第一气体软管区段内的压力P1，因为线内阀打开，使得第一气体软管区段和阀外软管打开，且彼此流体连接。然而，如上文参考实例引弧过程所提到，在稳定状态切割操作期间，阀外软管中的压力P2可小于第一气体软管区段中的压力P1,因为随着气体流经气体供应引线会有压力损失(例如，头端损失)。如所说明，在14处，线内阀可关闭，使得随着阀外软管中的气体的体积衰减，阀外软管中的压力P2(且因此火炬中的压力)开始下降。如图所示，弧电流可斜降(例如，以间隔阶梯下降)，使得弧电流和阀外软管中的压力P2彼此对应而降低。
[0126]举例来说，在一些实施例中，(简要参看图1)当用户释放触发器120以停止切割操作时，控制器(例如，控制器204)可用信号通知线内阀156和火炬电力供应，以降低进入火炬100的气体压力，并且减少电极处的等离子弧电流。在一些情况下，控制器204可关闭线内阀156，同时大体上同时减小正发送到电极的电流。
[0127]火炬引线长度感测
[0128]在一些方面中，可通过监视(例如，测量)引线中的压力(例如，第一气体软管区段152内的压力)，同时填充或排空引线(例如，第一气体软管区段152)并随后将第一气体软管区段内的压力改变速率与已知预定引线长度的速率进行比较，来确定气体供应引线的长度(例如，第一气体软管区段152的长度153的长度)。或者，第一气体软管区段内的测得压力下降到预定压力的持续时间也可用于估计引线长度。
[0129]明确地说，通常预期具有较长第一气体软管区段的火炬引线将花费较长的时间周期来加压到处于或接近正由气体供应(例如，气体压力调节器206)提供的气体压力的所要压力。因此，通过监视加压第一气体软管区段所需的时间，可估计长度。在一些情况下，控制单元的控制器可基于时间监视第一气体软管内的压力，且将测得压力与具有已知第一气体软管区段的引线的已知时间-压力轮廓进行比较(例如，通过参考查找表或数据库)，以估计引线的长度。控制器在加压引线(例如，第一气体软管区段)以供使用(例如，本文所述的引燃方法)时可考虑此长度信息。举例来说，在一些情况下，可使用长度信息来确定用于打开和关闭线内阀以更改阀外软管内(以及火炬中)的压力的所要压力偏移(例如，贯穿引线的压力损失)或时间偏移。
[0130]另外，通过在规则基础上使用线内阀156和压力传感器158来确定第一气体软管区段体积和对应长度，可调整提供一致火炬压力所要的压力偏移以考虑变化，例如小引线限制或泄漏，以及标准长度改变。
[0131]在一些实施例中，可以规则间隔执行且随时间过去而跟踪此过程，以警告或通知用户气体软管体积特性的逐渐或突然改变。此些改变可用作气体软管正泄漏或以其它方式受损的指示。
[0132]举例来说，在一些实施例中，上文所述的火炬操作或引燃方法中的一者或一者以上可进一步包含测量第二压力(例如，阀外软管内的压力)达到等离子气体供应线的第一已知长度和内径的设定值的一比例的第一时间，以及测量第二压力达到等离子气体供应线的第二已知长度和内径的设定值的一比例的第二时间。一旦测得第一时间和第二时间，就可基于第二时间与第一时间之间的差计算等离子气体供应引线的长度，其中第二时间与第一时间之间的差与等离子气体供应引线的第二已知长度与第一已知长度中的气体的量之间的差成比例。
[0133]举例来说，图10说明呈反映火炬引线的总长度如何影响加压第一气体软管区段所需的时间的时序图的形式的测试结果。明确地说，使用气体控制台对25英尺第一气体软管区段和100英尺第一气体软管区段进行加压，且测量相对于时间而增加的第一气体软管区段的内部压力P:。 [0134]如图10中所描绘，在时间h处，气体控制台处的阀和线内阀两者关闭，使得第一气体软管区段内的计示压力P1为O。在时间t2处，气体控制台处的阀打开，同时线内阀保持关闭。一旦气体控制台处的阀打开，第一气体软管区段的内部压力P1就针对两个引线长度而快速增加。在时间t3处，25英尺长第一气体软管区段的内部压力P1达到预定设定值(例如，正由气体控制台产生的气体压力的压力)的90%。然而，如图所示，对于100英尺气体软管，直到时间t4( 即，其长于时间t3)，第一气体软管区段的内部压力P1才达到预定设定值的90%。预期观察到的t3与t4之间的差是归因于气体软管的与气体软管长度成正比的气体软管体积容量的差。就是说，由于较长气体软管内存在较大体积，因此通常需要额外时间来用足以升高压力的气体量填充较大体积。因此，通过监视针对任何给定火炬引线长度第一气体软管区段的内部压力P1达到预定设定值的90%所需的时间，可识别火炬气体软管长度(例如，使用观察到的压力轮廓来估计)。下文在表1中展示上文所述的测试的观察到的测试结果。
[0135]表1
【权利要求】
1.一种起始等离子切割系统中的等离子弧的方法，所述方法包括: 提供等离子气体供应引线，其在电力供应与等离子弧切割火炬之间延伸，所述引线包括接近于所述电力供应的第一区段以及接近于所述火炬的第二区段，以及所述引线内在所述第一区段与所述第二区段之间的线内阀； 通过控制器选择性地关闭所述线内阀，以在所述第一区段中捕获静态体积的气体； 在所述第二区段中建立可衰减体积的气体；以及 当所述可衰减体积的压力达到预定范围内的压力值时，起始所述等离子弧。
2.根据权利要求1所述的方法，其中: (a)所述第一区段和所述第二区段是运载导向气流和切割气流的软管的一部分； (b)所述起始步骤之后是以下步骤: 将所述线内阀或供应阀中的一者改变到第一位置，借此调整所述气体到所述等离子弧切割火炬的流动； 在所述第二区段中的瞬时压力增加到切割压力等级之后，在所述第二区段中建立切割压力；以及 使等离子弧电流增加到 预定电平；或 (C)所述线内阀的第一位置为打开，且所述线内阀的第二位置为关闭，所述方法进一步包括: 测量所述第二区段中的所述压力达到所述等离子气体供应引线中的所述气体的第一已知长度和内径的设定值的一比例的第一时间； 测量所述第二区段中的所述压力达到所述等离子气体供应引线的第二已知长度和内径的设定值的一比例的第二时间；以及 基于所述第二时间与所述第一时间之间的差，计算所述等离子气体供应引线的长度，其中所述第二时间与所述第一时间之间的所述差和所述等离子气体供应引线的所述第二已知长度中的气体量与所述第一已知长度中的气体量之间的差成比例。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其进一步包括以下各项中的至少一者: (a)以受控方式改变穿过所述等离子气体供应引线到所述等离子弧切割火炬的所述气体的压力，以在所述弧起始之后建立用于等离子切割的气体流动速率； (b)通过多个等离子气体供应线将多个气体源连接到所述等离子弧切割火炬，每一等离子气体供应线具有线内电磁阀； (C)用数字信号处理器来控制所述线内阀，所述数字信号处理器将输出提供给所述线内阀，使得基于来自所述数字信号处理器的所述输出来控制所述线内阀；或 (d)将所述线内阀改变到第一位置，借此增加所述气体到所述等离子弧切割火炬的流动，使得所述第二区段中的瞬时压力在穿过所述等离子弧切割火炬的等离子腔的压力耗散之前增加；以及 当所述第二区段中的所述瞬时压力达到所述预定范围内的值时，引燃所述等离子弧切割火炬。
4.一种等离子切割系统，其包括: 电力供应； 火炬；等离子气体供应引线，其从气体供应延伸到所述火炬，且包括接近于所述电力供应的第一区段以及接近于所述火炬的第二区段；以及 线内阀，其定位于所述引线中在所述第一区段与所述第二区段之间， 控制器，其可编程以控制所述线内阀的位置，使得所述线内阀可由所述控制器选择性地关闭，以(a)在所述第一区段中捕获静态体积的气体，且(b)在所述第二区段中建立可衰减体积的气体。
5.根据权利要求4所述的等离子切割系统，其中: (a)所述控制器经编程以在所述可衰减体积的压力达到预定范围内的压力值时，起始所述等离子弧； (b)所述第一区段和所述第二区段是将导向气流和切割气流提供给所述等离子切割系统的软管的一部分；或 (c)所述控制器经编程以用受控方式改变穿过所述等离子气体供应线到所述等离子弧火炬的所述气体的压力，以在所述弧起始之后建立用于切割的流动速率。
6.根据权利要求4或5所述的等离子切割系统，其进一步包括以下各项中的至少一者: (a)所述等离子气体供应引线的所述第二区段中的压力传感器；或 (b)用于通过多个等离子气体供应线和多个线内电磁阀将多个气体源连接到所述等离子弧火炬的构件。
7.根据权利要求5所述的等离子切割系统，其中所述控制器经编程以在瞬时第二压力达到预定压力等级时终止等离子弧。
8.一种用于操作等离子火炬系统的方法，所述等离子火炬系统包含通过引线耦合到火炬的等离子电力供应、位于所述引线中的线内阀，以及所述引线的位于所述线内阀与所述火炬之间的界定阀外软管区段的部分，所述方法包括: 通过所述引线将气体供应到所述火炬； 选择性地关闭所述线内阀，以在所述阀外软管区段中建立可衰减体积的气体；以及 当所述火炬处的所述气体的压力达到预定范围内的压力值时，通过以下步骤起始所述火炬中的等离子弧: 使在所述线内阀与所述火炬之间捕获的气体的体积的压力能够耗散到所述压力值；或 打开所述线内阀以释放上游调节器阀与所述线内阀之间诱捕的气体的体积，并且使所述阀外区段中的所述气体的压力能够增加到所述压力值。
9.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括以下各项中的至少一者: (a)关闭所述线内阀以允许在所述阀外软管区段中捕获的气体的体积的压力以选定速率衰减，同时结合所述衰减压力而斜降等离子弧电流； (b)以受控方式改变穿过所述等离子气体供应线到所述火炬的所述气体的压力，以在所述弧起始之后建立用于切割的气体流动速率； (c)通过多个等离子气体供应线将多个气体源连接到所述等离子弧火炬，每一所述等离子气体供应线具有专用线内电磁阀；或 (d)用数字信号处理器来控制所述线内阀，所述数字信号处理器将输出提供给所述线内阀，使得基于来自所述数字信号处理器的所述输出来控制所述线内阀。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述起始步骤进一步包括: 将所述线内阀或供应阀中的一者改变到第一位置，借此调整所述气体到所述火炬的流动； 在瞬时第二压力增加到切割压力等级时，建立切割压力；以及 使弧电流增加到预定电平。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述预定范围的下压力值为约9psi，且所述预定范围的上压力值为约50psi。
12.一种用于起始等离子弧火炬中的等离子弧的方法，所述方法包括: 使等离子气体穿过等离子气体供应线以及所述等离子气体供应线内第一位置中的线内阀流动到所述等离子弧火炬，借此在所述等离子气体供应线的在所述线内阀与所述等离子弧火炬之间的区段中产生第一压力； 将所述线内阀改变到第二位置，以调整所述等离子气体到所述等离子弧火炬的流动，并且在所述线内阀与所述等离子弧火炬之间的所述区段中产生随时间变化的第二压力；以及 在所述变化的第二压力达到预定范围内的压力值时，起始等离子弧。
13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括以下各项中的至少一者: (a)在所述弧起始之后，以受控方式将穿过所述等离子气体供应线到所述等离子弧火炬的所述等离子气体的压力增加到切割流量； (b)通过多个等离子气体供应线将多个气体源连接到所述等离子弧火炬，每一所述等离子气体供应线具有专用线内电磁阀；或 (c)用数字信号处理器来控制所述线内阀，所述数字信号处理器将输出提供给所述线内阀，使得基于来自所述数字信号处理器的所述输出来控制所述线内阀。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中: (a)所述起始步骤进一步包括以下步骤: 使弧电流增加到预定电平； 将所述线内阀改变到第一位置，借此调整所述等离子气体到所述等离子弧火炬的流动；以及 在所述第二压力增加到稳定切割压力等级时，建立切割压力；或 (b)所述线内阀的所述第一位置为打开，且所述线内阀的所述第二位置为关闭，所述方法进一步包括: 测量所述第二压力达到所述等离子气体供应线的第一已知长度和内径的设定值的一比例的第一时间； 测量所述第二压力达到所述等离子气体供应线的第二已知长度和内径的设定值的一比例的第二时间；以及 基于所述第二时间与所述第一时间之间的差，计算所述等离子气体供应引线的长度，其中所述第二时间与所述第一时间之间的所述差和所述等离子气体供应引线的所述第二已知长度中的气体量与所述第一已知长度中的气体量之间的差成比例。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述预定范围的下值为大约9psi，且所述预定范围的上值为大约50psi。
16.一种用于起始等离子火炬系统的方法，所述等离子火炬系统包含通过引线耦合到火炬的等离子电力供应、位于所述引线中的线内阀，以及所述引线的位于所述线内阀与所述火炬之间的界定阀外软管区段的部分，所述方法包括: 通过所述引线将气体供应到所述火炬； 关闭所述线内阀，以在所述阀外软管区段中建立可衰减体积的气体；以及 在所述线内阀关闭的同时起始所述火炬中的等离子弧。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括以下各项中的至少一者: (a)通过多个引线将多个气体源连接到所述火炬，每一所述引线具有线内电磁阀； (b)用数字信号处理器来控制所述线内阀，所述数字信号处理器将输出提供给所述线内阀，使得基于来自所述数字信号处理器的所述输出来控制所述线内阀；或 (c)以受控方式改变穿过所述引线到所述火炬的所述气体的压力，以在所述弧起始之后建立用于切割的流动速率。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中: (a)所述起始步骤进一步包括以下步骤: 将所述线内阀改变到第一位置，借此调整所述气体到所述火炬的流动； 在所述阀外软管区段中的瞬时压力增加到切割压力等级时，建立切割压力；以及使弧电流增加到预定电平；或 (b)所述线内阀的第一位置为打开，且所述线内阀的第二位置为关闭，所述方法进一步包括: 测量所述阀外软管区段中的压力达到所述引线的第一已知长度和内径的设定值的一比例的第一时间； 测量所述阀外软管区段中的压力达到所述引线的第二已知长度和内径的设定值的一比例的第二时间；以及 基于所述第二时间与所述第一时间之间的差，计算所述等离子气体供应引线的长度，其中所述第二时间与所述第一时间之间的所述差和所述等离子气体供应引线的所述第二已知长度中的气体量与所述第一已知长度中的气体量之间的差成比例。
【文档编号】B23K10/00GK103769731SQ201310495622
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2012年10月19日
【发明者】乔纳森·马瑟, 黎明·陈, 罗斯·安格斯·史密斯 申请人:海别得公司