一种等离子弧割炬的制作方法

本实用新型涉及弧割炬技术领域，特别是涉及一种等离子弧割炬。

背景技术：

中国市场现有机用型等离子弧割炬设计结构简单，生产制作工艺差，再加上国内没有这方面的技术学院，缺乏技术知识教育，即使有厂家生产，但大部分都是模仿的国外技术，没有自主创新设计割炬能力，故而技术一直落后时代，制作出来的割炬切割能力弱，切割质量差，消耗件使用寿命短，使用成本高等一系列问题。国内市场上电流达到120A及以上时割炬本体内部必须采用水循环冷却方式，包括美国发达国家割炬内部气冷冷却方式最大电流也只有到达125A。

如图1所示，现有技术中的等离子弧割炬由于结构的缺陷，有时会出现一种破坏电弧稳定燃烧的现象，这时除已存在的等离子弧主弧05以外，在电极01-喷嘴02-工件03之间会产生另外一种旁路电弧04(或者叫副弧)，即主弧05和旁路电弧04同时存在，形成双弧现象。

双弧现象带来的危害主要表现在下列几个方面：

1)破坏等离子弧的稳定性，使切割过程不稳定并会恶化切割缝成型；

2)双弧同时存在，在电极和切割件之间形成了两条并联的导电通路，减小了主弧电流，降低了主弧的功率，使对切割件的熔透能力减弱；

3)双弧现象一旦发生，喷嘴就成为并联弧的电极并通过并联弧电流，且主弧和喷嘴孔内壁之间的冷气膜位障遭受破坏，使喷嘴受到强烈加热，容易烧坏喷嘴。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本实用新型提供一种等离子弧割炬。

本实用新型解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种等离子弧割炬，包括割炬本体，所述割炬本体内的后部设有上内绝缘体，所述上内绝缘体中设有气管和引弧线，所述割炬本体的前部设有喷口，所述喷口通过喷口底座与所述上内绝缘体的外缘连接，且所述喷口底座后部与所述引弧线连接，所述喷口的内孔包括从下到上依次连接的球形部和锥形部整体形成圆形喇叭状，所述球形部的中心设有中心孔，所述喷口底座内部的上内绝缘体上连接有电极底座，所述电极底座前部连接电极，所述电极向前延伸至喷口内孔的球形部内，所述电极外壁中部向内凹进整体形成葫芦形状，所述电极外壁与所述喷口内孔之间形成等离子气体通道，所述电极底座内设有中心气管，所述中心气管连通所述气管与所述电极的内孔，所述电极底座和喷口底座之间还设有下内绝缘体，所述下内绝缘体用于分配气流以及实现喷口与电极之间绝缘，所述喷口外侧罩设有保护罩，所述割炬本体前部的喷口底座外侧设有铜外套，所述保护罩后部与所述铜外套固定连接，且所述铜外套和保护罩内壁与所述喷口外壁之间形成冷却气体通道，所述中心气管、电极底座、下内绝缘体和喷口底座上还设有气流分配结构，所述等离子气体通道和冷却气体通道通过气流分配结构与所述中心气管连通。

由于电离子的吸附效应，所以电离子集成在导体的表面积运动，容易产生电极和喷口间的正负电离子产生组合，形成电弧，而产生双弧效应。再加上内部强压力气体流动性造成内压强严重减弱，给电离子流动性创造了机会。因此，将喷口内孔设计为圆形喇叭状，中心有一个中心孔，外形为分段式喇叭口，主材质使用紫铜加工。喷口里面为电极，电极安装在电极底座上，外形中端向内凹进，整体设计成葫芦形，扩大喷口与电极之间的空间，从而增大了弧柱和喷嘴孔壁之间的冷气膜位障，避免电极上的正电离子在非中心孔处发射到喷口上面，从而避免了双弧效应，保证了等离子的稳定性。下端平面中心位置镶嵌有一颗铪丝，主体材质使用紫铜加工。

另外，电极外壁的圆形内凹能导流气体更多的在电极表面行走，使电极下端处的喷口正电离子更容易发射给带有负极的电极，故而增强点火的成功性。

优选的，所述电极外壁凹进的部分与所述喷口的锥形部相对。使喷口的末端的锥形部与电极外壁凹进的位置对齐，增大了两者之间的距离，有利于增加冷气膜位障的厚度。

进一步，所述电极前端平面中心位置镶嵌一颗铪丝，所述电极内孔为盲孔，所述盲孔的底部设有锥形凸点，所述锥形凸点的顶部伸入到所述中心气管内，所述盲孔内壁为台阶孔，且靠近盲孔底部的内径小于开口端内径，所述中心气管靠近锥形凸点的一端的内孔侧壁上设有凸台，所述凸台的孔径小于中心气管后端的孔径，所述中心气管外壁与电极内壁之间的距离小于所述中心气管的内孔孔径。

锥形凸点可以增加内部散热面积；能让通过的气离子更多的接触到锥面上，增强散热性；能让通过的气流形成扩散性导向，使中心气管出口的气流能更好的贴紧电极内壁行走，增强散热性。

在电极内部设计成台阶孔，中心气管前端也是小口径，气体由中心气管进入电极与中心气管之间时，由于口径变小使压缩气体经过二次压缩，增强压缩密度，使高密度气体的体积在出口处能够瞬间膨胀时会产生吸热原理，从而更好的降低电极谷底高温。

进一步，所述气流分配机构包括设置在所述中心气管外壁上的环形第一凸缘、设置在电极底座上的第一气孔和第二气孔、设置在所述下内绝缘体上的第三气孔以及设置在喷口底座前端面上的第四气孔，所述第一凸缘侧面与所述电极底座内壁抵接，所述第一凸缘上端面、中心气管外壁和电极底座内壁围成第一冷却气体室，所述第一凸缘下端面、中心气管外壁和电极底座内壁围成第一等离子气体室，所述第一凸缘上沿轴向设有连通所述第一冷却气体室和第一等离子气体室的多条导气槽；

所述电极底座外壁上设有环形的第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽之间形成第二凸缘，所述第二凸缘侧面与所述下内绝缘体内壁抵接，所述第一凹槽与所述下内绝缘体内壁形成第二冷却气体室，所述喷口底座内壁与所述下内绝缘体外壁之间形成第三冷却气体室，所述第一气孔两端连通第一冷却气体室和第二冷却气体室，所述第三气孔两端连通第二冷却气体室和第三冷却气体室，所述第四气孔连通第三冷却气体室和冷却气体通道；所述第二凹槽与所述下内绝缘体内壁形成第二等离子气体室，所述第二气孔连通所述第一等离子气体室与所述第二等离子气体室，所述电极底座前端面设有多条旋转气槽，所述旋转气槽连通所述第二等离子气体室与等离子气体通道。

采用一个气源通过气流分配机构同时产生等离子弧气体和冷却气体，能够同时实现切割和降温。

进一步，所述第一气孔的孔径大于所述第二气孔的孔径，所述第一冷却气体室的体积小于第一等离子气体室的体积，且所述第一冷却气体室的体积小于第二冷却气体室，所述第二冷却气体室的体积小于第三冷却气体室，所述第一等离子气体室的体积大于第二等离子气体室的体积。通过控制气孔孔径和气体室的体积实现冷却气流与等离子气流的控制，从而实现等离子弧的稳定性。另外，通过控制气孔孔径和气体室的体积的控制可以进一步压缩冷却气体，使喷口处气体迅速膨胀实现快速降温。

进一步，所述铜外套包括铜外套绝缘件和铜外套铜件，所述铜外套绝缘件与伸出割炬本体的喷口底座的外壁固定连接，所述铜外套铜件一端与所述铜外套绝缘件外壁固定连接，另一端通过固定盖与所述保护罩固定连接。

进一步，所述下内绝缘体与所述电极底座的连接面上设有第一密封圈，所述下内绝缘体与所述喷口底座的连接面上设有第二密封圈。

本实用新型提供的一种等离子弧割炬具有以下有益效果：

(1)保护罩是为了等离子在机用自动化工作时特意添加的一配件，切割质量的好坏直接取决于喷口，它能有效保护喷口减少损伤，从而使保护罩起到保护作用。另外又能压缩喷口外侧的保护气，增强切割能力。保护罩前端的一周小孔能增强散热性，延长保护罩的使用寿命。

(2)喷口的作用：电极产生的离子弧通过喷口中心小孔聚焦喷出产生高能量切割离子弧，喷口内部圆形喇叭状主要避免与电极之间的涡流气体产生双弧效应。喷口外形的分段式喇叭口设计，能使喷口外侧的保护气流更均匀的产生压缩作用，从而压缩了喷口出来的离子弧，进一步提高了离子弧的坚挺性，增强了工作时的切割能力。

(3)电极是整套割炬中消耗量最大的消耗件，采用紫铜加工，紫铜材料具有良好的导电及导热效果。内部的台阶孔和锥形凸点主要能增强最底部气流速度和散热面积，从而提高电极的散热效果，直接延长了电极的使用寿命，已达到国内同类产品寿命的3倍以上。外形中端葫芦形设计主要避免与喷口之间的涡流气体产生双弧效应。

(4)中心气管采用黄铜制成，其材料具有坚硬和耐高温性，能使冷却气体直通电极内部，使其电极在工作时产生的剧烈高温迅速排放，从而提高电极的使用寿命。中间部位的导气槽能均匀分配气流导向及提高散热能力。

(5)固定盖拧在铜外套铜件上，主要为了把保护罩固定在铜外套上，表面采用滚花工艺，大大增强了表面积的散热性，从而延长了使用寿命。

(6)铜外套是保护罩和割炬本体的连接件，铜件中间槽圆周分布的小气孔能有效降温延长寿命，并且能形成保护气层，阻碍切割时的飞溅腾起时损伤割炬本体。上部绝缘体采用高分子耐高温材料，主要为了隔离外部件的铜体绝缘，避免了喷口和被切割工件直接的短路现象，又能增强安全防护性。

(7)割炬本体内部采用涡流设计，能让电极底座气管流入割炬内部的气流产生涡流旋转，使最终所产生的涡流等离子弧更均匀、更挺直、更强的穿透性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是双弧效应的原理示意图；

图2是本实用新型最佳实施例的结构示意图；

图3是图2的局部放大示意图；

图4是图3中A的放大示意图；

图5是气体流向示意图。

图中：01、电极，02、喷嘴，03、工件，04、主弧，05、旁路电弧，1、保护罩，2、喷口，3、电极，4、中心气管，5、固定盖，6、铜外套铜件，7、铜外套绝缘件，8、电极底座，9、下内绝缘体，10、喷口底座，11、引弧线，12、气管，13、割炬本体，14、上内绝缘体，15、第二冷却气体室，16、第三冷却气体室，17、第三气孔，18、第一气孔，19、第一冷却气体室，20、第一凸缘，21、第二气孔，22、第二等离子气体室，23、第二密封圈，24、小气孔，25、第四气孔，26、等离子气体通道，27、冷却气体通道，28、小气孔，29、中心孔，30、第一等离子气体室，31、第一密封圈，32、铪丝，33、凸台，34、锥形凸点，35、台阶孔。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图2-5所示，本实用新型的一种等离子弧割炬，包括割炬本体13，所述割炬本体13内的后部设有上内绝缘体14，所述上内绝缘体14中设有气管12和引弧线11，上内绝缘体14采用陶瓷材料，主要隔离外层的喷口底座10和电极底座8的高频电压。所述割炬本体13的前部设有喷口2，所述喷口2通过喷口底座10与所述上内绝缘体14的外缘连接，且所述喷口底座10后部与所述引弧线11连接，所述喷口2的内孔包括从下到上依次连接的球形部和锥形部整体形成圆形喇叭状，所述球形部的中心设有中心孔29，所述喷口底座10内部的上内绝缘体14上连接有电极底座8，所述电极底座8前部连接电极3，所述电极3向前延伸至喷口2内孔的球形部内，所述电极3外壁中部向内凹进整体形成葫芦形状，所述电极3外壁凹进的部分与所述喷口2的锥形部相对。电极3为负极，能产生等离子弧，喷口2为正极，能聚焦等离子弧高密度喷射出来。

所述电极3外壁与所述喷口2内孔之间形成等离子气体通道26，所述电极底座8内设有中心气管4，所述中心气管4连通所述气管12与所述电极3的内孔，所述电极底座8和喷口底座10之间还设有下内绝缘体9，所述下内绝缘体9用于分配气流以及实现喷口2与电极3之间绝缘，所述喷口2外侧罩设有保护罩1，所述割炬本体13前部的喷口底座10外侧设有铜外套，所述保护罩1后部与所述铜外套固定连接，且所述铜外套和保护罩1内壁与所述喷口2外壁之间形成冷却气体通道27，所述中心气管4、电极底座8、下内绝缘体9和喷口底座10上还设有气流分配结构，所述等离子气体通道26和冷却气体通道27通过气流分配结构与所述中心气管4连通。

铜外套拧在割炬本体13上，由两部分组成，所述铜外套包括上端的铜外套绝缘件7和下端的铜外套铜件6，铜外套绝缘件7与铜外套铜连接处的中间槽圆周分布多个小气孔24，上部铜外套绝缘件7采用高分子耐高温材料，主要为了隔离外部件的铜体绝缘，避免了喷口2和被切割工件直接的短路现象，又能增强安全防护性。所述铜外套绝缘件7与伸出割炬本体13的喷口底座10的外壁固定连接，所述铜外套铜件6一端与所述铜外套绝缘件7外壁固定连接，另一端通过固定盖5与所述保护罩1固定连接。保护罩1装配在铜外套铜件6上，保护罩1前端均布一周小气孔28，小气孔28具有出气和散热的作用，主体材质使用紫铜加工，固定盖5拧在铜外套铜件6上，压紧保护罩1，使用黄铜材质，表面采用滚花加工。

所述电极3前端平面中心位置镶嵌一颗铪丝32，所述电极3内孔为盲孔，所述盲孔的底部设有锥形凸点34，所述锥形凸点34的顶部伸入到所述中心气管4内，所述盲孔内壁为台阶孔35，且靠近盲孔底部的内径小于开口端内径，所述中心气管4靠近锥形凸点34的一端的内孔侧壁上设有凸台33，所述凸台33的孔径小于中心气管4后端的孔径，所述中心气管4外壁与电极3内壁之间的距离小于所述中心气管4的内孔孔径。

所述气流分配机构包括设置在所述中心气管4外壁上的环形第一凸缘20、设置在电极底座8上的第一气孔18和第二气孔21、设置在所述下内绝缘体9上的第三气孔17以及设置在喷口底座10前端面上的一圈第四气孔25，第一气孔18、第二气孔21、第三气孔17和第四气孔25均为小孔，所述第一凸缘20侧面与所述电极底座8内壁抵接，所述第一凸缘20上端面、中心气管4外壁和电极底座8内壁围成第一冷却气体室19，所述第一凸缘20下端面、中心气管4外壁和电极底座8内壁围成第一等离子气体室30，所述第一凸缘20上沿轴向设有连通所述第一冷却气体室19和第一等离子气体室30的多条导气槽；所述电极底座8外壁上设有环形的第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽之间形成第二凸缘，所述第二凸缘侧面与所述下内绝缘体9内壁抵接，且第二凸缘侧面设有向内的凹进，凹进内设有第一密封圈31，所述第一凹槽与所述下内绝缘体9内壁形成第二冷却气体室15，所述喷口底座10内壁与所述下内绝缘体9外壁之间形成第三冷却气体室16，所述第一气孔18两端连通第一冷却气体室19和第二冷却气体室15，所述第三气孔17两端连通第二冷却气体室15和第三冷却气体室16，所述第四气孔25连通第三冷却气体室16和冷却气体通道27；所述第二凹槽与所述下内绝缘体9内壁形成第二等离子气体室22，所述第二气孔21连通所述第一等离子气体室30与所述第二等离子气体室22，所述电极底座8前端面设有多条旋转气槽，所述旋转气槽连通所述第二等离子气体室22与等离子气体通道26。所述下内绝缘体9与所述喷口底座10的连接面上设有凹进，所述凹进内设有第二密封圈23。

所述第一气孔18的孔径大于所述第二气孔21的孔径，所述第一冷却气体室19的体积小于第一等离子气体室30的体积，且所述第一冷却气体室19的体积小于第二冷却气体室15，所述第二冷却气体室15的体积小于第三冷却气体室16，所述第一等离子气体室30的体积大于第二等离子气体室22的体积。

图4中箭头表示气体的流向。

通过电极3和喷口2结构的配合设计增大了冷气膜位障，提高了等离子弧的稳定性，避免了双弧效应，另外，通过电极3内孔结构的设计以及气孔孔径和气体室体积的配合对压缩气体实现二次压缩，从而提高降温效果，延长了电极3和喷口2的使用寿命；通过上述综合结构的改进，目前的产品HC-1303割炬，实际使用电流可达130A，并采用内部气冷冷却方式，大大增进了使用便利性。而且HC-1303割炬切割产品质量达到了美国原装进口割炬的切割质量，消耗件寿命更是赶超美国原装进口割炬消耗件寿命的1.2倍，从而提高了工作效率及高质量切割产品的一致性，加上国产消耗件价格低廉，大大提升了终端用户使用性价比。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本实用新型的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。