专利名称：液冷式等离子焊炬用喷嘴、具有喷嘴盖的液冷式等离子焊炬装置以及包括该装置的液冷 ...的制作方法
技术领域：
本发明有关于液冷式等离子焊炬用喷嘴、具有喷嘴盖的液冷式等离子焊炬装置以 及包括该装置的液冷式等离子焊炬。
背景技术：
等离子体是指由正负离子、电子、受激原子、中性原子和加热至高温的分子所构成 的导电气体。有多种气体被当成等离子气体使用，例如，单原子氩和/或双原子气体氢、氮、氧 或空气。电弧能量将这些气体离子化并分解。喷嘴将电弧缩紧，接着成为等离子喷射物。喷嘴和电极的设计可以对等离子喷射物的参数产生大幅影响。举例而言，喷射物 直径、温度、能量密度和气体流动率都可以是等离子喷射物的参数。举例而言，在等离子切割中，等离子受到喷嘴的压缩，而我们可以用气体或水来冷 却喷嘴。以此方法，能够取得最高达2X106W/cm2的能量密度。等离子喷射物中的能量高达 摄氏30，000度，其中结合了高流率的气体，使其能够在原料上达到超高的切割速度。等离子焊炬可为直接或间接运作式。在直接运作模式中，来自气流源的气流穿过 等离子焊炬的电极和由电弧产生并受喷嘴压缩的等离子喷射物，直接经由工作部件回到气 流源。直接运作模式可用来切割导电性原料。在间接运作模式中，来自气流源的气流穿过等离子焊炬的电极以及由电弧产生并 受喷嘴压缩的等离子喷射物，然后经由喷嘴回到气流源。在工序中，支配喷嘴的负载量甚至 大于直接等离子切割中的负载量，因为其不仅压缩等离子喷射物，也为电弧建立附着点。不 管是导电或非导电性原料，皆可利用间接运作模式进行切割。因为喷嘴上有高热压力，通常会以金属原料制作喷嘴，优选原料为铜，因为铜具有 高导电性和高导热性的优势。电极支架(electrode holder)亦是如此，虽然其通常以银制 成。接着将喷嘴插入等离子焊炬中，等离子焊炬的主要组件有等离子焊炬头、喷嘴盖、等离 子气导引构件、喷嘴、喷嘴支架、电极羽管、具有电极插入物的电极支架，而在现代式等离子 焊炬中，会有供喷嘴防护盖使用的托架和喷嘴防护盖。电极支架固定以钨制成的尖形电极 插入物，这种做法适合以无氧化性气体作为等离子气体的情况，像是氩气和氢气混合物。具 有用铪制成的电极插入物的平头(flat-tip)电极同样适合用于以氧化性气体作为等离子 气体的情况，像是空气或氧气。为了使喷嘴具有长的使用寿命，在本案例中，使用液体进行 冷却，例如，水。冷却剂通过供水线路被传送至喷嘴，经由回返线路离开喷嘴，并在工序中穿 过冷却剂室，而喷嘴和喷嘴盖界定出该室的范围。第DD 36014B1号案描述了喷嘴。喷嘴由具有良好的传导性的原料(例如，铜)构 成，并具有和相关等离子焊炬类型有关的几何外形，例如，具有圆筒状喷嘴出口的圆锥形排 放空间。喷嘴的外形设计成圆锥，由厚度大约一致的壁形成，其尺寸足以使喷嘴具有良好的 稳定性，并确保具有可将热度传至冷却剂的良好的传导性。喷嘴位于喷嘴支架中。喷嘴支架由抗腐蚀原料构成，例如，黄铜，且内侧具有供喷嘴使用的中心底座以及供橡胶密封垫使 用的沟槽，其密封住排放空间以防冷却剂渗出。在喷嘴支架里，另外有偏移180度(offset by 180° )的钻孔，供冷却剂供应及回返线路使用。在喷嘴支架的外径上，有供0型环使 用的沟槽，以密封住冷却剂室以防空气渗入，并有螺纹(thread)和供喷嘴盖使用的中央底 座。喷嘴盖同样以抗腐蚀原料制成，例如，黄铜，其外形具有尖角并有经设计的壁厚度，使其 适于消除冷却剂承受的辐射热。最小的内径由0型环构成。针对冷却剂，最简单的方法就 是用水。此装置的目的在于帮助制造喷嘴，在使用少量原料的同时，也让快速更换喷嘴的动 作具有可能性，并因其尖角外形而可转动等离子焊炬，使焊炬与工作部件相对应，因此得以 进行倾斜切割。在第DE-OS 1565638号公告专利申请案中，描述了等离子焊炬，最好为供切割原 料的等离子电弧以及焊接边缘预备工作使用。特别使用尖角切割喷嘴来构成焊炬头(torch head)的细长外形，该焊炬头的内角与外角彼此完全相同，也和喷嘴盖的内角和外角相同。 在喷嘴盖和切割喷嘴之间有供冷却剂使用而形成的室，在该室中，喷嘴盖具有轴环，构造出 具有切割喷嘴的金属密封垫，所以得以通过这种方式，形成作为冷却剂室使用的均勻环状 间隙。冷却剂(通常是水)的供应和去除方式是经由喷嘴支架中的两道隙缝，所述隙缝设 置成彼此偏移180度。在第DE 2525939号专利案中，描述了等离子电弧焊炬，尤其是供切割或焊接使用 的等离子电弧焊炬，其中，电极支架和喷嘴体构成可替换组件。而外冷却剂供应大致上是由 环绕喷嘴体的结合盖所形成的。冷却剂流过管道，进入喷嘴体和结合盖所形成的环状空间。第DE 69233071T2号专利案有关于电弧等离子切割设备。该案描述了供由传导原 料构成的等离子电弧切割焊炬使用的喷嘴实施例，其具有使等离子气喷出的开放出口，并 有经设计的凹体部位，是以其具有大致呈圆锥状、朝着开放出口倾斜的薄壁式结构以及和 主体部分一体地形成的加大头部分，除了中央管道以外，头部分为固体，中央管道与开放出 口呈一直线，并具有大致呈圆锥状的外表面，外表面同样朝开放开口倾斜，并具有邻接直径 超过主体的邻体部分的直径，以形成降减凹处。电弧等离子切割设备具有第二气盖。此外， 喷嘴和第二气盖之间设有水冷盖，以形成供喷嘴外表面使用的水冷室，以求高效冷却。喷嘴 的特征在于大头部，该头部环绕等离子喷射物的开放开口，并相对于圆锥体呈明显低下或 凹下状态。在上述等离子焊炬中，通过供应管道将冷却剂供应给喷嘴，并经由返水管道使水 离开喷嘴。这些管道通常彼此呈180度偏移，而在从供应管道至返水管道的过程中，冷却剂 应该尽可能均勻地环绕喷嘴流动。然而，在喷嘴管道邻近处，反复出现过热现象。焊炬使用不同的冷却剂流，最好是等离子焊炬，尤其是供等离子焊接、等离子切 割、等离子熔解和等离子喷雾使用的焊炬，其可在喷嘴中承受高热载，而第DD 83890B1号 专利案中针对阴极有所说明。在此案例中，为了冷却喷嘴，具有可轻易将冷却媒介物引导环 插入和取出的喷嘴支撑部件，该部件具有圆周形沟槽，以限制冷却媒介物沿着外喷嘴壁流 向不超过3mm厚的薄层。冷却剂线路不止一道，最好是对应于成形沟槽设置二至四道呈星 状的冷却剂线路，以喷嘴轴为中心，呈放射和对称状态，并以星状排列对应于沟槽，设置角 度介于0至90度之间，以如此方式引导冷却剂进入成形沟槽，每道线路皆具有两个紧临线 路的冷却媒介物出口，而每个冷却媒介物出口具有两个紧邻其的冷却媒介物入口。
这种部件设置方式的不利之处在于，如欲冷却则需更加努力，因为使用了附加组 件冷却媒介物引导环。此外，也会造成整个设置更为庞大。所以，本发明以避免喷嘴管道或喷嘴孔邻近处过热问题的简易方法为基础。
发明内容
根据本发明，可利用液冷式等离子焊炬用喷嘴来解决此问题，喷嘴包括位于喷嘴 顶端处、作为等离子气喷射出口的喷嘴孔以及第一部分，除了从喷嘴顶端方向看至少有以 另一角度β 、β 2延伸成锥状的偏斜部分外，从喷嘴顶端方向看，喷嘴外表面以α角度逐 渐尖细成锥状。至少在一个具体实施例中，从喷嘴顶端方向看的偏斜部分位于喷嘴孔最窄 部分或最窄区域的前方。在此背景下，可考虑将α角度的范围设置在20度至120度之间。优选地，角度范 围介于30度至90度的范围之间。若β 、β 2角度范围在20度至120度之间，则有很大帮助。优选地，角度范围介 于30度至90度之间。根据本发明的另一具体实施例，可具备多个偏斜部分，而偏斜部分可以以同样的 β 或β 2角度呈锥形延伸。另一方面，亦可想象具有一个以上的偏斜部分，而其中至少有两个偏斜部分是以 不同的β 1、β 2角度呈锥形延伸。α角度和β 1或β 2角度值不同时是有利的，角度最大差值为30度。另一方面，亦可想象α角度和β 1或β 2角度值相同。根据本发明的另一实施例，可假设存在Y角，其由逐渐尖细成锥状的第一部分的 外表面、以及延伸成锥形的偏斜部分或其中一个偏斜部分的外表面所构成，角度介于60度 至160度之间。较佳的状况是，角度范围介于100度至150度之间。此外，可方便假设存在δ角，由朝向偏斜部分或其中一个偏斜部分的喷嘴顶端的 前边缘和喷嘴的中心轴所构成，角度范围介于75度至105度之间。特别地，δ角最好为90度。偏斜部分的长度和喷嘴中心轴呈平行、范围介于Imm至3mm之间时是有利的。特别地，若平行于喷嘴中心轴的偏斜部分长度为相同尺寸的情况。根据本发明的另一具体实施例，可假设和喷嘴中心轴垂直的偏斜部分长度范围介 于Imm至4mm之间。尤其是可以假设和喷嘴中心轴垂直的偏斜部分长度尺寸相同。如喷嘴具有可容纳于焊炬底座托架中的圆筒形外表面的第二部分，则是有利的。如喷嘴具有第三部分而其外表面大致呈圆筒形，并正好位于相应于喷嘴中心轴的 喷嘴孔前，则是有利的。若喷嘴具有第三部分而其外表面大致呈圆筒形，并位于至少部分相对于与喷嘴中 心轴相应的喷嘴孔的位置，则是有利的。此外，0型环用沟槽可以位于喷嘴顶端附近处。此外，通过喷嘴和喷嘴盖的装置来解决本问题，喷嘴盖和喷嘴在冷却剂供应线路 和回返线路的液体连通管道中形成冷却剂室，而喷嘴盖至少位于喷嘴第一部分的范围中，
6具有从喷嘴顶端方向看逐渐尖细成锥状的内表面。从喷嘴顶端方向看，沿着喷嘴的中心轴，冷却剂室圆环表面范围至少比偏斜部分 前的位置更快降减1. 5至8倍时是有利的。此外，从喷嘴顶端的方向看，沿着喷嘴中心轴，冷却剂室的圆环表面区域正好在至 少一个偏斜部分后方、大于偏斜部分最小区域1. 5至8倍。此外，可想象从喷嘴顶端的方向看，沿着喷嘴中心轴，冷却剂室的圆环表面正好在 至少一个偏斜部分后方至少跳升至正好在偏斜部分前方的值。在本发明的具体实施例中，冷却剂供应线路和冷却剂回返线路彼此偏移180度。根据进一步观点，本问题可使用包括冷却剂供应线路和冷却剂回返线路并具有所 述装置的液冷式等离子焊炬来解决。在具体实施例中，等离子焊炬不仅只有一道等离子气体供应线路，还有第二等离 子气体供应线路以及喷嘴护套(nozzle cover guard)。本发明根据通过提供至少一个偏斜部分的奇特实现方案而成，以截至目前为止使 冷却剂更均勻流绕喷嘴的一种简单的方法来将冷却剂供应给喷嘴，其亦代表冷却剂到达更 大范围的喷嘴孔周遭区域，且/或提高了喷嘴孔周遭区域的冷却剂流率。无需为了改善冷 却效果、增加喷嘴使用寿命而使用额外组件。再者，可通过等离子焊炬的小型结构性设计来 达到此作用。而且，可使用此方法简单且快速地更换喷嘴。另外，等离子焊炬可充分维持尖 锐角度。
附带权利要求和下列说明将进一步阐明本发明的特点与优势，其中将详细图解并 连同参考标号说明本发明的若干特定实施例。图Ia示出根据本发明的特定实施例的穿过包括具有喷嘴的等离子和第二气体供 应线路的等离子焊炬头的纵剖面图；图Ib连同尺寸和标号剖面示出图Ia的纵剖面图；图Ic示出各式剖面图中的冷却剂室区域图解；图2以纵剖面示出图Ia的喷嘴的另一图解；图3a示出根据本发明的另一特定实施例的穿过包括具有喷嘴的等离子和第二气 体供应线路的等离子焊炬头的纵剖面图；图3b连同尺寸和标号剖面示出图3a的纵剖面；图3c示出各式剖面图中的冷却剂室区域图解；图3d以纵剖面示出图3a的喷嘴的另一图解；图4示出根据本发明的另一特定实施例的穿过包括具有喷嘴的等离子和第二气 体供应线路的等离子焊炬头的纵剖面图；图5示出根据本发明的另一特定实施例的穿过包括具有喷嘴的等离子和第二气 体供应线路的等离子焊炬头的纵剖面图；图6示出根据本发明的另一特定实施例的穿过包括具有喷嘴的等离子和第二气 体供应线路的等离子焊炬头的纵剖面图；图6a以纵剖面示出图5的喷嘴的另一图解；
图7示出根据本发明的另一特定实施例的穿过仅包括具有喷嘴的等离子气体供 应线路的等离子焊炬头的纵剖面图，该等离子焊炬头可执行间接运作；图8以纵剖面示出图7的喷嘴的另一图解；图9示出根据本发明的另一特定实施例的穿过仅包括具有喷嘴的等离子气体供 应线路的等离子焊炬头的纵剖面图，该等离子焊炬头可执行间接运作；图10以纵剖面示出图9的喷嘴的另一图解；图11示出根据本发明的另一特定实施例的穿过仅包括具有喷嘴的等离子气体供 应线路的等离子焊炬头的纵剖面图，该等离子焊炬头可执行间接运作；图12示出根据本发明的另一特定实施例的穿过仅包括具有喷嘴的等离子气体供 应线路的等离子焊炬头的纵剖面图；以及图13示出根据本发明的另一特定实施例的穿过仅包括具有喷嘴的等离子气体供 应线路的等离子焊炬头的纵剖面图。
具体实施例方式图la、图Ib和图2所示出的等离子焊炬头1具有电极羽管6，电极羽管6通过电 极插入物7. 1支撑电极7，在本例中为通过螺纹(未示出)。电极7被设计成具有以钨制成 的尖形电极插入物7. 1的电极支架。举例而言，针对等离子焊炬，可使用氩气/氢气混合物 作为等离子气体。圆筒状喷嘴托架5支撑喷嘴4。通过螺纹附着在等离子焊炬头1上的喷 嘴盖2固定喷嘴4并与其形成冷却剂室10。通过0型环4. 16将冷却剂室10密封在喷嘴4 和喷嘴盖2之间，密封垫位于喷嘴4中的沟槽内。喷嘴4具有第一部分4. 17，除了从喷嘴顶 端的方向看以β = β = β 2的角度延伸成锥状的两个偏斜部分4. 21和4. 22外，从喷嘴 顶端的方向看，第一部分4. 17的外表面4. 2以α角度逐渐尖细成锥状。喷嘴盖2包括邻 接第一部分4. 17的部分2. 1，部分2. 1的内表面2. 2大体上亦逐渐尖细成锥状。冷却剂(例如，水或加了抗冻剂的水)从冷却剂供应线路WV流经冷却剂室10，到 达冷却剂回返线路WR，供应线路WV和回返线路WR设置成彼此偏移180度。在先前技术的 等离子焊炬中，反复发现喷嘴孔4. 10区域中的喷嘴有过热现象。从经过短时间的运作后喷 嘴的铜变色即可看出这一点。在间接运作液冷式等离子焊炬时，特别可看出此影响。遇此 情况，即使是40Α的液流，在仅有短时间(5分钟)运作之后也已经发生严重变色现象。同 样地，喷嘴和喷嘴盖之间的密封点负荷过重，造成0型环4. 16损伤，并因此泄漏而使冷却剂 流出。研究已显示，这种影响尤其会发生在喷嘴面对冷却剂回返线路WR的一侧。料想冷却 剂并未充分冷却受到最高热负载的区域(主要为喷嘴4的喷嘴孔4. 10)，因为冷却剂未适当 流经冷却剂室10最靠近喷嘴孔的部件10. 20且/或完全未触及，尤其是在面对冷却剂回返 线路WR的一侧上。喷嘴4和喷嘴盖2在冷却剂室10中划定出区域10. 1和10. 2的建立， 引导冷却剂在流入环绕喷嘴孔4. 10的冷却剂室10的区域10. 20之前，流向从喷嘴盖方向 看为向外的方向，大大改善冷却效果。由于区域10. 1和10. 2的建立，即使在经历超过一小 时的运作后，喷嘴孔4. 10区域里的喷嘴亦未发生变色现象。喷嘴4和喷嘴盖2之间也不再 有任何泄漏发生，而0型环4. 16并未过热。据信当流向喷嘴顶端的冷却剂穿过冷却剂10 中的区域10. 1和10.2时，冷却剂流偏向喷嘴盖2，而喷嘴4和喷嘴盖2之间的间隙缩减， 造成冷却剂更加盘旋，增加冷却剂的流率。此外，可以看出在冷却剂通过喷嘴孔4. 10周围
8的冷却剂室较大部分10. 20前，不使冷却剂流回，所以能更有效地转移喷嘴4和冷却剂之间 的热度。由于区域10. 2形成了冷却剂影响边缘，所以利用喷嘴4和喷嘴盖2之间、从区域 10. 20至冷却剂室10的变窄区域10. 2的间隙的突然急遽缩减来防止冷却剂过早从冷却剂 室10的区域10. 20流回。图Ib和图Ic示出冷却剂室10自AlOa至AlOg表面的位置、范围F和圆环形状。 从这些数据清楚可见，所述第一部分4. 17内圆环的范围F在以每Imm为37mm2的速率骤降 为90mm2之前，先以每Imm为8mm2的速率沿着喷嘴的中心轴M由183mm2(AlOa)直线下降至 146mm2 (AlOd)。之后，范围F骤增至166mm2 (A10e2)，并达到比其在区域10. 1 (AlOd)中发生 降减前的尺寸更大的尺寸。同样情况亦适用于区域10. 2。此外，该等离子焊炬头配有喷嘴护盖托架8，以及喷嘴护盖9。环绕等离子喷射物 的第二气体SG流经此区域。第二气体SG流经第二气体线路9. 1，第二气体线路9. 1可以使 气体旋转。图2以另一纵剖面图解的方式示出图Ia和图Ib的喷嘴4 ；喷嘴4具有带圆筒状 外表面4. 1的第二部分，以便容纳在喷嘴托架5中。此外，其拥有具有外表面4. 2的第一部 分，从喷嘴顶端方向看，该外表面4. 2大体上以α角度逐渐尖细成锥状，并具有大体为圆筒 状外表面4. 3的第三部分。该外表面4. 2具有两个偏斜部分4. 21和4. 22，以相对于逐渐尖 细为锥状的该外表面4. 2的方向延伸成锥状。此外，喷嘴4具有供0型环4. 16使用的沟槽 4. 15。喷嘴4的主要尺寸如下D = 22mmal = 1. 5mma2 = 1. 5mmbl = 1. 9mmb2 = 1. 8mmα = 50°β 1 = β 2 = 50°y = 130°δ = 90°dll = 14. 7mmdl2 = 10. 9mmdl3 = d21 = Ilmmd22 = 11. 8mmd23 = 12mmd51 = 7mm.在本实施例中，α角和β 角及β 2角皆相等；同样地，al尺寸和a2尺寸亦相等。图3a和图3d示出根据本发明的另一特别实施例的包括具有喷嘴的等离子和第二 气体供应线路的等离子焊炬头。等离子焊炬头1具有电极羽管6，电极羽管6支撑具有电极 插入物7. 1的电极7(在本例中通过螺纹(未出示))。电极7被设计成具有由钨制成的尖 状电极插入物7. 1的电极支架。举例而言，针对等离子焊炬，可使用氩气/氢气混合物作为等离子气体。圆筒状喷嘴托架5支撑喷嘴4。通过螺纹附着在等离子焊炬头1上的喷嘴盖 2固定喷嘴4并和喷嘴4 一起形成冷却剂室10。介于铜制喷嘴4和黄铜喷嘴盖2之间的金 属密封垫密封冷却剂室10。在本例中，金属密封垫仅代表介于喷嘴和焊炬区域前的喷嘴盖 之间的密封垫，并非以0型环所制成，而是将两个金属压挤组件压挤在一起而制成。喷嘴4 具有第一部分4. 17，除了从喷嘴顶端4. 11的方向看以β = β 1 = β 2角度逐渐延伸成锥 状的三个偏斜部分4. 21,4. 22和4. 23以外，从喷嘴顶端4. 11的方向看，第一部分4. 17的 外表面以α角度逐渐尖细成锥状。喷嘴盖2包括邻接第一部分4. 17的部分2.1，部分2.1 的内表面2. 2大致上亦逐渐尖细成锥状。冷却剂(例如，水或加了抗冻剂的水)从冷却剂 供应线路WV流经冷却剂室10，到达冷却剂回返线路WR，供应线路WV和回返线路WR被设置 成彼此偏斜180度。图3b和图3c示出冷却剂室10圆环表面AlOa至AlOi的位置、区域F和形状。从 图解可以看出，圆锥区域中的圆环区域F先从258mm2 (AlOa)呈直线降减至218mm2 (AlOc)， 再沿着区域10. 1中的焊炬轴M降至158mm2 (AlOdl)。之后，范围F骤增至252mm2 (A10d2)， 并达到比其在区域10. I(AlOc)中降减前的尺寸还要大的尺寸。同样情况适用于区域10. 2 和 10. 3。此外，等离子焊炬头1配有喷嘴护盖托架8和喷嘴护盖9。环绕等离子喷射物的第 二气体SG流经此区域。图3d示出图3a的喷嘴4，但是在另一图解中。其具有带圆筒形外表面4. 1的第二 部分，以便容纳在喷嘴托架5中，从喷嘴顶端4. 11的方向看，第一部分具有逐渐尖细成锥状 的外表面4. 2，而第三部分具有环绕喷嘴孔4. 10、大致呈圆筒状的外表面4. 3。外表面4. 2 具有三个偏斜部分4. 21,4. 22和4. 23，从相对于外表面4. 2的方向看，这些偏斜部分延伸成 锥状，整体逐渐尖细成为锥状。喷嘴的主要尺寸为D =22mm
al ==3. 4mm
a2 ==a3 = 1. 7mm
bl ==3. 4mm
b2 ==b3 = 1. 7mm
a =33°
β 1=β 2 = β 3 = 33°
Y ==147°
δ ==90°
dll=19. 2mm
dl2=19. 7mm
dl3=d21 = 16. 3mm
d22=17, 7mm
d23=d31 = 14. 3mm
d32=15. 7mm
d33=12mm
d50=10:5mm.
图4示出具有不同于图Ia的喷嘴的等离子焊炬。喷嘴4和喷嘴盖2在冷却剂室 10中界定出区域10. 1，从喷嘴顶端4. 11的方向看，区域10. 1呈锥状，引导冷却剂流在流入 环绕喷嘴孔4. 10的冷却剂室10的区域10. 20之前先流向从喷嘴盖2方向看为向外的方向， 大大改善冷却效果。此外，喷嘴4的圆周耳柄在此将区域10. 20缩窄并分为两个区域。同 时，将热度传出的喷嘴孔4. 10周围的喷嘴4表面以这种方式扩增，达到进一步改善冷却效
果 ο图5示出类似于图Ia的本发明的另一等离子焊炬的具体实施例。在本例中，等离 子焊炬具有供以含氧气体或氮气作为等离子气体使用的平头电极7。冷却剂室10具有与图 Ia的冷却剂室相同的特点。图6亦示出根据本发明的具体实施例的供以含氧气体或氮气作为等离子气体使 用的等离子焊炬。等离子焊炬和喷嘴4的角度不如图Ia中的角度尖锐，但冷却剂室具有和 图5的冷却剂室相同的特点。图6中有相关喷嘴4的详细图解。图7至图11图示出根据本发明的等离子焊炬的另外的具体实施例，但是供以氩气 /氢气混合物作为等离子气体的间接运作使用，且不具有护盖托架和喷嘴护盖。间接运作 模式用喷嘴和直接运作模式用喷嘴不同，其中，喷嘴孔4. 10的锥状延伸部分位于喷嘴顶端 4. 11，比直接运作喷嘴中的同等物要长许多。冷却剂室10也具有发明的特点。在图9和图 11中，喷嘴4和喷嘴盖2在冷却剂室10中界定出区域10. 1，从喷嘴顶端4. 11的方向看， 区域10. 1呈锥状，区域10. 1引导冷却剂，使冷却剂在流入环绕喷嘴孔4. 10的冷却剂室10 的区域10. 20之前先流向从喷嘴盖2的方向看向外的方向。图7示出具有该区域10. 1至 10. 4的设置。图12示出以含氧气体或氢气作为等离子气体的等离子焊炬。冷却剂室10中具有 两个区域，分别为区域10. 1和10. 2，由喷嘴4和喷嘴盖2界定而出，从喷嘴顶端4. 11的方 向看呈锥状，并引导冷却剂，使冷却剂在流入环绕喷嘴孔4. 10的冷却剂室10的区域10. 20 之前先流向从喷嘴盖2的方向看向外的方向，大大改善冷却效果。图13示出穿过仅具有等离子气体供应线路的等离子焊炬头的纵剖面图，S卩，该实 施例并无喷嘴护盖托架和喷嘴护盖，仅具有一条线路进入图3d中同样设置的喷嘴。本说明、图和权利要求中所披露的发明特征，是为在各种单独或结合式实施例中 执行发明的本质要点。主要标号说明
1等离子焊炬头
2喷嘴盖
2.1喷嘴盖2的部分
2.2部分2. 1的内表面
3等离子气体线路
4喷嘴
4.1喷嘴4的圆筒状外表
4.2喷嘴4的圆锥状外表
4.3喷嘴4的圆筒状外表
4.10喷嘴孔0124]4. 11
0125]4. 15
0126]4. 16
0127]4. 17
0128]4. 21,4. 22,4. 23,4. 24
0129]5
0130]6
0131]7
0132]7. 1
0133]8
0134]9
0135]9. 1
0136]10
0137]10. 1,10. 2,10. 3,10. 4
0138]10. 20
0139]AlOa to AlOi
0140]D
0141]dllto
0142]dl2to
0143]dl3to
0144]d51
0145]F
0146]M
0147]PG
0148]SG
0149]WV
0150]WR
0151]α
0152]β 1 至 β4
0153]al 至 a4
喷嘴顶端 沟槽 0型环
喷嘴4的第一部分 偏斜部分 喷嘴托架 电极羽管 电极支架 电极插入物 喷嘴护盖托架 喷嘴护盖 第二气体线路 冷却剂室 冷却剂室10的缩窄部分 冷却剂室10的部件 冷却剂室10的圆环表面 喷嘴4的直径 喷嘴4的直径 喷嘴4的直径 喷嘴4的直径 喷嘴4的直径 范围
喷嘴4或等离子焊炬头1的中心轴 等离子气体 第二气体 冷却剂供应线路 冷却剂回返线路 喷嘴4的外表面4. 2的角度 偏斜部分4. 21至4. 24的角度 偏斜部分4. 21至4. 24的长度
d41 d42 d43
1权利要求
1.一种液冷式等离子焊炬用喷嘴(4)，包括供等离子喷射物在喷嘴顶端(4. 11)处射出 的喷嘴孔(4. 10)以及第一部分(4. 17)，除了从喷嘴顶端(4. 11)的方向看以角度β 1、β 2 延伸成锥状的至少一个偏斜部分(4. 21 ；4. 22 ；4. 23 ；4. 24)外，从喷嘴顶端(4. 11)的方向 看，该第一部分的外表面(4.2)以α角度逐渐尖细成锥状。
2.如权利要求1所述的喷嘴(4)，其特征在于，α角度的范围介于20度至120度之间。
3.如权利要求1或2所述的喷嘴(4)，其特征在于，β 、β2角度的范围介于20度至 120度之间。
4.如权利要求1至3中的任何一项所述的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴具有多个偏斜部 分(4. 21、4. 22、4. 23、4. 24)，而该偏斜部分(4. 21、4. 22、4. 23、4. 24)以相同角度 β 1或 β2 延伸成为锥状。
5.如权利要求1至3中的任何一项所述的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴具有多个偏斜部 分(4. 21、4. 22、4. 23、4. 24)，而偏斜部分(4· 21、4· 22、4· 23、4· 24)中至少有两个以不同角 度β 1、β 2延伸成为锥状。
6.如权利要求1至5中的任何一项所述的喷嘴(4)，其特征在于，α角和β1角或β 2 角最大差幅为30度。
7.如权利要求1至5中的任何一项所述的喷嘴(4)，其特征在于，α角与β1或β 2角大小相等。
8.如权利要求1至7中的任何一项所述的喷嘴(4)，其特征在于，由该第一部分(4.17) 的外表面(4.2)所构成的Y角逐渐尖细成锥状，而偏斜部分或其中一个偏斜部分(4.21、 4. 22,4. 23,4. 24)的外表面延伸成锥状，角度范围介于60度至160度之间。
9.如权利要求1至8中的任何一项所述的喷嘴(4)，其特征在于，由朝向偏斜部分或其 中一个偏斜部分(4.2、4.22、4.23、4.24)的喷嘴顶端的前边缘和喷嘴的中心轴形成δ角， 角度范围介于75度至105度之间。
10.如权利要求9所述的喷嘴(4)，其特征在于，该δ角的角度为90度。
11.如权利要求1至10中的任何一项所述的喷嘴(4)，其特征在于，和喷嘴(4)的中心 轴(M)平行的偏斜部分(4. 21,4. 22)的长度(al、a2...)范围介于Imm至3mm之间。
12.如权利要求11所述的喷嘴(4)，其特征在于，和喷嘴(4)的中心轴(M)平行的偏斜 部分(4. 21,4. 22)的长度(al、a2...)尺寸相等。
13.如权利要求1至12中的任何一项所述的喷嘴(4)，其特征在于，和喷嘴(4)的中心 轴(M)呈直角的偏斜部分(4.21、4.22)的长度(bl、b2)范围介于Imm至4mm之间。
14.如权利要求13所述的喷嘴(4)，其特征在于，和喷嘴(4)的中心轴(M)呈直角的偏 斜部分(4.21、4.22)的长度(bl、b2)尺寸相等。
15.如权利要求1至14中的任何一项所述的喷嘴(4)，其特征在于，喷嘴(4)具有带圆 筒形外表面(4. 1)的第二部分，该第二部分容纳在喷嘴托架(5)中。
16.如权利要求1至15中的任何一项所述的喷嘴(4)，其特征在于，喷嘴(4)具有带大 致呈圆筒状外表面(4.3)的第三部分，该第三部分正好位于与喷嘴(4)的中心轴(M)相应 的喷嘴孔(4. 10)之前。
17.如权利要求1至15中的任何一项所述的喷嘴(4)，其特征在于，喷嘴(4)具有带大 致呈圆筒状外表面(4.3)的第三部分，该第三部分位于至少部分与相应于喷嘴(4)的中心轴(M)的喷嘴孔(4. 10)相对之处。
18.如权利要求1至17中的任何一项所述的喷嘴(4)，其特征在于，供0型环使用的沟 槽位于喷嘴顶端(4. 11)附近。
19.包括权利要求1至18中的任何一项所述的喷嘴(4)和喷嘴盖(2)的装置，其中， 该喷嘴盖(2)和喷嘴(4)形成冷却剂室(10)，该冷却剂室(10)与冷却剂供应线路(WV)和 冷却剂回返线路(WR)液体连通，其中，至少在喷嘴(4)的第一部分的区域里，该喷嘴盖(2) 具有从喷嘴顶端(4. 11)方向看逐渐尖细成锥状的内表面。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，从喷嘴顶端(4.11)的方向看，该冷却剂室 (10)圆环表面(AlOa)的范围(F)沿着喷嘴⑷的中心轴(M)在至少一个偏斜部分(10. 1) 中快速降减到至少是在偏斜部分之前的位置的1. 5至8倍。
21.如权利要求19或20所述的的装置，其特征在于，从喷嘴(4.11)的方向看，冷却剂 室(10)圆环表面(A10a、A10b)的范围(F)沿着喷嘴(4)的中心轴(M)正好位于至少一个 偏斜部分(4. 21 ；4. 22 ；4. 23 ；4. 24)之后，比偏斜部分(10. 1)的最小范围(F)大1. 5至8 倍。
22.如权利要求19至21中的任何一项所述的装置，其特征在于，从喷嘴顶端(4.11) 的方向看，冷却剂室(10)圆环表面(AlOa、AlOb、…)的范围(F)沿着喷嘴(4)的中心轴 (M)正好位于至少一个偏斜部分(4. 21 ；4. 22 ；4. 23 ；4. 24)之后，冷却剂室(10)圆环表面 (AlOa、AlOb、...)值至少跳升到其正好位于偏斜部分前方的值。
23.如权利要求19至22中的任何一项所述的装置，其特征在于，冷却剂供应线路和冷 却剂回返线路被设置成彼此偏移180度。
24.具有冷却剂供应线路、冷却剂回返线路、以及如权利要求19至23中的任何一项所 述的装置的液冷式等离子焊炬。
25.如权利要求24所述的等离子焊炬，其特征在于，该等离子焊炬不仅具有一道等离 子气体供应线路，还具有一道第二气体供应线路和喷嘴护盖(9)。
全文摘要
本发明有关一种液冷式等离子焊炬，包括使等离子喷射物在喷嘴顶端处出泄的喷嘴孔，除了从喷嘴顶端方向的β角度看呈锥状延伸的至少一个偏斜部分外，还有从喷嘴顶端方向的α角度看外表面逐渐尖细成锥状的第一部分。本发明还有关于一种具有喷嘴盖的液冷式等离子焊炬装置，并有关于包括该装置的一种等离子焊炬。
文档编号H05H1/34GK102007821SQ200980112829
公开日2011年4月6日 申请日期2009年3月23日 优先权日2008年4月8日
发明者佛克·克林克, 拉夫-彼得·瑞因克, 提摩·葛伦克, 法兰克·劳里施 申请人:谢尔贝格芬斯特瓦尔德电浆及电机制造有限公司