专利名称：等离子切割割炬喷嘴的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种等离子切割设备，具体涉及一种等离子切割割炬喷嘴。
背景技术：
等离子切割割炬喷嘴是等离子切割设备中的易损件。现有的等离子切割割炬喷嘴，为了提高切割能力，其喷嘴口部的长径比L/D设计值较大(普遍为L/D>2.4)，长径比越大，等离子弧流经喷嘴空腔的时间也就越长，喷嘴受等离子弧烧灼的时间也就长；又由于受等离子气体流速稳定性影响，易出现喷嘴过热而造成喷嘴烧损。现有喷嘴材料通常使用的材料是合金铜，而合金铜的导电性、导热性较差，所以导致喷嘴口的金属表面电阻大，容易灼烧喷嘴口。基于以上原因，现有等离子切割割炬喷嘴易烧损，切割寿命短，极大地提高了加工成本。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题在于解决等离子切割割炬喷嘴在切割时烧损快、切割寿命短的缺点。为解决上述问题，本实用新型的等离子切割割炬喷嘴，包括中空的圆锥形喷嘴本体，喷嘴本体前端设置有圆柱形状的喷嘴通道，喷嘴通道的长径比L/D的比值范围为I
2.4 ;本实用新型的等离子切割割炬喷嘴整体采用导电率大于90%IACS的高导电率材料制成；其喷嘴通道内表面的表面粗糙度在Ral.6以下。
采用上述技术方案后，由于喷嘴通道长径比(轴向长度和圆孔的直径比)L/D的范围为1-2.4，从而降低了喷嘴和等离子弧之间的表面电阻，缩短等离子弧流经喷嘴通道的时间，减少等离子弧对喷嘴通道的烧灼。喷嘴通道粗糙度在Ral.6以下，使得等离子弧气体快速流经喷嘴通道，提高了等离子弧流速，减少等离子气体中心的高温对喷嘴通道的热量传输。从而可以有效减少等离子弧对喷嘴的烧灼，显著延长喷嘴使用寿命，降低使用成本。进一步的，本实用新型的等离子切割割炬喷嘴，其喷嘴通道的长径比为1.4至2.2。可以进一步提闻切IllJ寿命。进一步的，本实用新型的等离子切割割炬喷嘴，其喷嘴通道的长径比为2，喷嘴通道内表面的表面粗糙度为Ral.0，可以达到最高寿命。
图1是由等离子切割割炬喷嘴、电极、屏蔽罩组成的等离子弧焊炬的剖面图；图2是本实用新型的等离子切割割炬喷嘴的结构示意图；图2中:L表示喷嘴通道的长度；D表示喷嘴通道的直径。
具体实施方式
[0013]
以下结合附图对本实用新型做进一步说明:如图1所示，等离子弧焊炬由喷嘴本体1、电极2、屏蔽罩5构成，电极2安装在喷嘴本体I内腔，屏蔽罩5安装在喷嘴本体I前端位置且两者之间装配形成一个环绕喷嘴本体I前端的冷却室3，工作时外部辅助气流在冷却室3内流动，气流方式如附图中的箭头指
/Jn ο其中电极2由两部分构成:电极2前端中心部位设置有用于等离子弧的发射的发射体21 ;电极2内部形成有一个冷却室22。如图2可见，等离子切割割炬喷嘴，包括中空的圆锥形喷嘴本体1，喷嘴本体I前端设置有圆柱形状的喷嘴通道10，等离子弧4通过喷嘴通道10实现挤压和收缩并提高密度，同时等离子弧被升温和加速，然后喷向工件，使工件局部熔化以对工件进行切割。等离子弧产生过程，首先是电极2和等离子切割割炬喷嘴之间施加高频电压，它们之间放电引燃先导弧，等离子气流从等离子切割割炬喷嘴后部空腔中产生，随着等离子气流的流动，电极产生的先导弧移向等离子切割割炬喷嘴前端中心，同时电极2和等离子切割割炬喷嘴之间所施电源切断，中断先导电弧，引燃主电弧。等离子弧高速喷向喷嘴前端的喷嘴通道10。然后借助喷嘴通道10使等离子弧进行挤压和压缩，提高密度，产生高温高速喷射流，对工件进行切割。由于每次起弧起割或穿孔都是由电极2和等离子切割割炬喷嘴之间先产生先导弧，而先导弧的高温对等离子切割割炬喷嘴前端是一种损伤。现有技术中，为提高切割质量，采取的是单纯的加大喷嘴通道长径比L/D的方法，其长径比一般要求大于2.4。在引燃主电弧之前，先导电弧一直滞留在等离子切割割炬喷嘴口部附近，由于其大长径比设计，在喷嘴口部停留的时间更长，热量更为集中在喷嘴的口部。也就是说每次进行切割起割或穿孔都在加剧对喷嘴通道10的损耗。因而大长径比设计将明显缩短等离子切割割炬喷嘴寿命O 实验发现:喷嘴通道10粗糙度对等离子切割割炬喷嘴寿命影响极大，对在喷嘴通道10内表面进行表面处理，降低表面粗糙度，可以减小气流通过金属表面的阻力、提高等离子流速，减短弧在喷咀口部表面停留时间，从而提高金属寿命。因而，本实用新型的等离子切割割炬喷嘴，包括中空的圆锥形喷嘴本体1，喷嘴本体I前端设置有圆柱形状的喷嘴通道10，喷嘴通道10的长径比L/D的比值范围为I 2.4。喷嘴通道10内表面的表面粗糙度在Ral.6以下。采用上述方案后，本实用新型的等离子切割割炬喷嘴既能达到较高的切割能力，又能有效提闻金属寿命。实验还发现:喷嘴的导电性影响喷嘴的烧灼，导电性能差的材料，烧灼越快。因而，本等离子切割割炬喷嘴整体采用导电率大于90%IACS的高导电率材料制成，可采用的材料范围广泛，例如T2、Tl、TU2T，可以进一步提高使用寿命。通过热量分析及相等条件下切割钢板后喷嘴的口部损耗，对本实用新型的等离子切割割炬喷嘴和对比产品进行比较结果如下:对比产品引出的气流为柱状气流，本实用新型中喷嘴引出的气流为纺锤形气流；两者温度均可以达到900度以上。因其气流形状的差异以及喷嘴通道10长度变短，本实用新型的气流(弧柱)的流速要高于对比产品，因而保证了切割能力，同时电弧在喷嘴口部停留的时间大大缩短，延长了金属寿命。喷嘴在先导弧产生后要发生切割先要进行气体切换，切换气体所需的时间，理论上希望气体切换完成在主电弧出现的同一时刻。这整个切换过程在喷嘴的口部完成。然而置换过程受切割气流供应时间长短的影响，在引导弧消失前，切割孔口内侧因与电极之间放电而继续加热。因对比产品大的长径比设计，气流(弧柱)成柱状易造成切割孔口内表面熔融，烧蚀面积增大。在切割小孔或小圆弧或锐角因形状引起的电弧电压的上升等电压变化后，为了防止切割时电弧中断必须确保一定程度的电流、气体压力、切割速度的设定值，因此就更延长了引导弧的时间，更易在切割工件表面留下烧蚀伤痕。实施例一切割对象:厚度为25MM，材质为Q235碳钢的船用钢板；实验方法:穿孔后切割内孔Φ30外圆Φ40πιπι环形工件。通过起弧后切割工件的穿孔次数，来验证本实用新型的等离子切割割炬喷嘴和对比产品切割寿命及切割质量，并根据试验现象及易损件的耗损状态来进行本实用新型结果进行论证。本实施例中，喷嘴通道10的长径比L/D=2 ;喷嘴通道10内表面的表面粗糙度为Ral.6。作为对比例的喷嘴，其L/D=2.5。在一个喷嘴的寿命期内，统计其钢板穿孔的数量和验证切割效果。实验结果:I)本实用新型的喷嘴累计切割工件数:530个；穿孔数:1060次；切割长度:116.5m。切割后易损件状态:喷嘴头部少量烧损，变黑，被氧化，孔稍微变大，内部轻微烧损，内孔附着少量熔渣。·2)对比组累计切割工件数:320个；穿孔数:640次；切割长度:70.3m。切割后易损件状态:喷嘴烧损，变黑，被氧化，孔变大歪斜，内部烧损，内孔附着少量熔渣。实验结果可以发现，本实用新型的喷嘴，在穿孔用途中，其寿命是对比例的1.65倍，因而本实用新型可以大大降低生产成本，提供生产效率。实施例二切割对象:厚度为20丽，材质为Q235碳钢的船用钢板。本实施例中，本实用新型的等离子切割割炬喷嘴，其喷嘴通道10的L/D=2 ;喷嘴通道10的的内孔壁被打磨成表面粗糙度Ral.0;喷嘴的材料为铜材料T2。对比组L/D=2.8。在一个喷嘴的寿命期内，统计其切割钢板的线长。本实用新型的等离子切割割炬喷嘴，寿命期内切割线长为l，657，566mm;对比组在喷嘴使用寿命期内切割板材的线长为919，193mm ;本实用新型的喷嘴使用寿命是进口产品的1.8倍，可以大大降低生产成本。实施例三本实施例与实施例二的唯一区别在于将喷嘴通道10的的内孔壁打磨成表面粗糙度Ra0.8。在一个喷嘴的寿命期内，统计其切割钢板的线长。本实用新型的等离子切割割炬喷嘴，寿命期内切割线长为l，463，786mm;对比组在喷嘴使用寿命期内切割板材的线长为919，193mm ;本实用新型的喷嘴使用寿命是进口产品的1.6倍。通过实验发现，本实用新型的等离子切割割炬喷嘴，整体采用导电率大于90%IACS的高导电率材料制造，喷嘴通道10的长径比设置为1.4至2.2，喷嘴通道10的内孔壁表面粗糙度在Ral.6以下，可达到较好的使用寿命。通过实验还发现，本实用新型的等离子切割割炬喷嘴，整体采用导电率大于90%IACS的高导电率材料制造，其喷嘴通道10的长径比L/D=2 ;喷嘴通道10的内孔壁被打磨成表面粗糙度Ral.0是最优组合，在保证切割质量的前提下，可以达到最高使用寿命。本实用新型的等离子切割割炬喷嘴，在切割厚度为IOMM 25MM，材质为Q235碳钢的船用钢板时，尤其具备非常高的性价比。本实用新型的等离子切割割炬喷嘴，通过对喷嘴通道10长径比、喷嘴整体导电率、喷嘴通道10内表 面的表面粗糙度的优化设计，显著延长喷嘴使用寿命，降低使用成本。
权利要求1.一种等离子切割割炬喷嘴，包括采用导电率大于90%IACS的材料制成的中空的圆锥形喷嘴本体(1)，喷嘴本体(1)前端设置有圆柱形状的喷嘴通道(10)，其特征在于:喷嘴通道(10)的长径比L/D的比值范围为1 2.4 ;喷嘴通道(10)内表面的表面粗糙度在Ral.6以下。
2.根据权利要求1所述的等离子切割割炬喷嘴，其特征在于:喷嘴通道(10)的长径比为 1.4 至 2.2。
3.根据权利要求1所述的等离子切割割炬喷嘴，其特征在于:喷嘴通道(10)的长径比为2，喷嘴通道(10)内表面的表面粗糙度为Ral.0。
专利摘要本实用新型公开了一种等离子切割割炬喷嘴，包括中空的圆锥形喷嘴本体，喷嘴本体前端设置有圆柱形状的喷嘴通道，喷嘴通道的长径比L/D的比值范围为1～2.4。本实用新型的等离子切割割炬喷嘴，采用导电率大于90%IACS的高导电率材料制成。其喷嘴通道内表面的表面粗糙度在Ra1.6以下。本实用新型可以有效减少等离子弧对喷嘴的烧灼，显著延长喷嘴使用寿命，降低使用成本。
文档编号B23K10/00GK203124943SQ20132012294
公开日2013年8月14日 申请日期2013年3月19日 优先权日2013年3月19日
发明者余金湖, 杨小泉 申请人:安徽西锐重工科技有限公司