专利名称：用于等离子弧焊炬的通气的护罩系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种等离子弧焊炬，更具体来讲，本发明涉及一种用于从等离子弧焊炬排出第二气体的装置和方法。
背景技术：
等离子弧焊炬也被称为电弧焊炬，这种焊炬通常被用来对工件执行切割、划线、凿槽、以及焊接等加工，焊炬通过将由电离气体粒子构成的高能等离子流引导向工件而执行这些加工。在典型的等离子弧焊炬中，要被电离的气体被输送到焊炬的远端，并流经一个电极，而后，经等离子弧焊炬尖端的一个孔口或喷嘴排出。所述电极带有相对负电势，其起到一个阴极的作用。与此相反，焊炬的尖端构成了一个相对正电势，其起到了阳极的作用。另外，电极与尖端保持相互隔开的关系，由此在焊炬的远端处形成了一个间隙。在工作过程中，在电极与尖端之间的间隙中形成一个引导电弧，该电弧加热了气体，并随后将其电离。另外，电离后的气体被从焊炬吹出，该气体表现为等离子流的形式，该等离子流从尖端向远端侧延伸出。随着焊炬的远端移向靠近工件的位置处，由于工件对地的阻抗小于焊炬尖端的对地的阻抗，所以电弧从焊炬尖端跳动或转移到工件上。因此，工件将起到阳极的作用，等离子弧焊炬按照“转移电弧”的模式进行工作。
在某些等离子弧焊炬中，提供了一个流经等离子弧焊炬的第二气体，其在焊炬远端处环绕着尖端流动，以稳定从中心排出孔口流出的等离子流。另外，通常要在等离子弧焊炬上固定护罩，护罩所在位置靠近尖端部分，其用于防止熔融的材料溅射到等离子弧焊炬上，并损坏焊炬的部件一其中例如尖端、电极。因而，为了保证等离子弧焊炬的正常工作，被用来稳定等离子流的第二气体通常是从护罩吹出的。另外，如果在等离子弧焊炬的工作过程中不需要进行通气，则在此情况下，许多带有用于排送第二气体的通道的现有护罩都不能再被用作护罩。因此，对于不同的等离子弧焊炬和不同的应用场合，操作人员通常必须要使用多个护罩。
发明内容
在一种优选的形式中，本发明提供了一种用在等离子弧焊炬上的、通气的护罩系统，该系统包括一护罩杯本体，其形成了一个远端部分；一通气的止动器，其被固定到护罩杯本体的远端部分上；以及一个护罩帽，其被固定到通气的止动器上。另外，通气的止动器限定了至少一个通气通道(优选地是形成了多个此类通道)，且护罩帽限定了一个中心排出孔口，其用于在等离子弧焊炬的工作过程中排出等离子流和第二气体。在操作过程中，通气通道朝着护罩帽向内引导通气气体，通气的护罩系统阻挡了至少一部分熔融金属，防止其与等离子弧焊炬的某些部件一例如尖端或喷嘴发生接触。
在本发明的另一种形式中，被固定到通气的止动器上的护罩帽是一个机械化帽，其被用在机械化等离子弧焊炬的场合中。该机械化帽包括一个近端部分，其被固定到通气的止动器的一个中心开孔中；以及一个远端表面，其形成了一个中心排出孔口，其中，通气通道将通气气流向内引导向机械化帽以进行冷却，且在工作过程中，机械化帽阻挡着熔融金属，以防止熔融金属与等离子弧焊炬上诸如尖端等的部件相接触。
在本发明的又一种形式中，被固定到通气的止动器上的护罩帽是一个拖拉帽，其被用于执行拖拉切割操作。该拖拉帽包括一个近端部分，其被固定到通气的止动器的一个中心开孔中；以及一个远端表面，其形成了一个中心排出孔口和多条沟道。在工作中，通气通道将通气气流向内引导向拖拉帽以进行冷却，且在工作过程中，沟道引导着熔融金属，使其远离等离子弧焊炬上诸如尖端等的部件。另外，在工作过程中，拖拉帽自身还阻止熔融金属与等离子弧焊炬上的部件相接触。
在本发明的再一种形式中，被固定到通气的止动器上的护罩帽是一个凿槽帽，其被用于执行凿槽操作。该凿槽帽包括一个近端部分，其被固定到通气止动器的一个中心开孔中；一个环形外凸缘，其被布置成环绕着近端部分；以及一中心排出孔口。环形外凸缘抵接着通气止动器的远端表面，以阻挡通气通道，在等离子弧焊炬执行凿槽的过程中，等离子流和第二气体从中心排出孔口排出。另外，在工作过程中，凿槽帽自身也阻止至少部分熔融金属与等离子弧焊炬上诸如尖端等的部件相接触。
本发明的另一种形式包括一作为所述护罩帽的转向帽，其被固定到通气止动器上。转向帽包括一个近端部分，其被固定到通气止动器的中心开孔中；一个环形外凸缘，其被布置成环绕着转向帽的一个远端部分；以及一中心排出孔口。环形外凸缘抵接着通气止动器的远端表面，以阻塞通气通道，在等离子弧焊炬的工作过程中，等离子流和第二气体从中心排出孔口排出。另外，在工作过程中，转向帽自身也阻止至少部分熔融金属与等离子弧焊炬上诸如尖端等的部件相接触。
本发明的另一种形式包括一种等离子弧焊炬，其具有一个通气护罩系统和一个尖端，所述尖端至少部分地位于通气的护罩系统之中。通气的护罩系统包括一护罩杯本体、一通气的止动器、以及一个护罩帽，其中的护罩帽可以是上述的机械化帽、拖拉帽、凿槽帽、或转向帽中的一种。因而，通气通道将一第二气体流向内引导向护罩帽，且在等离子弧焊炬的工作过程中，通气的护罩系统阻挡着至少部分熔融金属，以防止熔融金属接触到焊炬的尖端。
在本发明的另一方面，提供了一种操作等离子弧焊炬的方法，该方法包括步骤将一通气气流向内引导，使其流经等离子弧焊炬的一个第一部件，并流向等离子弧焊炬的一个第二部件。另外，该方法还包括步骤利用第二部件阻挡至少一部分熔融金属，以防止熔融金属与等离子弧焊炬的部件相接触。
在本发明的另一种形式中，提供了一种等离子弧焊炬，在尖端与相邻的护罩帽之间，该等离子弧焊炬限定了一个间距，该间距是电流水平以及相邻护罩帽上中心排出孔口尺寸的函数。该间距使得等离子弧焊炬对于多种应用场合具有最佳的性能。
从下文的详细描述可清楚地了解本发明其它的应用领域。应当指出的是下文的详细描述和具体示例尽管指明了本发明的优选实施方式，但只是为了进行例示说明，并不用于限定本发明的范围。
从下文的详细描述和附图可更加全面地理解本发明，在附图中图1A表示了一种根据本发明原理的手动等离子弧焊炬；图1B表示了一种根据本发明原理的自动或机械化等离子弧焊炬；图2中的立体图表示了一种通气的护罩系统，其带有多种构造的护罩帽，这些护罩帽是根据本发明的原理制得的；图3中的分解立体图表示了根据本发明原理的、通气的护罩系统以及多种构造的护罩帽；图4中的立体图表示了一种按照本发明的教导设计的通气的止动器；图5是根据本发明原理的、通气的止动器的俯视图；图6是根据本发明原理的、通气的止动器的仰视图；图7中的立体图表示了一种根据本发明原理制造的、带有一机械化帽的通气的护罩系统；图8中的立体图表示了根据本发明原理制造的机械化帽；图9是根据本发明原理的、具有机械化帽的通气的护罩系统的侧视图；图10是沿图9中的A-A线对根据本发明原理的、具有机械化帽的通气护罩系统所作的剖视图；图11是对图10中的区域B所作的放大详图，表示了根据本发明原理的、具有机械化帽的通气护罩系统的区域B；图12是带有机械化帽的通气护罩系统的局部剖视图，该护罩系统是根据本发明的原理设计的，其被固定到焊炬头上；图13中的立体图表示了带有拖拉帽的通气护罩系统的第二实施方式，该护罩系统是根据本发明的教导制成的；图14是根据本发明原理制成的拖拉帽的立体图；图15是根据本发明原理的拖拉帽的端视图；图16是根据本发明原理的、带有拖拉帽的通气护罩系统第二实施方式的侧视图；图17是沿图16中C-C线所在平面对根据本发明的、带有拖拉帽的通气护罩系统第二实施方式所作的剖视图；图18是对图17中的区域D所作的放大详图，表示了根据本发明原理的、带有拖拉帽的通气护罩系统第二实施方式的区域D；图19是带有拖拉帽的通气护罩系统第二实施方式的局部剖视图，该护罩系统是根据本发明的原理设计的，其被固定到焊炬头上；图20中的立体图表示了带有凿槽帽的通气护罩系统的第三实施方式，该护罩系统是根据本发明的教导制成的；图21是根据本发明原理制成的凿槽帽的立体图；图22是根据本发明原理的、带有凿槽帽的通气护罩系统第三实施方式的侧视图；图23是沿图22中E-E线对根据本发明教导的、带有凿槽帽的通气护罩系统第三实施方式所作的剖视图；图24是从图23中箭头F的方向对根据本发明原理的、带有凿槽帽的通气护罩系统第三实施方式所作的放大详图；图25是带有凿槽帽的通气护罩系统第三实施方式的局部剖视图，该护罩系统是根据本发明的原理设计的，其被固定到焊炬头上；图26中的立体图表示了带有转向帽的带通气孔护罩系统的第四实施方式，该护罩系统是根据本发明的教导制成的；图27是根据本发明原理制成的转向帽的立体图；图28是根据本发明原理的、带有转向帽的通气护罩系统第四实施方式的侧视图；图29是沿图28中G-G线所在平面对根据本发明教导的、带有转向帽的通气护罩系统第四实施方式所作的剖视图；
图30是对图29中的区域H所作的放大详图，表示了根据本发明原理的、带有转向帽的通气护罩系统第四实施方式的区域H；图31是带有转向帽的通气护罩系统第四实施方式的局部剖视图，该护罩系统是根据本发明的原理设计的，其被固定到焊炬头上；图32中的仰视图表示了根据本发明原理的通气止动器的一种备选实施方式，在该实施方式中，通气通道是扭曲的；以及图33中的剖视图表示了一种根据本发明原理的护罩帽的外环形凸缘，该护罩帽被用来测量第二气流的量。
在所有的附图中，对应的附图标记都指代对应着的部件。
具体实施例方式
下文对优选实施方式的描述在本质上仅是示例性的，决不被用来限制本发明及其应用和使用。
参见附图，图1A和图1B表示了一种用在等离子弧焊炬中的、通气的护罩系统，在图中，该护罩系统总体上由附图标记20指代。如图1A所示，通气的护罩系统20可被应用在一个手动操作的等离子弧焊炬10上，或者如图1B所示那样，可被应用在一个机械化或自动化的等离子弧焊炬12上。在工作中，通气的护罩系统20被布置成环绕着一个等离子弧焊炬头24的远端部分22，在本发明的某些实施方式中，该护罩系统的作用在于阻止熔融的金属溅到等离子弧焊炬的部件上，同时能将部分第二气体排出，下文将对此内容作详细的描述。被排到空气中的那部分第二气体在文中被称为通气气体。
再参见图2和图3，通气的护罩系统20包括一护罩杯本体26、一通气的止动器28、以及一个护罩帽30，其中，护罩帽30可包括多种护罩帽中的其中一种，所述的多种护罩帽是为了用在等离子弧焊炬的多种应用中而设置的。根据本发明优选实施方式的护罩帽包括图示的机械化帽30a、拖拉帽30b、凿槽帽30c、以及转向帽30d，下文对每一种护罩帽都作了更为详细的描述。护罩杯本体26被布置成环绕着等离子弧焊炬头24的远端部分22，且优选地是利用螺纹连接固定到远端部分上。优选地是，护罩杯本体26形成了一个带有倾斜侧壁32的圆筒形构造。倾斜侧壁32减小了护罩杯本体26的总体宽度，因而允许操作人员在更为狭窄的空间内使用该等离子弧焊炬—例如在使用某些工具和夹具保持住工件的情况下。护罩杯本体26还包括一个带有中心开孔34的远端部分33，在开孔34中布置了某些消耗部件—例如尖端(图中未示出)。优选地是，远端部分33限定了外螺纹36，其被用来与本发明一种形式的通气止动器28相接合，并固定该止动器。
下面参见图4-6，通气的止动器28限定了一个近端部分38和一个远端表面40。优选地是，通气的止动器28是与护罩杯本体26共同铸造而成的，或者被铸造到护罩杯本体上。作为替换方案，近端部分38限定了内螺纹41，其与护罩杯本体26上的外螺纹36相接合，以将通气的止动器28固定到护罩杯本体26上。从图中还可以看出，穿过通气止动器28的远端表面40制有一个中心开孔42。中心开孔42包括一个用于与护罩帽30进行连接的连接区域39。在本发明优选的实施方式中，连接区域39限定了用于固定护罩帽30的内螺纹43，但还可采用其它的公知方法来固定护罩帽30，同时，这些方案也处于本发明的范围内。中心开孔42中还容纳着诸如尖端等某些消耗部件，这些消耗部件被布置在焊炬头24中，下文将详细地对此进行介绍。
从图中还可看出，穿过远端表面40制有多个通气通道44，这些通道朝向通气止动器28的中心向内侧倾斜。因而，在本发明的某些实施方式中，通气通道44被用来将通气气流引导向扩罩帽30，以改善冷却效果，下文将对此作更为详细的描述。尽管图中表示出了多个通气通道44，但也可采用一个和多个通气通道，这样的方案仍然属于本发明的范围。尽管也可使用其它耐用、并能承受熔融金属溅射的材料，但优选地是，带通气孔的止动器28是用铜材料制成的，同时，这样的方案仍然在本发明的范围内。
返回来参见图2、图3，护罩帽30被固定到通气的止动器28上，并限定了一个中心排出孔口46，在等离子弧焊炬工作过程中，该孔口提供等离子流和第二气体的出口，并容纳布置在焊炬头24中的某些消耗性部件。如图所示，护罩帽30包括一近端部分47，其限定了一个外连接区域49。在本发明的优选实施方式中，外连接区域49限定外螺纹45，其与通气止动器28的内螺纹43相接合，以将护罩帽30固定到通气的止动器28上。但是，采用其它公知方法固定护罩帽30的方案同样也在本发明的范围内。对于等离子弧焊炬的不同应用环境，护罩帽30可包括至少四种实施方式中的一种，也就是说护罩帽30可以是机械化帽30a、拖拉帽30b、凿槽帽30c、以及转向帽30d。因而，下文将进一步介绍各种护罩帽的结构和工作原理。
机械化帽参见图7到图11，图中所示的机械化帽30a被固定到通气的护罩系统20的通气止动器28上。通常情况下，机械化帽30a被用在这样的应用条件下等离子弧焊炬是由机械化和自动化的方法进行操作的，而非由操作人员手工操作。如图所示，机械化帽30a包括一近端部分48，其被固定到通气止动器28的中心开孔42中。优选地是，近端部分48限定外螺纹45a，其与通气止动器28的内螺纹43相接合，以便于将机械化帽30a固定到通气止动器28上。机械化帽30a还包括一个远端表面50，其限定了一个中心排出孔口52，在等离子弧焊炬的工作过程中，该孔口为等离子流和一第二气体提供了出口。另外，在机械化帽30a中形成了一个中央腔室54(从图10可最为清楚地看出)，其容纳着等离子弧焊炬的某些消耗部件，并对它们进行保护，下文将对此作详细的描述。
从图10和图11可最为清楚地看出，通气止动器28的通气通道44为向内朝机械化帽30a成一定角度。因此，在等离子弧焊炬的工作过程中，通气通道44将通气气流向内引导向机械化帽30a，以改善冷却。另外，机械化帽30a的近端部分48还限定了一个环形的外凸缘56，其抵接着通气止动器28的远端表面40，并还限定了一个倾斜的侧壁58，如图所示，该侧壁与通气通道44基本上对齐。结果就是，倾斜侧壁58为经通气通道44、并吹到机械化帽30a上的通气气流提供了较平滑的过渡。另外，机械化帽30a优选地是限定了一个图示的滚花表面(见图7-图9)，以便于在将机械化帽连接到通气止动器28上时提供改善的抓握表面。但是，机械化帽30a也可以带有光滑的表面或不同纹理的表面，这些方案仍然在本发明的范围内。从图10可进一步地看出，通气的止动器28通过一个环形的近端凸缘61定位并固定在护罩杯本体26上。
下面参见图12，机械化帽30a在图中被连接到通气的护罩系统20上，护罩系统被环绕着一个等离子弧焊炬头24固定着，在焊炬头内布置了多个消耗部件。尖端62即为其中的一个消耗部件，该尖端延伸穿过护罩杯本体26的中心开孔34、通气止动器28的中心开孔42而伸入到机械化帽30a的中央腔室54中。因此，在工作中，机械化帽30a连同整个通气护罩系统20阻挡了工作过程中飞溅的熔融金属接触到等离子弧焊炬的尖端62以及其它消耗部件。
从图中可进一步地看出，通气的止动器28包括一个环形的底切部分64，其将一部分第二气体引导到通气通道44中。如图所示，在通气止动器28的中心开孔42与尖端62之间形成了一个近端通道66，在等离子弧焊炬的工作过程中，第二气体的气流在该通道内向远端被引导。然后，第二气体被部分引导到环形底切部分64中，并且被部分引导到机械化帽30a的中央腔室54中。流入到环形底切部分64中的第二气体部分被引导着流经通气通道44，并作为通气气体吹到机械化帽30a上，以改善其冷却状况。流入到中央腔室54中的另一部分第二气体继续向远端流动，然后再流经中心排出孔口52，以便于在工作过程中稳定等离子流。在本文的语境中，词语“远端方向”或“向远端”应当被理解为箭头X所指的方向，词语“近端方向”和“向近端”是指箭头Y所指的方向。
从图中还可看出，护罩杯本体26还包括一个导电的嵌入件66，其被用来保持通过等离子弧焊炬24正极电势或阳极电势侧的电路连续性。因而，护罩杯本体26是非导电性的，优选地是用聚酯材料制成的。另外，导电嵌入件66优选地是黄铜材料，其或者是与护罩杯本体26共同铸造而成的，或者被铸造在护罩杯本体中。如图所示，尖端62与导电嵌入件66相接触，以保持与等离子弧焊炬中其它阳极部件的导电连接，为了简明起见，其它的阳极部件被表示在图中。第6163008号美国专利表示并描述了一种等离子弧焊炬的示例性工作过程，该专利与本申请被共同转让，该专利的全部内容被结合到文中作为参考。
如图12所示，尖端62的远端表面68与机械化帽30a内表面69之间的距离被定义为间隔A′。尖端62远端表面68与机械化帽30a内表面69之间的间隔A′是很重要的，其既是工作电流水平的函数，也是中心排出孔口52直径的函数。例如，如果等离子弧焊炬在80安培下工作，且中心排出孔口的直径为0.120英寸(0.047cm)，则间隔A′约为0.040英寸(0.016cm)。如果等离子弧焊炬在50安培下工作，且中心排出孔口的直径为0.100英寸(0.039cm)，则间隔A′约为0.016英寸(0.006cm)。另外，如果等离子弧焊炬在40安培下工作，且中心排出孔口的直径为0.064英寸(0.025cm)，则间隔A′约为0.016英寸(0.006cm)。这些数值针对等离子弧焊炬特定工作电流是示例性的，不应被看作是对本发明范围的限制。因此，可采用不同的间隔值和直径，这仍然处于本申请所公开发明的范围内。
拖拉帽参见图13到图18，图中所示的拖拉帽30b被固定到通气护罩系统20的通气止动器28上。通常情况下，拖拉帽30b被用在执行拖拉切割的应用场合中，在切割过程中，拖拉帽30b被直接靠到工件表面上放置。如图所示，拖拉帽30b包括一近端部分70，其被固定到通气止动器28的中心开孔42中。优选地是，近端部分70限定外螺纹45b，其与通气止动器28的内螺纹43相接合，以便于将拖拉帽30b固定到通气的止动器28上。拖拉帽30b还包括一个远端表面72，其限定一个中心排出孔口74，在等离子弧焊炬的工作过程中，该孔口为等离子流和第二气体提供了出口。另外，在拖拉帽30b中形成了一个中央腔室76(从图17-18可最为清楚地看出)，其内容纳着等离子弧焊炬的某些消耗部件，并对它们进行保护，下文将对此作详细的描述。
参见图14和图15，拖拉帽30b还包括多条沟道78，它们被制在远端表面72上，这些沟道被一些远端延伸部80分隔开。在工作过程中，远端延伸部80与工件接触，同时，沟道78为气流提供了通道，并为切割过程中飞溅出的熔融金属流提供了通道。尽管在图中表示出了多个沟道78，但也可采用至少一条通道或不同数目的通道，这样的方案仍然在本发明的范围内。
从图17和图18可最为清楚地看出，通气止动器28的通气通道44朝拖拉帽30b向内侧成角度。因此，在等离子弧焊炬的工作过程中，通气通道44将通气气流向内引导向拖拉帽30b，以改善冷却。另外，拖拉帽30b的近端部分70还限定了一个环形的外凸缘82，其抵接着通气止动器28的远端表面40，并还限定了一个倾斜的侧壁84，如图所示，该侧壁与通气通道44基本上对齐。结果就是，倾斜侧壁84为经通气通道44、并吹到拖拉帽30b上的通气气流提供了较平滑的过渡。另外，拖拉帽30b优选地是限定了一个图示的滚花表面86(见图13、14、16)，以便于在将拖拉帽连接到通气止动器28上时提供改善的抓握表面。但是，拖拉帽30b也可以带有光滑的表面或不同纹理的表面，这些方案仍然在本发明的范围内。
下面参见图19，拖拉帽30b在图中被连接到通气的护罩系统20上，护罩系统被环绕着一个等离子弧焊炬头24固定着，在焊炬头内布置了多个消耗部件。尖端62即为其中的一个消耗部件，该尖端延伸穿过护罩杯本体26的中心开孔34、通气止动器28的中心开孔42而伸入到拖拉帽30b的中央腔室76中。因此，在工作中，拖拉帽30b连同整个通气护罩系统20阻挡着熔融金属，防止其接触到等离子弧焊炬的尖端62以及其它消耗部件。
如上文提到的那样，一部分第二气体被引导到通气止动器28的环形底切部分64中，另一部分第二气体被引导到拖拉帽30b的中央腔室76中。流入到环形底切部分64中的那部分第二气体作为通气气体被引导着流经通气通道44，并吹到拖拉帽30a上，以改善其冷却状况。流入到中央腔室76中的另一部分第二气体继续向远端流动，然后再流经中心排出孔口74，以便于在工作过程中稳定等离子流。
如图19所示，尖端62的远端表面68与拖拉帽30b内表面88之间的距离被定义为间隔B′。尖端62远端表面68与拖拉帽30b内表面88之间的间隔B′是很重要的，其既是工作电流水平的函数，也是中心排出孔口74直径的函数，此情形与上文结合机械化帽30a所述的情况相同。
凿槽帽下面参见图20到图24，图中所示的凿槽帽30c被固定到通气护罩系统20的通气止动器28上。通常情况下，凿槽帽30c被用在执行凿槽的应用场合中，在凿槽过程中，工件的一部分被去除掉，而并非完全切割该工件。如图所示，凿槽帽30c包括一近端部分90，其被固定到通气止动器28的中心开孔42中。优选地是，近端部分90限定外螺纹45c，其与通气止动器28的内螺纹43相接合，以便于将凿槽帽30c固定到通气的止动器28上。凿槽帽30c还包括一个中心排出孔口92，在等离子弧焊炬的工作过程中，该孔口为等离子流和第二气体提供了出口，其还容纳着等离子弧焊炬的某些消耗部件，并对它们进行保护，下文将对此作详细的描述。
从图23和图24可最为清楚地看出，凿槽帽30c限定一个环形的外凸缘94，其被制成环绕着近端部分90。环形外凸缘94抵接着通气止动器28的远端表面40，从而阻挡了通气通道44，这将阻挡住通气气体或者使气体改变方向。在凿槽过程中，凿槽帽30c并不需要额外的冷却(如上文介绍的护罩帽)，且需要额外量的第二气体来稳定等离子流。因而，通气通道44被环形外凸缘94阻挡住，从而使第二气体完全流经凿槽帽30c的中心排出孔口92，以便于稳定等离子流。
从图中还可看出，凿槽帽30c限定了一个外壁部分96，其过渡到远端部分100处的倾斜端壁98上。因而，倾斜端壁98减小了凿槽帽30c的总体直径，这使得操作人员能在更为狭窄的空间内使用等离子弧焊炬。另外，凿槽帽30c优选地是限定了一个滚花表面102(见图20-22)，以便于在将凿槽帽连接到通气止动器28上时提供改善的抓握表面。但是，凿槽帽30c也可以带有光滑的表面或不同纹理的表面，这些方案仍然在本发明的范围内。
下面参见图25，凿槽帽30c在图中被连接到通气的护罩系统20上，护罩系统被环绕着一个等离子弧焊炬头24固定着，在焊炬头内布置了多个消耗部件。尖端62即为其中的一个消耗部件，该尖端延伸穿过护罩杯本体26的中心开孔34、通气止动器28的中心开孔42而伸入到凿槽帽30c的中央排出孔口92中。因此，在工作中，凿槽帽30c连同整个通气护罩系统20阻挡着熔融金属，防止其接触到等离子弧焊炬的尖端62以及其它消耗部件。
转向帽下面参见图26到图30，图中所示的转向帽30d被固定到通气护罩系统20的通气止动器28上。通常情况下，转向帽30d被用在这样的应用场合中尖端62(图中未示出)被部分地露出，而尖端的一部分和其它消耗部件则受到通气护罩系统20的保护，不会接触到熔融金属。尖端62的一部分一般是外露的，从而等离子弧焊炬可在更加靠近工件的位置处工作和/或在更小的作业空间内工作。如图所示，转向帽30d包括一近端部分110，其被固定到通气止动器28的中心开孔42中。优选地是，近端部分110限定外螺纹45d，其与通气止动器28的内螺纹43相接合，以便于将转向帽30d固定到通气的止动器28上。转向帽30d还包括一个中心排出孔口112，在等离子弧焊炬的工作过程中，该孔口为等离子流和第二气体提供了出口，其还容纳着等离子弧焊炬的某些消耗部件，并对它们进行保护，下文将对此作详细的描述。
从图29和图30可最为清楚地看出，转向帽30d限定了一个环形的外凸缘114，其环绕着近端部分110形成。环形外凸缘114抵接着通气止动器28的远端表面40，从而阻挡了通气通道44，这将阻挡住通气气体或者使气体改变方向。在切割过程中，转向帽30d并不需要额外的冷却，如上文介绍的护罩帽那样，但需要额外量的第二气体来稳定等离子流。因而，通气通道44被环形外凸缘114阻挡住，从而使第二气体完全流经转向帽30d的中心排出孔口112，以便于稳定等离子流。
从图中还可看出，转向帽30d在远端部分118处限定了一个倾斜端壁116。该倾斜端壁116与通气止动器28的倾斜侧壁120对齐，这将减小通气护罩系统20的总直径，由此使得操作人员能在更为狭窄的空间内使用等离子弧焊炬。另外，转向帽30d的倾斜端壁116优选地是限定了一个滚花表面122(从图26-28可最为清楚地看出)，以便于在将转向帽连接到通气止动器28上时提供改善的抓握表面。但是，转向帽30d也可以带有光滑的表面或不同纹理的表面，这些方案仍然在本发明的范围内。
下面参见图31，转向帽30d在图中被连接到通气的护罩系统20上，护罩系统被环绕着一个等离子弧焊炬头24固定着，在焊炬头内布置了多个消耗部件。尖端62即为其中的一个消耗部件，该尖端延伸穿过护罩杯本体26的中心开孔34、通气止动器28的中心开孔42并部分地穿过转向帽30d的中央排出孔口112中。因此，在工作中，转向帽30d连同整个通气护罩系统20阻挡着熔融金属，防止其接触到等离子弧焊炬的尖端62以及其它消耗部件。
如图32所示，在本发明的另一种形式中，穿过通气止动器28制出的通气通道44是扭曲的，以便于使通气气体产生涡旋运动。因而，按照本发明的该备选形式，如果通气气体涡旋通过该扭曲的通气通道44，则能更好地冷却护罩帽30(图中未示出)。
参见图33，图中表示了本发明的另一种形式，在该实施方式中，环形外凸缘82被用来测量流经中心排出孔口74的第二气体的流量。在图33中，拖拉帽30b被表示为执行该测量，但是，带有各自环形外凸缘56、82、94、以及114的上述机械化帽30a、凿槽帽30c、以及转向帽30d也能实现该测量功能。如图所示，环形外凸缘82限定了宽度W，该宽度的尺寸优选地被设计成或者能改变流经通气通道44的至少一部分通气气体的方向，或者根本不能改变通气气体的方向。如上文描述的那样，环形的外凸缘82允许基本上所有通气气体流经通气通道44(机械化帽30a和拖拉帽30b)，或者阻挡或改变了几乎所有通气气体的方向(凿槽帽30c和转向帽30d)。在图33所示的备选实施方式中，在宽度W延伸靠近通气通道44的图示情况下，环形外凸缘82改变了流向通气通道44的第二气体的一部分—而非全部第二气体的方向。因此，一部分第二气体被改变方向而流经中央腔室76和中心排出孔口74，而另一部分第二气体则作为通气气体流经通气通道44。因此，通过如图示那样改变环形外凸缘82的宽度W以阻挡部分通气通道44，还能控制从拖拉帽30b排出的第二气体的量。
在文中所述护罩帽30的所有四种应用条件下(即机械化帽30a、拖拉帽30b、凿槽帽30c、以及转向帽30d)，流经等离子弧焊炬10/12(图中未示出)的第二气体的量优选地是恒定的，且通气止动器28优选地是同一个，而不随各种切割应用而更换。因而，通过改变各个环形外凸缘(56、82、94、及114)的宽度W和/或中心排出孔口(52、74、92、112)的尺寸，可根据具体的切割应用条件控制从等离子弧焊炬10/12排出的第二气体量。
在本发明的另一种形式中，提供了一种用于操作等离子弧焊炬的方法，该方法包括步骤将一通气气体的气流向内引导，使其流经等离子弧焊炬的一个第一部件，并流向等离子弧焊炬的一个第二部件；利用至少第二部件阻挡至少一部分熔融金属，以防止熔融金属与等离子弧焊炬的部件相接触。优选地是，第一部件是通气的止动器28，第二部件是上述护罩帽30中的其中一种。另外，该方法还包括步骤利用第二部件引导另一部分第二气体，使其远离等离子流。
因此，提供了一种通气的护罩系统20，在某些应用中，其向内排出一种通气气体，以改善冷却，且无需拆卸或更换通气的止动器就能容纳多种不同类型的护罩帽30。该通气的护罩系统20使得护罩帽30能根据等离子弧焊炬所执行的工作进行互换，且无需拆卸通气的止动器28，其中的止动器28带有用于排出一部分第二气体(其作为通气气体)的通气通道44。另外，与现有技术中的护罩相比，护罩帽30的尺寸较小，因而可降低更换成本。结果就是，同一个通气止动器28可被用在等离子弧焊炬的所有应用中，在磨损时或等离子弧焊炬执行不同的工作(例如拖拉切割或凿槽)时只需要更换护罩帽30即可。
在本文的语境中，本领域技术人员能领会到等离子弧焊炬不论其是由人工操作的、还是自动操作的，都属于这样的设备其产生或利用等离子来执行切割、焊接、喷射、凿槽、以及划线等加工。另外，文中对等离子切割焊炬、等离子弧焊炬、或手动等离子弧焊炬的具体描述并不能被认为是对本发明范围的限定。另外，向等离子弧焊炬提供气体的具体情况也不应被看作是对本发明范围的限定，根据本发明的教导，也可向等离子弧焊炬提供其它的流体—例如液体。
对本发明的描述在本质上仅是示例性的，不悖离本发明实质思想的改型也应当被包含在本发明的范围内。并不认为这些改型偏离本发明的设计思想和保护范围。
权利要求
1.一种用于等离子弧焊炬的通气的护罩系统，其包括一护罩杯本体，其限定一个远端部分；一通气的止动器，其被固定到护罩杯本体的远端部分上，该通气止动器限定至少一条通气通道；以及一个护罩帽，其被固定到通气的止动器上，该护罩帽限定一个中心排出孔口，其中，通气通道将通气气流向内朝护罩帽引导，等离子流和第二气体从护罩帽上的中心排出孔口排出，通气的护罩系统阻挡了至少一部分熔融金属，防止其与等离子弧焊炬的部件发生接触。
2.根据权利要求1所述的通气的护罩系统，其特征在于护罩帽是一个机械化帽。
3.根据权利要求2所述的通气的护罩系统，其特征在于通气的止动器包括一个近端部分，其被固定到护罩杯本体的远端部分上；一个远端表面，其具有一个中心开孔以及多个通气通道，这些通气通道穿过远端表面形成；以及机械化帽包括一个近端部分，其被固定到通气止动器的中心开孔中；以及一个远端表面，其限定了一个中心排出孔口，其中，通气通道将通气气流向内朝机械化帽引导，以进行冷却，在工作过程中，等离子流和第二气体从机械化帽上的中心排出孔口排出，机械化帽阻挡着熔融金属，以防止熔融金属与等离子弧焊炬上的部件相接触。
4.根据权利要求1所述的通气的护罩系统，其特征在于护罩帽是一个拖拉帽。
5.根据权利要求4所述的通气的护罩系统，其特征在于通气的止动器包括一个近端部分，其被固定到护罩杯本体的远端部分上；一个远端表面，其具有一个中心开孔以及多个通气通道，这些通气通道穿过远端表面形成；并且拖拉帽包括一个近端部分，其被固定到通气止动器的中心开孔中；以及一个远端表面，其限定一个中心排出孔口和多条沟道；其中，通气通道将通气气流向内朝拖拉帽引导，以进行冷却，在工作过程中，等离子流和第二气体从拖拉帽上的中心排出孔口排出，沟道排出一部分第二气体，使其远离等离子流，拖拉帽阻挡熔融金属，以防止熔融金属与等离子弧焊炬上的部件相接触。
6.根据权利要求1所述的通气的护罩系统，其特征在于护罩帽是一个凿槽帽。
7.根据权利要求6所述的通气的护罩系统，其特征在于通气的止动器包括一个近端部分，其被固定到护罩杯本体的远端部分上；一个远端表面，其具有一个中心开孔以及多个通气通道，这些通气通道穿过远端表面形成；并且凿槽帽包括一个近端部分，其被固定到通气止动器的中心开孔中；一个环形外凸缘，其环绕着近端部分设置；以及一中心排出孔口；其中，环形外凸缘抵接着通气的止动器的远端表面，以阻挡通气通道，在等离子弧焊炬执行凿槽的过程中，等离子流和第二气体从中心排出孔口排出。
8.根据权利要求1所述的通气的护罩系统，其特征在于护罩帽是一个转向帽。
9.根据权利要求8所述的通气的护罩系统，其特征在于通气的止动器包括一个近端部分，其被固定到护罩杯本体的远端部分上；一个远端表面，其具有一个中心开孔以及多个通气通道，这些通气通道穿过远端表面形成；并且转向帽包括一个近端部分，其被固定到通气止动器的中心开孔中；一个环形外凸缘，其环绕着转向帽的远端部分设置；以及一中心排出孔口；其中，环形外凸缘抵接着通气的止动器的远端表面，以阻挡通气通道，在等离子弧焊炬工作过程中，等离子流和第二气体从中心排出孔口排出。
10.根据权利要求1所述的通气的护罩系统，其特征在于通气通道是扭曲的。
11.一种用于等离子弧焊炬的通气的护罩系统，其包括一护罩杯本体，其限定一个远端部分；一通气的止动器，其包括一个近端部分，其被固定到护罩杯本体的远端部分上；以及一个远端表面，其具有一个中心开孔以及多个通气通道，这些通气通道穿过远端表面形成；以及一个机械化帽，其包括一个近端部分，其被固定到通气止动器的中心开孔中；以及一个远端表面，其限定一个中心排出孔口，其中，通气通道将通气气流向内朝机械化帽引导，以进行冷却，且在等离子弧焊炬的工作过程中，等离子流和第二气体从机械化帽上的中心排出孔口排出，机械化帽阻挡着熔融金属，以防止熔融金属与等离子弧焊炬上的部件相接触。
12.一种用于等离子弧焊炬的通气的护罩系统，其包括一护罩杯本体，其限定了一个远端部分；一通气的止动器，其包括一个近端部分，其被固定到护罩杯本体的远端部分上；以及一个远端表面，其具有一个中心开孔以及多个通气通道，这些通气通道穿过远端表面形成；以及一个拖拉帽，其包括一个近端部分，其被固定到通气止动器的中心开孔中；以及一个远端表面，其限定了一个中心排出孔口和多条沟道；其中，通气通道将通气气流向内朝拖拉帽引导，以进行冷却，且在工作过程中，等离子流和第二气体从拖拉帽上的中心排出孔口排出，沟道排出一部分第二气体，使其远离等离子流，拖拉帽阻挡着熔融金属，以防止熔融金属与等离子弧焊炬上的部件相接触。
13.一种用于等离子弧焊炬的通气的护罩系统，其包括一护罩杯本体，其限定了一个远端部分；一通气的止动器，其包括一个近端部分，其被固定到护罩杯本体的远端部分上；以及一个远端表面，其具有一个中心开孔以及多个通气通道，这些通气通道穿过远端表面形成；以及一个凿槽帽，其包括一个近端部分，其被固定到通气止动器的中心开孔中；一个环形外凸缘，其环绕着近端部分设置；以及一中心排出孔口；其中，环形外凸缘抵接着通气的止动器的远端表面，以阻挡通气通道，在等离子弧焊炬执行凿槽的过程中，等离子流和第二气体从凿槽帽上的中心排出孔口排出。
14.一种用于等离子弧焊炬的通气的护罩系统，其包括一护罩杯本体，其限定了一个远端部分；一通气的止动器，其包括一个近端部分，其被固定到护罩杯本体的远端部分上；以及一个远端表面，其具有一个中心开孔以及多个通气通道，这些通气通道穿过远端表面形成；以及一个转向帽，其包括一个近端部分，其被固定到通气止动器的中心开孔中；一个环形外凸缘，其环绕着转向帽的远端部分设置；以及一中心排出孔口；其中，环形外凸缘抵接着通气的止动器的远端表面，以阻挡通气通道，在等离子弧焊炬工作过程中，等离子流和第二气体从转向帽上的中心排出孔口排出。
15.一种通气的止动器，其被用来保持等离子弧焊炬的多种护罩帽，通气的止动器包括一个本体，其限定了一个近端部分和一个远端部分；一远端表面，其在所述远端部分上形成；一个开孔，其穿过远端表面形成；一连接区域，其被布置在开孔的附近；以及至少一条通气通道，该通道穿过远端表面形成，通气通道向内倾斜；其中，一护罩帽通过连接区域被固定到通气的止动器上，通气通道将通气气流向内朝护罩帽引导。
16.根据权利要求15所述的通气的止动器，其包括多条通气通道，这些通道环绕着远端表面均匀地隔开。
17.根据权利要求15所述的通气的止动器，其特征在于通气通道是扭曲的。
18.一种用于等离子弧焊炬上的护罩帽，其包括一近端部分，其限定了一个外部连接区域；以及一中心排出孔口，其被布置在外部连接区域的远端，其中，外部连接区域适于与等离子弧焊炬上一个相邻的连接区域接合。
19.根据权利要求18所述的护罩帽，其特征在于外部连接区域限定螺纹。
20.一种用在等离子弧焊炬上的护罩帽，其包括一近端部分，其限定了一个外部环形凸缘；以及一中心排出孔口，其被布置在外部环形凸缘的远端，其中，外部环形凸缘适于与等离子弧焊炬上一个相邻部件进行接合，以改变通气气流的方向。
21.一种等离子弧焊炬，其包括一通气的护罩系统，其包括一护罩杯本体，其限定了一个远端部分；一通气的止动器，其被固定到护罩杯本体的远端部分上，该通气止动器限定了至少一条通气通道；以及一个护罩帽，其被固定到通气的止动器上，该护罩帽限定了一个中心排出孔口；以及一个尖端，该尖端被布置在等离子弧焊炬的一个远端部分上，并至少部分地位于通气的护罩系统中，其中，通气通道将通气气流向内朝护罩帽引导，等离子流和第二气体从护罩帽上的中心排出孔口排出，在工作过程中，通气的护罩系统阻挡了至少一部分熔融金属，防止其与等离子弧焊炬的尖端及其它部件发生接触。
22.根据权利要求20所述的等离子弧焊炬，其特征在于护罩帽是一个机械化帽。
23.根据权利要求22所述的等离子弧焊炬，其特征在于通气的止动器包括一个近端部分，其被固定到护罩杯本体的远端部分上；一个远端表面，其具有一个中心开孔以及多个通气通道，这些通气通道穿过远端表面形成；以及机械化帽包括一个近端部分，其被固定到通气止动器的中心开孔中；以及一个远端表面，其限定了一个中心排出孔口，其中，通气通道将通气气流向内朝机械化帽引导，以进行冷却，且在工作过程中，等离子流和第二气体从机械化帽上的中心排出孔口排出，机械化帽阻挡着熔融金属，以防止熔融金属与等离子弧焊炬的尖端及其它部件发生接触。
24.根据权利要求21所述的等离子弧焊炬，其特征在于护罩帽是一个拖拉帽。
25.根据权利要求24所述的等离子弧焊炬，其特征在于通气的止动器包括一个近端部分，其被固定到护罩杯本体的远端部分上；一个远端表面，其具有一个中心开孔以及多个通气通道，这些通气通道穿过远端表面形成；以及拖拉帽包括一个近端部分，其被固定到通气止动器的中心开孔中；以及一个远端表面，其限定了一个中心排出孔口和多条沟道；其中，通气通道将通气气流向内朝拖拉帽引导，以进行冷却，且在工作过程中，等离子流和第二气体从拖拉帽上的中心排出孔口排出，沟道排出一部分第二气体，使其远离等离子流，拖拉帽阻挡着熔融金属，以防止熔融金属与等离子弧焊炬上的部件相接触。
26.根据权利要求21所述的等离子弧焊炬，其特征在于护罩帽是一个凿槽帽。
27.根据权利要求26所述的等离子弧焊炬，其特征在于通气的止动器包括一个近端部分，其被固定到护罩杯本体的远端部分上；一个远端表面，其具有一个中心开孔以及多个通气通道，这些通气通道穿过远端表面形成；以及凿槽帽包括一个近端部分，其被固定到通气止动器的中心开孔中；一个环形外凸缘，其环绕着近端部分设置；以及一中心排出孔口；其中，环形外凸缘抵接着通气的止动器的远端表面，以阻挡通气通道，在工作过程中，等离子流和第二气体从凿槽帽上的中心排出孔口排出，且凿槽帽阻挡着熔融金属，以防止熔融金属与等离子弧焊炬尖端的至少一部分及其它部件发生接触。
28.根据权利要求21所述的等离子弧焊炬，其特征在于护罩帽是一个转向帽。
29.根据权利要求28所述的等离子弧焊炬，其特征在于通气的止动器包括一个近端部分，其被固定到护罩杯本体的远端部分上；一个远端表面，其具有一个中心开孔以及多个通气通道，这些通气通道穿过远端表面形成；以及转向帽包括一个近端部分，其被固定到通气止动器的中心开孔中；一个环形外凸缘，其环绕着转向帽的远端部分设置；以及一中心排出孔口；其中，环形外凸缘抵接着通气的止动器的远端表面，以阻挡通气通道，等离子流和第二气体从转向帽上的中心排出孔口排出，且尖端部分地延伸穿过转向帽的中心排出孔口。
30.根据权利要求21所述的等离子弧焊炬，其特征在于护罩帽限定了一个内表面；中心排出孔口限定了一个直径；以及尖端限定了一个远端表面，内表面与远端表面之间的距离限定了一个间距，其中，在等离子弧焊炬的工作电流约为80安培时，间距约为0.040英寸，直径约为0.120。
31.根据权利要求21所述的等离子弧焊炬，其特征在于护罩帽限定了一个内表面；中心排出孔口限定了一个直径；以及尖端限定了一个远端表面，内表面与远端表面之间的距离限定了一个间距，其中，在等离子弧焊炬的工作电流约为50安培时，间距约为0.016英寸，直径约为0.100。
32.根据权利要求21所述的等离子弧焊炬，其特征在于护罩帽限定了一个内表面；中心排出孔口限定了一个直径；以及尖端限定了一个远端表面，内表面与远端表面之间的距离限定了一个间距，其中，在等离子弧焊炬的工作电流为40安培时，间距约为0.016英寸，直径约为0.064。
33.根据权利要求21所述的等离子弧焊炬，其特征在于通气通道是扭曲的。
34.一种用于等离子弧焊炬的通气的护罩系统，其包括一护罩杯本体，其限定了一个远端部分；一通气的止动器，其被固定到护罩杯本体的远端部分上；以及一个护罩帽，其被固定到通气的止动器上；一个用于将通气气体向内排向护罩帽的装置；以及一个用于阻挡至少部分熔融金属的装置，其用于防止在工作过程中熔融金属与等离子弧焊炬的部件发生接触。
35.一种操作等离子弧焊炬的方法，该方法包括步骤(a)将一通气气体的气流向内引导，使其流经等离子弧焊炬的第一部件，并流向等离子弧焊炬的第二部件；以及(b)利用至少第二部件阻挡至少一部分熔融金属，以防止熔融金属与等离子弧焊炬的部件相接触。
36.根据权利要求35所述的方法，其还包括步骤利用第二部件引导一部分第二气体，使其远离等离子流。
37.一种用于在多种操作模式下对等离子弧焊炬上的通气的护罩系统进行操作的方法，其中的工作模式包括机械化操作、拖拉、凿槽、以及偏转，通气的护罩系统包括至少一条通气通道，用于对通气气流进行引导，该方法包括步骤在不去除通气通道的情况下，互换使用与操作模式相对应的多种护罩帽。
全文摘要
本发明涉及一种用于等离子弧焊炬的通气的护罩系统，其包括一护罩杯本体，其限定了一个远端部分；一通气的止动器，其被固定到护罩杯本体的远端部分上；以及一个护罩帽，其被固定到通气的止动器上。通气的止动器限定了至少一个通气通道，该通气通道将一第二气体气流向内引导向护罩帽，且通气的护罩系统阻挡了至少一部分熔融金属，防止其与等离子弧焊炬上诸如尖端或喷嘴等部件相接触。护罩帽可包括机械化帽、拖拉帽、凿槽帽、或转向帽、以及其它形式的帽体。因此，无需拆卸或更换通气的止动器就能使用各种类型的护罩帽。等离子弧焊炬的各种应用场合可使用同一个通气的止动器。
文档编号H05H1/34GK1777487SQ200480010492
公开日2006年5月24日 申请日期2004年2月26日 优先权日2003年2月27日
发明者J·布拉瑟, K·D·霍纳-理查森, R·W·休伊特 申请人:热动力公司