專利名稱：用于通過相同耗材組對工件進(jìn)行打標(biāo)和切割的方法及等離子電弧焊炬系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體上涉及等離子電弧焊炬系統(tǒng)，并且更具體地涉及具有在不必改變焊炬的任何耗材的情況下對金屬工件進(jìn)行切割(即，切斷或分成多件)和打標(biāo)(即，在表面上產(chǎn)生可見線條)的能力的等離子電弧焊炬系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通常采用專用的等離子打標(biāo)焊炬以利用線條、數(shù)字或符號來打標(biāo)金屬板和其他工件以方便后續(xù)的板布置和組裝操作。而且，有時采用字母數(shù)字標(biāo)記用于板標(biāo)識的目的。已知的打標(biāo)焊炬通常在低安培數(shù)(例如，大約8安培-10安培)下操作并且采用非切割氣體比如氬氣作為等離子氣體，該等離子氣體形成通過噴嘴口離開的且在工件上形成可見標(biāo)記的等離子流。已知的打標(biāo)焊炬通常還包括空氣冷卻系統(tǒng)，該空氣冷卻系統(tǒng)使空氣循環(huán)而與電極接觸并且隨后沿著等離子噴嘴的外側(cè)表面以共軸圍繞等離子流的方式排出。期望的是具有能夠打標(biāo)和切割工件并且以高精度執(zhí)行這兩項工作的等離子電弧焊炬。本申請的受讓人先前已經(jīng)開發(fā)出具有打標(biāo)和切割能力的等離子電弧焊炬，如在美國專利No. 6，054，669中公開的那樣，該專利的全部公開內(nèi)容通過參引的方式并入本文。在 No. 6，054，669專利中描述的焊炬包括限定有縱向軸線的焊炬本體、以及沿著該縱向軸線安裝到焊炬本體上且限定有前部排放端的電極。噴嘴安裝在焊炬本體上以覆蓋電極的前部排放端并且由此限定出它們之間的等離子空腔，并且噴嘴包括前壁，該前壁具有穿過其中的、沿著縱向軸線與電極對準(zhǔn)的孔。防護(hù)罩安裝到焊炬本體上，從而以間隔開的關(guān)系覆蓋噴嘴的前壁并且限定出它們之間的間隙，該間隙形成共軸環(huán)繞噴嘴孔的環(huán)形口。等離子氣體通道延伸穿過焊炬本體并且延伸到等離子空腔，并且設(shè)有等離子氣體控制部用于將等離子打標(biāo)氣體輸送至等離子氣體通道并且由此到達(dá)等離子空腔。而且，防護(hù)氣體通道延伸穿過焊炬本體并且延伸至環(huán)形氣體口，并且設(shè)有防護(hù)氣體控制部用于將氣體(可選地還包括水霧)輸送至防護(hù)氣體通道并且由此到達(dá)環(huán)形氣體口。還設(shè)有電源用于將適于工件的等離子打標(biāo)的相對較低功率水平的電力輸送至電極。用于上述焊炬的噴嘴口直徑相當(dāng)小，處于0. 018英寸至0. 043英寸的級別。因此， 電弧密度即使在相對較低的打標(biāo)電弧電流水平(10安培至35安培)下也很高。這使得焊炬能夠在碳鋼和不銹鋼上形成高質(zhì)量的標(biāo)記。但是，為了形成這種高質(zhì)量的標(biāo)記，打標(biāo)速度 (即，焊炬的線速度，通常以每分鐘英寸數(shù)或“ipm”來衡量)必然相對較低。在一些應(yīng)用(例如，在諸如用于造船等之類的大的板材上打標(biāo)出對準(zhǔn)標(biāo)記)中， 期望的是能夠以高得多的打標(biāo)速度進(jìn)行打標(biāo)。為了能夠利用上述焊炬增大打標(biāo)速度，必須增大電弧電流?？蛇x地，發(fā)現(xiàn)在防護(hù)氣體中添加可選的水霧使得能夠在不增大電弧電流的情況下增大打標(biāo)速度。但是，即使當(dāng)水霧被采用時仍不能以超過大約300ipm的速度進(jìn)行打標(biāo)，并且用于可接受質(zhì)量的字母數(shù)字打標(biāo)的最高可得速度是大約lOOipm。

發(fā)明內(nèi)容
本申請說明一種采用與上述系統(tǒng)及方法明顯不同途徑的等離子電弧焊炬及方法。 能夠在不改變焊炬的任何耗材(電極和噴嘴)的情況下執(zhí)行切割和打標(biāo)。通過目前說明的焊炬系統(tǒng)，能夠使用具有很大直徑噴口(例如0.070英寸和更大)的等離子噴嘴，并且仍然能夠在工件比如不銹鋼上打標(biāo)出高質(zhì)量的、微細(xì)的線條。能夠在沒有打標(biāo)質(zhì)量的明顯損失的情況下獲得高達(dá)600ipm的打標(biāo)速度。這些反直覺的結(jié)果借助下文描述的焊炬系統(tǒng)及方法的特征成為可能。根據(jù)本文公開的一個實施方式，一種操作等離子電弧焊炬以有選擇地切割金屬工件及在金屬工件的表面上進(jìn)行打標(biāo)的方法，包括步驟(1)提供等離子電弧焊炬，包括(a)焊炬本體，所述焊炬本體限定有縱向軸線；(b)電極，所述電極沿著所述縱向軸線安裝到所述焊炬本體上并且限定有前部排放端，所述前部排放端支承能夠操作用于發(fā)射電弧的發(fā)射元件；(C)等離子噴嘴，所述等離子噴嘴安裝在所述焊炬本體上以覆蓋所述電極的所述前部排放端并且由此限定出它們之間的等離子空腔，所述等離子噴嘴包括前壁，所述前壁具有延伸穿過其中且沿著所述縱向軸線與所述電極對準(zhǔn)的等離子噴嘴口，使得從所述發(fā)射元件發(fā)射的電弧能夠與等離子氣體流一起穿過所述等離子噴嘴口；(d)液體噴射防護(hù)杯狀物，所述液體噴射防護(hù)杯狀物安裝到所述焊炬本體上以便以間隔開的關(guān)系覆蓋所述等離子噴嘴的所述前壁并且限定有在所述液體噴射防護(hù)杯狀物與所述等離子噴嘴之間的環(huán)形液體腔，所述液體噴射防護(hù)杯狀物包括前壁，所述前壁具有延伸穿過其中且沿著所述縱向軸線與所述電極對準(zhǔn)的軸向液體噴射口，使得從所述等離子噴嘴口發(fā)出的所述電弧及等離子氣體流穿過所述軸向液體噴射口并且朝向與所述液體噴射防護(hù)杯狀物的所述前壁相鄰的工件行進(jìn)，所述液體噴射防護(hù)杯狀物和所述等離子噴嘴構(gòu)造為且布置為協(xié)作地限定出切向液體噴射口，所述切向液體噴射口通常為環(huán)形且共軸環(huán)繞從所述等離子噴嘴的所述等離子噴嘴口發(fā)出的所述電弧及等離子氣體流，并且將液體從所述環(huán)形液體腔切向向內(nèi)地噴射到所述電弧及等離子氣體流中并且隨后穿過所述軸向液體噴射口朝向所述工件行進(jìn)；(e)等離子氣體通道，所述等離子氣體通道延伸穿過所述焊炬本體并且到達(dá)所述等離子空腔；以及(f)液體噴射通道，所述液體噴射通道延伸穿過所述焊炬本體并且到達(dá)所述環(huán)形液體腔。(2)通過如下過程對工件進(jìn)行打標(biāo)將等離子打標(biāo)氣體輸送至所述等離子氣體通道并且由此到達(dá)所述等離子空腔，將液體輸送至所述液體噴射通道并且由此到達(dá)所述環(huán)形液體腔，并且將適于對所述工件進(jìn)行等離子打標(biāo)的相對較低功率水平的電力輸送至所述電極，使得相對較低電流的電弧與等離子打標(biāo)氣體流和液體一起被遠(yuǎn)離所述軸向液體噴射口引向所述工件；以及(3)通過如下過程切割所述工件或另一工件將等離子切割氣體輸送至所述等離子氣體通道并且由此到達(dá)所述等離子空腔，將液體(例如，水，或帶有一種或更多種添加劑的水)輸送至所述液體噴射通道并且由此到達(dá)所述環(huán)形液體腔，并且將適于對所述工件進(jìn)行等離子切割的相對較高功率水平的電力輸送至所述電極，使得相對較高電流的電弧與等離子切割氣體流和液體一起被遠(yuǎn)離所述軸向液體噴射口引向所述工件。至少在操作的打標(biāo)模式下，將液體以被控制的流率供應(yīng)給所述焊炬的所述液體噴射通道，所述流率能夠在從大約0. 1加侖每分鐘(gpm)到1. Ogpm的范圍內(nèi)有選擇地改變。 若需要，在切割模式中可以采用更高或更低的液體流率。在特定的實施方式中，將第一組成的氣體輸送至所述等離子氣體通道用于打標(biāo)， 并且將第二組成的氣體輸送至所述等離子氣體通道用于切割，其中所述第二組成不同于所述第一組成。所述方法可能需要將不大于大約50安培電流輸送至所述電極用于打標(biāo)，并且將比用于打標(biāo)的電流大的電流輸送至所述電極用于切割。在一個實施方式中，借助所述等離子噴嘴和所述液體噴射防護(hù)杯狀物的構(gòu)造，通過所述切向液體噴射口將液體沿著與所述縱向軸線基本垂直的方向向內(nèi)噴射到所述電弧及等離子氣體流中。在另一實施方式中，借助所述等離子噴嘴和所述液體噴射防護(hù)杯狀物的構(gòu)造，通過所述切向液體噴射口將液體沿著與所述縱向軸線傾斜的方向向內(nèi)噴射到所述電弧及等離子氣體流中，以形成向內(nèi)指向的噴射液體的圓錐。所述圓錐能夠具有大約1°到80°的半角。根據(jù)本文公開的焊炬系統(tǒng)的一個方面，所述系統(tǒng)能夠包括多組可選的等離子噴嘴和液體噴射防護(hù)杯狀物。包括等離子噴嘴和對應(yīng)的液體噴射防護(hù)杯狀物的每個組能夠構(gòu)造為用于特定范圍的切割電弧電流。由此，在一個實施方式中，第一組等離子噴嘴和液體噴射防護(hù)杯狀物用于在小于或等于大約50安培的電弧電流下打標(biāo)工件，并且在等于或大于大約70安培但小于200安培的電弧電流下切割所述工件或另一工件。所述方法隨后能夠包括以不同構(gòu)造的第二等離子噴嘴和不同構(gòu)造的第二液體噴射防護(hù)杯狀物替代所述第一組等離子噴嘴和液體噴射防護(hù)杯狀物的步驟，并且在小于或等于大約50安培的電弧電流下打標(biāo)工件而在等于或大于200安培但小于300安培的電弧電流下切割所述工件或另一工件。所述方法還能夠包括以不同構(gòu)造的第三等離子噴嘴和不同構(gòu)造的第三液體噴射防護(hù)杯狀物替代所述第二等離子噴嘴和所述第二液體噴射防護(hù)杯狀物的步驟，并且在小于或等于大約50安培的電弧電流下打標(biāo)工件而在等于或大于300安培的電弧電流下切割所述工件或另一工件。本申請還描述了一種用于切割和打標(biāo)金屬工件的等離子電弧焊炬系統(tǒng)。在一個實施方式中，如上述，所述系統(tǒng)包括焊炬本體、電極、等離子噴嘴、以及液體噴射防護(hù)杯狀物。 等離子氣體通道限定為用于將打標(biāo)或切割氣體供應(yīng)至所述等離子氣體腔，而液體噴射通道限定為用于將液體供應(yīng)至所述液體腔。所述系統(tǒng)還包括噴射液體控制部用于以被調(diào)節(jié)的體積流率將液體流供應(yīng)至所述液體噴射通道并且由此到達(dá)所述液體腔，所述噴射液體控制部能夠操作以有選擇地改變所述液體的所述被調(diào)節(jié)的體積流率。另外，所述系統(tǒng)包括電源，所述電源能夠操作而有選擇地將(1)適于對工件進(jìn)行等離子打標(biāo)的相對較低的功率水平或者(2)適于工件切割的相對較高的功率水平的電力輸送至所述電極。因此，所述焊炬可以有選擇地(1)在相對較低的功率水平下操作，其中將等離子打標(biāo)氣體輸送至所述等離子氣體通道，并且將液體輸送至所述液體噴射通道，以容許在工件打標(biāo)模式下進(jìn)行操作；或者(2)在相對較高的功率水平下操作，其中將等離子切割氣體輸送至所述等離子氣體通道，并且將液體輸送至所述液體噴射通道，以容許在工件切割模式下進(jìn)行操作。所述系統(tǒng)還能夠包括氣體控制部，所述氣體控制部能夠操作用于有選擇地將等離子打標(biāo)氣體或等離子切割氣體輸送至所述等離子氣體通道，分別用于打標(biāo)或切割。根據(jù)本發(fā)明的所述濕式打標(biāo)法及焊炬系統(tǒng)的另一優(yōu)點是相對于干式打標(biāo)焊炬及工藝所需的投射距離的明顯增大的投射距離(測量為從所述焊炬的端部到所述工件的表面的最短距離)。具體地，在根據(jù)本發(fā)明的濕式打標(biāo)期間的投射距離能夠位于大約0. 2英寸與0.3英寸之間，而在干式打標(biāo)期間的典型的投射距離顯著地小于0. 1英寸(例如，小至 0. 015英寸)。這意味著相對于現(xiàn)有技術(shù)的干式打標(biāo)方法及系統(tǒng)，利用本發(fā)明的濕式打標(biāo)方法及焊炬系統(tǒng)基本不太可能發(fā)生焊炬與工件之間的碰撞。所述等離子噴嘴和液體噴射防護(hù)杯狀物能夠具有多種構(gòu)造以用于它們被設(shè)計來滿足的特定用途。作為一個示例，所述等離子噴嘴的前壁和所述液體噴射防護(hù)杯狀物的前壁能夠構(gòu)造為將切向液體噴射口限定為大致圓錐形噴口，所述噴口將液體圓錐沿著與所述縱向軸線傾斜的方向向內(nèi)噴射到所述電弧及等離子氣體流中。所述切向液體噴射口能夠構(gòu)造為使得所述液體圓錐具有大約1°到80°的圓錐半角。相對于液體的“傾斜”噴射，大于 80°的圓錐半角視為提供將液體“基本垂直地”向內(nèi)噴射到所述電弧及等離子氣體流中。構(gòu)造為傾斜噴射液體的噴嘴可以適于例如以相對較低的電弧電流(例如，大約70安培到大約 250安培)進(jìn)行切割。作為另一示例，在所述切向液體噴射口的區(qū)域中，所述等離子噴嘴的前壁和所述液體噴射防護(hù)杯狀物的前壁能夠沿著與所述縱向軸線大致垂直的方向徑向向內(nèi)延伸，使得液體沿著與所述縱向軸線大致垂直的方向向內(nèi)噴射到所述電弧及等離子氣體流中。構(gòu)造為大致垂直噴射液體的噴嘴可以適于例如以相對較高的電弧電流(例如，高于大于250安培) 進(jìn)行切割。所述等離子電弧焊炬能夠包括多組等離子噴嘴和液體噴射防護(hù)杯狀物，其中一個 “組”包括等離子噴嘴和特別構(gòu)造為與所述等離子噴嘴一起使用的對應(yīng)的液體噴射防護(hù)杯狀物。例如，多個組能夠就它們分別被設(shè)計以進(jìn)行操作的切割電弧電流的水平這方面進(jìn)行等級評定。由此，例如，第一組噴嘴/防護(hù)杯狀物可能具有這樣的特征具有等離子噴嘴的直徑相對較小的等離子噴嘴口，從而適于以相對較低的第一范圍的電弧電流進(jìn)行切割。所述系統(tǒng)能夠包括第二組噴嘴/防護(hù)杯狀物，其構(gòu)造為安裝在所述等離子電弧焊炬中以替代所述等離子噴嘴和所述液體噴射防護(hù)杯狀物，其中所述第二等離子噴嘴具有直徑比所述等離子噴嘴的所述等離子噴嘴口大的等離子噴嘴口。由此，所述第二等離子噴嘴和所述第二液體噴射防護(hù)杯狀物能夠適于以第二范圍的電弧電流進(jìn)行切割，所述第二范圍的電弧電流大于所述第一范圍的電弧電流。若需要，所述系統(tǒng)能夠至少包括第三等離子噴嘴和第三液體噴射防護(hù)杯狀物，其構(gòu)造為安裝在所述等離子電弧焊炬系統(tǒng)中以替代所述等離子噴嘴和所述液體噴射防護(hù)杯狀物，其中所述第三等離子噴嘴具有直徑比所述第二等離子噴嘴的所述等離子噴嘴口大的等離子噴嘴口，所述第三等離子噴嘴和所述第三液體噴射防護(hù)杯狀物適于以第三范圍的電弧電流進(jìn)行切割，所述第三范圍的電弧電流大于所述第二范圍的電弧電流。
盡管多種組的噴嘴和防護(hù)杯狀物被設(shè)計用于以不同的電弧電流水平進(jìn)行切割，但是所有的組均能夠使所述等離子電弧焊炬系統(tǒng)對工件進(jìn)行打標(biāo)。用于通過每個組進(jìn)行打標(biāo)的電弧電流低于用于切割的所述第一(最低)范圍的電弧電流，并且通常低于大約50安
培ο一個或更多個噴嘴/杯狀物組能夠包括渦旋(swirl)環(huán)，所述渦旋環(huán)設(shè)置在限定于所述等離子噴嘴與所述液體噴射防護(hù)杯狀物之間的大致環(huán)形的空間中。所述大致環(huán)形的空間從或部分地從所述噴射液體供應(yīng)通道接收液體。所述渦旋環(huán)在液體被向內(nèi)噴射到所述等離子羽流中之前使液體具有渦旋。所述等離子噴嘴與所述液體噴射防護(hù)杯狀物之間能夠設(shè)置絕緣件/墊圈用于使所述等離子噴嘴與所述液體噴射防護(hù)杯狀物電絕緣。盡管不希望限定于特定的假說，但是受讓人提出如下理論液體徑向向內(nèi)噴射到電弧及等離子氣體流內(nèi)導(dǎo)致了使電弧穩(wěn)定的電弧“壓擠”，并且由此導(dǎo)致打標(biāo)在工件上的更明顯的或更清楚的(相反于“模糊的”)線。當(dāng)應(yīng)用于不銹鋼工件時，相對于由受讓人開發(fā)的上述現(xiàn)有技術(shù)的焊炬打標(biāo)出的線，由本焊炬系統(tǒng)及方法打標(biāo)出的線意外地具有更小的線寬度、更深的線顏色(并且由此初始金屬表面的更高對比度)，并且減小了表面粗糙度，即使當(dāng)?shù)入x子噴嘴口直徑顯著大于現(xiàn)有焊炬的該直徑時也如此。


本專利或申請文件包含至少一個執(zhí)行為彩色的附圖。帶有彩色附圖的本專利或?qū)＠暾埧锏膹?fù)制將在請求和支付必要費用后由專利局提供。由此，已經(jīng)整體上描述了本發(fā)明，現(xiàn)在將對附圖進(jìn)行參照，這些附圖并非必然按比例繪制，其中圖IA是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的等離子電弧焊炬的軸向截面?zhèn)纫晥D；圖IB是圖IA的焊炬的沿著與圖IA的平面成角度地偏移的平面截取的軸向截面圖；圖IC是與圖IA相似的視圖，但是稍微按比例放大以更好地示出焊炬部件的細(xì)節(jié)；圖ID是與圖IB相似的視圖，但是稍微按比例放大以更好地示出焊炬部件的細(xì)節(jié)；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的包括等離子噴嘴和液體噴射防護(hù)杯狀物的噴嘴組件的軸向截面?zhèn)纫晥D；圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的包括等離子噴嘴和液體噴射防護(hù)杯狀物的噴嘴組件的軸向截面?zhèn)纫晥D；圖4是圖表，示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的等離子電弧焊炬的測試結(jié)果，其中使用設(shè)計用于在125安培的電弧電流下進(jìn)行切割的噴嘴組件，描繪出在10安培的打標(biāo)電流和多種投射距離下對于不同等離子氣體壓力等離子氣體流率和液體流率如何相互作用；圖5是圖表，示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的等離子電弧焊炬的測試結(jié)果，其中使用設(shè)計用于在400安培的電弧電流下進(jìn)行切割的噴嘴組件，描繪出在30psi的等離子氣體壓力和35安培的打標(biāo)電流下在多種投射距離下等離子氣體流率和液體流率如何相互作用；圖6是圖表，示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的等離子電弧焊炬的測試結(jié)果，其中使用設(shè)計用于在125安培的電弧電流下進(jìn)行切割的噴嘴組件，描繪出標(biāo)記線寬度如何作為等離子氣體壓力和液體流率的函數(shù)進(jìn)行變化；圖7是圖表，示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的等離子電弧焊炬的測試結(jié)果，其中使用設(shè)計用于在400安培的電弧電流下進(jìn)行切割的噴嘴組件，描繪出標(biāo)記線寬度如何作為液體流率的函數(shù)進(jìn)行變化；以及圖8是通過根據(jù)本發(fā)明的實施方式的濕式打標(biāo)工藝產(chǎn)生的雙線條標(biāo)記的放大彩色圖片。
具體實施例方式現(xiàn)在將參照附圖在下文中更全面地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的一些但非全部實施方式。相反，本發(fā)明可以實施為多種不同的形式并且不應(yīng)當(dāng)理解為限制于本文闡釋的實施方式；更確切地，提供這些實施方式使得本公開滿足適用法律的要求。相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的元件。圖IA至圖ID中示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的等離子電弧焊炬10，這些圖繪出了焊炬的沿著彼此成角度偏移的兩個不同平面上的橫截面以示出在一個截面上出現(xiàn)而在另一截面上沒有出現(xiàn)的特征。焊炬包括大致圓筒形的主焊炬本體14，其通常由導(dǎo)電材料比如金屬制成；大致圓筒形的下部或前部絕緣本體16，其連接至主焊炬本體14 ；電極固定器組件18，其延伸穿過主焊炬本體14的中央孔并且穿過前部絕緣本體16的中央孔； 電極20，其連接至電極固定器組件18的自由端；以及與電極20相鄰的噴嘴組件22，其連接至的絕緣本體16。焊炬包括等離子氣體供應(yīng)管M，其固定在限定于主焊炬本體14中的等離子氣體供應(yīng)通道沈內(nèi)。等離子氣體通道沈延伸穿過主焊炬本體14到達(dá)其下端面。絕緣本體16 具有上端面，該上端面抵接主焊炬本體的下端面。絕緣本體16限定有等離子氣體通道36， 該等離子氣體通道36與主焊炬本體14中的等離子氣體通道26對準(zhǔn)且與該等離子氣體通道沈相連。由此，諸如氧氣、空氣、氮氣、H-35、F5或氬氣之類的等離子氣體通過等離子氣體供應(yīng)管M供應(yīng)到焊炬本體中的等離子氣體通道沈內(nèi)，并且由此到達(dá)絕緣本體16中的對應(yīng)的通道36內(nèi)。等離子氣體通道36從絕緣本體16的上端面延伸穿過絕緣本體16到達(dá)絕緣本體16的下端部中的圓筒形埋頭孔38內(nèi)。如下面進(jìn)一步描述的，埋頭孔38與噴嘴組件 22的上端部一起形成等離子氣體供應(yīng)腔40，等離子氣體從該供應(yīng)腔40供應(yīng)至焊炬的主噴嘴或等離子氣體噴嘴。來自合適源的等離子氣體通過流動穿過主焊炬本體14中的等離子氣體通道沈、到達(dá)絕緣本體16的與通道沈?qū)?zhǔn)的等離子氣體通道36內(nèi)、并且到達(dá)腔40內(nèi)而進(jìn)入等離子氣體供應(yīng)腔40內(nèi)。噴嘴組件22包括等離子噴嘴42 (或稱為“基部”)，該等離子噴嘴42具有可滑動地接收在金屬嵌入套筒44內(nèi)的大致圓筒形的上部分，該金屬嵌入套筒44嵌入到絕緣本體 16的埋頭孔38內(nèi)。0形圈(未示出)使等離子噴嘴42與金屬嵌入套筒44之間的滑動互連密封。等離子噴嘴包括在其頂端部處的等離子噴嘴50。液體噴射防護(hù)杯狀物48 (或者稱為“殼體”)共軸環(huán)繞等離子噴嘴42并且包括在其頂端部處的軸向液體噴射口 51。存在有從等離子氣體供應(yīng)腔40通過等離子噴嘴42的中央通道到達(dá)限定于等離子噴嘴42與電極 20之間的等離子空腔43內(nèi)的等離子氣體流動路徑。從等離子空腔43，等離子氣體流動穿過等離子噴嘴50和軸向液體噴射51以便引導(dǎo)等離子氣體的噴射流體以輔助執(zhí)行在工件上的切割或打標(biāo)操作。發(fā)射自電極20的電弧也朝向工件穿過口 50、51，如在下面進(jìn)一步描述的那樣。等離子氣體噴射流體優(yōu)選地具有由中空的圓筒形陶瓷氣體擋板52生成的渦旋部件，該擋板52部分地設(shè)置在絕緣本體16的埋頭孔凹部M中。擋板52的下端部抵接等離子噴嘴42的環(huán)形凸緣面。擋板52的外表面由大致環(huán)形的腔40圍繞。擋板52具有非徑向孔，該非徑向孔用于將等離子氣體從腔40引導(dǎo)到等離子噴嘴42的中央通道內(nèi)而具有速度的渦旋分量。焊炬10包括管狀防護(hù)罩定位固定器78，該管狀防護(hù)罩定位固定器78的上端部是內(nèi)螺紋的并且旋擰到圍繞主焊炬本體14的焊炬外殼82的外螺紋部分上，其中絕緣部84設(shè)置在焊炬本體14與外殼82之間。防護(hù)罩定位固定器78具有外螺紋的下端部分用于附接至具有內(nèi)螺紋的防護(hù)罩定位器96。防護(hù)罩定位器96的下端部分為大致去頭圓錐形并且限定有徑向向內(nèi)突出的凸緣97，該凸緣97具有與液體噴射防護(hù)杯狀物48的徑向向外突出的凸緣相接合的上表面。由此，噴嘴組件22由防護(hù)罩定位器96保持在焊炬中。焊炬包括噴射液體供應(yīng)管30，其固定在限定于主焊炬本體14中的噴射液體供應(yīng)通道32內(nèi)。噴射液體供應(yīng)通道32延伸穿過主焊炬本體14到達(dá)其下端面用于將液體供應(yīng)至絕緣本體16中的對應(yīng)的液體噴射通道72。液體噴射通道72延伸到絕緣本體16內(nèi)，并且隨后成角度向外且延伸穿過絕緣本體的圓筒形外表面進(jìn)入限定于絕緣本體16與防護(hù)罩定位固定器78之間的大致環(huán)形的空間73內(nèi)。絕緣套筒80在其徑向外表面上具有多個周向間隔開的軸向溝槽79，并且液體從環(huán)形空間73流動穿過溝槽79到達(dá)防護(hù)固定器96與液體噴射防護(hù)杯狀物48之間的大致環(huán)形的空間內(nèi)。液體噴射防護(hù)杯狀物48限定有一系列的周向間隔開的孔100，這些孔100將噴射液體從大致環(huán)形的空間供應(yīng)到限定于液體噴射防護(hù)杯狀物48與等離子噴嘴42之間的液體腔102內(nèi)。液體腔102是在兩個噴嘴42與48 之間的大致環(huán)形空間的上端部分，并且渦旋環(huán)110設(shè)置在該環(huán)形空間的下端部分中。液體從液體腔102流動穿過渦旋環(huán)110中的切向定向的孔到達(dá)另外的液體腔112內(nèi)，該液體腔 112限定為液體噴射防護(hù)杯狀物48的下端部分與等離子噴嘴42的下端部分之間的大致環(huán)形的空間。液體腔112中的渦旋液體流隨后向內(nèi)噴射穿過切向液體噴射口 114(限定在等離子噴嘴42的前壁與液體噴射防護(hù)杯狀物48的前壁之間)到達(dá)通過口 50、51的電弧及等離子氣體流中。在所示的實施方式中，切向流體噴射口 114構(gòu)造為與縱向軸線大致垂直地噴射液體，其中電弧及等離子氣體流沿著所述縱向軸線延伸。但是，在其他實施方式中，比如在下面進(jìn)一步描述的那些中，切向液體噴射口能夠構(gòu)造為相對于縱向軸線傾斜地噴射液體。電極固定器組件18包括上部管狀電極固定器56，該固定器56具有通過螺紋連接到主焊炬本體14中的軸向盲孔58內(nèi)的上端部。上部電極固定器56延伸到穿過絕緣本體 16形成的軸向孔60內(nèi)，并且電極固定器56的下端部包括擴大的內(nèi)螺紋的聯(lián)接件62，該聯(lián)接件62具有比套在聯(lián)接件62的外側(cè)上的陶瓷氣體擋板52的內(nèi)徑略小的外徑。電極固定器組件還包括在聯(lián)接件62的上方間隔開的內(nèi)螺紋，該內(nèi)螺紋用于螺紋連接地接收下部管64，如在下面進(jìn)一步討論的，該下部管64將冷卻劑供應(yīng)至電極20，并且從絕緣本體16的軸向孔向外延伸到等離子噴嘴42的中央通道內(nèi)。電極20包括杯狀本體，該杯狀本體的敞開的上端部通過螺紋旋擰到電極固定器56的下端部處的聯(lián)接件62內(nèi)，并且其帶帽下端部與下部冷卻劑管64的下端部緊鄰。冷卻劑循環(huán)空間存在于電極20的內(nèi)壁與冷卻劑管64的外壁之間、以及冷卻劑管 64的外壁與電極固定器56的內(nèi)壁之間。電極固定器56包括多個孔66，該多個孔66用于將冷卻劑從電極固定器內(nèi)的空間供應(yīng)至電極固定器與絕緣本體16中的軸向孔60的內(nèi)壁之間的空間68。設(shè)置在孔66與聯(lián)接件62之間的密封件69密封抵靠孔60的內(nèi)壁以防止空間 68中的冷卻劑經(jīng)過密封件69朝向聯(lián)接件62流動。電極固定器56的外表面上的升高的環(huán)形肋或阻擋部71設(shè)置在孔66的遠(yuǎn)離密封件69的另一側(cè)上，這是由于以下闡明的原因。焊炬10包括冷卻劑入口連接管111，該連接管111固定在主焊炬本體14中的冷卻劑入口通道113內(nèi)。冷卻劑入口通道113連接至主焊炬本體中的軸向中央孔58。冷卻劑由此被供應(yīng)到孔58內(nèi)并且由此到達(dá)穿過電極固定器56的內(nèi)通道內(nèi)、通過冷卻劑管64的內(nèi)通道、并且進(jìn)入管64與電極20之間的空間內(nèi)。熱從電極(電弧自其發(fā)射)的下端部傳遞至液體冷卻劑并且冷卻劑隨后流動穿過冷卻劑管64的下端部與電極20之間的通道并且向上通過冷卻劑管64與電極20之間的環(huán)形空間，并且隨后進(jìn)入冷卻劑管64與電極固定器 18之間的環(huán)形空間68內(nèi)。冷卻劑供應(yīng)通道70從空間68延伸穿過絕緣本體16、穿過絕緣本體16的外圓筒形表面用于將冷卻劑供應(yīng)給噴嘴組件22。絕緣體本體16包括溝槽或平整部分116，其容許冷卻劑從絕緣本體16和絕緣套筒80之間的通道70流動并且進(jìn)入圍繞上部噴嘴構(gòu)件42的冷卻劑腔118，其中絕緣套筒80環(huán)繞噴嘴組件22的上端部分和絕緣本體16。冷卻劑圍繞上部噴嘴構(gòu)件42流動以冷卻噴嘴組件。冷卻劑從噴嘴組件經(jīng)由與溝槽或平整部分116成角度偏移的第二溝槽或平整部分120回歸，并且進(jìn)入絕緣本體16中的冷卻劑回歸通道122內(nèi)。冷卻劑回歸通道122延伸到軸向孔60的通過阻擋部71與冷卻劑供應(yīng)通道70分開的一部分內(nèi)。冷卻劑隨后在電極固定器56與孔60的內(nèi)壁之間流動進(jìn)入環(huán)形空間126內(nèi)，該環(huán)形空間1 與形成在主焊炬本體14中的冷卻劑回歸通道1 相連，并且經(jīng)由固定在其中的冷卻劑回歸連接管130流出冷卻劑回歸通道128。典型地，回歸的冷卻劑在被冷卻之后在封閉的環(huán)路中再循環(huán)回到焊炬中。在焊炬10的起動期間，電極20與等離子噴嘴42之間建立起電勢差，使得穿過它們之間的間隙形成電弧。等離子氣體隨后流過噴嘴組件22并且電弧從等離子噴嘴口 50和軸向液體噴射口 51向外吹動直到其附接至工件為止，此刻使等離子噴嘴42與電源斷開，使得電弧存在于電極20與工件之間。焊炬隨后處于操作的工作模式下。如注意到的，本發(fā)明并不限于圖IA至圖ID中繪出的噴嘴組件22的構(gòu)造。圖2和圖3分別繪出了設(shè)計用于來自噴嘴組件22的不同的切割電流等級的兩個可選的噴嘴組件 122和222。具體地，噴嘴組件22可以設(shè)計用于相對較高的切割電流等級(例如，處于或高于300安培，并且更優(yōu)選地處于或高于350安培)，而噴嘴組件122可以設(shè)計用于相對較低的切割電流等級(例如，低于200安培，并且更優(yōu)選地低于150安培)。噴嘴組件222可以設(shè)計用于中等切割電流等級(例如，處于或高于200安培但低于300安培)。將注意到的是噴嘴組件彼此在多個方面不同。例如，低電流噴嘴組件122具有等離子噴嘴142的最小直徑的等離子噴嘴口 150，中等電流噴嘴組件222具有等離子噴嘴242的略大直徑的等離子噴嘴口 250，而高電流噴嘴組件22具有等離子噴嘴42的最大直徑的等離子噴嘴口 50。另外， 低電流和中等電流噴嘴組件122、222與高電流噴嘴組件22的不同之處在于，它們相應(yīng)的液體噴射防護(hù)杯狀物148、248構(gòu)造為沿與縱向軸向傾斜的方向向內(nèi)噴射液體，而高電流噴嘴組件22的液體噴射防護(hù)杯狀物48構(gòu)造為沿與該軸線大致垂直的方向向內(nèi)噴射液體。如注意到的，在工作模式(切割或打標(biāo))期間，液體還經(jīng)由切向液體噴射口 114向內(nèi)噴射到電弧和等離子氣體流中。意外地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在打標(biāo)操作期間以該方式噴射液體對打標(biāo)操作以及打標(biāo)在工件上的最終線條的特性具有若干意料之外但有益的效果。為了將通過干式等離子打標(biāo)(即，諸如氮氣或空氣之類的防護(hù)氣體被用于防護(hù)等離子氣體和電弧)形成的標(biāo)記的質(zhì)量與通過根據(jù)本發(fā)明的濕式等離子打標(biāo)(即，液體(通常為水)用于防護(hù)等離子氣體和電弧)形成的標(biāo)記的質(zhì)量進(jìn)行比較，打標(biāo)的質(zhì)量可以由五個因素量化(1)標(biāo)記線的寬度；(2)標(biāo)記線的顏色；(3)標(biāo)記線的可視性(與初始的金屬表面的對比度)；(4)標(biāo)記線的表面粗糙度；以及(5)在打標(biāo)期間由焊炬的單次通過而生成兩個視覺區(qū)分的、緊密間隔開的線條。在該研究中采用四個不同的噴嘴組件分別設(shè)計用于在125安培和400安培下在防護(hù)氣體圍繞電弧和等離子流的情況下進(jìn)行切割(即，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù))的兩個“干式”噴嘴組件，以及根據(jù)本發(fā)明的分別設(shè)計用于在125安培和400安培下在液體噴射的情況下進(jìn)行切割的兩個“濕式”噴嘴組件。表1中提供了噴嘴的細(xì)節(jié)。表1 關(guān)鍵噴嘴尺寸
權(quán)利要求
1.一種操作等離子電弧焊炬以在不必改變所述焊炬的任何耗材的情況下有選擇地切割金屬工件及在所述金屬工件的表面上進(jìn)行打標(biāo)的方法，包括步驟(1)提供等離子電弧焊炬，所述焊炬包括(a)焊炬本體，所述焊炬本體限定有縱向軸線；(b)電極，所述電極沿著所述縱向軸線安裝到所述焊炬本體上并且限定有前部排放端， 所述前部排放端支承能夠操作用于發(fā)射電弧的發(fā)射元件；(c)等離子噴嘴，所述等離子噴嘴安裝在所述焊炬本體上以覆蓋所述電極的所述前部排放端并且由此限定出它們之間的等離子空腔，所述等離子噴嘴包括前壁，所述前壁具有延伸穿過其中且沿著所述縱向軸線與所述電極對準(zhǔn)的等離子噴嘴口，使得從所述發(fā)射元件發(fā)射的電弧能夠與等離子氣體流一起穿過所述等離子噴嘴口 ；(d)液體噴射防護(hù)杯狀物，所述液體噴射防護(hù)杯狀物安裝到所述焊炬本體上以便以間隔開的關(guān)系覆蓋所述等離子噴嘴的所述前壁并且限定出在所述液體噴射防護(hù)杯狀物與所述等離子噴嘴之間的環(huán)形液體腔，所述液體噴射防護(hù)杯狀物包括前壁，所述前壁具有延伸穿過其中且沿著所述縱向軸線與所述電極對準(zhǔn)的軸向液體噴射口，使得從所述等離子噴嘴口發(fā)出的所述電弧及等離子氣體流穿過所述軸向液體噴射口并且朝向與所述液體噴射防護(hù)杯狀物的所述前壁相鄰的工件行進(jìn)，所述液體噴射防護(hù)杯狀物和所述等離子噴嘴構(gòu)造為且布置為協(xié)作地限定出切向液體噴射口，所述切向液體噴射口通常為環(huán)形且共軸環(huán)繞從所述等離子噴嘴的所述等離子噴嘴口發(fā)出的所述電弧及等離子氣體流，并且將液體從所述環(huán)形液體腔切向向內(nèi)地噴射到所述電弧及等離子氣體流中并且隨后穿過所述軸向液體噴射口朝向所述工件行進(jìn)；(e)等離子氣體通道，所述等離子氣體通道延伸穿過所述焊炬本體并且到達(dá)所述等離子空腔；以及(f)液體噴射通道，所述液體噴射通道延伸穿過所述焊炬本體并且到達(dá)所述環(huán)形液體腔；(2)通過如下過程對工件進(jìn)行打標(biāo)將等離子打標(biāo)氣體輸送至所述等離子氣體通道并且由此到達(dá)所述等離子空腔，將液體輸送至所述液體噴射通道并且由此到達(dá)所述環(huán)形液體腔，并且將適于對所述工件進(jìn)行等離子打標(biāo)的相對較低功率水平的電力輸送至所述電極， 使得相對較低電流的電弧與等離子打標(biāo)氣體流和所述液體一起被遠(yuǎn)離所述軸向液體噴射口引向所述工件；以及(3)通過如下過程切割所述工件或另一工件將等離子切割氣體輸送至所述等離子氣體通道并且由此到達(dá)所述等離子空腔，將液體輸送至所述液體噴射通道并且由此到達(dá)所述環(huán)形液體腔，并且將適于對所述工件進(jìn)行等離子切割的相對較高功率水平的電力輸送至所述電極，使得相對較高電流的電弧與等離子切割氣體流和所述液體一起被遠(yuǎn)離所述軸向液體噴射口引向所述工件。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟( 和C3)分別包括將第一組成的氣體輸送至所述等離子氣體通道用于打標(biāo)和將第二組成的氣體輸送至所述等離子氣體通道用于切割， 其中所述第二組成不同于所述第一組成。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(2)包括將不大于50安培的電流輸送至所述電極用于打標(biāo)，而步驟C3)包括將比步驟O)中使用的電流大的電流輸送至所述電極用于切割。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，借助所述等離子噴嘴和所述液體噴射防護(hù)杯狀物的構(gòu)造，通過所述切向液體噴射口將液體沿著與所述縱向軸線基本垂直的方向向內(nèi)噴射到所述電弧及等離子氣體流中。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，借助所述等離子噴嘴和所述液體噴射防護(hù)杯狀物的構(gòu)造，通過所述切向液體噴射口將液體沿著與所述縱向軸線傾斜的方向向內(nèi)噴射到所述電弧及等離子氣體流中，以形成向內(nèi)指向的噴射液體的圓錐。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述圓錐具有大約Γ到80°的半角。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，以被調(diào)節(jié)的體積流率將液體輸送至所述液體噴射通道。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(1)至步驟(3)被執(zhí)行為在小于或等于大約 50安培的電弧電流下打標(biāo)工件并且在等于或大于大約70安培但小于200安培的電弧電流下切割所述工件或另一工件，并且還包括步驟以不同構(gòu)造的第二等離子噴嘴和不同構(gòu)造的第二液體噴射防護(hù)杯狀物替代所述等離子噴嘴和所述液體噴射防護(hù)杯狀物，并且執(zhí)行步驟(2)和(3)以在小于或等于大約50安培的電弧電流下打標(biāo)工件并且在等于或大于200安培但小于300安培的電弧電流下切割所述工件或另一工件。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括步驟以不同構(gòu)造的第三等離子噴嘴和不同構(gòu)造的第三液體噴射防護(hù)杯狀物替代所述第二等離子噴嘴和所述第二液體噴射防護(hù)杯狀物，并且執(zhí)行步驟(2)和(3)以在小于或等于大約50安培的電弧電流下打標(biāo)工件并且在等于或大于300安培的電弧電流下切割所述工件或另一工件。
10.一種用于切割和打標(biāo)工件的等離子電弧焊炬系統(tǒng)，包括焊炬本體，所述焊炬本體限定有縱向軸線；電極，所述電極沿著所述縱向軸線安裝到所述焊炬本體上并且限定有前部排放端，所述前部排放端支承能夠操作用于發(fā)射電弧的發(fā)射元件；等離子噴嘴，所述等離子噴嘴安裝在所述焊炬本體上以覆蓋所述電極的所述前部排放端并且由此限定出它們之間的等離子空腔，所述等離子噴嘴包括前壁，所述前壁具有延伸穿過其中且沿著所述縱向軸線與所述電極對準(zhǔn)的等離子噴嘴口，使得從所述發(fā)射元件發(fā)射的電弧能夠與等離子氣體流一起穿過所述等離子噴嘴口 ；液體噴射防護(hù)杯狀物，所述液體噴射防護(hù)杯狀物安裝到所述焊炬本體上以便以間隔開的關(guān)系覆蓋所述等離子噴嘴的所述前壁并且限定出在所述液體噴射防護(hù)杯狀物與所述等離子噴嘴之間的環(huán)形液體腔，所述液體噴射防護(hù)杯狀物包括前壁，所述前壁具有延伸穿過其中且沿著所述縱向軸線與所述電極對準(zhǔn)的軸向液體噴射口，使得從所述等離子噴嘴口發(fā)出的所述電弧及等離子氣體流穿過所述軸向液體噴射口并且朝向與所述液體噴射防護(hù)杯狀物的所述前壁相鄰的工件行進(jìn)，所述液體噴射防護(hù)杯狀物和所述等離子噴嘴構(gòu)造為且布置為協(xié)作地限定出切向液體噴射口，所述切向液體噴射口通常為環(huán)形且共軸環(huán)繞從所述等離子噴嘴的所述等離子噴嘴口發(fā)出的所述電弧及等離子氣體流，并且將液體從所述環(huán)形液體腔切向向內(nèi)地噴射到所述電弧及等離子氣體流中并且隨后穿過所述軸向液體噴射口朝向所述工件行進(jìn)；等離子氣體通道，所述等離子氣體通道延伸穿過所述焊炬本體并且到達(dá)所述等離子空腔；以及液體噴射通道，所述液體噴射通道延伸穿過所述焊炬本體并且到達(dá)所述環(huán)形液體腔；噴射液體控制部，所述噴射液體控制部用于以被調(diào)節(jié)的體積流率將液體流供應(yīng)至所述液體噴射通道并且由此到達(dá)所述液體腔，所述噴射液體控制部能夠操作以有選擇地改變所述液體的所述被調(diào)節(jié)的體積流率；以及電源，所述電源能夠操作以有選擇地將(1)適于對工件進(jìn)行等離子打標(biāo)的相對較低功率水平或(2)適于工件切割的相對較高功率水平的電力輸送至所述電極；由此，所述焊炬可以有選擇地(1)在所述相對較低功率水平下進(jìn)行操作，其中，通過將等離子打標(biāo)氣體輸送至所述等離子氣體通道并且將液體輸送至所述液體噴射通道以容許在工件打標(biāo)模式下進(jìn)行操作；或者(2)在所述相對較高功率水平下進(jìn)行操作，其中，通過將等離子切割氣體輸送至所述等離子氣體通道并且將液體輸送至所述液體噴射通道以容許在工件切割模式下進(jìn)行操作。
11.如權(quán)利要求10所述的等離子電弧焊炬系統(tǒng)，還包括氣體控制部，所述氣體控制部能夠操作用于有選擇地將等離子打標(biāo)氣體輸送至所述等離子氣體通道用于打標(biāo)和將等離子切割氣體輸送至所述等離子氣體通道用于切割。
12.如權(quán)利要求10所述的等離子電弧焊炬系統(tǒng)，其中，所述等離子噴嘴的所述前壁和所述液體噴射防護(hù)杯狀物的所述前壁構(gòu)造為將所述切向液體噴射口限定為大致圓錐形噴口，所述噴口將液體圓錐沿著與所述縱向軸線傾斜的方向向內(nèi)噴射到所述電弧及等離子氣體流中。
13.如權(quán)利要求12所述的等離子電弧焊炬系統(tǒng)，其中，所述切向液體噴射口構(gòu)造為使得所述液體圓錐具有大約1°到80°的圓錐半角。
14.如權(quán)利要求10所述的等離子電弧焊炬系統(tǒng)，其中，在所述切向液體噴射口的區(qū)域中，所述等離子噴嘴的所述前壁和所述液體噴射防護(hù)杯狀物的所述前壁沿著與所述縱向軸線大致垂直的方向徑向向內(nèi)延伸，使得所述液體沿著與所述縱向軸線大致垂直的方向向內(nèi)噴射到所述電弧及等離子氣體流中。
15.如權(quán)利要求10所述的等離子電弧焊炬系統(tǒng)，其中，所述等離子噴嘴的所述等離子噴嘴口直徑相對較小，適于以相對較低的第一范圍的電弧電流進(jìn)行切割，并且其中，所述系統(tǒng)還包括第二等離子噴嘴和第二液體噴射防護(hù)杯狀物，所述第二等離子噴嘴和所述第二液體噴射防護(hù)杯狀物構(gòu)造為安裝在所述等離子電弧焊炬系統(tǒng)中以替代所述等離子噴嘴和所述液體噴射防護(hù)杯狀物，其中，所述第二等離子噴嘴具有直徑比所述等離子噴嘴的所述等離子噴嘴口大的等離子噴嘴口，所述第二等離子噴嘴和所述第二液體噴射防護(hù)杯狀物適于以第二范圍的電弧電流進(jìn)行切割，所述第二范圍的電弧電流高于所述第一范圍的電弧電流，所述第二等離子噴嘴和所述第二液體噴射防護(hù)杯狀物能夠使所述等離子電弧焊炬系統(tǒng)以比所述第一范圍的電弧電流小的電弧電流打標(biāo)工件。
16.如權(quán)利要求15所述的等離子電弧焊炬系統(tǒng)，還包括第三等離子噴嘴和第三液體噴射防護(hù)杯狀物，所述第三等離子噴嘴和所述第三液體噴射防護(hù)杯狀物構(gòu)造為安裝在所述等離子電弧焊炬系統(tǒng)中以替代所述等離子噴嘴和所述液體噴射防護(hù)杯狀物，其中，所述第三等離子噴嘴具有直徑比所述第二等離子噴嘴的所述等離子噴嘴口大的等離子噴嘴口，所述第三等離子噴嘴和所述第三液體噴射防護(hù)杯狀物適于以第三范圍的電弧電流進(jìn)行切割，所述第三范圍的電弧電流高于所述第二范圍的電弧電流；所述第三等離子噴嘴和所述第三液體噴射防護(hù)杯狀物能夠使所述等離子電弧焊炬系統(tǒng)以比所述第一范圍的電弧電流小的電弧電流打標(biāo)工件。
17.一種用于通過等離子電弧工藝打標(biāo)金屬工件的方法，所述方法包括步驟利用等離子電弧焊炬沿著金屬工件的表面的單次通過而在所述表面上打標(biāo)出兩根可視覺區(qū)分的、間隔開的且平行的線，其中，所述打標(biāo)步驟包括將等離子打標(biāo)氣體流通過等離子噴嘴的等離子噴嘴口排向所述工件的表面，所述等離子打標(biāo)氣體具有被控制的流率；將來自電極的電弧通過所述等離子噴嘴口向所述工件的表面發(fā)射，使得所述電弧被包封在所述等離子打標(biāo)氣體流內(nèi)，以形成指向所述工件的表面的等離子羽流，所述電弧的電弧電流小于或等于50安培；以及將液體從限定在所述等離子噴嘴與液體噴射防護(hù)杯狀物之間的大致環(huán)形空間通過大致環(huán)形的、徑向向內(nèi)指向的液體噴射口噴射，使得所述液體向內(nèi)噴射到所述等離子羽流中， 所述液體具有被控制的流率；其中，供應(yīng)給所述焊炬的所述等離子打標(biāo)氣體的壓力、所述電弧電流、以及所述液體流率被調(diào)節(jié)，使得當(dāng)所述等離子電弧焊炬沿著所述工件的表面行進(jìn)時在所述表面上形成所述兩根視覺可區(qū)分的、間隔開的且平行的線。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，采用氬氣作為所述等離子打標(biāo)氣體。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述液體流率被調(diào)節(jié)為介于大約0.1加侖每分鐘與大約1.0加侖每分鐘之間。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，在所述打標(biāo)步驟期間，測量為從所述液體噴射焊嘴到所述工件的表面的最短距離的焊炬投射距離被調(diào)節(jié)為介于大約0. 2英寸與大約0. 3英尺之間。
全文摘要
一種切割和打標(biāo)金屬工件的等離子電弧焊炬，包括具有等離子噴嘴口的等離子噴嘴，等離子氣體流和來自電極的電弧通過所述等離子噴嘴口朝向工件發(fā)射；以及將液體切向向內(nèi)噴射到電弧及等離子氣體流中的液體噴射防護(hù)杯狀物。電源能夠操作以有選擇地將適于工件打標(biāo)的低功率水平或適于工件切割的高功率水平的電力輸送至電極。焊炬可以有選擇地操作以在低功率水平下進(jìn)行打標(biāo)，其中等離子打標(biāo)氣體被輸送至等離子氣體通道，或者在高功率水平下進(jìn)行切割，其中等離子切割氣體被輸送至等離子氣體通道，并且液體被輸送至液體噴射通道用于切割和打標(biāo)。
文檔編號B23K10/00GK102554427SQ20111041285
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者K·D·阿什克塔爾, 小J·V·瓦倫 申請人:依賽彼集團公司