專利名稱：轉(zhuǎn)移弧等離子體炬的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子體炬領(lǐng)域，更具體涉及一種轉(zhuǎn)移弧等離子體炬。
背景技術(shù)：
等離子體炬用于在受控反應(yīng)性氣氛下在非常高的溫度下處理 材料(固體，液體或氣體)。尤其，等離子體炬通常應(yīng)用于焊接、
才示i己、熱噴發(fā)(projection thermique )和廢4勿處玉里。
等離子體是電離狀態(tài)的氣體，通常認(rèn)為等離子體是物質(zhì)的第四 種狀態(tài)。為了在大氣壓下獲得氣體的電離，使用等離子體炬。這些 炬借助于電磁波(無線電頻率或微波)或電弧給氣體電離帶來所需 的能量。在這里，我們僅考慮構(gòu)成能達(dá)到大的運行功率的唯一技術(shù) 的弧炬(torches a arc )。
我們將弧炬歸分為兩類噴射(souffl6)弧炬和轉(zhuǎn)移弧炬。在 噴射弧炬的情況下，能產(chǎn)生電弧的兩個電極被容納在炬內(nèi)，且因此， 弧被封閉到炬的內(nèi)部。通過氣體在弧內(nèi)經(jīng)過產(chǎn)生的等離子煙噴射至 炬外部。在轉(zhuǎn)移弧炬的情況下，炬僅包括唯——個電極，且弧產(chǎn)生 在炬和另外的用作反電極的材料之間。在申i青EP-A-706308中描述 有噴射弧炬和轉(zhuǎn)移弧炬的例子。
兩個轉(zhuǎn)移弧炬可通過并排聯(lián)接的方式使用，以便在它們之間維 持弧， 一個用作陰極，另一個用作陽極。該裝置以雙極并聯(lián)炬或《孿 生炬》的名字而7>知。
在申請EP-A-1281296中描述有并聯(lián)炬的例子。
無論運用哪種弧炬技術(shù)，主要問題依然是電極的短壽命。
幾年來，大量的研究工作基本上涉及通過選擇電4及材料來延長 等離子體炬的電極壽命。這些電極分為兩類所謂的"熱"電極， 由高沸點或高升華點的耐火材料制成(諸如鎢和鋯)；以及所謂的 "冷"電極，由低沸點和強(qiáng)熱傳導(dǎo)的材料制成(諸如銅)。無論使 用哪種類型的材沖+，電才及通過腐蝕遭受磨損。
已制定不同的技術(shù)方案來減少電極的磨損速度在釷中摻雜 鴒，機(jī)加工電極末端等。很快出現(xiàn)了通過水的內(nèi)部循環(huán)來對電極自 身冷卻的必要性，且主要的后果是使炬的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，產(chǎn)生兩個 甚至三個的分離的冷卻回^各幾乎不與限定尺寸的系統(tǒng)(諸如熱等離 子體炬)兼容。另外，由于必須預(yù)先將冷卻回路的接頭斷開，電極 的維修才乘作和替換操作變得困難。
另外，在遠(yuǎn)離等離子體炬領(lǐng)域的領(lǐng)域，即，鋁的電解領(lǐng)域或鋼 鐵工業(yè)領(lǐng)域已知使用可消耗的電極，以石墨制成的簡單實心圓柱的 形狀出現(xiàn)。然而，這些電擬 唯一可能在還原氣體氣氛下運用，因為 在氧化氣氛下，石墨的燃燒將使電極快速腐蝕。
本發(fā)明的目的是提供一種轉(zhuǎn)移弧等離子體炬，它具有與冷卻電 極等離子體炬相同的使用性能，而不具有其缺點，尤其是體積和安 裝的復(fù)雜性以及維修方面的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)移弧等離子體炬，包括使用冷卻流體來冷卻 的套筒以及插入所述套筒內(nèi)的電極，所述電極由可消耗的材料制 成，并且該炬包括用于供應(yīng)由該材料制成的電極的裝置以便補(bǔ)償電 才及的腐々±。
因此，不需提供額外的用于冷卻電極的冷卻回路。
根據(jù)實施例，用于供應(yīng)由所述材料制成的電極的裝置包括使電 極向炬遠(yuǎn)端自動前進(jìn)的裝置。我們尤其可以提供通過摩擦使電極向 炬遠(yuǎn)端前進(jìn)的滾專侖。
有利地，炬包括氣罩裝置，該氣罩裝置確保通過所述套筒的內(nèi) 部的中性等離子體化氣體來罩住所述電極。
因此，電極的腐蝕將被顯著抑制，且電極壽命延長了。為了使 保護(hù)最優(yōu)化，氣罩裝置通過所述氣體和該氣體向電極遠(yuǎn)端的擴(kuò)散確
l呆只于電才及的清掃(balayage )。
套筒可在其遠(yuǎn)端包括第二氣體的輸送管道，炬包括與所述輸送 管道連接的注射裝置，以〗更在電4及下游(en aval，下部)注入第二 氣體。該緊密設(shè)置能在電極下游獲得所希望成分的等離子體。
有利地，等離子體炬包括支撐氣體接頭、冷卻流體接頭和電源 ^接頭組件的固定的炬主體。套筒具有與炬頭部連成一體的管狀部 分，所述套筒貫穿所述炬主體，該炬頭部i殳置在所述炬主體上并和 其協(xié)作，以便確保在所述^矣頭和所述套筒之間的氣體回^各、冷卻流 體回3各和供電回3各的連續(xù)性。
因此，當(dāng)改變電才及時，不需要拆卸氣體4妻頭、冷卻流體4妄頭和 電源4妾頭。
典型地，套筒的管狀部分包括限定腔的兩個同心護(hù)套，該腔與 冷卻回路連接。
另外，可預(yù)i殳導(dǎo)向和固定裝置，以1更將炬頭部定位在所述主體 的預(yù)定位置上，并在該預(yù)定位置將所述炬頭部固定在所述主體上。 4艮容易進(jìn)行該安裝和拆卸，且尤其能避免由主體和炬頭部之間的對 準(zhǔn)缺陷而引起的密封問題。
電極的供電借助于至少一個金屬刷子來確保，該刷子安裝在炬 頭部上并通過彈簧作用4安壓在電才及表面上。在此同樣，容易進(jìn)4亍電 才及的安裝和拆卸。


通過參照附圖閱讀本發(fā)明優(yōu)選的實施例，會顯露出本發(fā)明其他 的特征和優(yōu)點，其中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)移弧等離子體炬的示意圖2詳細(xì)示出了^4居本發(fā)明的轉(zhuǎn)移弧等離子體炬。
具體實施例方式
以本發(fā)明為基礎(chǔ)的第 一構(gòu)思是提供一個材料可連續(xù)供應(yīng)的可 消耗電極。以本發(fā)明為基礎(chǔ)的第二構(gòu)思是通過在套筒內(nèi)的中性氣體 罩來保護(hù)該電才及。
本發(fā)明將被有利地用于制造并聯(lián)的等離子體炬(或稱"等離子 體火炬")， 一個等離子體炬用作陽4及，且另一個用作陰才及。然而， 這兩個炬結(jié)構(gòu)上是相同的，故僅描述其中一個。
圖1示出了才艮據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)移f瓜等離子體炬。它包括稱為炬主
體的支撐體10、、具有與炬頭部20的上部部分連成一體的管狀部分 的套筒25(該套筒優(yōu)選為金屬的)、可消耗電極30(例如石墨電極)、 導(dǎo)向和固定裝置40、擴(kuò)散器50、用于使電極前進(jìn)的裝置60、通過 刷子70與電^f及電連4妄的裝置。
炬主體IO構(gòu)成炬的固定部分(該部分從沒有被拆卸過)，并支 撐與流體回路、氣體回路和供電回路的所有連接物。接頭是頭部和 套筒的冷卻水的輸入(端)和輸出(端)、等離子體化氣體的輸入 (端)、第二氣體的輸入(端)和電源輸入(端)。炬主體在其上部 部分包^"夾纟反11，氣體回路、冷卻流體回^各和電連^妻通向該夾+反處。
借助于導(dǎo)向和固定裝置40來將炬頭部20安裝在炬主體的夾板 11上。該裝置確^f呆炬頭部在炬主體上的預(yù)先確定的位置上的導(dǎo)向和 固定。導(dǎo)向由導(dǎo)向銷或定中心裝置(在支撐體主體上或這些裝置的 組合件上)確保。例如，借助于快速固定機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)固定。在支撐 體IO和炬頭部20之間的流體回路和氣體回3各的連續(xù)性由合適的密 封系統(tǒng)確保，例如借助于墊圈，尤其是環(huán)形墊圏，或者借助于在夾 板11處的特殊的連4妄裝置來確保。
石墨制成的圓柱形電極30完全穿過炬頭部，并在套筒內(nèi)延伸。 其供電通過與金屬刷子(balai m6tallique，或鋼絲刷)7(M秦觸來實 現(xiàn)，該金屬刷子由彈簧71推向電極。才是供一些裝置以便供應(yīng)可消 誶毛材并牛電^L (例如借助于方文置在炬頭部處的自動前進(jìn)裝置)。這些 前進(jìn)裝置例如是速度可調(diào)的機(jī)動滾輪60，該滾輪按壓在電極上，在 完全相反的位置，并通過摩纟察4吏電才及向炬遠(yuǎn)端前進(jìn)。
以jt匕方式，當(dāng)炬頭部必須祐j斥卸時，只有固定系鄉(xiāng)充40必須4皮 操縱，這樣使得簡單地通過從夾板上豎直抬起固定系統(tǒng)，就可以松 開炬主體10的炬頭部20。在這里，我們可以看到能將炬的所有枳^ 械部分分開，而不用將流體回路和氣體回路乂人炬主體10上斷開的 優(yōu)點。
圖2更詳細(xì)地描述了根據(jù)本發(fā)明的炬頭部的端部。
如以上所述，電極30由套筒25和炬頭部20保護(hù)，電極的遠(yuǎn) 端31有利地位于相對于炬噴嘴(nez,鼻部)26的后面(retrait )。 套筒由冷卻流體21 (例如水)的內(nèi)部回3各冷卻。套筒具有同心的兩 個護(hù)套的管狀形狀，該冷卻流體在由這兩個護(hù)套限定的腔內(nèi)循環(huán)。 另外，i殳置在腔內(nèi)部的管道22允許第二氣體23l命送直至炬遠(yuǎn)端。
等離子體炬包括適用于將中性保護(hù)性氣體罩保持在電極周圍 的氣罩裝置。該中性氣體還用于產(chǎn)生等離子體。更具體地，氣罩裝 置不僅通過中性氣體確保對電極的清掃，還在其遠(yuǎn)端或活性端確保 該氣體的擴(kuò)散。為此，電才及#^呆護(hù)以免受外部環(huán)境影響，尤其當(dāng)外 部環(huán)境為氧化性時。
氣罩裝置包括氣體供給回路和擴(kuò)散器50。實際上，該擴(kuò)散器具 有多個功能除了確保在電極30和套筒25之間等離子體化中性氣 體80循環(huán)，以及該氣體在電極活性端的擴(kuò)散，該擴(kuò)散器還確保電 才及30相對于套筒25的同軸定心，以及它們相互的電絕緣。擴(kuò)散器 50可以是絕緣環(huán)形狀，該環(huán)在其下部具有法蘭(bride,壓板)51。 絕纟彖環(huán)由鎖止金屬卡環(huán)或4壬4可等同的卡夾系統(tǒng)固定在套筒25內(nèi)。 選擇環(huán)的內(nèi)部直徑以便通過輕孩i的過壓來固定套筒，以及通過中性 等離子體化氣體來確保對電極的清掃。另外，噴嘴(buse，排氣管) 52穿過法蘭，該噴嘴由一個或多個第二氣體輸送管22供給，以便 第二氣體噴入在電才及下游的等離子體區(qū)域內(nèi)。
需要注意的是，等離子體化氣體能通過穩(wěn)定的弧產(chǎn)生等離子 體，而第二氣體使得能夠獲得具有所期望的化學(xué)成分或物理特性的 等離子體。有利地，我們使用諸如氬的等離子體化的中性氣體和諸 如氧氣的第二氣體。
這樣的系統(tǒng)能用在所有的需要產(chǎn)生等離子體的應(yīng)用中，尤其是 在廢沖牛的處理領(lǐng)域的應(yīng)用中。
權(quán)利要求
1. 一種轉(zhuǎn)移弧等離子體炬，包括使用冷卻流體(21)冷卻的套筒(25)以及插入所述套筒內(nèi)的電極(30)，其特征在于，所述電極由可消耗材料制成，并且所述炬包括用于供應(yīng)由所述材料制成的電極的裝置(60)，以便補(bǔ)償電極的腐蝕。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體炬，其特征在于，所述用于供 應(yīng)由所述材料制成的電極的裝置包括用于使所述電極向所述 炬的遠(yuǎn)端自動前進(jìn)的裝置。
3. 才艮據(jù)權(quán)利要求1或2所述的等離子體炬，其特征在于，所述炬 包括氣罩裝置，所述氣罩裝置確保通過所述套筒內(nèi)部的中性等 離子體化氣體罩住所述電才及。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的等離子體炬，其特征在于，所述氣罩裝 置通過所述氣體和其向所述電極遠(yuǎn)端的擴(kuò)散確保對所述電極 的清掃。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體炬，其特征在于，所述套筒在 其遠(yuǎn)端包括第二氣體輸送管道，所述炬包括與所述輸送管道連 接的噴射裝置，以〗更確保在所述電4及下游所述第二氣體的噴 入。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的等離子體炬，其特征在于， 所述等離子體炬包括支撐所述氣體接頭、冷卻流體接頭和電源 接頭的組件的 一 個固定的炬主體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的等離子體炬，其特征在于，所述套筒具 有與炬頭部連成一體的管狀部分，所述套筒完全穿過所述炬主體，所述炬頭部i殳置在所述炬主體上并與其協(xié)作，以便更確保在所述接頭和所述套筒之間的氣體回路、冷卻流體回路各和供電回路的連續(xù)性。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的等離子體炬，其特征在于，所述管狀部 分具有限定腔的兩個同心護(hù)套，所述腔與所述冷卻回路連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的等離子體炬，其特征在于，所述炬 包括導(dǎo)向和固定裝置，以便將所述炬頭部定位在所述主體的預(yù)定位置上，并在該位置將所述炬頭部固定在所述主體上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項所述等離子體炬，其特征在于， 所述電極通過至少一個金屬刷子來供電，所述金屬刷子安裝在 所述炬頭部上并通過彈簧作用按壓在所述電才及的表面上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)移弧等離子體炬，包括使用冷卻流體(21)冷卻的套筒(25)以及插入該套筒內(nèi)的電極，該電極由可消耗材料制成，并且該炬包括用于供應(yīng)由該材料制成的電極的裝置(80)，以便補(bǔ)償電極的腐蝕。
文檔編號H05H1/34GK101390454SQ200780006389
公開日2009年3月18日 申請日期2007年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月23日
發(fā)明者克里斯托夫·吉羅爾德, 利昂內(nèi)爾·布呂吉埃, 弗洛朗·勒莫爾, 阿諾·布爾吉耶 申請人:法國原子能委員會