CN110036697A

CN110036697A - 喷嘴保护盖、包括该喷嘴保护盖的等离子体弧焰炬及等离子体弧焰炬的用途

Info

Publication number: CN110036697A
Application number: CN201780075923.5A
Authority: CN
Inventors: 延斯·弗里德尔; 蒂莫·格伦德克; 沃克·克林克
Original assignee: Kjellberg Stiftung
Current assignee: Kjellberg Stiftung
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2017-10-06
Publication date: 2019-07-19
Also published as: JP2019535109A; US11178746B2; JP7090074B2; RU2019110297A3; EP3524038A1; DE102016219350A1; WO2018065578A1; EP3524038B1; US20200045804A1; RU2741583C2; RU2019110297A

Abstract

本发明的用于等离子体弧焰炬(1)的喷嘴保护盖(7)定位并固定在等离子体弧焰炬(1)的尖端的外部，等离子体射流在所述尖端处通过喷嘴状的开口(4a，7a)从等离子体弧焰炬(1)涌出。喷嘴保护盖(7)由含有至少0.05％的硫的铁合金制成。

Description

喷嘴保护盖、包括该喷嘴保护盖的等离子体弧焰炬及等离子体弧焰炬的用途

技术领域

本发明涉及一种用于等离子体弧焰炬的喷嘴保护盖、具有所述喷嘴保护盖的等离子体弧焰炬、以及所述等离子体弧焰炬的用途。

背景技术

等离子体弧焰炬既可以用于干切割，也可以特别有利地用于各种金属工件的水下切割。

在等离子体切割的情况下，首先在阴极(电极)和阳极(喷嘴)之间点燃电弧(引导电弧)，并且随后将电弧直接转移至工件上以便在那里进行切割。

所述电弧形成等离子体，该等离子体是由正离子和负离子、电子、以及激发的中性原子和分子组成的被高温加热的导电气体(等离子气体)。诸如氩气、氢气、氮气、氧气或空气的气体被用作等离子气体。这些气体通过电弧的能量被离子化并离解。产生的等离子体射流用于切割工件。

现代的等离子体弧焰炬大体上由许多基本元件组成，例如焰炬本体、电极(阴极)、喷嘴、一个或多个盖(特别是喷嘴盖和围绕喷嘴的喷嘴保护盖)、以及用于为等离子体弧焰炬供应电流、气体和/或液体的连接件。

喷嘴保护盖用于在切割过程中保护喷嘴免受热量和溅射的工件的熔融金属的影响。

喷嘴可以由一个或多个组成部分组成。在直接水冷的等离子体弧焰炬的情况下，喷嘴通常由喷嘴盖保持。冷却水在喷嘴和喷嘴盖之间流动。二级气体则在喷嘴盖和喷嘴保护盖之间流动。喷嘴保护盖用于产生限定的气氛、用于限制等离子体射流以及用于在等离子体射流刺入相应的工件时防止溅射。

在气冷的等离子体弧焰炬和间接水冷的等离子体弧焰炬的情况下，可以省略喷嘴盖。二级气体则在喷嘴和喷嘴保护盖之间流动。

电极和喷嘴相对于彼此以特定的空间关系布置，并限定一空间，该空间即在其中形成等离子体射流的等离子体腔。根据喷嘴和电极的设计，等离子体射流可以在其参数(例如直径、温度、能量密度和等离子气体的通过流速)方面受到很大影响。

对于不同的等离子气体，电极和喷嘴由不同的材料并以不同的形式制成。

喷嘴和喷嘴保护盖通常由铜制成并且被直接或间接地水冷。根据切割任务和等离子体弧焰炬的电功率，使用具有不同的内轮廓和有不同直径的开口的喷嘴，从而提供最佳的切割效果。

例如，DE 10 2004 049 445 A1描述了一种等离子体弧焰炬，所述等离子体弧焰炬具有水冷电极和喷嘴以及气冷喷嘴保护盖。为此目的，二级气体通过喷嘴保护盖保持件供给，在内部经过喷嘴盖保持件和喷嘴保护盖之间的螺纹连接区域，通过形成在喷嘴保护盖和喷嘴盖之间的二级气体通道，到达等离子射流。

EP 2 465 334 B1提出了一种喷嘴保护盖和喷嘴保护盖保持件以及等离子体弧焰炬。喷嘴保护盖包括前端部分和后端部分，且在其内表面上具有用于螺纹连接至等离子体弧焰炬的焰炬本体的螺纹区域，其中，至少一个凹槽穿过该内部表面上的螺纹区域。

EP 0 573 653 B1涉及一种具有水冷电极和喷嘴以及水冷喷嘴保护盖的等离子体弧焰炬。正如DE 10 2004 049 445 A1的等离子体弧焰炬的情况一样，在喷嘴保护盖保持件内的二级气体在内部通过喷嘴保护盖保持件和喷嘴保护盖之间的螺纹连接区域供给至等离子射流。

现有技术中本身已知的结构变型原则上也可以用于根据本发明的喷嘴保护盖以及配置有所述喷嘴保护盖的等离子体弧焰炬的情况。

在描述的等离子体焰炬中，喷嘴保护盖由通常表现出特别好的导热性的铜或另一非铁金属构成。特别是在水下等离子切割的情况下，也就是说，在切割过程中，等离子体焰炬的尖端位于水中并且因此喷嘴保护盖也位于水中，其中工件也布置在水中的情况下，在穿刺或切割过程中喷嘴保护盖的孔的表面上出现增大的磨损。这导致切割质量的劣化，因为二级气体的气流被破坏。此外，缩短了有效使用寿命，这导致更频繁的更换和停机。特别地，这是由电腐蚀过程(例如点火过程中的火花放电)、电化学过程以及由于温度和/或空化引起的材料的物理过载引起的。

另一问题是喷嘴保护盖所需的机械强度，特别是如果等离子体焰炬的尖端与工件接触并且因此喷嘴保护盖也与工件接触。这可能导致喷嘴保护盖的损坏，并且由于二级气体的气流的破坏而同样导致切割质量的劣化。

发明内容

因此，本发明基于提高等离子体弧焰炬的喷嘴保护盖的使用寿命的目的。特别地，本发明涉及水下等离子切割。此外，本发明意图能够在相对长的时间段内持续保持高切割质量，并且寻求降低对喷嘴保护盖的机械损坏的风险。同时，意图使喷嘴保护盖表现出良好的导热性以便避免过热。根据本发明，所述目的通过具有权利要求1的特征的喷嘴保护盖实现。权利要求8限定了具有所述喷嘴的等离子体弧焰炬，以及权利要求9涉及所述等离子体弧焰炬的用途。

利用从属权利要求中指定的特征可以实现本发明的有利的实施方式和改进。

根据本发明的用于等离子体弧焰炬的喷嘴保护盖布置并固定在等离子体弧焰炬尖端的外部，等离子射流在所述尖端处通过喷嘴状开口从等离子体弧焰炬涌出。所述喷嘴保护盖由铁合金制成，所述铁合金包含含量为至少0.05％的硫。

意图铁合金包含含量在0.05％至0.5％的范围内、优选地含量在0.1％至0.4％的范围内、特别优选地含量在0.15％至0.35％的范围内的硫。

除了硫之外，还可以包括选自铬、镍、锰、钼、铌、钛、钨和钒中的至少一种另外的附加合金元素。

所包含的一种或多种附加合金元素的含量可以为至多35％。在这里，多种附加合金元素的各自的单独含量总计达到至多35％。然而，除了硫之外，意图使一种或多种附加合金元素的含量达到至少5％。除了合金元素和硫的含量之外，意图用于根据本发明的喷嘴保护盖的材料仅包括铁。

意图铬和镍作为附加合金元素共同包含在铁合金中。

有利地，意图铁合金不包含碳或包含非常少含量的碳。意图碳含量限制在2.1％的最大含量、优选地1.2％的最大含量、特别优选地至多0.5％的含量。

还意图铁合金包含少于0.1％、优选地少于0.05％的钴，特别优选地不包含钴。

意图用于生产喷嘴保护盖的铁合金具有至少10W/m*K的导热率、具有至少HB150的硬度、和/或在正常环境或使用条件下是抗氧化和耐腐蚀的。在这里，“正常”应理解为指常见的环境气氛和在水中的使用，其至少不包含化学侵蚀性的物质、或者执行附加的能量引入。

意图根据本发明的喷嘴保护盖可紧固至的等离子体弧焰炬至少被设计成具有焰炬本体、喷嘴、布置在焰炬本体上的电极，所述喷嘴具有中心喷嘴开口并且被布置成以由形成在所述喷嘴和电极之间的等离子气体通道分开的方式覆盖电极。意图喷嘴保护盖具有出口开口，所述出口开口布置在所述喷嘴保护盖的前端侧处并且位于喷嘴开口对面，并且喷嘴保护盖内的环形的二级气体通道连接至所述出口开口，所述喷嘴保护盖可拆卸地固定至等离子体弧焰炬。意图喷嘴保护盖相对于电极和喷嘴电绝缘并且形成具有至少一个通路的二级气体引导部分。

配置有根据本发明的喷嘴保护盖的等离子体弧焰炬可以用于切割工件。在这里，至少喷嘴保护盖和相应的工件布置在水面之下。

附图说明

将通过下面的示例更详细地讨论本发明。

在图中：

图1示出了具有根据本发明的喷嘴保护盖的等离子体弧焰炬的截面图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的特定实施方式的等离子体焰炬1。等离子体焰炬1具有焰炬本体2和电极3及喷嘴4，电极3和喷嘴4为围绕等离子体焰炬1的纵向轴线L基本上旋转对称的形式。同轴地布置在焰炬本体2内的电极3和喷嘴4以特定的空间关系定位并且形成等离子体腔6，等离子气体PG流过等离子体腔6，等离子气体PG通过等离子气体通道6a供给。喷嘴盖5相对于等离子体焰炬1的纵向轴线L同轴布置，并且利用保护作用保持并围绕喷嘴4。冷却水流过的腔11位于喷嘴4和喷嘴盖5之间。冷却水通过水供给通道WV供给并且通过水回流通道WR流出。

具有多个通路(特别是以孔的形式，由附图标记8a表示其中的仅一个通路)的环形的二级气体引导部分8被布置在形成于喷嘴盖5和喷嘴保护盖7之间、二级气体入口8b和二级气体通道9的前端之间的二级气体通道9中，使得流过通路8a的二级气体SG撞击喷嘴盖5的外壳表面。随后，二级气体SG通过由喷嘴盖5的壳表面和喷嘴保护盖7的内表面7b界定的二级气体通道9进入等离子体焰炬1的前端，然后送入等离子体射流(未示出)，并通过喷嘴保护盖7的出口开口7a涌出。旋转的二级气体SG在从喷嘴开口4a涌出后围绕等离子体射流流动，并且另外地围绕等离子体射流产生限定的气氛。

二级气体引导部分8的通路8a被布置成实现二级气体SG的旋转流动。例如，二级气体引导部分8a中的通路8a可以等距地布置在二级气体引导部分8的圆周上，以便径向延伸或相对于径向偏移，也就是说以便在每种情况下朝向相对于实际圆心点偏移的点来取向。

例如，焰炬也可以没有喷嘴盖5，并且喷嘴4可以被旋拧入焰炬本体2中。那么，二级气体SG流过的腔5由喷嘴4的壳表面和喷嘴保护盖7的内表面7b界定。

在该等离子体弧焰炬的情况下，根据本发明，可以使用如权利要求1至8中任一项所述的喷嘴保护盖7。在特定的个别示例中，喷嘴保护盖7可以由合金组成，该合金由铁和附加的17％至19％的铬、8％至10％的镍以及0.15％至0.35％的硫制成。最大碳含量可以达到0.1％。

附图标记

1 等离子体焰炬

2 焰炬本体

3 电极

4 喷嘴

4a 喷嘴开口

5 喷嘴盖

6 等离子体腔

6a 等离子气体通道

7 喷嘴保护盖

7a 出口开口

7b 内表面

8 二级气体引导部分

8a 通路

8b 二级气体入口

9 二级气体通道

L 纵向轴线

PG 等离子气体

SG 二级气体

WV 水供给

WR 水回流

Claims

1.一种用于等离子体弧焰炬(1)的喷嘴保护盖(7)，所述喷嘴保护盖布置并固定在所述等离子体弧焰炬(1)的尖端的外部，等离子体射流在所述尖端处通过喷嘴状开口(4a，7a)从所述等离子体弧焰炬(1)涌出；

其特征在于，所述喷嘴保护盖(7)由铁合金制成，所述铁合金包含含量为至少0.05％的硫。

2.如权利要求1所述的喷嘴保护盖，其特征在于，所述铁合金包含含量在0.05％至0.5％的范围内、优选地含量在0.1％至0.4％的范围内、特别优选地含量在0.15％至0.35％的范围内的硫。

3.如前述权利要求中任一项所述的喷嘴保护盖，其特征在于，除了硫之外，还存在选自铬、镍、锰、钼、铌、钛、钨和钒中的至少一种另外的附加合金元素。

4.如前一项权利要求所述的喷嘴保护盖，其特征在于，所包含的一种或多种附加合金元素的含量为至多35％。

5.如前两项权利要求中任一项所述的喷嘴保护盖，其特征在于，包含铬和镍作为附加合金元素。

6.如前述权利要求中任一项所述的喷嘴保护盖，其特征在于，不包含碳，或包含最大含量为2.1％、优选地最大含量为1.2％、特别优选地含量至多为0.5％的碳。

7.如前述权利要求中任一项所述的喷嘴保护盖，其特征在于，包含少于0.1％、优选地少于0.05％的钴，特别优选地不包含钴。

8.如前述权利要求中任一项所述的喷嘴保护盖，其特征在于，所述铁合金具有至少10W/m*K的导热率、至少HB 150的硬度、和/或在正常环境或使用条件下是抗氧化和耐腐蚀的。

9.一种等离子体弧焰炬(1)，所述等离子体弧焰炬具有：

焰炬本体(2)、喷嘴(4)以及布置在所述焰炬本体(2)中的电极(3)，所述喷嘴具有中心喷嘴开口(4a)并且被布置成以由形成在所述喷嘴和所述电极之间的等离子气体通道(6a)分开的方式覆盖所述电极(3)，

喷嘴保护盖(7)，所述喷嘴保护盖具有出口开口(7a)，所述出口开口布置在所述喷嘴保护盖的前端侧处并且位于所述喷嘴开口(4a)对面，并且环形的二级气体通道(9)位于所述喷嘴保护盖(7)内，所述二级气体通道连接至所述出口开口(7a)，其中

所述喷嘴保护盖(7)被布置成相对于所述电极(3)和所述喷嘴(4)电绝缘，并且二级气体引导部分(8)具有至少一个通路(8a)，

所述喷嘴保护盖(7)可拆卸地固定至所述等离子体弧焰炬(1)，

其特征在于，

所述喷嘴保护盖(7)被设计成如前述权利要求中任一项所述。

10.如前一项权利要求中所述的等离子体弧焰炬的用于切割工件的用途，其中，至少所述喷嘴保护盖(7)和相应的所述工件被布置在水面之下。