CN103404237A - 具有先进的冷却通道的等离子切割喷嘴 - Google Patents

Abstract

提供一种具有提高的寿命的喷嘴的等离子电弧焊炬。喷嘴限定了第一组流体通道、第二组流体通道以及与第一和第二流体通道流体连通的内部腔。内部腔包括靠近并围绕喷嘴的中央孔口设置的基部。第一组流体通道允许使冷却流体进入喷嘴，并且第二组流体通道允许使冷却流体从喷嘴排出。

Description

具有先进的冷却通道的等离子切割喷嘴

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年2月28日提交的题为“Plasma Arc Torch Having ImprovedConsumables Life”的美国临时序列No.61/447,560的优先权。上述申请的公开内容通过引用整体结合于此。

技术领域

本公开涉及等离子电弧焊炬，更具体地涉及用于等离子电弧焊炬的喷嘴。

背景技术

在该部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息并且不可构成现有技术。

等离子电弧焊炬，也称为电弧焊炬，通常用于通过使由电离的气体颗粒组成的高能量等离子流朝向工件来切割、标记、刨削和焊接金属工件。在典型的等离子电弧焊炬中，被电离的气体被提供至焊炬的远端并且在通过等离子电弧焊炬的喷嘴中的孔口或管口离开之前流经电极。电极具有相对的负电势并且作为阴极进行操作。相反地，焊炬喷嘴构成相对的正电势并且在引导过程中作为阳极进行操作。而且，电极与喷嘴处于间隔开的关系，从而在焊炬的远端处产生间隙。在操作中，在电极和喷嘴之间的常常称为等离子电弧腔的间隙中产生引导电弧，其中引导电弧加热和电离气体。电离的气体被喷出焊炬并且表现为离开喷嘴向远端延伸的等离子流。随着焊炬的远端移动至靠近工件的位置，在通过电源激活的开关电路的帮助下，电弧从焊炬喷嘴跳转或转移至工件。因此，工件充当阳极，并且等离子电弧焊炬在“转移电弧”的模式下工作。

由于高电流/功率和高操作温度，等离子电弧焊炬的耗材，诸如电极和喷嘴，易于磨损。在启动引导电弧和产生等离子流之后，电极和喷嘴在等离子电弧焊炬的整个操作中经受由等离子流引起的高热量以及磨损。在等离子切割领域不断需要改进的耗材和操作等离子电弧焊炬的方法以提高耗材的寿命，从而增加操作时间并且降低成本。

发明内容

在本公开的一种形式中，用于等离子电弧焊炬的喷嘴包括近侧部分和锥形的远侧部分。近侧部分适合于连接至等离子电弧焊炬的相邻的阳极构件。近侧部分限定用于使冷却流体进入喷嘴的第一组流体通道和用于使冷却流体从喷嘴排出的第二组流体通道。锥形远侧部分从喷嘴的近侧部分延伸至喷嘴的排出孔口。锥形的远侧部分限定与第一组流体通道和第二组流体通道流体连通的内部腔。内部腔的基部围绕排出孔口。

在本公开的另一种形式中，用于等离子电弧焊炬的喷嘴包括适合于连接至等离子电弧焊炬的相邻的阳极构件的中央构件，以及围绕中央构件设置的外部构件。中央构件限定用于使冷却流体进入喷嘴和排出孔口的第一流体通道。外部构件限定用于使冷却流体从喷嘴排出的第二流体通道。

在又一种形式中，用于等离子电弧焊炬的喷嘴包括适合于连接至等离子电弧焊炬的相邻的阳极构件的中央构件，以及围绕中央构件设置的外部构件。中央构件限定用于使冷却流体进入喷嘴的第一组流体通道、具有外周壁部段的锥形远端部分和排出孔口。外部构件限定了用于使冷却流体从喷嘴排出的第二组流体通道和内周壁部段。中央构件的外周壁部部段和外部构件的内周壁部分限定与第一组流体通道和第二组流体通道流体连通的内部腔。内部腔的基部围绕排出孔口。

在再一种形式中，用于等离子电弧焊炬的喷嘴包括适合于连接至等离子电弧焊炬的相邻阳极构件的近侧部分，和从近侧部分延伸至喷嘴的排出孔口的远侧部分。远侧部分限定了配置为用于使冷却流体进入喷嘴和使冷却流体排出喷嘴的内部腔。内部腔的基部围绕排出孔口。

在又一种形式中，等离子电弧焊炬包括阴极构件、电连接至阴极构件的电极、喷嘴以及帽构件，所述帽构件围绕喷嘴以在喷嘴和帽构件之间限定第二气体腔。第二气体腔允许第二气体流过。喷嘴包括适合于连接至相邻的阳极构件的近侧部分和从近侧部分延伸至喷嘴的排出孔口的远侧部分。远侧部分限定了配置为用于使冷却流体进入喷嘴和使冷却流体排出喷嘴的内部腔。内部腔的基部围绕排出孔口。内部腔设置在排出孔口和第二气体腔之间。

其他方面的实用性将从本文提供的描述中变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅旨在为了说明的目的并且不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文所描述的附图仅为了说明的目的并且不旨在以任何方式限制本公开的范围。

图1为根据本公开的原理构造的等离子电弧焊炬的立体图；

图2为根据本公开的原理构造的等离子电弧焊炬的分解立体图；

图3为沿着图1的A-A线所取的根据本公开的原理构造的等离子电弧焊炬的分解截面图；

图4为图3的等离子电弧焊炬的焊炬头的截面图；

图5为图4的焊炬头的冷却液管组件的立体、截面图；

图6为根据本公开的原理构造的等离子电弧焊炬的耗材筒（consumablecartridge）的立体图；

图7为沿图6的B-B线所取的根据本公开的原理的耗材筒的截面图；

图8为根据本公开的原理构造的等离子电弧焊炬的筒体的立体、截面图；

图9为根据本公开的原理构造的等离子电弧焊炬的隔板的立体图；

图10为图9的隔板的立体、截面图；

图11为根据本公开的原理构造的电极的立体图；

图12为根据本公开的原理构造的电极的立体、截面图；

图13为根据本公开的原理构造的喷嘴的立体图；

图14为沿图13的线C-C所取的喷嘴的截面图；

图15为图13的喷嘴的中央构件的立体图；

图16为图13的喷嘴的外部构件的立体图；

图17为根据本公开的原理构造的替代形式的喷嘴的立体图；

图18为图17的喷嘴的分解图；

图19为沿图17的线D-D所取的喷嘴的截面图；

图20为根据本公开的原理构造的耗材筒的立体图，其中为了清楚起见移除了围绕阳极构件的部件；

图21为示出了冷却流体流的方向的耗材筒的放大截面图；

图22为根据本公开的另一种形式的喷嘴的截面图；

图23为图22的喷嘴的中央构件的立体图；以及

图24为包括图22的喷嘴的耗材筒的截面图。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的并且不旨在限制本公开、应用或使用。应当理解，在所有附图中的相应附图标记表示相同或相应的部件和特征。还应当理解，附图中所使用的多种交叉阴影线图案不旨在限制可在本公开中使用的特定材料。交叉阴影图案仅是示例性的优选材料或为清楚的目的用于区分附图中所示的相邻或配合部件。

参照附图，通过图1至图3中的附图标记10示出和表示根据本公开的等离子电弧焊炬。等离子电弧焊炬10通常包括如图所示的设置在等离子电弧焊炬10的近端14处的焊炬头12，和固定至焊炬头12并设置在等离子电弧焊炬10的远端18处的耗材筒16。

如本文所使用的，等离子电弧焊炬应当被本领域的技术人员解释为产生或使用等离子切割、焊接、喷涂、刨削或标记操作等的（无论是手动还是自动的）装置。因此，对等离子电弧切割焊炬或等离子电弧焊炬的特定引用不应当被解释为限制本发明的范围。而且，对提供气体到等离子电弧焊炬的特定引用不应当被解释为限制本发明的范围，使得其他流体（例如，液体）也可提供给根据本发明的教导的等离子电弧焊炬。此外，近侧方向或向近侧为如箭头A′所描绘的从耗材筒16朝向焊炬头12的方向，以及远端方向或向远侧为如箭头B′所描绘的从焊炬头12朝向消耗部件16的方向。

更具体地参照图4，焊炬头12包括阳极体20、阴极22、使阴极22与阳极体20绝缘的中央绝缘体24、外部绝缘体26以及外壳28。外部绝缘体26围绕阳极体20并且使阳极体20与外壳28绝缘。外壳28封装并保护焊炬头12及其部件在操作期间不受周围环境影响。焊炬头12进一步与冷却液供给管30、等离子气体管32、冷却液回流管34（如图1和2所示）以及第二气体管35邻接，其中，如在以下更详细的描述，在操作期间，等离子气体和第二气体被提供至等离子电弧焊炬10，以及冷却流体被提供至等离子电弧焊炬10并从该等离子电弧焊炬10返回。

如图所示，中央绝缘体24限定了置放阴极22的圆柱形管。中央绝缘体24进一步设置在阳极体20内并且还接合容纳冷却液供给管30、等离子气体管32和冷却液回流管34的焊炬帽70。

阳极体20与电源（未示出）的正极侧电连接，以及阴极22与电源的负极侧电连接。阴极22限定具有近端38、远端39以及在近端38和远端39之间延伸的中心孔36的圆柱形管。孔36与在近端38处的冷却液供给管30和在远端39处的冷却液管组件41流体连通。冷却流体从冷却液供给管30流动至阴极22的中心孔36并且然后通过冷却液管组件41分配给耗材筒16的耗材部件。阴极帽40附接至阴极22的远端39以保护阴极22在更换耗材部件或其他维修期间免受损坏。已在美国专利No.6,989,505中公开等离子电弧焊炬的焊炬头12，该申请的内容通过引用整体结合于此。

参照图5，冷却液管组件41包括冷却液管42和围绕冷却液管42的管状构件43。冷却液管42包括设置在阴极32内的近端44和设置在管状构件43内的远端45。近端44限定O形环槽54，O形环（未示出）被插入至O形环槽54以密封在冷却液管42的近端44和阴极帽40之间的界面。管状构件43限定从近端47延伸至远端48的腔46。

参照图6和图7，耗材筒16包括多种耗材，多种耗材包括电极100、喷嘴102、设置在电极100和喷嘴102之间的隔离件（spacer）104、筒体106、阳极构件108、隔板110、第二帽112以及防护罩114。阳极构件108将焊炬头20中的阳极体20（如图4所示）连接至喷嘴102以提供从电源（未示出）到喷嘴102的电气连续性（electrical continuity）。阳极构件108被固定至筒体106。隔离件104提供阴极电极100和阳极喷嘴102之间的电气隔离，并且进一步提供如以下更详细描述的特定气体分配功能。如图所示防护罩114围绕隔板110，其中在防护罩114和隔板110之间形成第二气体通道150。第二帽112和喷嘴102限定在它们之间的第二气体腔167。在操作期间，第二气体腔167允许第二气体流过以冷却喷嘴102。

如进一步所示，耗材筒16进一步包括锁定环117，以在完全组装等离子电弧焊炬10时将耗材筒16固定至焊炬头12（如图4所示）。耗材筒16进一步包括将第二帽112与喷嘴102隔开的第二隔离件116和围绕阳极构件108的保护帽（retaining cap）149。第二帽112和第二隔离件116被固定至保护帽149的远端151。

喷嘴102通过隔离件104与电极100电气隔离，这使得在电极100和喷嘴102之间形成等离子腔172。喷嘴102进一步包括中央孔口（或排出孔口）174，在等离子电弧焊炬10的操作期间，当等离子气体在等离子腔172内被电离时，等离子流通过该中央孔口（或排出孔口）174排出。等离子气体通过隔离件104的气体通道173进入喷嘴102。

参照图7和图8，筒体106通常置放和定位其他耗材部件16并且还在等离子电弧焊炬10的操作期间分布等离子气体、第二气体以及冷却流体。除了定位各种耗材部件16之外，由绝缘材料制成的筒体106还将阳极构件（例如，阳极构件108）与阴极构件（例如，电极100）间隔开。

为了分布冷却流体，筒体106限定上腔128和多个通道130，该多个通道130延伸穿过筒体106延伸并延伸到在筒体106和阳极构件108之间形成的内冷却腔132中。通道130被显示成从上腔128在远侧方向中径向向外成角度，以减少电极100和阳极构件108之间可能发生的任何数量的介质蠕变（dielectric creep）。此外，在筒体106中形成提供冷却流体的回程的外部轴向通道133（如图7中的虚线所示），这将在以下进行进一步描述。在耗材筒16的远端附近，在阳极构件108和保护帽149之间形成如以下更详细描述的用于返回冷却流体的外部流体通道148。

为了分布等离子气体，筒体106限定从筒体106的近侧的面136延伸至筒体106的远端138的多个远侧轴向通道134，多个远侧轴向通道134与等离子气体管32（未示出）和在隔离件104中形成的通道173流体连通，从而将等离子气体引导至在电极100和喷嘴102之间限定的等离子腔172。此外，通过筒体106形成从凹陷的近侧的面142延伸至远侧外部面144的用于分布第二气体的多个近侧轴向通道140（如图7中的虚线所示）。因此，除等离子气体和第二气体的分布功能之外，筒体106还执行冷却流体的分布功能。

参照图7、图9和图10，隔板110包括大体上的圆柱形体160，该圆柱形体160设置在筒体106和防护罩114之间以引导冷却流体。隔板110限定径向通道162和从近侧表面166和远侧表面168延伸的用于引导冷却流体的多个轴向通道164。

参照图7、图11和图12，电极100包括导电体220和多个发射插入物222（emissive insert）。导电体200包括近端部分224和远端部分226并且限定延伸穿过近端部分224并且与冷却液管组件41（如图4所示）流体连通的中央腔228。中央腔228包括远侧腔120和近侧腔118。

近端部分222包括外部肩状物230，该外部肩状物230抵靠隔离件104以用于沿着等离子电弧焊炬10的中心纵轴X正确地定位。隔离件104包括内部孔环（internal annular ring）124（如图7所示），该内部孔环124抵靠电极100的外部肩状物230以用于沿着等离子电弧焊炬10的中心纵轴X正确地定位电极100。

电极100进一步包括设置在中央腔228内并且在远端部分226处的中央突起部232。当耗材筒16被安装到焊炬头12时，中央突起部232被容纳在冷却液管组件41的管状构件43的中央腔46内，使得来自阴极32的中心孔36的冷却流体被引导至冷却液管组件41并且进入电极100的中央腔228。因此，在等离子电弧焊炬10的操作期间，电极100的中央腔228暴露给冷却流体。

远端部分226进一步包括远端面234和从该远端面234延伸至导电体220的圆柱形侧壁238的成角度的侧壁236。多个发射插入物222被设置在远端部分226处并延伸穿过过远端面234到中央突起部232中，但不延伸到中央腔228中。多个发射插入物222关于导电体220的中心线同中心地嵌入。发射插入物222可具有相同或不同的直径并且可交叠或间隔地排列。多个凹口240可被设置并且如图所示延伸到成角度的侧壁236和远端面234中。

参照图13和14，喷嘴102包括适合于连接至等离子电弧焊炬10的近侧部分248和具有大体上锥形的远侧部分249。在示例性实施例中，喷嘴102具有两段式结构并且包括从近侧部分248延伸至远侧部分249的中央构件250，以及设置在远侧部分249处的外部构件252。外部构件252围绕中央构件250，从而在外部构件252和中央构件250之间限定内部腔254。中央构件250包括底座部分256、第一环形凸缘258、锥形壁260以及孔口部分262。

作为示例，喷嘴102的中央构件250和外部构件252可通过钎焊、焊接、导电粘合剂（例如，导热环氧树脂）、压配合、非导电粘合剂或焊接（例如，摩擦搅拌焊接）进行连接。这些方法仅是示例性的并且因此不应当被解释为对本公开的范围的限制。还应当理解，联合的、单件式的结构可被提供作为如本文所示出和描述的两段式结构的替代方案。此外，在保留在本公开的范围内的同时，除了超过三段式外，还可使用三段式结构（以下更详细地陈述）。

如图14清楚地所示，中央构件250的底座部分256限定内部孔环253以用于容纳隔离件104的远侧部分。中央构件250的孔口部分262限定喷嘴102的中央孔口174。第一环形凸缘258包括远侧表面268并限定多个切口部分（cutout portion）269。

外部构件252包括第二环形凸缘264和围绕中央构件250的锥形壁260的锥形壁265。第二环形凸缘264包括近侧表面266并限定多个切口部分267。第一环形凸缘258的远侧表面268接触第二环形凸缘264的近侧表面266，从而限定第一组流体通道270和第二组流体通道272。第一组流体通道270通过第一环形凸缘258的多个切口部分269和第二环形凸缘264的近侧表面266来限定。第二组流体通道272通过多个切口部分267和第一环形凸缘258的远侧表面268来限定。

内部腔254与第一组通道270和第二组通道272流体连通并且配置为用于使冷却流体进入喷嘴102中和使冷却流体排出喷嘴102。内部腔254从近侧部分248延伸至孔口部分262并且限定靠近并围绕中央孔口174的基部271。第一组流体通道270允许冷却流体进入喷嘴102，从而冷却喷嘴102。第二组流体通道272允许冷却流体在冷却后排出喷嘴102。

参照图15和图16，中央构件250包括外周壁部段282。外部构件252限定与外周壁部段282相对的内周壁部段290，从而限定在其之间的内部腔254。内部腔254从近侧部分248延伸至孔口部分262。

参照图17至图19，替代形式的喷嘴300被显示出包括中央构件302和外部构件304。喷嘴300和图14至图16的喷嘴102的主要区别在于如以下更详细描述的流体通道和中央构件的孔口部分的结构。

中央构件302从近侧部分306延伸至远侧部分308。外部构件304设置在远侧部分308处并且围绕中央构件302，从而限定在其间的内部腔310。中央构件302包括用于容纳隔离件104的远侧部分的底座部分312、第一环形凸缘314、锥形壁316以及孔口部分318。孔口部分318限定中央孔口320。

外部构件304包括第二环形凸缘322和锥形壁324。如图所示，代替限定多个切口，第一环形凸缘314限定单个切口部分326，并且第二环形凸缘322限定单个切口部分328。切口部分326和328沿着凸缘314和322的外周延伸足够的长度（例如，外周长度的四分之一）。第一环形凸缘314的切口部分326限定与第二环形凸缘322相邻的单个流体通道330。第二环形凸缘322的切口部分328限定与第一环形凸缘314相邻的第二流体通道332。第一流体通道330和第二流体通道332与内部腔310流体连通。第一流体通道330允许冷却流体进入并冷却喷嘴300。第二流体通道332允许冷却流体在冷却后排出喷嘴300。

如图18清楚所示的，孔口部分318包括杯状体340和设置在杯状体340的中央处的突起部342。杯状体340包括底面342和围绕底面342的斜面344。底面342和斜面344形成内部腔310的基部346（图19）。在突出部342中限定喷嘴孔口320。杯状体340为在突起部326周围流动的冷却流体提供足够的空间，从而更有效地冷却经受喷嘴300中的大部分热量的孔口部分318。因此，喷嘴300可更有效地被冷却并因此具有提高的寿命。

类似地，中央构件302包括外周壁部段352。外部构件304限定与外周壁部段352相对的内周壁部段354。外周壁部段352和内周壁部段354被配置成限定凹部，从而在外周壁部段352和内周壁部段354之间形成内部腔310。

虽然图13至图16的喷嘴102的孔口部分262不包括杯状体，但应当理解，可更改孔口部分262以形成用于更有效冷却的杯状体。

参照图20，从阳极构件108暴露喷嘴102的第二组流体通道272。因此，当冷却流体从第二组流体通道272排出时，冷却流体可流入阳极构件108和保护帽149之间的外部流体通道148（如图7所示），这将在下面详细描述。

参照图21，在操作中，冷却流体向远侧流过阴极22的中心孔36、流过冷却液管组件41，并流入电极100的远侧腔120。然后，冷却流体向近侧流过电极100的近侧腔118以为在相对高电流和温度下操作的电极100和阴极22提供冷却。冷却流体继续向近侧流动到筒体106中的径向通道130，其中冷却流体然后流过通道130并流入筒体106和阳极构件108之间的内部冷却腔132。接着，冷却流体朝向也在相对较高温度下操作的喷嘴102向远侧流动，以便为喷嘴102提供冷却。随着冷却流体到达阳极构件108的远侧部分，冷却流体通过第一组流体通道270进入喷嘴102的内部腔254。冷却流体到达靠近并围绕喷嘴102的中央孔口174的内部腔254的基部271，从而充分冷却喷嘴102。接着，冷却流体通过第二组流体通道270排出喷嘴102到达阳极构件108和保护帽149之间的外部流体通道148。冷却流体反转方向并且向近侧流过外部流体通道148且然后流过筒体106中的外部轴向通道133（如虚线所示）。冷却流体然后向近侧流过阳极体20、进入冷却液回流管34并且再循环以用于通过冷却液供给管30的返回分布，这已在U.S.6,989,505中描述并且为了清楚起见本文省略它的详细描述。

参照图22，替代形式的喷嘴400被显示成包括三段式结构：中央构件402、围绕中央构件402的中间构件404以及围绕中间构件404的外部构件406。喷嘴400通常包括用于容纳电极100的中央腔408和延伸穿过远端面412的排出孔口410。喷嘴400包括近侧部分409和远侧部分411。中央构件402从近侧部分409延伸至远侧部分411。中间构件404和外部构件406围绕中央构件402的远侧部分411。喷嘴400限定中央构件402和中间构件404之间的第一内部腔414，以及中间构件404和外部构件406之间的第二内部腔416。

如图23清晰所示，中央构件402具有类似于图15中的中央构件250的结构。更具体地，远侧部分411包括连接至近侧部分409的锥形部分420、近侧圆柱形部分430和远侧圆柱形部分432。近侧圆柱形部分430设置在锥形部分420和远侧圆柱形部分432之间。远侧圆柱形部分432具有小于近侧圆柱形部分430的外径，从而在远侧圆柱形部分432和近侧圆柱形部分430之间限定肩状物434。肩状物434提供外部构件406到中央构件402的定位和安装。

近侧部分409将喷嘴400连接至筒体106（如图24所示），并且包括用于容纳和抵靠隔离件104（如图24所示）的远侧部分的内部孔环424（如图22所示）和用于抵靠筒体106的外部孔环426。如图22所示，外部孔环426与中间构件404的近端427间隔开以限定至少入口通道429和出口通道431，从而允许冷却流体的进入和排出。

如图23所示，锥形部分420包括与中间构件404的内壁部段423相对的外壁部段421。外壁部段421可限定凹部425以形成第一内部腔414。第一内部腔414具有毗邻第一圆柱形部分430的基部435。

返回参考图22，外部构件406围绕中间体404，从而限定第二内部腔416。第二内部腔416具有围绕且毗邻排出孔口410的基部433。外部构件406包括近侧部分450和接合中央构件402的第一圆柱形部分430和第二圆柱形部分432的远侧内环452。远侧内环452抵靠中央构件402的肩状物434。远侧内环452具有与中央构件402的远侧面412齐平的环状远侧面456。

类似地，中间构件404包括外壁部段460，并且外部构件406包括与外壁部段460相对的内壁部段462，从而限定第二内部腔416。外部构件406的近侧部分450限定至少一个入口通道456和至少一个出口通道458以允许冷却流体的进入和排出。

本实施例的喷嘴400被配置成具有三段式结构，该三段式结构限定第一内部腔414和第二内部腔416。内部腔414、416中的每一个具有毗邻中央构件402的第一圆柱形部分430的基部435、433。因此，冷却流体可流入第一内部腔414和第二内部腔416并到达围绕且毗邻排出孔口410的基部431和433。因此，喷嘴400可通过冷却流体高效并有效地冷却。

参照图24，包括喷嘴400的耗材筒500被显示成具有类似于图7的耗材筒16的结构。因此，相同的部件通过相同的附图标记表示并且为了清楚起见省略对相同部件的详细描述。当组装喷嘴400时，中央构件402的内部孔环424抵靠隔离件104，并且外部孔环426抵靠筒体106的内周表面460。阳极构件108接合中间构件404以提供从电源（未示出）到喷嘴400的电气连续性。第二帽502围绕喷嘴400，从而限定在其之间的第二腔167。第二帽502接合保护帽504。

应当理解，在保持在本公开的范围内的同时，可使用其他冷却结构/电路。例如，喷嘴102、300、400可具有其自身的直接冷却电路并且不一定如以上详细描述的首先接收通过电极的冷却流体。利用喷嘴102、300或400的结构，除了通过第二气体腔167由第二气体来冷却之外，冷却流体进入喷嘴102、300或400的内部腔以充分冷却喷嘴102、300或400。喷嘴102、300或400的内部腔设置在中央孔口174、320或400和第二气体腔167之间并且更接近中央孔口174、320或400以更有效地冷却喷嘴102、300或400。因此，增加了喷嘴102、300或400的寿命。因为喷嘴102、300或410可被有效地冷却，因此喷嘴102、300或400可具有更小的中央孔口以提供更紧的电弧收缩，这使得产生具有改善的性能的等离子电弧焊炬10和提高的耗材的寿命。

有利地，冷却液管组件41（该冷却液管组件是弹簧加载的）通过靠近其近端部分224的电极100，更具体地，通过邻接在其近侧凸缘49处的管状构件43的如图12和图21所示的电极100的内部面231向上推动，也如图5所示。通过这种结构，冷却液管组件41的远端不与电极100接触并因此在插入物222和中央突起部232周围提供更均匀的冷却流。参照图14，在替代的形式中，外部肩状物230被做成具有圆柱形侧壁238的方形，而不是如该图所示的锥形。

本公开的描述本质上仅是示例性的，因此不背离本公开的实质的变型旨在本发明的范围内。这种变型不会被认为背离本公开的精神和范围。

Claims (29)

1.一种用于等离子体电弧焊炬的喷嘴，包括：

近侧部分，所述近侧部分适合于连接至所述等离子电弧焊炬的相邻的阳极构件，所述近侧部分限定用于使冷却流体进入所述喷嘴的第一组流体通道和用于使所述冷却流体从所述喷嘴排出的第二组流体通道；

锥形的远侧部分，所述锥形的远侧部分从所述近侧部分延伸至所述喷嘴的排出孔口，所述锥形的远端部分限定与所述第一组流体通道和所述第二组流体通道流体连通的内部腔，其中所述内部腔被配置成限定围绕排出孔口的基部。

2.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述喷嘴包括两段式结构。

3.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述锥形的远侧部分包括从所述近侧部分向远侧延伸的内部锥形壁和与所述内部锥形壁相对并且围绕所述内部锥形壁的外部锥形壁，所述内部腔限定在所述内部锥形壁和所述外部锥形壁之间。

4.根据权利要求3所述的喷嘴，其中所述锥形的远侧部分进一步包括从所述内部锥形壁向远侧延伸并且限定所述排出孔口的孔口部分。

5.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述锥形的远侧部分进一步包括孔口部分，所述孔口部分包括杯形体和设置在所述杯形体的中央处的突起部。

6.根据权利要求5所述的喷嘴，其中所述排出孔口限定在所述突起部中。

7.根据权利要求5所述的喷嘴，其中所述杯形体包括围绕所述突起部并限定所述内部腔的基部的外围底面。

8.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述近侧部分包括限定所述第一组流体通道的第一凸缘和限定所述第二组流体通道的第二凸缘。

9.根据权利要求8所述的喷嘴，其中所述第一凸缘限定多个切口部分以形成所述第一组流体通道，以及所述第二凸缘限定多个切口部分以形成所述第二组流体通道。

10.根据权利要求9所述的喷嘴，其中所述第一组流体通道和所述第二组流体通道是交替排列的。

11.根据权利要求1所述的喷嘴，其中所述喷嘴具有三段式结构并且包括中央构件、中间构件以及外部构件，所述中间构件围绕所述中央构件以在所述中央构件与所述中间构件之间限定第一内部腔，所述外部构件围绕所述中间构件以在中间构件与外部构件之间限定第二内部腔。

12.根据权利要求11所述的喷嘴，其中所述第一内部腔和所述第二内部腔中的每一个限定围绕并且毗邻所述排出孔口的基部。

13.一种用于等离子体电弧焊炬的喷嘴，包括：

中央构件，所述中央构件适合于连接至所述等离子电弧焊炬的相邻的阳极构件，所述中央构件限定排出孔口和用于使冷却流体进入所述喷嘴的第一流体通道；以及

外部构件，所述外部构件围绕所述中央构件设置并限定用于使冷却流体从所述喷嘴排出的第二流体通道。

14.根据权利要求13所述的喷嘴，其中所述中央构件限定近侧部分和锥形的远端部分，所述外部构件围绕所述锥形的远端部分。

15.根据权利要求14所述的喷嘴，其中所述锥形的远端部分包括外周壁部段、限定内周壁部段的外部构件、在所述外周壁部段和所述内周壁部段之间被限定的内部腔。

16.根据权利要求15所述的喷嘴，其中所述内部腔与所述第一流体通道和所述第二流体通道流体连通。

17.根据权利要求15所述的喷嘴，其中所述内部腔限定围绕所述排出孔口的基部。

18.根据权利要求13所述的喷嘴，其中所述中央构件包括限定所述第一流体通道的第一凸缘。

19.根据权利要求13所述的喷嘴，其中所述外部构件包括限定所述第二流体通道的第二凸缘。

20.根据权利要求13所述的喷嘴，其中所述中央构件包括第一凸缘，以及所述外部构件包括与所述第一凸缘接触的第二凸缘，所述第一凸缘和所述第二凸缘共同限定所述第一流体通道和所述第二流体通道。

21.根据权利要求20所述的喷嘴，其中所述第一凸缘限定至少一个切口部分以形成所述第一流体通道，以及所述第二凸缘限定至少一个切口部分以形成所述第二流体通道。

22.根据权利要求21所述的喷嘴，其中所述第一凸缘的至少一个切口部分和所述第二凸缘的至少一个切口部分是交替排列的。

23.根据权利要求14所述的喷嘴，其中所述锥形的远端部分包括限定所述排出孔口的孔口部分。

24.根据权利要求14所述的喷嘴，其中所述孔口部分包括突起部和围绕所述突起部的杯状体。

25.根据权利要求24所述的喷嘴，其中所述杯状体限定内部腔的基部，以及所述突起部限定所述排出孔口。

26.根据权利要求13所述的喷嘴，其中所述中央构件和所述外部构件通过选自由钎焊、焊接、导电粘合剂、压入配合、非导电粘合剂以及焊接构成的组的工艺来接合。

27.一种用于等离子体电弧焊炬的喷嘴，包括：

中央构件，所述中央构件适合于连接至所述等离子电弧焊炬的相邻的阳极构件，所述中央构件限定：

第一组流体通道，所述第一组流体通道用于使冷却流体进入所述喷嘴；

锥形的远端部分，所述锥形的远端部分具有外周壁部段；以及

排出孔口；以及

外部构件，所述外部构件围绕所述中央构件设置，并且所述外部构件限定：

第二组流体通道，所述第二组流体通道用于使冷却流体从所述喷嘴排出；以及

内周壁部段；

其中，所述中央构件的外周壁部段和所述外部构件的内周壁部段限定了与所述第一组流体通道和所述第二组流体通道流体连通的内部腔，并且所述内部腔的基部围绕所述排出孔口。

28.一种用于等离子体电弧焊炬的喷嘴，包括：

近侧部分，所述近侧部分适合于连接至所述等离子电弧焊炬的相邻的阳极构件；

远侧部分，所述远侧部分从所述近侧部分延伸至所述喷嘴的排出孔口，所述远侧部分限定了被配置为用于使冷却流体进入所述喷嘴和使冷却流体排出所述喷嘴的内部腔，其中所述内部腔的基部围绕所述排出孔口。

29.一种等离子体电弧焊炬，包括：

阴极构件；

电极，所述电极电连接至所述阴极构件；

喷嘴，所述喷嘴围绕所述电极以在所述喷嘴和所述电极之间限定等离子腔并且包括：

近侧部分，所述近侧部分适合于连接至相邻的阳极构件；以及

远侧部分，所述远侧部分从所述近侧部分延伸至所述喷嘴的排出孔口，所述远端部分限定了被配置为用于使冷却流体进入所述喷嘴和使冷却流体排出所述喷嘴的内部腔，其中所述内部腔的基部围绕所述排出孔口；以及

帽构件，所述帽构件围绕所述喷嘴以在所述喷嘴和所述帽构件之间限定第二气体腔，所述第二气体腔允许第二气体流过，

其中所述内部腔设置在所述排出孔口和所述第二气体腔之间。

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